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/avassert.h"
  25 #include "libavutil/pixdesc.h"
  26
  27 #include "internal.h"
  28 #include "thread.h"
  29 #include "hevc.h"
  30 #include "hevcdec.h"
  31
  32 void ff_hevc_unref_frame(HEVCContext *s, HEVCFrame *frame, int flags)
  33 {
  34     /* frame->frame can be NULL if context init failed */
  35     if (!frame->frame || !frame->frame->buf[0])
  36         return;
  37
  38     frame->flags &= ~flags;
  39     if (!frame->flags) {
  40         ff_thread_release_buffer(s->avctx, &frame->tf);
  41
  42         av_buffer_unref(&frame->tab_mvf_buf);
  43         frame->tab_mvf = NULL;
  44
  45         av_buffer_unref(&frame->rpl_buf);
  46         av_buffer_unref(&frame->rpl_tab_buf);
  47         frame->rpl_tab    = NULL;
  48         frame->refPicList = NULL;
  49
  50         frame->collocated_ref = NULL;
  51
  52         av_buffer_unref(&frame->hwaccel_priv_buf);
  53         frame->hwaccel_picture_private = NULL;
  54     }
  55 }
  56
  57 RefPicList *ff_hevc_get_ref_list(HEVCContext *s, HEVCFrame *ref, int x0, int y0)
  58 {
  59     int x_cb         = x0 >> s->ps.sps->log2_ctb_size;
  60     int y_cb         = y0 >> s->ps.sps->log2_ctb_size;
  61     int pic_width_cb = s->ps.sps->ctb_width;
  62     int ctb_addr_ts  = s->ps.pps->ctb_addr_rs_to_ts[y_cb * pic_width_cb + x_cb];
  63     return (RefPicList *)ref->rpl_tab[ctb_addr_ts];
  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->pkt.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->ps.sps->ctb_width * s->ps.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->sei.picture_timing.picture_struct == AV_PICTURE_STRUCTURE_TOP_FIELD;
 113         frame->frame->interlaced_frame = (s->sei.picture_timing.picture_struct == AV_PICTURE_STRUCTURE_TOP_FIELD) || (s->sei.picture_timing.picture_struct == AV_PICTURE_STRUCTURE_BOTTOM_FIELD);
 114
 115         if (s->avctx->hwaccel) {
 116             const AVHWAccel *hwaccel = s->avctx->hwaccel;
 117             av_assert0(!frame->hwaccel_picture_private);
 118             if (hwaccel->frame_priv_data_size) {
 119                 frame->hwaccel_priv_buf = av_buffer_allocz(hwaccel->frame_priv_data_size);
 120                 if (!frame->hwaccel_priv_buf)
 121                     goto fail;
 122                 frame->hwaccel_picture_private = frame->hwaccel_priv_buf->data;
 123             }
 124         }
 125
 126         return frame;
 127 fail:
 128         ff_hevc_unref_frame(s, frame, ~0);
 129         return NULL;
 130     }
 131     av_log(s->avctx, AV_LOG_ERROR, "Error allocating frame, DPB full.\n");
 132     return NULL;
 133 }
 134
 135 int ff_hevc_set_new_ref(HEVCContext *s, AVFrame **frame, int poc)
 136 {
 137     HEVCFrame *ref;
 138     int i;
 139
 140     /* check that this POC doesn't already exist */
 141     for (i = 0; i < FF_ARRAY_ELEMS(s->DPB); i++) {
 142         HEVCFrame *frame = &s->DPB[i];
 143
 144         if (frame->frame->buf[0] && frame->sequence == s->seq_decode &&
 145             frame->poc == poc) {
 146             av_log(s->avctx, AV_LOG_ERROR, "Duplicate POC in a sequence: %d.\n",
 147                    poc);
 148             return AVERROR_INVALIDDATA;
 149         }
 150     }
 151
 152     ref = alloc_frame(s);
 153     if (!ref)
