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->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
 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->window   = s->ps.sps->output_window;
 167
 168     return 0;
 169 }
 170
 171 int ff_hevc_output_frame(HEVCContext *s, AVFrame *out, int flush)
 172 {
 173     do {
 174         int nb_output = 0;
 175         int min_poc   = INT_MAX;
 176         int i, min_idx, ret;
 177
 178         if (s->sh.no_output_of_prior_pics_flag == 1 && s->no_rasl_output_flag == 1) {
 179             for (i = 0; i < FF_ARRAY_ELEMS(s->DPB); i++) {
 180                 HEVCFrame *frame = &s->DPB[i];
 181                 if (!(frame->flags & HEVC_FRAME_FLAG_BUMPING) && frame->poc != s->poc &&
 182                         frame->sequence == s->seq_output) {
 183                     ff_hevc_unref_frame(s, frame, HEVC_FRAME_FLAG_OUTPUT);
 184                 }
 185             }
 186         }
 187
 188         for (i = 0; i < FF_ARRAY_ELEMS(s->DPB); i++) {
 189             HEVCFrame *frame = &s->DPB[i];
 190             if ((frame->flags & HEVC_FRAME_FLAG_OUTPUT) &&
 191                 frame->sequence == s->seq_output) {
 192                 nb_output++;
 193                 if (frame->poc < min_poc || nb_output == 1) {
 194                     min_poc = frame->poc;
 195                     min_idx = i;
 196                 }
 197             }
 198         }
 199
 200         /* wait for more frames before output */
 201         if (!flush && s->seq_output == s->seq_decode && s->ps.sps &&
 202             nb_output <= s->ps.sps->temporal_layer[s->ps.sps->max_sub_layers - 1].num_reorder_pics)
 203             return 0;
 204
 205         if (nb_output) {
 206             HEVCFrame *frame = &s->DPB[min_idx];
 207             AVFrame *dst = out;
 208             AVFrame *src = frame->frame;
 209             const AVPixFmtDescriptor *desc = av_pix_fmt_desc_get(src->format);
 210             int pixel_shift = !!(desc->comp[0].depth > 8);
 211
 212             ret = av_frame_ref(out, src);
 213             if (frame->flags & HEVC_FRAME_FLAG_BUMPING)
 214                 ff_hevc_unref_frame(s, frame, HEVC_FRAME_FLAG_OUTPUT | HEVC_FRAME_FLAG_BUMPING);
 215             else
 216                 ff_hevc_unref_frame(s, frame, HEVC_FRAME_FLAG_OUTPUT);
 217             if (ret < 0)
 218                 return ret;
 219
 220             for (i = 0; i < 3; i++) {
 221                 int hshift = (i > 0) ? desc->log2_chroma_w : 0;
 222                 int vshift = (i > 0) ? desc->log2_chroma_h : 0;
 223                 int off = ((frame->window.left_offset >> hshift) << pixel_shift) +
 224                           (frame->window.top_offset   >> vshift) * dst->linesize[i];
 225                 dst->data[i] += off;
 226             }
 227             av_log(s->avctx, AV_LOG_DEBUG,
 228                    "Output frame with POC %d.\n", frame->poc);
 229             return 1;
 230         }
 231
 232         if (s->seq_output != s->seq_decode)
 233             s->seq_output = (s->seq_output + 1) & 0xff;
 234         else
 235             break;
 236     } while (1);
 237
 238     return 0;
 239 }
 240
 241 void ff_hevc_bump_frame(HEVCContext *s)
 242 {
 243     int dpb = 0;
 244     int min_poc = INT_MAX;
 245     int i;
 246
 247     for (i = 0; i < FF_ARRAY_ELEMS(s->DPB); i++) {
 248         HEVCFrame *frame = &s->DPB[i];
 249         if ((frame->flags) &&
 250             frame->sequence == s->seq_output &&
 251             frame->poc != s->poc) {
 252             dpb++;
 253         }
 254     }
 255
