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 Libav.
   8  *
   9  * Libav 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  * Libav 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 Libav; 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         return frame;
 113
 114 fail:
 115         ff_hevc_unref_frame(s, frame, ~0);
 116         return NULL;
 117     }
 118     av_log(s->avctx, AV_LOG_ERROR, "Error allocating frame, DPB full.\n");
 119     return NULL;
 120 }
 121
 122 int ff_hevc_set_new_ref(HEVCContext *s, AVFrame **frame, int poc)
 123 {
 124     HEVCFrame *ref;
 125     int i;
 126
 127     /* check that this POC doesn't already exist */
 128     for (i = 0; i < FF_ARRAY_ELEMS(s->DPB); i++) {
 129         HEVCFrame *frame = &s->DPB[i];
 130
 131         if (frame->frame->buf[0] && frame->sequence == s->seq_decode &&
 132             frame->poc == poc) {
 133             av_log(s->avctx, AV_LOG_ERROR, "Duplicate POC in a sequence: %d.\n",
 134                    poc);
 135             return AVERROR_INVALIDDATA;
 136         }
 137     }
 138
 139     ref = alloc_frame(s);
 140     if (!ref)
 141         return AVERROR(ENOMEM);
 142
 143     *frame = ref->frame;
 144     s->ref = ref;
 145
 146     if (s->sh.pic_output_flag)
 147         ref->flags = HEVC_FRAME_FLAG_OUTPUT | HEVC_FRAME_FLAG_SHORT_REF;
 148     else
 149         ref->flags = HEVC_FRAME_FLAG_SHORT_REF;
 150
 151     ref->poc      = poc;
 152     ref->sequence = s->seq_decode;
 153     ref->window   = s->sps->output_window;
 154
 155     return 0;
 156 }
 157
 158 int ff_hevc_output_frame(HEVCContext *s, AVFrame *out, int flush)
 159 {
 160     do {
 161         int nb_output = 0;
 162         int min_poc   = INT_MAX;
 163         int i, min_idx, ret;
 164
 165         for (i = 0; i < FF_ARRAY_ELEMS(s->DPB); i++) {
 166             HEVCFrame *frame = &s->DPB[i];
 167             if ((frame->flags & HEVC_FRAME_FLAG_OUTPUT) &&
 168                 frame->sequence == s->seq_output) {
 169                 nb_output++;
 170                 if (frame->poc < min_poc) {
 171                     min_poc = frame->poc;
 172                     min_idx = i;
 173                 }
 174             }
 175         }
 176
 177         /* wait for more frames before output */
 178         if (!flush && s->seq_output == s->seq_decode && s->sps &&
 179             nb_output <= s->sps->temporal_layer[s->sps->max_sub_layers - 1].num_reorder_pics)
 180             return 0;
 181
 182         if (nb_output) {
 183             HEVCFrame *frame = &s->DPB[min_idx];
 184             const AVPixFmtDescriptor *desc = av_pix_fmt_desc_get(frame->frame->format);
 185             int pixel_shift;
 186
 187             if (!desc)
 188                 return AVERROR_BUG;
 189
 190             pixel_shift = desc->comp[0].depth_minus1 > 7;
 191
 192             ret = av_frame_ref(out, frame->frame);
 193             ff_hevc_unref_frame(s, frame, HEVC_FRAME_FLAG_OUTPUT);
 194             if (ret < 0)
 195                 return ret;
 196
 197             for (i = 0; i < 3; i++) {
 198                 int hshift = (i > 0) ? desc->log2_chroma_w : 0;
 199                 int vshift = (i > 0) ? desc->log2_chroma_h : 0;
 200                 int off = ((frame->window.left_offset >> hshift) << pixel_shift) +
 201                           (frame->window.top_offset   >> vshift) * out->linesize[i];
