git.sesse.net Git - ffmpeg/blob - libavcodec/h264_parser.c

   1 /*
   2  * H.26L/H.264/AVC/JVT/14496-10/... parser
   3  * Copyright (c) 2003 Michael Niedermayer <michaelni@gmx.at>
   4  *
   5  * This file is part of FFmpeg.
   6  *
   7  * FFmpeg is free software; you can redistribute it and/or
   8  * modify it under the terms of the GNU Lesser General Public
   9  * License as published by the Free Software Foundation; either
  10  * version 2.1 of the License, or (at your option) any later version.
  11  *
  12  * FFmpeg is distributed in the hope that it will be useful,
  13  * but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
  14  * MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the GNU
  15  * Lesser General Public License for more details.
  16  *
  17  * You should have received a copy of the GNU Lesser General Public
  18  * License along with FFmpeg; if not, write to the Free Software
  19  * Foundation, Inc., 51 Franklin Street, Fifth Floor, Boston, MA 02110-1301 USA
  20  */
  21
  22 /**
  23  * @file
  24  * H.264 / AVC / MPEG4 part10 parser.
  25  * @author Michael Niedermayer <michaelni@gmx.at>
  26  */
  27
  28 #define UNCHECKED_BITSTREAM_READER 1
  29
  30 #include "libavutil/attributes.h"
  31 #include "parser.h"
  32 #include "h264data.h"
  33 #include "golomb.h"
  34 #include "internal.h"
  35
  36
  37 static int h264_find_frame_end(H264Context *h, const uint8_t *buf,
  38                                int buf_size)
  39 {
  40     int i, j;
  41     uint32_t state;
  42     ParseContext *pc = &h->parse_context;
  43     int next_avc= h->is_avc ? 0 : buf_size;
  44
  45 //    mb_addr= pc->mb_addr - 1;
  46     state = pc->state;
  47     if (state > 13)
  48         state = 7;
  49
  50     if (h->is_avc && !h->nal_length_size)
  51         av_log(h->avctx, AV_LOG_ERROR, "AVC-parser: nal length size invalid\n");
  52
  53     for (i = 0; i < buf_size; i++) {
  54         if (i >= next_avc) {
  55             int nalsize = 0;
  56             i = next_avc;
  57             for (j = 0; j < h->nal_length_size; j++)
  58                 nalsize = (nalsize << 8) | buf[i++];
  59             if (nalsize <= 0 || nalsize > buf_size - i) {
  60                 av_log(h->avctx, AV_LOG_ERROR, "AVC-parser: nal size %d remaining %d\n", nalsize, buf_size - i);
  61                 return buf_size;
  62             }
  63             next_avc = i + nalsize;
  64             state    = 5;
  65         }
  66
  67         if (state == 7) {
  68             i += h->h264dsp.h264_find_start_code_candidate(buf + i, next_avc - i);
  69             if (i < next_avc)
  70                 state = 2;
  71         } else if (state <= 2) {
  72             if (buf[i] == 1)
  73                 state ^= 5;            // 2->7, 1->4, 0->5
  74             else if (buf[i])
  75                 state = 7;
  76             else
  77                 state >>= 1;           // 2->1, 1->0, 0->0
  78         } else if (state <= 5) {
  79             int v = buf[i] & 0x1F;
  80             if (v == 6 || v == 7 || v == 8 || v == 9) {
  81                 if (pc->frame_start_found) {
  82                     i++;
  83                     goto found;
  84                 }
  85             } else if (v == 1 || v == 2 || v == 5) {
  86                 state += 8;
  87                 continue;
  88             }
  89             state = 7;
  90         } else {
  91             h->parse_history[h->parse_history_count++]= buf[i];
  92             if (h->parse_history_count>3) {
  93                 unsigned int mb, last_mb= h->parse_last_mb;
  94                 GetBitContext gb;
  95
  96                 init_get_bits(&gb, h->parse_history, 8*h->parse_history_count);
  97                 h->parse_history_count=0;
  98                 mb= get_ue_golomb_long(&gb);
  99                 last_mb= h->parse_last_mb;
 100                 h->parse_last_mb= mb;
 101                 if (pc->frame_start_found) {
 102                     if (mb <= last_mb)
 103                         goto found;
 104                 } else
 105                     pc->frame_start_found = 1;
 106                 state = 7;
 107             }
 108         }
 109     }
 110     pc->state = state;
 111     if (h->is_avc)
 112         return next_avc;
 113     return END_NOT_FOUND;
 114
 115 found:
 116     pc->state             = 7;
 117     pc->frame_start_found = 0;
 118     if (h->is_avc)
 119         return next_avc;
 120     return i - (state & 5) - 3 * (state > 7);
 121 }
 122
 123 static int scan_mmco_reset(AVCodecParserContext *s)
 124 {
 125     H264Context *h = s->priv_data;
 126
 127     h->slice_type_nos = s->pict_type & 3;
 128
 129     if (h->pps.redundant_pic_cnt_present)
 130         get_ue_golomb(&h->gb); // redundant_pic_count
 131
 132     if (ff_set_ref_count(h) < 0)