 256     if (s->ps.sps && dpb >= s->ps.sps->temporal_layer[s->ps.sps->max_sub_layers - 1].max_dec_pic_buffering) {
 257         for (i = 0; i < FF_ARRAY_ELEMS(s->DPB); i++) {
 258             HEVCFrame *frame = &s->DPB[i];
 259             if ((frame->flags) &&
 260                 frame->sequence == s->seq_output &&
 261                 frame->poc != s->poc) {
 262                 if (frame->flags == HEVC_FRAME_FLAG_OUTPUT && frame->poc < min_poc) {
 263                     min_poc = frame->poc;
 264                 }
 265             }
 266         }
 267
 268         for (i = 0; i < FF_ARRAY_ELEMS(s->DPB); i++) {
 269             HEVCFrame *frame = &s->DPB[i];
 270             if (frame->flags & HEVC_FRAME_FLAG_OUTPUT &&
 271                 frame->sequence == s->seq_output &&
 272                 frame->poc <= min_poc) {
 273                 frame->flags |= HEVC_FRAME_FLAG_BUMPING;
 274             }
 275         }
 276
 277         dpb--;
 278     }
 279 }
 280
 281 static int init_slice_rpl(HEVCContext *s)
 282 {
 283     HEVCFrame *frame = s->ref;
 284     int ctb_count    = frame->ctb_count;
 285     int ctb_addr_ts  = s->ps.pps->ctb_addr_rs_to_ts[s->sh.slice_segment_addr];
 286     int i;
 287
 288     if (s->slice_idx >= frame->rpl_buf->size / sizeof(RefPicListTab))
 289         return AVERROR_INVALIDDATA;
 290
 291     for (i = ctb_addr_ts; i < ctb_count; i++)
 292         frame->rpl_tab[i] = (RefPicListTab *)frame->rpl_buf->data + s->slice_idx;
 293
 294     frame->refPicList = (RefPicList *)frame->rpl_tab[ctb_addr_ts];
 295
 296     return 0;
 297 }
 298
 299 int ff_hevc_slice_rpl(HEVCContext *s)
 300 {
 301     SliceHeader *sh = &s->sh;
 302
 303     uint8_t nb_list = sh->slice_type == HEVC_SLICE_B ? 2 : 1;
 304     uint8_t list_idx;
 305     int i, j, ret;
 306
 307     ret = init_slice_rpl(s);
 308     if (ret < 0)
 309         return ret;
 310
 311     if (!(s->rps[ST_CURR_BEF].nb_refs + s->rps[ST_CURR_AFT].nb_refs +
 312           s->rps[LT_CURR].nb_refs)) {
 313         av_log(s->avctx, AV_LOG_ERROR, "Zero refs in the frame RPS.\n");
 314         return AVERROR_INVALIDDATA;
 315     }
 316
 317     for (list_idx = 0; list_idx < nb_list; list_idx++) {
 318         RefPicList  rpl_tmp = { { 0 } };
 319         RefPicList *rpl     = &s->ref->refPicList[list_idx];
 320
 321         /* The order of the elements is
 322          * ST_CURR_BEF - ST_CURR_AFT - LT_CURR for the L0 and
 323          * ST_CURR_AFT - ST_CURR_BEF - LT_CURR for the L1 */
 324         int cand_lists[3] = { list_idx ? ST_CURR_AFT : ST_CURR_BEF,
 325                               list_idx ? ST_CURR_BEF : ST_CURR_AFT,
 326                               LT_CURR };
 327
 328         /* concatenate the candidate lists for the current frame */
 329         while (rpl_tmp.nb_refs < sh->nb_refs[list_idx]) {
 330             for (i = 0; i < FF_ARRAY_ELEMS(cand_lists); i++) {
 331                 RefPicList *rps = &s->rps[cand_lists[i]];
 332                 for (j = 0; j < rps->nb_refs && rpl_tmp.nb_refs < HEVC_MAX_REFS; j++) {
 333                     rpl_tmp.list[rpl_tmp.nb_refs]       = rps->list[j];
 334                     rpl_tmp.ref[rpl_tmp.nb_refs]        = rps->ref[j];
 335                     rpl_tmp.isLongTerm[rpl_tmp.nb_refs] = i == 2;
 336                     rpl_tmp.nb_refs++;
 337                 }
 338             }
 339         }
 340
 341         /* reorder the references if necessary */
 342         if (sh->rpl_modification_flag[list_idx]) {
 343             for (i = 0; i < sh->nb_refs[list_idx]; i++) {
 344                 int idx = sh->list_entry_lx[list_idx][i];
 345
