git.sesse.net Git - ffmpeg/blob - libavcodec/vp9.h

   1 /*
   2  * VP9 compatible video decoder
   3  *
   4  * Copyright (C) 2013 Ronald S. Bultje <rsbultje gmail com>
   5  * Copyright (C) 2013 Clément Bœsch <u pkh me>
   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 #ifndef AVCODEC_VP9_H
  25 #define AVCODEC_VP9_H
  26
  27 #include <stddef.h>
  28 #include <stdint.h>
  29
  30 #include "libavutil/buffer.h"
  31 #include "libavutil/internal.h"
  32
  33 #include "avcodec.h"
  34 #include "thread.h"
  35 #include "vp56.h"
  36
  37 enum TxfmMode {
  38     TX_4X4,
  39     TX_8X8,
  40     TX_16X16,
  41     TX_32X32,
  42     N_TXFM_SIZES,
  43     TX_SWITCHABLE = N_TXFM_SIZES,
  44     N_TXFM_MODES
  45 };
  46
  47 enum TxfmType {
  48     DCT_DCT,
  49     DCT_ADST,
  50     ADST_DCT,
  51     ADST_ADST,
  52     N_TXFM_TYPES
  53 };
  54
  55 enum IntraPredMode {
  56     VERT_PRED,
  57     HOR_PRED,
  58     DC_PRED,
  59     DIAG_DOWN_LEFT_PRED,
  60     DIAG_DOWN_RIGHT_PRED,
  61     VERT_RIGHT_PRED,
  62     HOR_DOWN_PRED,
  63     VERT_LEFT_PRED,
  64     HOR_UP_PRED,
  65     TM_VP8_PRED,
  66     LEFT_DC_PRED,
  67     TOP_DC_PRED,
  68     DC_128_PRED,
  69     DC_127_PRED,
  70     DC_129_PRED,
  71     N_INTRA_PRED_MODES
  72 };
  73
  74 enum FilterMode {
  75     FILTER_8TAP_SMOOTH,
  76     FILTER_8TAP_REGULAR,
  77     FILTER_8TAP_SHARP,
  78     FILTER_BILINEAR,
  79     FILTER_SWITCHABLE,
  80 };
  81
  82 enum BlockPartition {
  83     PARTITION_NONE,    // [ ] <-.
  84     PARTITION_H,       // [-]   |
  85     PARTITION_V,       // [|]   |
  86     PARTITION_SPLIT,   // [+] --'
  87 };
  88
  89 enum InterPredMode {
  90     NEARESTMV = 10,
  91     NEARMV    = 11,
  92     ZEROMV    = 12,
  93     NEWMV     = 13,
  94 };
  95
  96 enum MVJoint {
  97     MV_JOINT_ZERO,
  98     MV_JOINT_H,
  99     MV_JOINT_V,
 100     MV_JOINT_HV,
 101 };
 102
 103 typedef struct ProbContext {
 104     uint8_t y_mode[4][9];
 105     uint8_t uv_mode[10][9];
 106     uint8_t filter[4][2];
 107     uint8_t mv_mode[7][3];
 108     uint8_t intra[4];
 109     uint8_t comp[5];
 110     uint8_t single_ref[5][2];
 111     uint8_t comp_ref[5];
 112     uint8_t tx32p[2][3];
 113     uint8_t tx16p[2][2];
 114     uint8_t tx8p[2];
 115     uint8_t skip[3];
 116     uint8_t mv_joint[3];
 117     struct {
 118         uint8_t sign;
 119         uint8_t classes[10];
 120         uint8_t class0;
 121         uint8_t bits[10];
 122         uint8_t class0_fp[2][3];
 123         uint8_t fp[3];
 124         uint8_t class0_hp;
 125         uint8_t hp;
 126     } mv_comp[2];
 127     uint8_t partition[4][4][3];
 128 } ProbContext;
 129
 130 typedef void (*vp9_mc_func)(uint8_t *dst, ptrdiff_t dst_stride,
 131                             const uint8_t *ref, ptrdiff_t ref_stride,
 132                             int h, int mx, int my);
 133 typedef void (*vp9_scaled_mc_func)(uint8_t *dst, ptrdiff_t dst_stride,
 134                                    const uint8_t *ref, ptrdiff_t ref_stride,
 135                                    int h, int mx, int my, int dx, int dy);
 136
 137 typedef struct VP9DSPContext {
 138     /*
 139      * dimension 1: 0=4x4, 1=8x8, 2=16x16, 3=32x32
 140      * dimension 2: intra prediction modes
 141      *
 142      * dst/left/top is aligned by transform-size (i.e. 4, 8, 16 or 32 pixels)
 143      * stride is aligned by 16 pixels
 144      * top[-1] is top/left; top[4,7] is top-right for 4x4
 145      */
 146     // FIXME(rbultje) maybe replace left/top pointers with HAVE_TOP/
 147     // HAVE_LEFT/HAVE_TOPRIGHT flags instead, and then handle it in-place?
