libavcodec/dnxhddec.c

   1 /*
   2  * VC3/DNxHD decoder.
   3  * Copyright (c) 2007 SmartJog S.A., Baptiste Coudurier <baptiste dot coudurier at smartjog dot com>
   4  * Copyright (c) 2011 MirriAd Ltd
   5  *
   6  * 10 bit support added by MirriAd Ltd, Joseph Artsimovich <joseph@mirriad.com>
   7  *
   8  * This file is part of Libav.
   9  *
  10  * Libav is free software; you can redistribute it and/or
  11  * modify it under the terms of the GNU Lesser General Public
  12  * License as published by the Free Software Foundation; either
  13  * version 2.1 of the License, or (at your option) any later version.
  14  *
  15  * Libav is distributed in the hope that it will be useful,
  16  * but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
  17  * MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the GNU
  18  * Lesser General Public License for more details.
  19  *
  20  * You should have received a copy of the GNU Lesser General Public
  21  * License along with Libav; if not, write to the Free Software
  22  * Foundation, Inc., 51 Franklin Street, Fifth Floor, Boston, MA 02110-1301 USA
  23  */
  24
  25 //#define TRACE
  26 //#define DEBUG
  27
  28 #include "libavutil/imgutils.h"
  29 #include "avcodec.h"
  30 #include "get_bits.h"
  31 #include "dnxhddata.h"
  32 #include "dsputil.h"
  33
  34 typedef struct DNXHDContext {
  35     AVCodecContext *avctx;
  36     AVFrame picture;
  37     GetBitContext gb;
  38     int cid;                            ///< compression id
  39     unsigned int width, height;
  40     unsigned int mb_width, mb_height;
  41     uint32_t mb_scan_index[68];         /* max for 1080p */
  42     int cur_field;                      ///< current interlaced field
  43     VLC ac_vlc, dc_vlc, run_vlc;
  44     int last_dc[3];
  45     DSPContext dsp;
  46     DECLARE_ALIGNED(16, DCTELEM, blocks)[8][64];
  47     ScanTable scantable;
  48     const CIDEntry *cid_table;
  49     int bit_depth; // 8, 10 or 0 if not initialized at all.
  50     void (*decode_dct_block)(struct DNXHDContext *ctx, DCTELEM *block,
  51                              int n, int qscale);
  52 } DNXHDContext;
  53
  54 #define DNXHD_VLC_BITS 9
  55 #define DNXHD_DC_VLC_BITS 7
  56
  57 static void dnxhd_decode_dct_block_8(DNXHDContext *ctx, DCTELEM *block, int n, int qscale);
  58 static void dnxhd_decode_dct_block_10(DNXHDContext *ctx, DCTELEM *block, int n, int qscale);
  59
  60 static av_cold int dnxhd_decode_init(AVCodecContext *avctx)
  61 {
  62     DNXHDContext *ctx = avctx->priv_data;
  63
  64     ctx->avctx = avctx;
  65     avctx->coded_frame = &ctx->picture;
  66     ctx->picture.type = AV_PICTURE_TYPE_I;
  67     ctx->picture.key_frame = 1;
  68     return 0;
  69 }
  70
  71 static int dnxhd_init_vlc(DNXHDContext *ctx, int cid)
  72 {
  73     if (!ctx->cid_table) {
  74         int index;
  75
  76         if ((index = ff_dnxhd_get_cid_table(cid)) < 0) {
  77             av_log(ctx->avctx, AV_LOG_ERROR, "unsupported cid %d\n", cid);
  78             return -1;
  79         }
  80         ctx->cid_table = &ff_dnxhd_cid_table[index];
  81         init_vlc(&ctx->ac_vlc, DNXHD_VLC_BITS, 257,