 202                 out->data[i] += off;
 203             }
 204             av_log(s->avctx, AV_LOG_DEBUG,
 205                    "Output frame with POC %d.\n", frame->poc);
 206             return 1;
 207         }
 208
 209         if (s->seq_output != s->seq_decode)
 210             s->seq_output = (s->seq_output + 1) & 0xff;
 211         else
 212             break;
 213     } while (1);
 214
 215     return 0;
 216 }
 217
 218 static int init_slice_rpl(HEVCContext *s)
 219 {
 220     HEVCFrame *frame = s->ref;
 221     int ctb_count    = frame->ctb_count;
 222     int ctb_addr_ts  = s->pps->ctb_addr_rs_to_ts[s->sh.slice_segment_addr];
 223     int i;
 224
 225     if (s->slice_idx >= frame->rpl_buf->size / sizeof(RefPicListTab))
 226         return AVERROR_INVALIDDATA;
 227
 228     for (i = ctb_addr_ts; i < ctb_count; i++)
 229         frame->rpl_tab[i] = (RefPicListTab *)frame->rpl_buf->data + s->slice_idx;
 230
 231     frame->refPicList = (RefPicList *)frame->rpl_tab[ctb_addr_ts];
 232
 233     return 0;
 234 }
 235
 236 int ff_hevc_slice_rpl(HEVCContext *s)
 237 {
 238     SliceHeader *sh = &s->sh;
 239
 240     uint8_t nb_list = sh->slice_type == B_SLICE ? 2 : 1;
 241     uint8_t list_idx;
 242     int i, j, ret;
 243
 244     ret = init_slice_rpl(s);
 245     if (ret < 0)
 246         return ret;
 247
 248     if (!(s->rps[ST_CURR_BEF].nb_refs + s->rps[ST_CURR_AFT].nb_refs +
 249           s->rps[LT_CURR].nb_refs)) {
 250         av_log(s->avctx, AV_LOG_ERROR, "Zero refs in the frame RPS.\n");
 251         return AVERROR_INVALIDDATA;
 252     }
 253
 254     for (list_idx = 0; list_idx < nb_list; list_idx++) {
 255         RefPicList  rpl_tmp = { { 0 } };
 256         RefPicList *rpl     = &s->ref->refPicList[list_idx];
 257
 258         /* The order of the elements is
 259          * ST_CURR_BEF - ST_CURR_AFT - LT_CURR for the L0 and
 260          * ST_CURR_AFT - ST_CURR_BEF - LT_CURR for the L1 */
 261         int cand_lists[3] = { list_idx ? ST_CURR_AFT : ST_CURR_BEF,
 262                               list_idx ? ST_CURR_BEF : ST_CURR_AFT,
 263                               LT_CURR };
 264
 265         /* concatenate the candidate lists for the current frame */
 266         while (rpl_tmp.nb_refs < sh->nb_refs[list_idx]) {
 267             for (i = 0; i < FF_ARRAY_ELEMS(cand_lists); i++) {
 268                 RefPicList *rps = &s->rps[cand_lists[i]];
 269                 for (j = 0; j < rps->nb_refs && rpl_tmp.nb_refs < MAX_REFS; j++) {
 270                     rpl_tmp.list[rpl_tmp.nb_refs]       = rps->list[j];
 271                     rpl_tmp.ref[rpl_tmp.nb_refs]        = rps->ref[j];
 272                     rpl_tmp.isLongTerm[rpl_tmp.nb_refs] = i == 2;
 273                     rpl_tmp.nb_refs++;
 274                 }
 275             }
 276         }
 277
 278         /* reorder the references if necessary */
 279         if (sh->rpl_modification_flag[list_idx]) {
 280             for (i = 0; i < sh->nb_refs[list_idx]; i++) {
 281                 int idx = sh->list_entry_lx[list_idx][i];
 282
 283                 if (idx >= rpl_tmp.nb_refs) {
 284                     av_log(s->avctx, AV_LOG_ERROR, "Invalid reference index.\n");
 285                     return AVERROR_INVALIDDATA;
 286                 }
 287
 288                 rpl->list[i]       = rpl_tmp.list[idx];
