git.sesse.net Git - ffmpeg/blob - libavcodec/hevc_refs.c

   1 /*
   2  * HEVC video decoder
   3  *
   4  * Copyright (C) 2012 - 2013 Guillaume Martres
   5  * Copyright (C) 2012 - 2013 Gildas Cocherel
   6  *
   7  * This file is part of FFmpeg.
   8  *
   9  * FFmpeg is free software; you can redistribute it and/or
  10  * modify it under the terms of the GNU Lesser General Public
  11  * License as published by the Free Software Foundation; either
  12  * version 2.1 of the License, or (at your option) any later version.
  13  *
  14  * FFmpeg is distributed in the hope that it will be useful,
  15  * but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
  16  * MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the GNU
  17  * Lesser General Public License for more details.
  18  *
  19  * You should have received a copy of the GNU Lesser General Public
  20  * License along with FFmpeg; if not, write to the Free Software
  21  * Foundation, Inc., 51 Franklin Street, Fifth Floor, Boston, MA 02110-1301 USA
  22  */
  23
  24 #include "libavutil/pixdesc.h"
  25
  26 #include "internal.h"
  27 #include "thread.h"
  28 #include "hevc.h"
  29
  30 void ff_hevc_unref_frame(HEVCContext *s, HEVCFrame *frame, int flags)
  31 {
  32     /* frame->frame can be NULL if context init failed */
  33     if (!frame->frame || !frame->frame->buf[0])
  34         return;
  35
  36     frame->flags &= ~flags;
  37     if (!frame->flags) {
  38         ff_thread_release_buffer(s->avctx, &frame->tf);
  39
  40         av_buffer_unref(&frame->tab_mvf_buf);
  41         frame->tab_mvf = NULL;
  42
  43         av_buffer_unref(&frame->rpl_buf);
  44         av_buffer_unref(&frame->rpl_tab_buf);
  45         frame->rpl_tab    = NULL;
  46         frame->refPicList = NULL;
  47
  48         frame->collocated_ref = NULL;
  49     }
  50 }
  51
  52 RefPicList *ff_hevc_get_ref_list(HEVCContext *s, HEVCFrame *ref, int x0, int y0)
  53 {
  54     if (x0 < 0 || y0 < 0) {
  55         return s->ref->refPicList;
  56     } else {
  57         int x_cb         = x0 >> s->sps->log2_ctb_size;
  58         int y_cb         = y0 >> s->sps->log2_ctb_size;
  59         int pic_width_cb = (s->sps->width + (1 << s->sps->log2_ctb_size) - 1) >>
  60                            s->sps->log2_ctb_size;
  61         int ctb_addr_ts  = s->pps->ctb_addr_rs_to_ts[y_cb * pic_width_cb + x_cb];
  62         return (RefPicList *)ref->rpl_tab[ctb_addr_ts];
  63     }
  64 }
  65
  66 void ff_hevc_clear_refs(HEVCContext *s)
  67 {
  68     int i;
  69     for (i = 0; i < FF_ARRAY_ELEMS(s->DPB); i++)
  70         ff_hevc_unref_frame(s, &s->DPB[i],
  71                             HEVC_FRAME_FLAG_SHORT_REF |
  72                             HEVC_FRAME_FLAG_LONG_REF);
  73 }
  74
  75 void ff_hevc_flush_dpb(HEVCContext *s)
  76 {
  77     int i;
  78     for (i = 0; i < FF_ARRAY_ELEMS(s->DPB); i++)
  79         ff_hevc_unref_frame(s, &s->DPB[i], ~0);
  80 }
  81
  82 static HEVCFrame *alloc_frame(HEVCContext *s)
  83 {
  84     int i, j, ret;
  85     for (i = 0; i < FF_ARRAY_ELEMS(s->DPB); i++) {
  86         HEVCFrame *frame = &s->DPB[i];
  87         if (frame->frame->buf[0])
  88             continue;
  89
  90         ret = ff_thread_get_buffer(s->avctx, &frame->tf,
  91                                    AV_GET_BUFFER_FLAG_REF);
  92         if (ret < 0)
  93             return NULL;
  94
  95         frame->rpl_buf = av_buffer_allocz(s->nb_nals * sizeof(RefPicListTab));
  96         if (!frame->rpl_buf)