  82                  ctx->cid_table->ac_bits, 1, 1,
  83                  ctx->cid_table->ac_codes, 2, 2, 0);
  84         init_vlc(&ctx->dc_vlc, DNXHD_DC_VLC_BITS, ctx->bit_depth + 4,
  85                  ctx->cid_table->dc_bits, 1, 1,
  86                  ctx->cid_table->dc_codes, 1, 1, 0);
  87         init_vlc(&ctx->run_vlc, DNXHD_VLC_BITS, 62,
  88                  ctx->cid_table->run_bits, 1, 1,
  89                  ctx->cid_table->run_codes, 2, 2, 0);
  90
  91         ff_init_scantable(ctx->dsp.idct_permutation, &ctx->scantable, ff_zigzag_direct);
  92     }
  93     return 0;
  94 }
  95
  96 static int dnxhd_decode_header(DNXHDContext *ctx, const uint8_t *buf, int buf_size, int first_field)
  97 {
  98     static const uint8_t header_prefix[] = { 0x00, 0x00, 0x02, 0x80, 0x01 };
  99     int i;
 100
 101     if (buf_size < 0x280)
 102         return -1;
 103
 104     if (memcmp(buf, header_prefix, 5)) {
 105         av_log(ctx->avctx, AV_LOG_ERROR, "error in header\n");
 106         return -1;
 107     }
 108     if (buf[5] & 2) { /* interlaced */
 109         ctx->cur_field = buf[5] & 1;
 110         ctx->picture.interlaced_frame = 1;
 111         ctx->picture.top_field_first = first_field ^ ctx->cur_field;
 112         av_log(ctx->avctx, AV_LOG_DEBUG, "interlaced %d, cur field %d\n", buf[5] & 3, ctx->cur_field);
 113     }
 114
 115     ctx->height = AV_RB16(buf + 0x18);
 116     ctx->width  = AV_RB16(buf + 0x1a);
 117
 118     av_dlog(ctx->avctx, "width %d, heigth %d\n", ctx->width, ctx->height);
 119
 120     if (buf[0x21] & 0x40) {
 121         ctx->avctx->pix_fmt = PIX_FMT_YUV422P10;
 122         ctx->avctx->bits_per_raw_sample = 10;
 123         if (ctx->bit_depth != 10) {
 124             dsputil_init(&ctx->dsp, ctx->avctx);
 125             ctx->bit_depth = 10;
 126             ctx->decode_dct_block = dnxhd_decode_dct_block_10;
 127         }
 128     } else {
 129         ctx->avctx->pix_fmt = PIX_FMT_YUV422P;
 130         ctx->avctx->bits_per_raw_sample = 8;
 131         if (ctx->bit_depth != 8) {
 132             dsputil_init(&ctx->dsp, ctx->avctx);
 133             ctx->bit_depth = 8;
 134             ctx->decode_dct_block = dnxhd_decode_dct_block_8;
 135         }
 136     }
 137
 138     ctx->cid = AV_RB32(buf + 0x28);
 139     av_dlog(ctx->avctx, "compression id %d\n", ctx->cid);
 140
 141     if (dnxhd_init_vlc(ctx, ctx->cid) < 0)
 142         return -1;
 143
 144     if (buf_size < ctx->cid_table->coding_unit_size) {
 145         av_log(ctx->avctx, AV_LOG_ERROR, "incorrect frame size\n");
 146         return -1;
 147     }
 148
 149     ctx->mb_width = ctx->width>>4;
 150     ctx->mb_height = buf[0x16d];
 151
 152     av_dlog(ctx->avctx, "mb width %d, mb height %d\n", ctx->mb_width, ctx->mb_height);
 153
 154     if ((ctx->height+15)>>4 == ctx->mb_height && ctx->picture.interlaced_frame)
 155         ctx->height <<= 1;
 156
 157     if (ctx->mb_height > 68 ||
 158         (ctx->mb_height<<ctx->picture.interlaced_frame) > (ctx->height+15)>>4) {
 159         av_log(ctx->avctx, AV_LOG_ERROR, "mb height too big: %d\n", ctx->mb_height);
 160         return -1;
 161     }
 162
 163     for (i = 0; i < ctx->mb_height; i++) {