 148     // also needs to fit in with what H.264/VP8/etc do
 149     void (*intra_pred[N_TXFM_SIZES][N_INTRA_PRED_MODES])(uint8_t *dst,
 150                                                          ptrdiff_t stride,
 151                                                          const uint8_t *left,
 152                                                          const uint8_t *top);
 153
 154     /*
 155      * dimension 1: 0=4x4, 1=8x8, 2=16x16, 3=32x32, 4=lossless (3-4=dct only)
 156      * dimension 2: 0=dct/dct, 1=dct/adst, 2=adst/dct, 3=adst/adst
 157      *
 158      * dst is aligned by transform-size (i.e. 4, 8, 16 or 32 pixels)
 159      * stride is aligned by 16 pixels
 160      * block is 16-byte aligned
 161      * eob indicates the position (+1) of the last non-zero coefficient,
 162      * in scan-order. This can be used to write faster versions, e.g. a
 163      * dc-only 4x4/8x8/16x16/32x32, or a 4x4-only (eob<10) 8x8/16x16/32x32,
 164      * etc.
 165      */
 166     // FIXME also write idct_add_block() versions for whole (inter) pred
 167     // blocks, so we can do 2 4x4s at once
 168     void (*itxfm_add[N_TXFM_SIZES + 1][N_TXFM_TYPES])(uint8_t *dst,
 169                                                       ptrdiff_t stride,
 170                                                       int16_t *block, int eob);
 171
 172     /*
 173      * dimension 1: width of filter (0=4, 1=8, 2=16)
 174      * dimension 2: 0=col-edge filter (h), 1=row-edge filter (v)
 175      *
 176      * dst/stride are aligned by 8
 177      */
 178     void (*loop_filter_8[3][2])(uint8_t *dst, ptrdiff_t stride,
 179                                 int mb_lim, int lim, int hev_thr);
 180
 181     /*
 182      * dimension 1: 0=col-edge filter (h), 1=row-edge filter (v)
 183      *
 184      * The width of filter is assumed to be 16; dst/stride are aligned by 16
 185      */
 186     void (*loop_filter_16[2])(uint8_t *dst, ptrdiff_t stride,
 187                               int mb_lim, int lim, int hev_thr);
 188
 189     /*
 190      * dimension 1/2: width of filter (0=4, 1=8) for each filter half
 191      * dimension 3: 0=col-edge filter (h), 1=row-edge filter (v)
 192      *
 193      * dst/stride are aligned by operation size
 194      * this basically calls loop_filter[d1][d3][0](), followed by
 195      * loop_filter[d2][d3][0]() on the next 8 pixels
 196      * mb_lim/lim/hev_thr contain two values in the lowest two bytes of the
 197      * integer.
 198      */
 199     // FIXME perhaps a mix4 that operates on 32px (for AVX2)
 200     void (*loop_filter_mix2[2][2][2])(uint8_t *dst, ptrdiff_t stride,
 201                                       int mb_lim, int lim, int hev_thr);
 202
 203     /*
 204      * dimension 1: hsize (0: 64, 1: 32, 2: 16, 3: 8, 4: 4)
 205      * dimension 2: filter type (0: smooth, 1: regular, 2: sharp, 3: bilin)
 206      * dimension 3: averaging type (0: put, 1: avg)
 207      * dimension 4: x subpel interpolation (0: none, 1: 8tap/bilin)
 208      * dimension 5: y subpel interpolation (0: none, 1: 8tap/bilin)
 209      *
 210      * dst/stride are aligned by hsize
 211      */
 212     vp9_mc_func mc[5][4][2][2][2];
 213
 214     /*
 215      * for scalable MC, first 3 dimensions identical to above, the other two
 216      * don't exist since it changes per stepsize.