 289                 rpl->ref[i]        = rpl_tmp.ref[idx];
 290                 rpl->isLongTerm[i] = rpl_tmp.isLongTerm[idx];
 291                 rpl->nb_refs++;
 292             }
 293         } else {
 294             memcpy(rpl, &rpl_tmp, sizeof(*rpl));
 295             rpl->nb_refs = FFMIN(rpl->nb_refs, sh->nb_refs[list_idx]);
 296         }
 297
 298         if (sh->collocated_list == list_idx &&
 299             sh->collocated_ref_idx < rpl->nb_refs)
 300             s->ref->collocated_ref = rpl->ref[sh->collocated_ref_idx];
 301     }
 302
 303     return 0;
 304 }
 305
 306 static HEVCFrame *find_ref_idx(HEVCContext *s, int poc)
 307 {
 308     int i;
 309     int LtMask = (1 << s->sps->log2_max_poc_lsb) - 1;
 310
 311     for (i = 0; i < FF_ARRAY_ELEMS(s->DPB); i++) {
 312         HEVCFrame *ref = &s->DPB[i];
 313         if (ref->frame->buf[0] && (ref->sequence == s->seq_decode)) {
 314             if ((ref->poc & LtMask) == poc)
 315                 return ref;
 316         }
 317     }
 318
 319     for (i = 0; i < FF_ARRAY_ELEMS(s->DPB); i++) {
 320         HEVCFrame *ref = &s->DPB[i];
 321         if (ref->frame->buf[0] && ref->sequence == s->seq_decode) {
 322             if (ref->poc == poc || (ref->poc & LtMask) == poc)
 323                 return ref;
 324         }
 325     }
 326
 327     av_log(s->avctx, AV_LOG_ERROR,
 328            "Could not find ref with POC %d\n", poc);
 329     return NULL;
 330 }
 331
 332 static void mark_ref(HEVCFrame *frame, int flag)
 333 {
 334     frame->flags &= ~(HEVC_FRAME_FLAG_LONG_REF | HEVC_FRAME_FLAG_SHORT_REF);
 335     frame->flags |= flag;
 336 }
 337
 338 static HEVCFrame *generate_missing_ref(HEVCContext *s, int poc)
 339 {
 340     HEVCFrame *frame;
 341     int i, x, y;
 342
 343     frame = alloc_frame(s);
 344     if (!frame)
 345         return NULL;
 346
 347     if (!s->sps->pixel_shift) {
 348         for (i = 0; frame->frame->buf[i]; i++)
 349             memset(frame->frame->buf[i]->data, 1 << (s->sps->bit_depth - 1),
 350                    frame->frame->buf[i]->size);
 351     } else {
 352         for (i = 0; frame->frame->data[i]; i++)
 353             for (y = 0; y < (s->sps->height >> s->sps->vshift[i]); y++)
 354                 for (x = 0; x < (s->sps->width >> s->sps->hshift[i]); x++) {
 355                     AV_WN16(frame->frame->data[i] + y * frame->frame->linesize[i] + 2 * x,
 356                             1 << (s->sps->bit_depth - 1));
 357                 }
 358     }
 359
 360     frame->poc      = poc;
 361     frame->sequence = s->seq_decode;
 362     frame->flags    = 0;
 363
 364     ff_thread_report_progress(&frame->tf, INT_MAX, 0);
 365
 366     return frame;
 367 }
 368
 369 /* add a reference with the given poc to the list and mark it as used in DPB */
 370 static int add_candidate_ref(HEVCContext *s, RefPicList *list,
 371                              int poc, int ref_flag)
 372 {
 373     HEVCFrame *ref = find_ref_idx(s, poc);
 374
 375     if (ref == s->ref)
 376         return AVERROR_INVALIDDATA;
 377
 378     if (!ref) {
 379         ref = generate_missing_ref(s, poc);
 380         if (!ref)
 381             return AVERROR(ENOMEM);
 382     }
 383
 384     list->list[list->nb_refs] = ref->poc;
 385     list->ref[list->nb_refs]  = ref;
 386     list->nb_refs++;
 387