 164         ctx->mb_scan_index[i] = AV_RB32(buf + 0x170 + (i<<2));
 165         av_dlog(ctx->avctx, "mb scan index %d\n", ctx->mb_scan_index[i]);
 166         if (buf_size < ctx->mb_scan_index[i] + 0x280) {
 167             av_log(ctx->avctx, AV_LOG_ERROR, "invalid mb scan index\n");
 168             return -1;
 169         }
 170     }
 171
 172     return 0;
 173 }
 174
 175 static av_always_inline void dnxhd_decode_dct_block(DNXHDContext *ctx,
 176                                                     DCTELEM *block, int n,
 177                                                     int qscale,
 178                                                     int index_bits,
 179                                                     int level_bias,
 180                                                     int level_shift)
 181 {
 182     int i, j, index1, index2, len;
 183     int level, component, sign;
 184     const uint8_t *weight_matrix;
 185     OPEN_READER(bs, &ctx->gb);
 186
 187     if (n&2) {
 188         component = 1 + (n&1);
 189         weight_matrix = ctx->cid_table->chroma_weight;
 190     } else {
 191         component = 0;
 192         weight_matrix = ctx->cid_table->luma_weight;
 193     }
 194
 195     UPDATE_CACHE(bs, &ctx->gb);
 196     GET_VLC(len, bs, &ctx->gb, ctx->dc_vlc.table, DNXHD_DC_VLC_BITS, 1);
 197     if (len) {
 198         level = GET_CACHE(bs, &ctx->gb);
 199         LAST_SKIP_BITS(bs, &ctx->gb, len);
 200         sign  = ~level >> 31;
 201         level = (NEG_USR32(sign ^ level, len) ^ sign) - sign;
 202         ctx->last_dc[component] += level;
 203     }
 204     block[0] = ctx->last_dc[component];
 205     //av_log(ctx->avctx, AV_LOG_DEBUG, "dc %d\n", block[0]);
 206
 207     for (i = 1; ; i++) {
 208         UPDATE_CACHE(bs, &ctx->gb);
 209         GET_VLC(index1, bs, &ctx->gb, ctx->ac_vlc.table,
 210                 DNXHD_VLC_BITS, 2);
 211         //av_log(ctx->avctx, AV_LOG_DEBUG, "index %d\n", index1);
 212         level = ctx->cid_table->ac_level[index1];
 213         if (!level) { /* EOB */
 214             //av_log(ctx->avctx, AV_LOG_DEBUG, "EOB\n");
 215             break;
 216         }
 217
 218         sign = SHOW_SBITS(bs, &ctx->gb, 1);
 219         SKIP_BITS(bs, &ctx->gb, 1);
 220
 221         if (ctx->cid_table->ac_index_flag[index1]) {
 222             level += SHOW_UBITS(bs, &ctx->gb, index_bits) << 6;
 223             SKIP_BITS(bs, &ctx->gb, index_bits);
 224         }
 225
 226         if (ctx->cid_table->ac_run_flag[index1]) {
 227             UPDATE_CACHE(bs, &ctx->gb);
 228             GET_VLC(index2, bs, &ctx->gb, ctx->run_vlc.table,
 229                     DNXHD_VLC_BITS, 2);
 230             i += ctx->cid_table->run[index2];
 231         }
 232
 233         if (i > 63) {
 234             av_log(ctx->avctx, AV_LOG_ERROR, "ac tex damaged %d, %d\n", n, i);
 235             break;
 236         }
 237
 238         j = ctx->scantable.permutated[i];
 239         //av_log(ctx->avctx, AV_LOG_DEBUG, "j %d\n", j);
 240         //av_log(ctx->avctx, AV_LOG_DEBUG, "level %d, weight %d\n", level, weight_matrix[i]);
 241         level = (2*level+1) * qscale * weight_matrix[i];
