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     int x_cb         = x0 >> s->sps->log2_ctb_size;
  55     int y_cb         = y0 >> s->sps->log2_ctb_size;
  56     int pic_width_cb = s->sps->ctb_width;
  57     int ctb_addr_ts  = s->pps->ctb_addr_rs_to_ts[y_cb * pic_width_cb + x_cb];
  58     return (RefPicList *)ref->rpl_tab[ctb_addr_ts];
  59 }
  60
  61 void ff_hevc_clear_refs(HEVCContext *s)
  62 {
  63     int i;
  64     for (i = 0; i < FF_ARRAY_ELEMS(s->DPB); i++)
  65         ff_hevc_unref_frame(s, &s->DPB[i],
  66                             HEVC_FRAME_FLAG_SHORT_REF |
  67                             HEVC_FRAME_FLAG_LONG_REF);
  68 }
  69
  70 void ff_hevc_flush_dpb(HEVCContext *s)
  71 {
  72     int i;
  73     for (i = 0; i < FF_ARRAY_ELEMS(s->DPB); i++)
  74         ff_hevc_unref_frame(s, &s->DPB[i], ~0);
  75 }
  76
  77 static HEVCFrame *alloc_frame(HEVCContext *s)
  78 {
  79     int i, j, ret;
  80     for (i = 0; i < FF_ARRAY_ELEMS(s->DPB); i++) {
  81         HEVCFrame *frame = &s->DPB[i];
  82         if (frame->frame->buf[0])
  83             continue;
  84
  85         ret = ff_thread_get_buffer(s->avctx, &frame->tf,
  86                                    AV_GET_BUFFER_FLAG_REF);
  87         if (ret < 0)
  88             return NULL;
  89
  90         frame->rpl_buf = av_buffer_allocz(s->nb_nals * sizeof(RefPicListTab));
  91         if (!frame->rpl_buf)
  92             goto fail;
  93
  94         frame->tab_mvf_buf = av_buffer_pool_get(s->tab_mvf_pool);
  95         if (!frame->tab_mvf_buf)
  96             goto fail;
  97         frame->tab_mvf = (MvField *)frame->tab_mvf_buf->data;
  98
  99         frame->rpl_tab_buf = av_buffer_pool_get(s->rpl_tab_pool);
 100         if (!frame->rpl_tab_buf)
 101             goto fail;
 102         frame->rpl_tab   = (RefPicListTab **)frame->rpl_tab_buf->data;
 103         frame->ctb_count = s->sps->ctb_width * s->sps->ctb_height;
 104         for (j = 0; j < frame->ctb_count; j++)
 105             frame->rpl_tab[j] = (RefPicListTab *)frame->rpl_buf->data;
 106
 107         frame->frame->top_field_first  = s->picture_struct == AV_PICTURE_STRUCTURE_TOP_FIELD;
 108         frame->frame->interlaced_frame = (s->picture_struct == AV_PICTURE_STRUCTURE_TOP_FIELD) || (s->picture_struct == AV_PICTURE_STRUCTURE_BOTTOM_FIELD);
 109         return frame;
 110 fail:
 111         ff_hevc_unref_frame(s, frame, ~0);
 112         return NULL;
 113     }
 114     av_log(s->avctx, AV_LOG_ERROR, "Error allocating frame, DPB full.\n");
 115     return NULL;
 116 }
 117
 118 int ff_hevc_set_new_ref(HEVCContext *s, AVFrame **frame, int poc)
 119 {
 120     HEVCFrame *ref;
 121     int i;
 122
 123     /* check that this POC doesn't already exist */
 124     for (i = 0; i < FF_ARRAY_ELEMS(s->DPB); i++) {
 125         HEVCFrame *frame = &s->DPB[i];
 126
 127         if (frame->frame->buf[0] && frame->sequence == s->seq_decode &&
 128             frame->poc == poc) {
 129             av_log(s->avctx, AV_LOG_ERROR, "Duplicate POC in a sequence: %d.\n",
 130                    poc);
 131             return AVERROR_INVALIDDATA;
 132         }
 133     }
 134
 135     ref = alloc_frame(s);
 136     if (!ref)
 137         return AVERROR(ENOMEM);
 138
 139     *frame = ref->frame;
 140     s->ref = ref;
 141
 142     if (s->sh.pic_output_flag)
 143         ref->flags = HEVC_FRAME_FLAG_OUTPUT | HEVC_FRAME_FLAG_SHORT_REF;
 144     else
 145         ref->flags = HEVC_FRAME_FLAG_SHORT_REF;
 146
 147     ref->poc      = poc;
