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