  97             goto fail;
  98
  99         frame->tab_mvf_buf = av_buffer_pool_get(s->tab_mvf_pool);
 100         if (!frame->tab_mvf_buf)
 101             goto fail;
 102         frame->tab_mvf = (MvField *)frame->tab_mvf_buf->data;
 103
 104         frame->rpl_tab_buf = av_buffer_pool_get(s->rpl_tab_pool);
 105         if (!frame->rpl_tab_buf)
 106             goto fail;
 107         frame->rpl_tab   = (RefPicListTab **)frame->rpl_tab_buf->data;
 108         frame->ctb_count = s->sps->ctb_width * s->sps->ctb_height;
 109         for (j = 0; j < frame->ctb_count; j++)
 110             frame->rpl_tab[j] = (RefPicListTab *)frame->rpl_buf->data;
 111
 112         frame->frame->top_field_first  = s->picture_struct == AV_PICTURE_STRUCTURE_TOP_FIELD;
 113         frame->frame->interlaced_frame = (s->picture_struct == AV_PICTURE_STRUCTURE_TOP_FIELD) || (s->picture_struct == AV_PICTURE_STRUCTURE_BOTTOM_FIELD);
 114         return frame;
 115 fail:
 116         ff_hevc_unref_frame(s, frame, ~0);
 117         return NULL;
 118     }
 119     av_log(s->avctx, AV_LOG_ERROR, "Error allocating frame, DPB full.\n");
 120     return NULL;
 121 }
 122
 123 int ff_hevc_set_new_ref(HEVCContext *s, AVFrame **frame, int poc)
 124 {
 125     HEVCFrame *ref;
 126     int i;
 127
 128     /* check that this POC doesn't already exist */
 129     for (i = 0; i < FF_ARRAY_ELEMS(s->DPB); i++) {
 130         HEVCFrame *frame = &s->DPB[i];
 131
 132         if (frame->frame->buf[0] && frame->sequence == s->seq_decode &&
 133             frame->poc == poc) {
 134             av_log(s->avctx, AV_LOG_ERROR, "Duplicate POC in a sequence: %d.\n",
 135                    poc);
 136             return AVERROR_INVALIDDATA;
 137         }
 138     }
 139
 140     ref = alloc_frame(s);
 141     if (!ref)
 142         return AVERROR(ENOMEM);
 143
 144     *frame = ref->frame;
 145     s->ref = ref;
 146
 147     ref->poc      = poc;
 148     ref->flags    = HEVC_FRAME_FLAG_OUTPUT | HEVC_FRAME_FLAG_SHORT_REF;
 149     ref->sequence = s->seq_decode;
 150     ref->window   = s->sps->output_window;
 151
 152     return 0;
 153 }
 154
 155 int ff_hevc_output_frame(HEVCContext *s, AVFrame *out, int flush)
 156 {
 157     do {
 158         int nb_output = 0;
 159         int min_poc   = INT_MAX;
 160         int i, min_idx, ret;
 161
 162         for (i = 0; i < FF_ARRAY_ELEMS(s->DPB); i++) {
 163             HEVCFrame *frame = &s->DPB[i];
 164             if ((frame->flags & HEVC_FRAME_FLAG_OUTPUT) &&
 165                 frame->sequence == s->seq_output) {
 166                 nb_output++;
 167                 if (frame->poc < min_poc) {
 168                     min_poc = frame->poc;
 169                     min_idx = i;
 170                 }
 171             }
 172         }
 173
 174         /* wait for more frames before output */
 175         if (!flush && s->seq_output == s->seq_decode && s->sps &&
 176             nb_output <= s->sps->temporal_layer[s->sps->max_sub_layers - 1].num_reorder_pics)
 177             return 0;
 178
 179         if (nb_output) {
 180             HEVCFrame *frame = &s->DPB[min_idx];
 181             AVFrame *dst = out;
 182             AVFrame *src = frame->frame;
 183             const AVPixFmtDescriptor *desc = av_pix_fmt_desc_get(src->format);
 184             int pixel_shift = !!(desc->comp[0].depth_minus1 > 7);
 185
 186             ret = av_frame_ref(out, src);
 187             ff_hevc_unref_frame(s, frame, HEVC_FRAME_FLAG_OUTPUT);