 148     ref->sequence = s->seq_decode;
 149     ref->window   = s->sps->output_window;
 150
 151     return 0;
 152 }
 153
 154 int ff_hevc_output_frame(HEVCContext *s, AVFrame *out, int flush)
 155 {
 156     do {
 157         int nb_output = 0;
 158         int min_poc   = INT_MAX;
 159         int i, min_idx, ret;
 160
 161         if (s->sh.no_output_of_prior_pics_flag == 1) {
 162             for (i = 0; i < FF_ARRAY_ELEMS(s->DPB); i++) {
 163                 HEVCFrame *frame = &s->DPB[i];
 164                 if (!(frame->flags & HEVC_FRAME_FLAG_BUMPING) && frame->poc != s->poc &&
 165                         frame->sequence == s->seq_output) {
 166                     ff_hevc_unref_frame(s, frame, HEVC_FRAME_FLAG_OUTPUT);
 167                 }
 168             }
 169         }
 170
 171         for (i = 0; i < FF_ARRAY_ELEMS(s->DPB); i++) {
 172             HEVCFrame *frame = &s->DPB[i];
 173             if ((frame->flags & HEVC_FRAME_FLAG_OUTPUT) &&
 174                 frame->sequence == s->seq_output) {
 175                 nb_output++;
 176                 if (frame->poc < min_poc) {
 177                     min_poc = frame->poc;
 178                     min_idx = i;
 179                 }
 180             }
 181         }
 182
 183         /* wait for more frames before output */
 184         if (!flush && s->seq_output == s->seq_decode && s->sps &&
 185             nb_output <= s->sps->temporal_layer[s->sps->max_sub_layers - 1].num_reorder_pics)
 186             return 0;
 187
 188         if (nb_output) {
 189             HEVCFrame *frame = &s->DPB[min_idx];
 190             AVFrame *dst = out;
 191             AVFrame *src = frame->frame;
 192             const AVPixFmtDescriptor *desc = av_pix_fmt_desc_get(src->format);
 193             int pixel_shift = !!(desc->comp[0].depth_minus1 > 7);
 194
 195             ret = av_frame_ref(out, src);
 196             if (frame->flags & HEVC_FRAME_FLAG_BUMPING)
 197                 ff_hevc_unref_frame(s, frame, HEVC_FRAME_FLAG_OUTPUT | HEVC_FRAME_FLAG_BUMPING);
 198             else
 199                 ff_hevc_unref_frame(s, frame, HEVC_FRAME_FLAG_OUTPUT);
 200             if (ret < 0)
 201                 return ret;
 202
 203             for (i = 0; i < 3; i++) {
 204                 int hshift = (i > 0) ? desc->log2_chroma_w : 0;
 205                 int vshift = (i > 0) ? desc->log2_chroma_h : 0;
 206                 int off = ((frame->window.left_offset >> hshift) << pixel_shift) +
 207                           (frame->window.top_offset   >> vshift) * dst->linesize[i];
 208                 dst->data[i] += off;
 209             }
 210             av_log(s->avctx, AV_LOG_DEBUG,
 211                    "Output frame with POC %d.\n", frame->poc);
 212             return 1;
 213         }
 214
 215         if (s->seq_output != s->seq_decode)
 216             s->seq_output = (s->seq_output + 1) & 0xff;
 217         else
 218             break;
 219     } while (1);
 220
 221     return 0;
 222 }
 223
 224 void ff_hevc_bump_frame(HEVCContext *s)
 225 {
 226     int dpb = 0;
 227     int min_poc = INT_MAX;
 228     int i;
 229
 230     for (i = 0; i < FF_ARRAY_ELEMS(s->DPB); i++) {
 231         HEVCFrame *frame = &s->DPB[i];
 232         if ((frame->flags) &&
 233             frame->sequence == s->seq_output &&
 234             frame->poc != s->poc) {
 235             dpb++;
 236         }
 237     }
 238
 239     if (s->sps && dpb >= s->sps->temporal_layer[s->sps->max_sub_layers - 1].max_dec_pic_buffering) {