 346                 if (idx >= rpl_tmp.nb_refs) {
 347                     av_log(s->avctx, AV_LOG_ERROR, "Invalid reference index.\n");
 348                     return AVERROR_INVALIDDATA;
 349                 }
 350
 351                 rpl->list[i]       = rpl_tmp.list[idx];
 352                 rpl->ref[i]        = rpl_tmp.ref[idx];
 353                 rpl->isLongTerm[i] = rpl_tmp.isLongTerm[idx];
 354                 rpl->nb_refs++;
 355             }
 356         } else {
 357             memcpy(rpl, &rpl_tmp, sizeof(*rpl));
 358             rpl->nb_refs = FFMIN(rpl->nb_refs, sh->nb_refs[list_idx]);
 359         }
 360
 361         if (sh->collocated_list == list_idx &&
 362             sh->collocated_ref_idx < rpl->nb_refs)
 363             s->ref->collocated_ref = rpl->ref[sh->collocated_ref_idx];
 364     }
 365
 366     return 0;
 367 }
 368
 369 static HEVCFrame *find_ref_idx(HEVCContext *s, int poc)
 370 {
 371     int i;
 372     int LtMask = (1 << s->ps.sps->log2_max_poc_lsb) - 1;
 373
 374     for (i = 0; i < FF_ARRAY_ELEMS(s->DPB); i++) {
 375         HEVCFrame *ref = &s->DPB[i];
 376         if (ref->frame->buf[0] && (ref->sequence == s->seq_decode)) {
 377             if ((ref->poc & LtMask) == poc)
 378                 return ref;
 379         }
 380     }
 381
 382     for (i = 0; i < FF_ARRAY_ELEMS(s->DPB); i++) {
 383         HEVCFrame *ref = &s->DPB[i];
 384         if (ref->frame->buf[0] && ref->sequence == s->seq_decode) {
 385             if (ref->poc == poc || (ref->poc & LtMask) == poc)
 386                 return ref;
 387         }
 388     }
 389
 390     if (s->nal_unit_type != HEVC_NAL_CRA_NUT && !IS_BLA(s))
 391         av_log(s->avctx, AV_LOG_ERROR,
 392                "Could not find ref with POC %d\n", poc);
 393     return NULL;
 394 }
 395
 396 static void mark_ref(HEVCFrame *frame, int flag)
 397 {
 398     frame->flags &= ~(HEVC_FRAME_FLAG_LONG_REF | HEVC_FRAME_FLAG_SHORT_REF);
 399     frame->flags |= flag;
 400 }
 401
 402 static HEVCFrame *generate_missing_ref(HEVCContext *s, int poc)
 403 {
 404     HEVCFrame *frame;
 405     int i, x, y;
 406
 407     frame = alloc_frame(s);
 408     if (!frame)
 409         return NULL;
 410
 411     if (!s->avctx->hwaccel) {
 412         if (!s->ps.sps->pixel_shift) {
 413             for (i = 0; frame->frame->buf[i]; i++)
 414                 memset(frame->frame->buf[i]->data, 1 << (s->ps.sps->bit_depth - 1),
 415                        frame->frame->buf[i]->size);
 416         } else {
 417             for (i = 0; frame->frame->data[i]; i++)
 418                 for (y = 0; y < (s->ps.sps->height >> s->ps.sps->vshift[i]); y++)
 419                     for (x = 0; x < (s->ps.sps->width >> s->ps.sps->hshift[i]); x++) {
 420                         AV_WN16(frame->frame->data[i] + y * frame->frame->linesize[i] + 2 * x,
 421                                 1 << (s->ps.sps->bit_depth - 1));
 422                     }
 423         }
 424     }
 425
 426     frame->poc      = poc;
 427     frame->sequence = s->seq_decode;
 428     frame->flags    = 0;
 429
 430     if (s->threads_type == FF_THREAD_FRAME)
 431         ff_thread_report_progress(&frame->tf, INT_MAX, 0);
 432
 433     return frame;
 434 }
 435
 436 /* add a reference with the given poc to the list and mark it as used in DPB */
 437 static int add_candidate_ref(HEVCContext *s, RefPicList *list,
 438                              int poc, int ref_flag)
 439 {
 440     HEVCFrame *ref = find_ref_idx(s, poc);
 441
 442     if (ref == s->ref)
 443         return AVERROR_INVALIDDATA;
 444
 445     if (!ref) {
 446         ref = generate_missing_ref(s, poc);