 217      */
 218     vp9_scaled_mc_func smc[5][4][2];
 219 } VP9DSPContext;
 220
 221 enum CompPredMode {
 222     PRED_SINGLEREF,
 223     PRED_COMPREF,
 224     PRED_SWITCHABLE,
 225 };
 226
 227 typedef struct VP9mvrefPair {
 228     VP56mv mv[2];
 229     int8_t ref[2];
 230 } VP9mvrefPair;
 231
 232 typedef struct VP9Filter {
 233     uint8_t level[8 * 8];
 234     uint8_t /* bit=col */ mask[2 /* 0=y, 1=uv */][2 /* 0=col, 1=row */]
 235                               [8 /* rows */][4 /* 0=16, 1=8, 2=4, 3=inner4 */];
 236 } VP9Filter;
 237
 238 typedef struct VP9Frame {
 239     ThreadFrame tf;
 240     AVBufferRef *extradata;
 241     uint8_t *segmentation_map;
 242     VP9mvrefPair *mv;
 243     int uses_2pass;
 244
 245     AVBufferRef *hwaccel_priv_buf;
 246     void *hwaccel_picture_private;
 247 } VP9Frame;
 248
 249 enum BlockLevel {
 250     BL_64X64,
 251     BL_32X32,
 252     BL_16X16,
 253     BL_8X8,
 254 };
 255
 256 enum BlockSize {
 257     BS_64x64,
 258     BS_64x32,
 259     BS_32x64,
 260     BS_32x32,
 261     BS_32x16,
 262     BS_16x32,
 263     BS_16x16,
 264     BS_16x8,
 265     BS_8x16,
 266     BS_8x8,
 267     BS_8x4,
 268     BS_4x8,
 269     BS_4x4,
 270     N_BS_SIZES,
 271 };
 272
 273 typedef struct VP9Block {
 274     uint8_t seg_id, intra, comp, ref[2], mode[4], uvmode, skip;
 275     enum FilterMode filter;
 276     VP56mv mv[4 /* b_idx */][2 /* ref */];
 277     enum BlockSize bs;
 278     enum TxfmMode tx, uvtx;
 279     enum BlockLevel bl;
 280     enum BlockPartition bp;
 281 } VP9Block;
 282
 283 typedef struct VP9BitstreamHeader {
 284     // bitstream header
 285     uint8_t profile;
 286     uint8_t bpp;
 287     uint8_t keyframe;
 288     uint8_t invisible;
 289     uint8_t errorres;
 290     uint8_t intraonly;
 291     uint8_t resetctx;
 292     uint8_t refreshrefmask;
 293     uint8_t highprecisionmvs;
 294     enum FilterMode filtermode;
 295     uint8_t allowcompinter;
 296     uint8_t refreshctx;
 297     uint8_t parallelmode;
 298     uint8_t framectxid;
 299     uint8_t use_last_frame_mvs;
 300     uint8_t refidx[3];
 301     uint8_t signbias[3];
 302     uint8_t fixcompref;
 303     uint8_t varcompref[2];
 304     struct {
 305         uint8_t level;
 306         int8_t sharpness;
 307     } filter;
 308     struct {
 309         uint8_t enabled;
 310         uint8_t updated;
 311         int8_t mode[2];
 312         int8_t ref[4];
 313     } lf_delta;
 314     uint8_t yac_qi;
 315     int8_t ydc_qdelta, uvdc_qdelta, uvac_qdelta;
 316     uint8_t lossless;
 317 #define MAX_SEGMENT 8
 318     struct {
 319         uint8_t enabled;
 320         uint8_t temporal;
 321         uint8_t absolute_vals;
 322         uint8_t update_map;
 323         uint8_t prob[7];
 324         uint8_t pred_prob[3];
 325         struct {
 326             uint8_t q_enabled;
 327             uint8_t lf_enabled;
 328             uint8_t ref_enabled;
 329             uint8_t skip_enabled;
 330             uint8_t ref_val;