 154         return AVERROR(ENOMEM);
 155
 156     *frame = ref->frame;
 157     s->ref = ref;
 158
 159     if (s->sh.pic_output_flag)
 160         ref->flags = HEVC_FRAME_FLAG_OUTPUT | HEVC_FRAME_FLAG_SHORT_REF;
 161     else
 162         ref->flags = HEVC_FRAME_FLAG_SHORT_REF;
 163
 164     ref->poc      = poc;
 165     ref->sequence = s->seq_decode;
 166     ref->frame->crop_left   = s->ps.sps->output_window.left_offset;
 167     ref->frame->crop_right  = s->ps.sps->output_window.right_offset;
 168     ref->frame->crop_top    = s->ps.sps->output_window.top_offset;
 169     ref->frame->crop_bottom = s->ps.sps->output_window.bottom_offset;
 170
 171     return 0;
 172 }
 173
 174 int ff_hevc_output_frame(HEVCContext *s, AVFrame *out, int flush)
 175 {
 176     do {
 177         int nb_output = 0;
 178         int min_poc   = INT_MAX;
 179         int i, min_idx, ret;
 180
 181         if (s->sh.no_output_of_prior_pics_flag == 1 && s->no_rasl_output_flag == 1) {
 182             for (i = 0; i < FF_ARRAY_ELEMS(s->DPB); i++) {
 183                 HEVCFrame *frame = &s->DPB[i];
 184                 if (!(frame->flags & HEVC_FRAME_FLAG_BUMPING) && frame->poc != s->poc &&
 185                         frame->sequence == s->seq_output) {
 186                     ff_hevc_unref_frame(s, frame, HEVC_FRAME_FLAG_OUTPUT);
 187                 }
 188             }
 189         }
 190
 191         for (i = 0; i < FF_ARRAY_ELEMS(s->DPB); i++) {
 192             HEVCFrame *frame = &s->DPB[i];
 193             if ((frame->flags & HEVC_FRAME_FLAG_OUTPUT) &&
 194                 frame->sequence == s->seq_output) {
 195                 nb_output++;
 196                 if (frame->poc < min_poc || nb_output == 1) {
 197                     min_poc = frame->poc;
 198                     min_idx = i;
 199                 }
 200             }
 201         }
 202
 203         /* wait for more frames before output */
 204         if (!flush && s->seq_output == s->seq_decode && s->ps.sps &&
 205             nb_output <= s->ps.sps->temporal_layer[s->ps.sps->max_sub_layers - 1].num_reorder_pics)
 206             return 0;
 207
 208         if (nb_output) {
 209             HEVCFrame *frame = &s->DPB[min_idx];
 210
 211             ret = av_frame_ref(out, frame->frame);
 212             if (frame->flags & HEVC_FRAME_FLAG_BUMPING)
 213                 ff_hevc_unref_frame(s, frame, HEVC_FRAME_FLAG_OUTPUT | HEVC_FRAME_FLAG_BUMPING);
 214             else
 215                 ff_hevc_unref_frame(s, frame, HEVC_FRAME_FLAG_OUTPUT);
 216             if (ret < 0)
 217                 return ret;
 218
 219             av_log(s->avctx, AV_LOG_DEBUG,
 220                    "Output frame with POC %d.\n", frame->poc);
 221             return 1;
 222         }
 223
 224         if (s->seq_output != s->seq_decode)
 225             s->seq_output = (s->seq_output + 1) & 0xff;
 226         else
 227             break;
 228     } while (1);
 229
 230     return 0;
 231 }
 232
 233 void ff_hevc_bump_frame(HEVCContext *s)
 234 {
 235     int dpb = 0;
 236     int min_poc = INT_MAX;
 237     int i;
 238
 239     for (i = 0; i < FF_ARRAY_ELEMS(s->DPB); i++) {
 240         HEVCFrame *frame = &s->DPB[i];
 241         if ((frame->flags) &&
 242             frame->sequence == s->seq_output &&