 388     mark_ref(ref, ref_flag);
 389     return 0;
 390 }
 391
 392 int ff_hevc_frame_rps(HEVCContext *s)
 393 {
 394     const ShortTermRPS *short_rps = s->sh.short_term_rps;
 395     const LongTermRPS  *long_rps  = &s->sh.long_term_rps;
 396     RefPicList               *rps = s->rps;
 397     int i, ret;
 398
 399     if (!short_rps) {
 400         rps[0].nb_refs = rps[1].nb_refs = 0;
 401         return 0;
 402     }
 403
 404     /* clear the reference flags on all frames except the current one */
 405     for (i = 0; i < FF_ARRAY_ELEMS(s->DPB); i++) {
 406         HEVCFrame *frame = &s->DPB[i];
 407
 408         if (frame == s->ref)
 409             continue;
 410
 411         mark_ref(frame, 0);
 412     }
 413
 414     for (i = 0; i < NB_RPS_TYPE; i++)
 415         rps[i].nb_refs = 0;
 416
 417     /* add the short refs */
 418     for (i = 0; i < short_rps->num_delta_pocs; i++) {
 419         int poc = s->poc + short_rps->delta_poc[i];
 420         int list;
 421
 422         if (!short_rps->used[i])
 423             list = ST_FOLL;
 424         else if (i < short_rps->num_negative_pics)
 425             list = ST_CURR_BEF;
 426         else
 427             list = ST_CURR_AFT;
 428
 429         ret = add_candidate_ref(s, &rps[list], poc, HEVC_FRAME_FLAG_SHORT_REF);
 430         if (ret < 0)
 431             return ret;
 432     }
 433
 434     /* add the long refs */
 435     for (i = 0; i < long_rps->nb_refs; i++) {
 436         int poc  = long_rps->poc[i];
 437         int list = long_rps->used[i] ? LT_CURR : LT_FOLL;
 438
 439         ret = add_candidate_ref(s, &rps[list], poc, HEVC_FRAME_FLAG_LONG_REF);
 440         if (ret < 0)
 441             return ret;
 442     }
 443
 444     /* release any frames that are now unused */
 445     for (i = 0; i < FF_ARRAY_ELEMS(s->DPB); i++)
 446         ff_hevc_unref_frame(s, &s->DPB[i], 0);
 447
 448     return 0;
 449 }
 450
 451 int ff_hevc_compute_poc(HEVCContext *s, int poc_lsb)
 452 {
 453     int max_poc_lsb  = 1 << s->sps->log2_max_poc_lsb;
 454     int prev_poc_lsb = s->pocTid0 % max_poc_lsb;
 455     int prev_poc_msb = s->pocTid0 - prev_poc_lsb;
 456     int poc_msb;
 457
 458     if (poc_lsb < prev_poc_lsb && prev_poc_lsb - poc_lsb >= max_poc_lsb / 2)
 459         poc_msb = prev_poc_msb + max_poc_lsb;
 460     else if (poc_lsb > prev_poc_lsb && poc_lsb - prev_poc_lsb > max_poc_lsb / 2)
 461         poc_msb = prev_poc_msb - max_poc_lsb;
 462     else
 463         poc_msb = prev_poc_msb;
 464
 465     // For BLA picture types, POCmsb is set to 0.
 466     if (s->nal_unit_type == NAL_BLA_W_LP   ||
 467         s->nal_unit_type == NAL_BLA_W_RADL ||
 468         s->nal_unit_type == NAL_BLA_N_LP)
 469         poc_msb = 0;
 470
 471     return poc_msb + poc_lsb;
 472 }
 473
 474 int ff_hevc_frame_nb_refs(HEVCContext *s)
 475 {
 476     int ret = 0;
 477     int i;
 478     const ShortTermRPS *rps = s->sh.short_term_rps;
 479     LongTermRPS *long_rps   = &s->sh.long_term_rps;
 480
 481     if (rps) {
 482         for (i = 0; i < rps->num_negative_pics; i++)
 483             ret += !!rps->used[i];
 484         for (; i < rps->num_delta_pocs; i++)
 485             ret += !!rps->used[i];
 486     }
 487
 488     if (long_rps) {
 489         for (i = 0; i < long_rps->nb_refs; i++)
 490             ret += !!long_rps->used[i];
 491     }
 492     return ret;
 493 }