 331             int16_t q_val;
 332             int8_t lf_val;
 333             int16_t qmul[2][2];
 334             uint8_t lflvl[4][2];
 335         } feat[MAX_SEGMENT];
 336     } segmentation;
 337     enum TxfmMode txfmmode;
 338     enum CompPredMode comppredmode;
 339     struct {
 340         unsigned log2_tile_cols, log2_tile_rows;
 341         unsigned tile_cols, tile_rows;
 342     } tiling;
 343
 344     int uncompressed_header_size;
 345     int compressed_header_size;
 346 } VP9BitstreamHeader;
 347
 348 typedef struct VP9SharedContext {
 349     VP9BitstreamHeader h;
 350
 351     ThreadFrame refs[8];
 352 #define CUR_FRAME 0
 353 #define REF_FRAME_MVPAIR 1
 354 #define REF_FRAME_SEGMAP 2
 355     VP9Frame frames[3];
 356 } VP9SharedContext;
 357
 358 typedef struct VP9Context {
 359     VP9SharedContext s;
 360
 361     VP9DSPContext dsp;
 362     VideoDSPContext vdsp;
 363     GetBitContext gb;
 364     VP56RangeCoder c;
 365     VP56RangeCoder *c_b;
 366     unsigned c_b_size;
 367     VP9Block *b_base, *b;
 368     int pass;
 369     int row, row7, col, col7;
 370     uint8_t *dst[3];
 371     ptrdiff_t y_stride, uv_stride;
 372
 373     uint8_t ss_h, ss_v;
 374     uint8_t last_bpp, bpp_index, bytesperpixel;
 375     uint8_t last_keyframe;
 376     // sb_cols/rows, rows/cols and last_fmt are used for allocating all internal
 377     // arrays, and are thus per-thread. w/h and gf_fmt are synced between threads
 378     // and are therefore per-stream. pix_fmt represents the value in the header
 379     // of the currently processed frame.
 380     int w, h;
 381     enum AVPixelFormat pix_fmt, last_fmt, gf_fmt;
 382     unsigned sb_cols, sb_rows, rows, cols;
 383     ThreadFrame next_refs[8];
 384
 385     struct {
 386         uint8_t lim_lut[64];
 387         uint8_t mblim_lut[64];
 388     } filter_lut;
 389     unsigned tile_row_start, tile_row_end, tile_col_start, tile_col_end;
 390     struct {
 391         ProbContext p;
 392         uint8_t coef[4][2][2][6][6][3];
 393     } prob_ctx[4];
 394     struct {
 395         ProbContext p;
 396         uint8_t coef[4][2][2][6][6][11];
 397     } prob;
 398     struct {
 399         unsigned y_mode[4][10];
 400         unsigned uv_mode[10][10];
 401         unsigned filter[4][3];
 402         unsigned mv_mode[7][4];
 403         unsigned intra[4][2];
 404         unsigned comp[5][2];
 405         unsigned single_ref[5][2][2];
 406         unsigned comp_ref[5][2];
 407         unsigned tx32p[2][4];
 408         unsigned tx16p[2][3];
 409         unsigned tx8p[2][2];
 410         unsigned skip[3][2];
 411         unsigned mv_joint[4];
 412         struct {
 413             unsigned sign[2];
 414             unsigned classes[11];
 415             unsigned class0[2];
 416             unsigned bits[10][2];
 417             unsigned class0_fp[2][4];
 418             unsigned fp[4];
 419             unsigned class0_hp[2];
 420             unsigned hp[2];
 421         } mv_comp[2];