 243             frame->poc != s->poc) {
 244             dpb++;
 245         }
 246     }
 247
 248     if (s->ps.sps && dpb >= s->ps.sps->temporal_layer[s->ps.sps->max_sub_layers - 1].max_dec_pic_buffering) {
 249         for (i = 0; i < FF_ARRAY_ELEMS(s->DPB); i++) {
 250             HEVCFrame *frame = &s->DPB[i];
 251             if ((frame->flags) &&
 252                 frame->sequence == s->seq_output &&
 253                 frame->poc != s->poc) {
 254                 if (frame->flags == HEVC_FRAME_FLAG_OUTPUT && frame->poc < min_poc) {
 255                     min_poc = frame->poc;
 256                 }
 257             }
 258         }
 259
 260         for (i = 0; i < FF_ARRAY_ELEMS(s->DPB); i++) {
 261             HEVCFrame *frame = &s->DPB[i];
 262             if (frame->flags & HEVC_FRAME_FLAG_OUTPUT &&
 263                 frame->sequence == s->seq_output &&
 264                 frame->poc <= min_poc) {
 265                 frame->flags |= HEVC_FRAME_FLAG_BUMPING;
 266             }
 267         }
 268
 269         dpb--;
 270     }
 271 }
 272
 273 static int init_slice_rpl(HEVCContext *s)
 274 {
 275     HEVCFrame *frame = s->ref;
 276     int ctb_count    = frame->ctb_count;
 277     int ctb_addr_ts  = s->ps.pps->ctb_addr_rs_to_ts[s->sh.slice_segment_addr];
 278     int i;
 279
 280     if (s->slice_idx >= frame->rpl_buf->size / sizeof(RefPicListTab))
 281         return AVERROR_INVALIDDATA;
 282
 283     for (i = ctb_addr_ts; i < ctb_count; i++)
 284         frame->rpl_tab[i] = (RefPicListTab *)frame->rpl_buf->data + s->slice_idx;
 285
 286     frame->refPicList = (RefPicList *)frame->rpl_tab[ctb_addr_ts];
 287
 288     return 0;
 289 }
 290
 291 int ff_hevc_slice_rpl(HEVCContext *s)
 292 {
 293     SliceHeader *sh = &s->sh;
 294
 295     uint8_t nb_list = sh->slice_type == HEVC_SLICE_B ? 2 : 1;
 296     uint8_t list_idx;
 297     int i, j, ret;
 298
 299     ret = init_slice_rpl(s);
 300     if (ret < 0)
 301         return ret;
 302
 303     if (!(s->rps[ST_CURR_BEF].nb_refs + s->rps[ST_CURR_AFT].nb_refs +
 304           s->rps[LT_CURR].nb_refs)) {
 305         av_log(s->avctx, AV_LOG_ERROR, "Zero refs in the frame RPS.\n");
 306         return AVERROR_INVALIDDATA;
 307     }
 308
 309     for (list_idx = 0; list_idx < nb_list; list_idx++) {
 310         RefPicList  rpl_tmp = { { 0 } };
 311         RefPicList *rpl     = &s->ref->refPicList[list_idx];
 312
 313         /* The order of the elements is
 314          * ST_CURR_BEF - ST_CURR_AFT - LT_CURR for the L0 and
 315          * ST_CURR_AFT - ST_CURR_BEF - LT_CURR for the L1 */
 316         int cand_lists[3] = { list_idx ? ST_CURR_AFT : ST_CURR_BEF,
 317                               list_idx ? ST_CURR_BEF : ST_CURR_AFT,
 318                               LT_CURR };
 319
 320         /* concatenate the candidate lists for the current frame */
 321         while (rpl_tmp.nb_refs < sh->nb_refs[list_idx]) {
 322             for (i = 0; i < FF_ARRAY_ELEMS(cand_lists); i++) {
 323                 RefPicList *rps = &s->rps[cand_lists[i]];
 324                 for (j = 0; j < rps->nb_refs && rpl_tmp.nb_refs < HEVC_MAX_REFS; j++) {
 325                     rpl_tmp.list[rpl_tmp.nb_refs]       = rps->list[j];
 326                     rpl_tmp.ref[rpl_tmp.nb_refs]        = rps->ref[j];