 188             if (ret < 0)
 189                 return ret;
 190
 191             for (i = 0; i < 3; i++) {
 192                 int hshift = (i > 0) ? desc->log2_chroma_w : 0;
 193                 int vshift = (i > 0) ? desc->log2_chroma_h : 0;
 194                 int off = ((frame->window.left_offset >> hshift) << pixel_shift) +
 195                           (frame->window.top_offset   >> vshift) * dst->linesize[i];
 196                 dst->data[i] += off;
 197             }
 198             av_log(s->avctx, AV_LOG_DEBUG,
 199                    "Output frame with POC %d.\n", frame->poc);
 200             return 1;
 201         }
 202
 203         if (s->seq_output != s->seq_decode)
 204             s->seq_output = (s->seq_output + 1) & 0xff;
 205         else
 206             break;
 207     } while (1);
 208
 209     return 0;
 210 }
 211
 212 static int init_slice_rpl(HEVCContext *s)
 213 {
 214     HEVCFrame *frame = s->ref;
 215     int ctb_count    = frame->ctb_count;
 216     int ctb_addr_ts  = s->pps->ctb_addr_rs_to_ts[s->sh.slice_segment_addr];
 217     int i;
 218
 219     if (s->slice_idx >= frame->rpl_buf->size / sizeof(RefPicListTab))
 220         return AVERROR_INVALIDDATA;
 221
 222     for (i = ctb_addr_ts; i < ctb_count; i++)
 223         frame->rpl_tab[i] = (RefPicListTab *)frame->rpl_buf->data + s->slice_idx;
 224
 225     frame->refPicList = (RefPicList *)frame->rpl_tab[ctb_addr_ts];
 226
 227     return 0;
 228 }
 229
 230 int ff_hevc_slice_rpl(HEVCContext *s)
 231 {
 232     SliceHeader *sh = &s->sh;
 233
 234     uint8_t nb_list = sh->slice_type == B_SLICE ? 2 : 1;
 235     uint8_t list_idx;
 236     int i, j, ret;
 237
 238     ret = init_slice_rpl(s);
 239     if (ret < 0)
 240         return ret;
 241
 242     if (!(s->rps[ST_CURR_BEF].nb_refs + s->rps[ST_CURR_AFT].nb_refs +
 243           s->rps[LT_CURR].nb_refs)) {
 244         av_log(s->avctx, AV_LOG_ERROR, "Zero refs in the frame RPS.\n");
 245         return AVERROR_INVALIDDATA;
 246     }
 247
 248     for (list_idx = 0; list_idx < nb_list; list_idx++) {
 249         RefPicList  rpl_tmp = { { 0 } };
 250         RefPicList *rpl     = &s->ref->refPicList[list_idx];
 251
 252         /* The order of the elements is
 253          * ST_CURR_BEF - ST_CURR_AFT - LT_CURR for the L0 and
 254          * ST_CURR_AFT - ST_CURR_BEF - LT_CURR for the L1 */
 255         int cand_lists[3] = { list_idx ? ST_CURR_AFT : ST_CURR_BEF,
 256                               list_idx ? ST_CURR_BEF : ST_CURR_AFT,
 257                               LT_CURR };
 258
 259         /* concatenate the candidate lists for the current frame */
 260         while (rpl_tmp.nb_refs < sh->nb_refs[list_idx]) {
 261             for (i = 0; i < FF_ARRAY_ELEMS(cand_lists); i++) {
 262                 RefPicList *rps = &s->rps[cand_lists[i]];
 263                 for (j = 0; j < rps->nb_refs && rpl_tmp.nb_refs < MAX_REFS; j++) {
 264                     rpl_tmp.list[rpl_tmp.nb_refs]       = rps->list[j];
 265                     rpl_tmp.ref[rpl_tmp.nb_refs]        = rps->ref[j];
 266                     rpl_tmp.isLongTerm[rpl_tmp.nb_refs] = i == 2;
 267                     rpl_tmp.nb_refs++;
 268                 }
 269             }
 270         }
 271
 272         /* reorder the references if necessary */
 273         if (sh->rpl_modification_flag[list_idx]) {
 274             for (i = 0; i < sh->nb_refs[list_idx]; i++) {
 275                 int idx = sh->list_entry_lx[list_idx][i];
 276