 422         unsigned partition[4][4][4];
 423         unsigned coef[4][2][2][6][6][3];
 424         unsigned eob[4][2][2][6][6][2];
 425     } counts;
 426
 427     // contextual (left/above) cache
 428     DECLARE_ALIGNED(16, uint8_t, left_y_nnz_ctx)[16];
 429     DECLARE_ALIGNED(16, uint8_t, left_mode_ctx)[16];
 430     DECLARE_ALIGNED(16, VP56mv, left_mv_ctx)[16][2];
 431     DECLARE_ALIGNED(16, uint8_t, left_uv_nnz_ctx)[2][16];
 432     DECLARE_ALIGNED(8, uint8_t, left_partition_ctx)[8];
 433     DECLARE_ALIGNED(8, uint8_t, left_skip_ctx)[8];
 434     DECLARE_ALIGNED(8, uint8_t, left_txfm_ctx)[8];
 435     DECLARE_ALIGNED(8, uint8_t, left_segpred_ctx)[8];
 436     DECLARE_ALIGNED(8, uint8_t, left_intra_ctx)[8];
 437     DECLARE_ALIGNED(8, uint8_t, left_comp_ctx)[8];
 438     DECLARE_ALIGNED(8, uint8_t, left_ref_ctx)[8];
 439     DECLARE_ALIGNED(8, uint8_t, left_filter_ctx)[8];
 440     uint8_t *above_partition_ctx;
 441     uint8_t *above_mode_ctx;
 442     // FIXME maybe merge some of the below in a flags field?
 443     uint8_t *above_y_nnz_ctx;
 444     uint8_t *above_uv_nnz_ctx[2];
 445     uint8_t *above_skip_ctx; // 1bit
 446     uint8_t *above_txfm_ctx; // 2bit
 447     uint8_t *above_segpred_ctx; // 1bit
 448     uint8_t *above_intra_ctx; // 1bit
 449     uint8_t *above_comp_ctx; // 1bit
 450     uint8_t *above_ref_ctx; // 2bit
 451     uint8_t *above_filter_ctx;
 452     VP56mv (*above_mv_ctx)[2];
 453
 454     // whole-frame cache
 455     uint8_t *intra_pred_data[3];
 456     VP9Filter *lflvl;
 457     DECLARE_ALIGNED(32, uint8_t, edge_emu_buffer)[135 * 144 * 2];
 458
 459     // block reconstruction intermediates
 460     int block_alloc_using_2pass;
 461     int16_t *block_base, *block, *uvblock_base[2], *uvblock[2];
 462     uint8_t *eob_base, *uveob_base[2], *eob, *uveob[2];
 463     struct { int x, y; } min_mv, max_mv;
 464     DECLARE_ALIGNED(32, uint8_t, tmp_y)[64 * 64 * 2];
 465     DECLARE_ALIGNED(32, uint8_t, tmp_uv)[2][64 * 64 * 2];
 466     uint16_t mvscale[3][2];
 467     uint8_t mvstep[3][2];
 468 } VP9Context;
 469
 470 extern const int16_t ff_vp9_subpel_filters[3][16][8];
 471
 472 void ff_vp9dsp_init(VP9DSPContext *dsp, int bpp, int bitexact);
 473
 474 void ff_vp9dsp_init_8(VP9DSPContext *dsp);
 475 void ff_vp9dsp_init_10(VP9DSPContext *dsp);
 476 void ff_vp9dsp_init_12(VP9DSPContext *dsp);
 477
 478 void ff_vp9dsp_init_aarch64(VP9DSPContext *dsp, int bpp);
 479 void ff_vp9dsp_init_arm(VP9DSPContext *dsp, int bpp);
 480 void ff_vp9dsp_init_x86(VP9DSPContext *dsp, int bpp, int bitexact);
 481 void ff_vp9dsp_init_mips(VP9DSPContext *dsp, int bpp);
 482
 483 void ff_vp9_fill_mv(VP9Context *s, VP56mv *mv, int mode, int sb);
 484
 485 void ff_vp9_adapt_probs(VP9Context *s);
 486
 487 void ff_vp9_decode_block(AVCodecContext *ctx, int row, int col,
 488                          VP9Filter *lflvl, ptrdiff_t yoff, ptrdiff_t uvoff,
 489                          enum BlockLevel bl, enum BlockPartition bp);
 490
 491 #endif /* AVCODEC_VP9_H */