 242         if (level_bias < 32 || weight_matrix[i] != level_bias)
 243             level += level_bias;
 244         level >>= level_shift;
 245
 246         //av_log(NULL, AV_LOG_DEBUG, "i %d, j %d, end level %d\n", i, j, level);
 247         block[j] = (level^sign) - sign;
 248     }
 249
 250     CLOSE_READER(bs, &ctx->gb);
 251 }
 252
 253 static void dnxhd_decode_dct_block_8(DNXHDContext *ctx, DCTELEM *block,
 254                                      int n, int qscale)
 255 {
 256     dnxhd_decode_dct_block(ctx, block, n, qscale, 4, 32, 6);
 257 }
 258
 259 static void dnxhd_decode_dct_block_10(DNXHDContext *ctx, DCTELEM *block,
 260                                       int n, int qscale)
 261 {
 262     dnxhd_decode_dct_block(ctx, block, n, qscale, 6, 8, 4);
 263 }
 264
 265 static int dnxhd_decode_macroblock(DNXHDContext *ctx, int x, int y)
 266 {
 267     int shift1 = ctx->bit_depth == 10;
 268     int dct_linesize_luma   = ctx->picture.linesize[0];
 269     int dct_linesize_chroma = ctx->picture.linesize[1];
 270     uint8_t *dest_y, *dest_u, *dest_v;
 271     int dct_y_offset, dct_x_offset;
 272     int qscale, i;
 273
 274     qscale = get_bits(&ctx->gb, 11);
 275     skip_bits1(&ctx->gb);
 276     //av_log(ctx->avctx, AV_LOG_DEBUG, "qscale %d\n", qscale);
 277
 278     for (i = 0; i < 8; i++) {
 279         ctx->dsp.clear_block(ctx->blocks[i]);
 280         ctx->decode_dct_block(ctx, ctx->blocks[i], i, qscale);
 281     }
 282
 283     if (ctx->picture.interlaced_frame) {
 284         dct_linesize_luma   <<= 1;
 285         dct_linesize_chroma <<= 1;
 286     }
 287
 288     dest_y = ctx->picture.data[0] + ((y * dct_linesize_luma)   << 4) + (x << (4 + shift1));
 289     dest_u = ctx->picture.data[1] + ((y * dct_linesize_chroma) << 4) + (x << (3 + shift1));
 290     dest_v = ctx->picture.data[2] + ((y * dct_linesize_chroma) << 4) + (x << (3 + shift1));
 291
 292     if (ctx->cur_field) {
 293         dest_y += ctx->picture.linesize[0];
 294         dest_u += ctx->picture.linesize[1];
 295         dest_v += ctx->picture.linesize[2];
 296     }
 297
 298     dct_y_offset = dct_linesize_luma << 3;
 299     dct_x_offset = 8 << shift1;
 300     ctx->dsp.idct_put(dest_y,                               dct_linesize_luma, ctx->blocks[0]);
 301     ctx->dsp.idct_put(dest_y + dct_x_offset,                dct_linesize_luma, ctx->blocks[1]);
 302     ctx->dsp.idct_put(dest_y + dct_y_offset,                dct_linesize_luma, ctx->blocks[4]);
 303     ctx->dsp.idct_put(dest_y + dct_y_offset + dct_x_offset, dct_linesize_luma, ctx->blocks[5]);
 304
 305     if (!(ctx->avctx->flags & CODEC_FLAG_GRAY)) {
 306         dct_y_offset = dct_linesize_chroma << 3;
 307         ctx->dsp.idct_put(dest_u,                dct_linesize_chroma, ctx->blocks[2]);
 308         ctx->dsp.idct_put(dest_v,                dct_linesize_chroma, ctx->blocks[3]);
 309         ctx->dsp.idct_put(dest_u + dct_y_offset, dct_linesize_chroma, ctx->blocks[6]);
 310         ctx->dsp.idct_put(dest_v + dct_y_offset, dct_linesize_chroma, ctx->blocks[7]);
 311     }
 312
 313     return 0;
 314 }
 315
 316 static int dnxhd_decode_macroblocks(DNXHDContext *ctx, const uint8_t *buf, int buf_size)
 317 {