 277                 if (idx >= rpl_tmp.nb_refs) {
 278                     av_log(s->avctx, AV_LOG_ERROR, "Invalid reference index.\n");
 279                     return AVERROR_INVALIDDATA;
 280                 }
 281
 282                 rpl->list[i]       = rpl_tmp.list[idx];
 283                 rpl->ref[i]        = rpl_tmp.ref[idx];
 284                 rpl->isLongTerm[i] = rpl_tmp.isLongTerm[idx];
 285                 rpl->nb_refs++;
 286             }
 287         } else {
 288             memcpy(rpl, &rpl_tmp, sizeof(*rpl));
 289             rpl->nb_refs = FFMIN(rpl->nb_refs, sh->nb_refs[list_idx]);
 290         }
 291
 292         if (sh->collocated_list == list_idx &&
 293             sh->collocated_ref_idx < rpl->nb_refs)
 294             s->ref->collocated_ref = rpl->ref[sh->collocated_ref_idx];
 295     }
 296
 297     return 0;
 298 }
 299
 300 static HEVCFrame *find_ref_idx(HEVCContext *s, int poc)
 301 {
 302     int i;
 303     int LtMask = (1 << s->sps->log2_max_poc_lsb) - 1;
 304
 305     for (i = 0; i < FF_ARRAY_ELEMS(s->DPB); i++) {
 306         HEVCFrame *ref = &s->DPB[i];
 307         if (ref->frame->buf[0] && (ref->sequence == s->seq_decode)) {
 308             if ((ref->poc & LtMask) == poc)
 309                 return ref;
 310         }
 311     }
 312
 313     for (i = 0; i < FF_ARRAY_ELEMS(s->DPB); i++) {
 314         HEVCFrame *ref = &s->DPB[i];
 315         if (ref->frame->buf[0] && ref->sequence == s->seq_decode) {
 316             if (ref->poc == poc || (ref->poc & LtMask) == poc)
 317                 return ref;
 318         }
 319     }
 320
 321     av_log(s->avctx, AV_LOG_ERROR,
 322            "Could not find ref with POC %d\n", poc);
 323     return NULL;
 324 }
 325
 326 static void mark_ref(HEVCFrame *frame, int flag)
 327 {
 328     frame->flags &= ~(HEVC_FRAME_FLAG_LONG_REF | HEVC_FRAME_FLAG_SHORT_REF);
 329     frame->flags |= flag;
 330 }
 331
 332 static HEVCFrame *generate_missing_ref(HEVCContext *s, int poc)
 333 {
 334     HEVCFrame *frame;
 335     int i, x, y;
 336
 337     frame = alloc_frame(s);
 338     if (!frame)
 339         return NULL;
 340
 341     if (!s->sps->pixel_shift) {
 342         for (i = 0; frame->frame->buf[i]; i++)
 343             memset(frame->frame->buf[i]->data, 1 << (s->sps->bit_depth - 1),
 344                    frame->frame->buf[i]->size);
 345     } else {
 346         for (i = 0; frame->frame->data[i]; i++)
 347             for (y = 0; y < (s->sps->height >> s->sps->vshift[i]); y++)
 348                 for (x = 0; x < (s->sps->width >> s->sps->hshift[i]); x++) {
 349                     AV_WN16(frame->frame->data[i] + y * frame->frame->linesize[i] + 2 * x,
 350                             1 << (s->sps->bit_depth - 1));
 351                 }
 352     }
 353
 354     frame->poc      = poc;
 355     frame->sequence = s->seq_decode;
 356     frame->flags    = 0;
 357
 358     if (s->threads_type == FF_THREAD_FRAME)
 359         ff_thread_report_progress(&frame->tf, INT_MAX, 0);
 360
 361     return frame;
 362 }
 363
 364 /* add a reference with the given poc to the list and mark it as used in DPB */
 365 static int add_candidate_ref(HEVCContext *s, RefPicList *list,
 366                              int poc, int ref_flag)
 367 {
 368     HEVCFrame *ref = find_ref_idx(s, poc);
 369
 370     if (ref == s->ref)
 371         return AVERROR_INVALIDDATA;
 372
 373     if (!ref) {
 374         ref = generate_missing_ref(s, poc);
 375         if (!ref)
 376             return AVERROR(ENOMEM);