 447         if (!ref)
 448             return AVERROR(ENOMEM);
 449     }
 450
 451     list->list[list->nb_refs] = ref->poc;
 452     list->ref[list->nb_refs]  = ref;
 453     list->nb_refs++;
 454
 455     mark_ref(ref, ref_flag);
 456     return 0;
 457 }
 458
 459 int ff_hevc_frame_rps(HEVCContext *s)
 460 {
 461     const ShortTermRPS *short_rps = s->sh.short_term_rps;
 462     const LongTermRPS  *long_rps  = &s->sh.long_term_rps;
 463     RefPicList               *rps = s->rps;
 464     int i, ret = 0;
 465
 466     if (!short_rps) {
 467         rps[0].nb_refs = rps[1].nb_refs = 0;
 468         return 0;
 469     }
 470
 471     /* clear the reference flags on all frames except the current one */
 472     for (i = 0; i < FF_ARRAY_ELEMS(s->DPB); i++) {
 473         HEVCFrame *frame = &s->DPB[i];
 474
 475         if (frame == s->ref)
 476             continue;
 477
 478         mark_ref(frame, 0);
 479     }
 480
 481     for (i = 0; i < NB_RPS_TYPE; i++)
 482         rps[i].nb_refs = 0;
 483
 484     /* add the short refs */
 485     for (i = 0; i < short_rps->num_delta_pocs; i++) {
 486         int poc = s->poc + short_rps->delta_poc[i];
 487         int list;
 488
 489         if (!short_rps->used[i])
 490             list = ST_FOLL;
 491         else if (i < short_rps->num_negative_pics)
 492             list = ST_CURR_BEF;
 493         else
 494             list = ST_CURR_AFT;
 495
 496         ret = add_candidate_ref(s, &rps[list], poc, HEVC_FRAME_FLAG_SHORT_REF);
 497         if (ret < 0)
 498             goto fail;
 499     }
 500
 501     /* add the long refs */
 502     for (i = 0; i < long_rps->nb_refs; i++) {
 503         int poc  = long_rps->poc[i];
 504         int list = long_rps->used[i] ? LT_CURR : LT_FOLL;
 505
 506         ret = add_candidate_ref(s, &rps[list], poc, HEVC_FRAME_FLAG_LONG_REF);
 507         if (ret < 0)
 508             goto fail;
 509     }
 510
 511 fail:
 512     /* release any frames that are now unused */
 513     for (i = 0; i < FF_ARRAY_ELEMS(s->DPB); i++)
 514         ff_hevc_unref_frame(s, &s->DPB[i], 0);
 515
 516     return ret;
 517 }
 518
 519 int ff_hevc_compute_poc(HEVCContext *s, int poc_lsb)
 520 {
 521     int max_poc_lsb  = 1 << s->ps.sps->log2_max_poc_lsb;
 522     int prev_poc_lsb = s->pocTid0 % max_poc_lsb;
 523     int prev_poc_msb = s->pocTid0 - prev_poc_lsb;
 524     int poc_msb;
 525
 526     if (poc_lsb < prev_poc_lsb && prev_poc_lsb - poc_lsb >= max_poc_lsb / 2)
 527         poc_msb = prev_poc_msb + max_poc_lsb;
 528     else if (poc_lsb > prev_poc_lsb && poc_lsb - prev_poc_lsb > max_poc_lsb / 2)
 529         poc_msb = prev_poc_msb - max_poc_lsb;
 530     else
 531         poc_msb = prev_poc_msb;
 532
 533     // For BLA picture types, POCmsb is set to 0.
 534     if (s->nal_unit_type == HEVC_NAL_BLA_W_LP   ||
 535         s->nal_unit_type == HEVC_NAL_BLA_W_RADL ||
 536         s->nal_unit_type == HEVC_NAL_BLA_N_LP)
 537         poc_msb = 0;
 538
 539     return poc_msb + poc_lsb;
 540 }
 541
 542 int ff_hevc_frame_nb_refs(HEVCContext *s)
 543 {
 544     int ret = 0;
 545     int i;
 546     const ShortTermRPS *rps = s->sh.short_term_rps;
 547     LongTermRPS *long_rps   = &s->sh.long_term_rps;
 548
 549     if (rps) {
 550         for (i = 0; i < rps->num_negative_pics; i++)
 551             ret += !!rps->used[i];
 552         for (; i < rps->num_delta_pocs; i++)
 553             ret += !!rps->used[i];
 554     }
 555
 556     if (long_rps) {
 557         for (i = 0; i < long_rps->nb_refs; i++)
 558             ret += !!long_rps->used[i];
 559     }
 560     return ret;
 561 }