 240         for (i = 0; i < FF_ARRAY_ELEMS(s->DPB); i++) {
 241             HEVCFrame *frame = &s->DPB[i];
 242             if ((frame->flags) &&
 243                 frame->sequence == s->seq_output &&
 244                 frame->poc != s->poc) {
 245                 if (frame->flags == HEVC_FRAME_FLAG_OUTPUT && frame->poc < min_poc) {
 246                     min_poc = frame->poc;
 247                 }
 248             }
 249         }
 250
 251         for (i = 0; i < FF_ARRAY_ELEMS(s->DPB); i++) {
 252             HEVCFrame *frame = &s->DPB[i];
 253             if (frame->flags & HEVC_FRAME_FLAG_OUTPUT &&
 254                 frame->sequence == s->seq_output &&
 255                 frame->poc <= min_poc) {
 256                 frame->flags |= HEVC_FRAME_FLAG_BUMPING;
 257             }
 258         }
 259
 260         dpb--;
 261     }
 262 }
 263
 264 static int init_slice_rpl(HEVCContext *s)
 265 {
 266     HEVCFrame *frame = s->ref;
 267     int ctb_count    = frame->ctb_count;
 268     int ctb_addr_ts  = s->pps->ctb_addr_rs_to_ts[s->sh.slice_segment_addr];
 269     int i;
 270
 271     if (s->slice_idx >= frame->rpl_buf->size / sizeof(RefPicListTab))
 272         return AVERROR_INVALIDDATA;
 273
 274     for (i = ctb_addr_ts; i < ctb_count; i++)
 275         frame->rpl_tab[i] = (RefPicListTab *)frame->rpl_buf->data + s->slice_idx;
 276
 277     frame->refPicList = (RefPicList *)frame->rpl_tab[ctb_addr_ts];
 278
 279     return 0;
 280 }
 281
 282 int ff_hevc_slice_rpl(HEVCContext *s)
 283 {
 284     SliceHeader *sh = &s->sh;
 285
 286     uint8_t nb_list = sh->slice_type == B_SLICE ? 2 : 1;
 287     uint8_t list_idx;
 288     int i, j, ret;
 289
 290     ret = init_slice_rpl(s);
 291     if (ret < 0)
 292         return ret;
 293
 294     if (!(s->rps[ST_CURR_BEF].nb_refs + s->rps[ST_CURR_AFT].nb_refs +
 295           s->rps[LT_CURR].nb_refs)) {
 296         av_log(s->avctx, AV_LOG_ERROR, "Zero refs in the frame RPS.\n");
 297         return AVERROR_INVALIDDATA;
 298     }
 299
 300     for (list_idx = 0; list_idx < nb_list; list_idx++) {
 301         RefPicList  rpl_tmp = { { 0 } };
 302         RefPicList *rpl     = &s->ref->refPicList[list_idx];
 303
 304         /* The order of the elements is
 305          * ST_CURR_BEF - ST_CURR_AFT - LT_CURR for the L0 and
 306          * ST_CURR_AFT - ST_CURR_BEF - LT_CURR for the L1 */
 307         int cand_lists[3] = { list_idx ? ST_CURR_AFT : ST_CURR_BEF,
 308                               list_idx ? ST_CURR_BEF : ST_CURR_AFT,
 309                               LT_CURR };
 310
 311         /* concatenate the candidate lists for the current frame */
 312         while (rpl_tmp.nb_refs < sh->nb_refs[list_idx]) {
 313             for (i = 0; i < FF_ARRAY_ELEMS(cand_lists); i++) {
 314                 RefPicList *rps = &s->rps[cand_lists[i]];
 315                 for (j = 0; j < rps->nb_refs && rpl_tmp.nb_refs < MAX_REFS; j++) {
 316                     rpl_tmp.list[rpl_tmp.nb_refs]       = rps->list[j];
 317                     rpl_tmp.ref[rpl_tmp.nb_refs]        = rps->ref[j];
 318                     rpl_tmp.isLongTerm[rpl_tmp.nb_refs] = i == 2;
 319                     rpl_tmp.nb_refs++;
 320                 }
 321             }
 322         }
 323
 324         /* reorder the references if necessary */
 325         if (sh->rpl_modification_flag[list_idx]) {
 326             for (i = 0; i < sh->nb_refs[list_idx]; i++) {
 327                 int idx = sh->list_entry_lx[list_idx][i];
 328