 327                     rpl_tmp.isLongTerm[rpl_tmp.nb_refs] = i == 2;
 328                     rpl_tmp.nb_refs++;
 329                 }
 330             }
 331         }
 332
 333         /* reorder the references if necessary */
 334         if (sh->rpl_modification_flag[list_idx]) {
 335             for (i = 0; i < sh->nb_refs[list_idx]; i++) {
 336                 int idx = sh->list_entry_lx[list_idx][i];
 337
 338                 if (idx >= rpl_tmp.nb_refs) {
 339                     av_log(s->avctx, AV_LOG_ERROR, "Invalid reference index.\n");
 340                     return AVERROR_INVALIDDATA;
 341                 }
 342
 343                 rpl->list[i]       = rpl_tmp.list[idx];
 344                 rpl->ref[i]        = rpl_tmp.ref[idx];
 345                 rpl->isLongTerm[i] = rpl_tmp.isLongTerm[idx];
 346                 rpl->nb_refs++;
 347             }
 348         } else {
 349             memcpy(rpl, &rpl_tmp, sizeof(*rpl));
 350             rpl->nb_refs = FFMIN(rpl->nb_refs, sh->nb_refs[list_idx]);
 351         }
 352
 353         if (sh->collocated_list == list_idx &&
 354             sh->collocated_ref_idx < rpl->nb_refs)
 355             s->ref->collocated_ref = rpl->ref[sh->collocated_ref_idx];
 356     }
 357
 358     return 0;
 359 }
 360
 361 static HEVCFrame *find_ref_idx(HEVCContext *s, int poc, uint8_t use_msb)
 362 {
 363     int mask = use_msb ? ~0 : (1 << s->ps.sps->log2_max_poc_lsb) - 1;
 364     int i;
 365
 366     for (i = 0; i < FF_ARRAY_ELEMS(s->DPB); i++) {
 367         HEVCFrame *ref = &s->DPB[i];
 368         if (ref->frame->buf[0] && ref->sequence == s->seq_decode) {
 369             if ((ref->poc & mask) == poc)
 370                 return ref;
 371         }
 372     }
 373
 374     if (s->nal_unit_type != HEVC_NAL_CRA_NUT && !IS_BLA(s))
 375         av_log(s->avctx, AV_LOG_ERROR,
 376                "Could not find ref with POC %d\n", poc);
 377     return NULL;
 378 }
 379
 380 static void mark_ref(HEVCFrame *frame, int flag)
 381 {
 382     frame->flags &= ~(HEVC_FRAME_FLAG_LONG_REF | HEVC_FRAME_FLAG_SHORT_REF);
 383     frame->flags |= flag;
 384 }
 385
 386 static HEVCFrame *generate_missing_ref(HEVCContext *s, int poc)
 387 {
 388     HEVCFrame *frame;
 389     int i, y;
 390
 391     frame = alloc_frame(s);
 392     if (!frame)
 393         return NULL;
 394
 395     if (!s->avctx->hwaccel) {
 396         if (!s->ps.sps->pixel_shift) {
 397             for (i = 0; frame->frame->buf[i]; i++)
 398                 memset(frame->frame->buf[i]->data, 1 << (s->ps.sps->bit_depth - 1),
 399                        frame->frame->buf[i]->size);
 400         } else {
 401             for (i = 0; frame->frame->data[i]; i++)
 402                 for (y = 0; y < (s->ps.sps->height >> s->ps.sps->vshift[i]); y++) {
 403                     uint8_t *dst = frame->frame->data[i] + y * frame->frame->linesize[i];
 404                     AV_WN16(dst, 1 << (s->ps.sps->bit_depth - 1));
 405                     av_memcpy_backptr(dst + 2, 2, 2*(s->ps.sps->width >> s->ps.sps->hshift[i]) - 2);
 406                 }
 407         }
 408     }
 409
 410     frame->poc      = poc;
 411     frame->sequence = s->seq_decode;
 412     frame->flags    = 0;
 413
 414     if (s->threads_type == FF_THREAD_FRAME)
 415         ff_thread_report_progress(&frame->tf, INT_MAX, 0);