 133         return AVERROR_INVALIDDATA;
 134
 135     if (h->slice_type_nos != AV_PICTURE_TYPE_I) {
 136         int list;
 137         for (list = 0; list < h->list_count; list++) {
 138             if (get_bits1(&h->gb)) {
 139                 int index;
 140                 for (index = 0; ; index++) {
 141                     unsigned int reordering_of_pic_nums_idc = get_ue_golomb_31(&h->gb);
 142
 143                     if (reordering_of_pic_nums_idc < 3)
 144                         get_ue_golomb(&h->gb);
 145                     else if (reordering_of_pic_nums_idc > 3) {
 146                         av_log(h->avctx, AV_LOG_ERROR,
 147                                "illegal reordering_of_pic_nums_idc %d\n",
 148                                reordering_of_pic_nums_idc);
 149                         return AVERROR_INVALIDDATA;
 150                     } else
 151                         break;
 152
 153                     if (index >= h->ref_count[list]) {
 154                         av_log(h->avctx, AV_LOG_ERROR,
 155                                "reference count %d overflow\n", index);
 156                         return AVERROR_INVALIDDATA;
 157                     }
 158                 }
 159             }
 160         }
 161     }
 162
 163     if ((h->pps.weighted_pred && h->slice_type_nos == AV_PICTURE_TYPE_P) ||
 164         (h->pps.weighted_bipred_idc == 1 && h->slice_type_nos == AV_PICTURE_TYPE_B))
 165         ff_pred_weight_table(h);
 166
 167     if (get_bits1(&h->gb)) { // adaptive_ref_pic_marking_mode_flag
 168         int i;
 169         for (i = 0; i < MAX_MMCO_COUNT; i++) {
 170             MMCOOpcode opcode = get_ue_golomb_31(&h->gb);
 171             if (opcode > (unsigned) MMCO_LONG) {
 172                 av_log(h->avctx, AV_LOG_ERROR,
 173                        "illegal memory management control operation %d\n",
 174                        opcode);
 175                 return AVERROR_INVALIDDATA;
 176             }
 177             if (opcode == MMCO_END)
 178                return 0;
 179             else if (opcode == MMCO_RESET)
 180                 return 1;
 181
 182             if (opcode == MMCO_SHORT2UNUSED || opcode == MMCO_SHORT2LONG)
 183                 get_ue_golomb(&h->gb);
 184             if (opcode == MMCO_SHORT2LONG || opcode == MMCO_LONG2UNUSED ||
 185                 opcode == MMCO_LONG || opcode == MMCO_SET_MAX_LONG)
 186                 get_ue_golomb_31(&h->gb);
 187         }
 188     }
 189
 190     return 0;
 191 }
 192
 193 /**
 194  * Parse NAL units of found picture and decode some basic information.
 195  *
 196  * @param s parser context.
 197  * @param avctx codec context.
 198  * @param buf buffer with field/frame data.
 199  * @param buf_size size of the buffer.
 200  */
 201 static inline int parse_nal_units(AVCodecParserContext *s,
 202                                   AVCodecContext *avctx,
 203                                   const uint8_t *buf, int buf_size)
 204 {
 205     H264Context *h         = s->priv_data;
 206     const uint8_t *buf_end = buf + buf_size;
 207     unsigned int pps_id;
 208     unsigned int slice_type;
 209     int state = -1, got_reset = 0;
 210     const uint8_t *ptr;
 211     int q264 = buf_size >=4 && !memcmp("Q264", buf, 4);
 212     int field_poc[2];
 213
 214     /* set some sane default values */
 215     s->pict_type         = AV_PICTURE_TYPE_I;
 216     s->key_frame         = 0;
 217     s->picture_structure = AV_PICTURE_STRUCTURE_UNKNOWN;
 218
 219     h->avctx = avctx;
 220     ff_h264_reset_sei(h);
 221     h->sei_fpa.frame_packing_arrangement_cancel_flag = -1;
 222
 223     if (!buf_size)
 224         return 0;
 225
 226     for (;;) {
 227         int src_length, dst_length, consumed, nalsize = 0;
 228         if (h->is_avc) {
 229             int i;
 230             if (h->nal_length_size >= buf_end - buf) break;
 231             nalsize = 0;
 232             for (i = 0; i < h->nal_length_size; i++)
 233                 nalsize = (nalsize << 8) | *buf++;
 234             if (nalsize <= 0 || nalsize > buf_end - buf) {
 235                 av_log(h->avctx, AV_LOG_ERROR, "AVC: nal size %d\n", nalsize);
 236                 break;
 237             }
 238             src_length = nalsize;
 239         } else {
 240         buf = avpriv_find_start_code(buf, buf_end, &state);
 241         if (buf >= buf_end)
 242             break;
 243         --buf;
 244         src_length = buf_end - buf;
 245         }
 246         switch (state & 0x1f) {
 247         case NAL_SLICE:
 248         case NAL_IDR_SLICE:
 249             // Do not walk the whole buffer just to decode slice header
 250             if ((state & 0x1f) == NAL_IDR_SLICE || ((state >> 5) & 0x3) == 0) {
 251                 /* IDR or disposable slice