 329                 if (idx >= rpl_tmp.nb_refs) {
 330                     av_log(s->avctx, AV_LOG_ERROR, "Invalid reference index.\n");
 331                     return AVERROR_INVALIDDATA;
 332                 }
 333
 334                 rpl->list[i]       = rpl_tmp.list[idx];
 335                 rpl->ref[i]        = rpl_tmp.ref[idx];
 336                 rpl->isLongTerm[i] = rpl_tmp.isLongTerm[idx];
 337                 rpl->nb_refs++;
 338             }
 339         } else {
 340             memcpy(rpl, &rpl_tmp, sizeof(*rpl));
 341             rpl->nb_refs = FFMIN(rpl->nb_refs, sh->nb_refs[list_idx]);
 342         }
 343
 344         if (sh->collocated_list == list_idx &&
 345             sh->collocated_ref_idx < rpl->nb_refs)
 346             s->ref->collocated_ref = rpl->ref[sh->collocated_ref_idx];
 347     }
 348
 349     return 0;
 350 }
 351
 352 static HEVCFrame *find_ref_idx(HEVCContext *s, int poc)
 353 {
 354     int i;
 355     int LtMask = (1 << s->sps->log2_max_poc_lsb) - 1;
 356
 357     for (i = 0; i < FF_ARRAY_ELEMS(s->DPB); i++) {
 358         HEVCFrame *ref = &s->DPB[i];
 359         if (ref->frame->buf[0] && (ref->sequence == s->seq_decode)) {
 360             if ((ref->poc & LtMask) == poc)
 361                 return ref;
 362         }
 363     }
 364
 365     for (i = 0; i < FF_ARRAY_ELEMS(s->DPB); i++) {
 366         HEVCFrame *ref = &s->DPB[i];
 367         if (ref->frame->buf[0] && ref->sequence == s->seq_decode) {
 368             if (ref->poc == poc || (ref->poc & LtMask) == poc)
 369                 return ref;
 370         }
 371     }
 372
 373     av_log(s->avctx, AV_LOG_ERROR,
 374            "Could not find ref with POC %d\n", poc);
 375     return NULL;
 376 }
 377
 378 static void mark_ref(HEVCFrame *frame, int flag)
 379 {
 380     frame->flags &= ~(HEVC_FRAME_FLAG_LONG_REF | HEVC_FRAME_FLAG_SHORT_REF);
 381     frame->flags |= flag;
 382 }
 383
 384 static HEVCFrame *generate_missing_ref(HEVCContext *s, int poc)
 385 {
 386     HEVCFrame *frame;
 387     int i, x, y;
 388
 389     frame = alloc_frame(s);
 390     if (!frame)
 391         return NULL;
 392
 393     if (!s->sps->pixel_shift) {
 394         for (i = 0; frame->frame->buf[i]; i++)
 395             memset(frame->frame->buf[i]->data, 1 << (s->sps->bit_depth - 1),
 396                    frame->frame->buf[i]->size);
 397     } else {
 398         for (i = 0; frame->frame->data[i]; i++)
 399             for (y = 0; y < (s->sps->height >> s->sps->vshift[i]); y++)
 400                 for (x = 0; x < (s->sps->width >> s->sps->hshift[i]); x++) {
 401                     AV_WN16(frame->frame->data[i] + y * frame->frame->linesize[i] + 2 * x,
 402                             1 << (s->sps->bit_depth - 1));
 403                 }
 404     }
 405
 406     frame->poc      = poc;
 407     frame->sequence = s->seq_decode;
 408     frame->flags    = 0;
 409
 410     if (s->threads_type == FF_THREAD_FRAME)
 411         ff_thread_report_progress(&frame->tf, INT_MAX, 0);
 412
 413     return frame;
 414 }
 415
 416 /* add a reference with the given poc to the list and mark it as used in DPB */
 417 static int add_candidate_ref(HEVCContext *s, RefPicList *list,
 418                              int poc, int ref_flag)
 419 {
 420     HEVCFrame *ref = find_ref_idx(s, poc);
 421
 422     if (ref == s->ref)
 423         return AVERROR_INVALIDDATA;
 424
 425     if (!ref) {
 426         ref = generate_missing_ref(s, poc);
 427         if (!ref)
 428             return AVERROR(ENOMEM);