 416
 417     return frame;
 418 }
 419
 420 /* add a reference with the given poc to the list and mark it as used in DPB */
 421 static int add_candidate_ref(HEVCContext *s, RefPicList *list,
 422                              int poc, int ref_flag, uint8_t use_msb)
 423 {
 424     HEVCFrame *ref = find_ref_idx(s, poc, use_msb);
 425
 426     if (ref == s->ref || list->nb_refs >= HEVC_MAX_REFS)
 427         return AVERROR_INVALIDDATA;
 428
 429     if (!ref) {
 430         ref = generate_missing_ref(s, poc);
 431         if (!ref)
 432             return AVERROR(ENOMEM);
 433     }
 434
 435     list->list[list->nb_refs] = ref->poc;
 436     list->ref[list->nb_refs]  = ref;
 437     list->nb_refs++;
 438
 439     mark_ref(ref, ref_flag);
 440     return 0;
 441 }
 442
 443 int ff_hevc_frame_rps(HEVCContext *s)
 444 {
 445     const ShortTermRPS *short_rps = s->sh.short_term_rps;
 446     const LongTermRPS  *long_rps  = &s->sh.long_term_rps;
 447     RefPicList               *rps = s->rps;
 448     int i, ret = 0;
 449
 450     if (!short_rps) {
 451         rps[0].nb_refs = rps[1].nb_refs = 0;
 452         return 0;
 453     }
 454
 455     /* clear the reference flags on all frames except the current one */
 456     for (i = 0; i < FF_ARRAY_ELEMS(s->DPB); i++) {
 457         HEVCFrame *frame = &s->DPB[i];
 458
 459         if (frame == s->ref)
 460             continue;
 461
 462         mark_ref(frame, 0);
 463     }
 464
 465     for (i = 0; i < NB_RPS_TYPE; i++)
 466         rps[i].nb_refs = 0;
 467
 468     /* add the short refs */
 469     for (i = 0; i < short_rps->num_delta_pocs; i++) {
 470         int poc = s->poc + short_rps->delta_poc[i];
 471         int list;
 472
 473         if (!short_rps->used[i])
 474             list = ST_FOLL;
 475         else if (i < short_rps->num_negative_pics)
 476             list = ST_CURR_BEF;
 477         else
 478             list = ST_CURR_AFT;
 479
 480         ret = add_candidate_ref(s, &rps[list], poc, HEVC_FRAME_FLAG_SHORT_REF, 1);
 481         if (ret < 0)
 482             goto fail;
 483     }
 484
 485     /* add the long refs */
 486     for (i = 0; i < long_rps->nb_refs; i++) {
 487         int poc  = long_rps->poc[i];
 488         int list = long_rps->used[i] ? LT_CURR : LT_FOLL;
 489
 490         ret = add_candidate_ref(s, &rps[list], poc, HEVC_FRAME_FLAG_LONG_REF, long_rps->poc_msb_present[i]);
 491         if (ret < 0)
 492             goto fail;
 493     }
 494
 495 fail:
 496     /* release any frames that are now unused */
 497     for (i = 0; i < FF_ARRAY_ELEMS(s->DPB); i++)
 498         ff_hevc_unref_frame(s, &s->DPB[i], 0);
 499
 500     return ret;
 501 }
 502
 503 int ff_hevc_frame_nb_refs(const HEVCContext *s)
 504 {
 505     int ret = 0;
 506     int i;
 507     const ShortTermRPS *rps = s->sh.short_term_rps;
 508     const LongTermRPS *long_rps = &s->sh.long_term_rps;
 509
 510     if (rps) {
 511         for (i = 0; i < rps->num_negative_pics; i++)
 512             ret += !!rps->used[i];
 513         for (; i < rps->num_delta_pocs; i++)
 514             ret += !!rps->used[i];
 515     }
 516
 517     if (long_rps) {
 518         for (i = 0; i < long_rps->nb_refs; i++)
 519             ret += !!long_rps->used[i];
 520     }
 521     return ret;
 522 }