 318     int x, y;
 319     for (y = 0; y < ctx->mb_height; y++) {
 320         ctx->last_dc[0] =
 321         ctx->last_dc[1] =
 322         ctx->last_dc[2] = 1 << (ctx->bit_depth + 2); // for levels +2^(bitdepth-1)
 323         init_get_bits(&ctx->gb, buf + ctx->mb_scan_index[y], (buf_size - ctx->mb_scan_index[y]) << 3);
 324         for (x = 0; x < ctx->mb_width; x++) {
 325             //START_TIMER;
 326             dnxhd_decode_macroblock(ctx, x, y);
 327             //STOP_TIMER("decode macroblock");
 328         }
 329     }
 330     return 0;
 331 }
 332
 333 static int dnxhd_decode_frame(AVCodecContext *avctx, void *data, int *data_size,
 334                               AVPacket *avpkt)
 335 {
 336     const uint8_t *buf = avpkt->data;
 337     int buf_size = avpkt->size;
 338     DNXHDContext *ctx = avctx->priv_data;
 339     AVFrame *picture = data;
 340     int first_field = 1;
 341
 342     av_dlog(avctx, "frame size %d\n", buf_size);
 343
 344  decode_coding_unit:
 345     if (dnxhd_decode_header(ctx, buf, buf_size, first_field) < 0)
 346         return -1;
 347
 348     if ((avctx->width || avctx->height) &&
 349         (ctx->width != avctx->width || ctx->height != avctx->height)) {
 350         av_log(avctx, AV_LOG_WARNING, "frame size changed: %dx%d -> %dx%d\n",
 351                avctx->width, avctx->height, ctx->width, ctx->height);
 352         first_field = 1;
 353     }
 354
 355     if (av_image_check_size(ctx->width, ctx->height, 0, avctx))
 356         return -1;
 357     avcodec_set_dimensions(avctx, ctx->width, ctx->height);
 358
 359     if (first_field) {
 360         if (ctx->picture.data[0])
 361             avctx->release_buffer(avctx, &ctx->picture);
 362         if (avctx->get_buffer(avctx, &ctx->picture) < 0) {
 363             av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "get_buffer() failed\n");
 364             return -1;
 365         }
 366     }
 367
 368     dnxhd_decode_macroblocks(ctx, buf + 0x280, buf_size - 0x280);
 369
 370     if (first_field && ctx->picture.interlaced_frame) {
 371         buf      += ctx->cid_table->coding_unit_size;
 372         buf_size -= ctx->cid_table->coding_unit_size;
 373         first_field = 0;
 374         goto decode_coding_unit;
 375     }
 376
 377     *picture = ctx->picture;
 378     *data_size = sizeof(AVPicture);
 379     return buf_size;
 380 }
 381
 382 static av_cold int dnxhd_decode_close(AVCodecContext *avctx)
 383 {
 384     DNXHDContext *ctx = avctx->priv_data;
 385
 386     if (ctx->picture.data[0])
 387         avctx->release_buffer(avctx, &ctx->picture);
 388     free_vlc(&ctx->ac_vlc);
 389     free_vlc(&ctx->dc_vlc);
 390     free_vlc(&ctx->run_vlc);
 391     return 0;
 392 }
 393
 394 AVCodec ff_dnxhd_decoder = {
 395     .name           = "dnxhd",
 396     .type           = AVMEDIA_TYPE_VIDEO,
 397     .id             = CODEC_ID_DNXHD,
 398     .priv_data_size = sizeof(DNXHDContext),
 399     .init           = dnxhd_decode_init,
 400     .close          = dnxhd_decode_close,
 401     .decode         = dnxhd_decode_frame,
 402     .capabilities   = CODEC_CAP_DR1,
 403     .long_name = NULL_IF_CONFIG_SMALL("VC3/DNxHD"),
 404 };