 429     }
 430
 431     list->list[list->nb_refs] = ref->poc;
 432     list->ref[list->nb_refs]  = ref;
 433     list->nb_refs++;
 434
 435     mark_ref(ref, ref_flag);
 436     return 0;
 437 }
 438
 439 int ff_hevc_frame_rps(HEVCContext *s)
 440 {
 441     const ShortTermRPS *short_rps = s->sh.short_term_rps;
 442     const LongTermRPS  *long_rps  = &s->sh.long_term_rps;
 443     RefPicList               *rps = s->rps;
 444     int i, ret;
 445
 446     if (!short_rps) {
 447         rps[0].nb_refs = rps[1].nb_refs = 0;
 448         return 0;
 449     }
 450
 451     /* clear the reference flags on all frames except the current one */
 452     for (i = 0; i < FF_ARRAY_ELEMS(s->DPB); i++) {
 453         HEVCFrame *frame = &s->DPB[i];
 454
 455         if (frame == s->ref)
 456             continue;
 457
 458         mark_ref(frame, 0);
 459     }
 460
 461     for (i = 0; i < NB_RPS_TYPE; i++)
 462         rps[i].nb_refs = 0;
 463
 464     /* add the short refs */
 465     for (i = 0; i < short_rps->num_delta_pocs; i++) {
 466         int poc = s->poc + short_rps->delta_poc[i];
 467         int list;
 468
 469         if (!short_rps->used[i])
 470             list = ST_FOLL;
 471         else if (i < short_rps->num_negative_pics)
 472             list = ST_CURR_BEF;
 473         else
 474             list = ST_CURR_AFT;
 475
 476         ret = add_candidate_ref(s, &rps[list], poc, HEVC_FRAME_FLAG_SHORT_REF);
 477         if (ret < 0)
 478             return ret;
 479     }
 480
 481     /* add the long refs */
 482     for (i = 0; i < long_rps->nb_refs; i++) {
 483         int poc  = long_rps->poc[i];
 484         int list = long_rps->used[i] ? LT_CURR : LT_FOLL;
 485
 486         ret = add_candidate_ref(s, &rps[list], poc, HEVC_FRAME_FLAG_LONG_REF);
 487         if (ret < 0)
 488             return ret;
 489     }
 490
 491     /* release any frames that are now unused */
 492     for (i = 0; i < FF_ARRAY_ELEMS(s->DPB); i++)
 493         ff_hevc_unref_frame(s, &s->DPB[i], 0);
 494
 495     return 0;
 496 }
 497
 498 int ff_hevc_compute_poc(HEVCContext *s, int poc_lsb)
 499 {
 500     int max_poc_lsb  = 1 << s->sps->log2_max_poc_lsb;
 501     int prev_poc_lsb = s->pocTid0 % max_poc_lsb;
 502     int prev_poc_msb = s->pocTid0 - prev_poc_lsb;
 503     int poc_msb;
 504
 505     if (poc_lsb < prev_poc_lsb && prev_poc_lsb - poc_lsb >= max_poc_lsb / 2)
 506         poc_msb = prev_poc_msb + max_poc_lsb;
 507     else if (poc_lsb > prev_poc_lsb && poc_lsb - prev_poc_lsb > max_poc_lsb / 2)
 508         poc_msb = prev_poc_msb - max_poc_lsb;
 509     else
 510         poc_msb = prev_poc_msb;
 511
 512     // For BLA picture types, POCmsb is set to 0.
 513     if (s->nal_unit_type == NAL_BLA_W_LP   ||
 514         s->nal_unit_type == NAL_BLA_W_RADL ||
 515         s->nal_unit_type == NAL_BLA_N_LP)
 516         poc_msb = 0;
 517
 518     return poc_msb + poc_lsb;
 519 }
 520
 521 int ff_hevc_frame_nb_refs(HEVCContext *s)
 522 {
 523     int ret = 0;
 524     int i;
 525     const ShortTermRPS *rps = s->sh.short_term_rps;
 526     LongTermRPS *long_rps   = &s->sh.long_term_rps;
 527
 528     if (rps) {
 529         for (i = 0; i < rps->num_negative_pics; i++)
 530             ret += !!rps->used[i];
 531         for (; i < rps->num_delta_pocs; i++)
 532             ret += !!rps->used[i];
 533     }
 534
 535     if (long_rps) {
 536         for (i = 0; i < long_rps->nb_refs; i++)
 537             ret += !!long_rps->used[i];
 538     }
 539     return ret;
 540 }