 377     }
 378
 379     list->list[list->nb_refs] = ref->poc;
 380     list->ref[list->nb_refs]  = ref;
 381     list->nb_refs++;
 382
 383     mark_ref(ref, ref_flag);
 384     return 0;
 385 }
 386
 387 int ff_hevc_frame_rps(HEVCContext *s)
 388 {
 389     const ShortTermRPS *short_rps = s->sh.short_term_rps;
 390     const LongTermRPS  *long_rps  = &s->sh.long_term_rps;
 391     RefPicList               *rps = s->rps;
 392     int i, ret;
 393
 394     if (!short_rps) {
 395         rps[0].nb_refs = rps[1].nb_refs = 0;
 396         return 0;
 397     }
 398
 399     /* clear the reference flags on all frames except the current one */
 400     for (i = 0; i < FF_ARRAY_ELEMS(s->DPB); i++) {
 401         HEVCFrame *frame = &s->DPB[i];
 402
 403         if (frame == s->ref)
 404             continue;
 405
 406         mark_ref(frame, 0);
 407     }
 408
 409     for (i = 0; i < NB_RPS_TYPE; i++)
 410         rps[i].nb_refs = 0;
 411
 412     /* add the short refs */
 413     for (i = 0; i < short_rps->num_delta_pocs; i++) {
 414         int poc = s->poc + short_rps->delta_poc[i];
 415         int list;
 416
 417         if (!short_rps->used[i])
 418             list = ST_FOLL;
 419         else if (i < short_rps->num_negative_pics)
 420             list = ST_CURR_BEF;
 421         else
 422             list = ST_CURR_AFT;
 423
 424         ret = add_candidate_ref(s, &rps[list], poc, HEVC_FRAME_FLAG_SHORT_REF);
 425         if (ret < 0)
 426             return ret;
 427     }
 428
 429     /* add the long refs */
 430     for (i = 0; i < long_rps->nb_refs; i++) {
 431         int poc  = long_rps->poc[i];
 432         int list = long_rps->used[i] ? LT_CURR : LT_FOLL;
 433
 434         ret = add_candidate_ref(s, &rps[list], poc, HEVC_FRAME_FLAG_LONG_REF);
 435         if (ret < 0)
 436             return ret;
 437     }
 438
 439     /* release any frames that are now unused */
 440     for (i = 0; i < FF_ARRAY_ELEMS(s->DPB); i++)
 441         ff_hevc_unref_frame(s, &s->DPB[i], 0);
 442
 443     return 0;
 444 }
 445
 446 int ff_hevc_compute_poc(HEVCContext *s, int poc_lsb)
 447 {
 448     int max_poc_lsb  = 1 << s->sps->log2_max_poc_lsb;
 449     int prev_poc_lsb = s->pocTid0 % max_poc_lsb;
 450     int prev_poc_msb = s->pocTid0 - prev_poc_lsb;
 451     int poc_msb;
 452
 453     if (poc_lsb < prev_poc_lsb && prev_poc_lsb - poc_lsb >= max_poc_lsb / 2)
 454         poc_msb = prev_poc_msb + max_poc_lsb;
 455     else if (poc_lsb > prev_poc_lsb && poc_lsb - prev_poc_lsb > max_poc_lsb / 2)
 456         poc_msb = prev_poc_msb - max_poc_lsb;
 457     else
 458         poc_msb = prev_poc_msb;
 459
 460     // For BLA picture types, POCmsb is set to 0.
 461     if (s->nal_unit_type == NAL_BLA_W_LP   ||
 462         s->nal_unit_type == NAL_BLA_W_RADL ||
 463         s->nal_unit_type == NAL_BLA_N_LP)
 464         poc_msb = 0;
 465
 466     return poc_msb + poc_lsb;
 467 }
 468
 469 int ff_hevc_frame_nb_refs(HEVCContext *s)
 470 {
 471     int ret = 0;
 472     int i;
 473     const ShortTermRPS *rps = s->sh.short_term_rps;
 474     LongTermRPS *long_rps   = &s->sh.long_term_rps;
 475
 476     if (rps) {
 477         for (i = 0; i < rps->num_negative_pics; i++)
 478             ret += !!rps->used[i];
 479         for (; i < rps->num_delta_pocs; i++)
 480             ret += !!rps->used[i];
 481     }
 482
 483     if (long_rps) {
 484         for (i = 0; i < long_rps->nb_refs; i++)
 485             ret += !!long_rps->used[i];
 486     }
 487     return ret;
 488 }