 252                  * No need to decode many bytes because MMCOs shall not be present. */
 253                 if (src_length > 60)
 254                     src_length = 60;
 255             } else {
 256                 /* To decode up to MMCOs */
 257                 if (src_length > 1000)
 258                     src_length = 1000;
 259             }
 260             break;
 261         }
 262         ptr = ff_h264_decode_nal(h, buf, &dst_length, &consumed, src_length);
 263         if (ptr == NULL || dst_length < 0)
 264             break;
 265
 266         init_get_bits(&h->gb, ptr, 8 * dst_length);
 267         switch (h->nal_unit_type) {
 268         case NAL_SPS:
 269             ff_h264_decode_seq_parameter_set(h);
 270             break;
 271         case NAL_PPS:
 272             ff_h264_decode_picture_parameter_set(h, h->gb.size_in_bits);
 273             break;
 274         case NAL_SEI:
 275             ff_h264_decode_sei(h);
 276             break;
 277         case NAL_IDR_SLICE:
 278             s->key_frame = 1;
 279
 280             h->prev_frame_num        = 0;
 281             h->prev_frame_num_offset = 0;
 282             h->prev_poc_msb          =
 283             h->prev_poc_lsb          = 0;
 284         /* fall through */
 285         case NAL_SLICE:
 286             get_ue_golomb_long(&h->gb);  // skip first_mb_in_slice
 287             slice_type   = get_ue_golomb_31(&h->gb);
 288             s->pict_type = golomb_to_pict_type[slice_type % 5];
 289             if (h->sei_recovery_frame_cnt >= 0) {
 290                 /* key frame, since recovery_frame_cnt is set */
 291                 s->key_frame = 1;
 292             }
 293             pps_id = get_ue_golomb(&h->gb);
 294             if (pps_id >= MAX_PPS_COUNT) {
 295                 av_log(h->avctx, AV_LOG_ERROR,
 296                        "pps_id %u out of range\n", pps_id);
 297                 return -1;
 298             }
 299             if (!h->pps_buffers[pps_id]) {
 300                 av_log(h->avctx, AV_LOG_ERROR,
 301                        "non-existing PPS %u referenced\n", pps_id);
 302                 return -1;
 303             }
 304             h->pps = *h->pps_buffers[pps_id];
 305             if (!h->sps_buffers[h->pps.sps_id]) {
 306                 av_log(h->avctx, AV_LOG_ERROR,
 307                        "non-existing SPS %u referenced\n", h->pps.sps_id);
 308                 return -1;
 309             }
 310             h->sps       = *h->sps_buffers[h->pps.sps_id];
 311             h->frame_num = get_bits(&h->gb, h->sps.log2_max_frame_num);
 312
 313             if(h->sps.ref_frame_count <= 1 && h->pps.ref_count[0] <= 1 && s->pict_type == AV_PICTURE_TYPE_I)
 314                 s->key_frame = 1;
 315
 316             avctx->profile = ff_h264_get_profile(&h->sps);
 317             avctx->level   = h->sps.level_idc;
 318
 319             if (h->sps.frame_mbs_only_flag) {
 320                 h->picture_structure = PICT_FRAME;
 321             } else {
 322                 if (get_bits1(&h->gb)) { // field_pic_flag
 323                     h->picture_structure = PICT_TOP_FIELD + get_bits1(&h->gb); // bottom_field_flag
 324                 } else {
 325                     h->picture_structure = PICT_FRAME;
 326                 }
 327             }
 328
 329             if (h->nal_unit_type == NAL_IDR_SLICE)
 330                 get_ue_golomb(&h->gb); /* idr_pic_id */
 331             if (h->sps.poc_type == 0) {
 332                 h->poc_lsb = get_bits(&h->gb, h->sps.log2_max_poc_lsb);
 333
 334                 if (h->pps.pic_order_present == 1 &&
 335                     h->picture_structure == PICT_FRAME)
 336                     h->delta_poc_bottom = get_se_golomb(&h->gb);
 337             }
 338
 339             if (h->sps.poc_type == 1 &&
 340                 !h->sps.delta_pic_order_always_zero_flag) {
 341                 h->delta_poc[0] = get_se_golomb(&h->gb);
 342
 343                 if (h->pps.pic_order_present == 1 &&
 344                     h->picture_structure == PICT_FRAME)
 345                     h->delta_poc[1] = get_se_golomb(&h->gb);
 346             }
 347
 348             /* Decode POC of this picture.
 349              * The prev_ values needed for decoding POC of the next picture are not set here. */
 350             field_poc[0] = field_poc[1] = INT_MAX;
 351             ff_init_poc(h, field_poc, &s->output_picture_number);
 352
 353             /* Continue parsing to check if MMCO_RESET is present.
 354              * FIXME: MMCO_RESET could appear in non-first slice.
 355              *        Maybe, we should parse all undisposable non-IDR slice of this
 356              *        picture until encountering MMCO_RESET in a slice of it. */
 357             if (h->nal_ref_idc && h->nal_unit_type != NAL_IDR_SLICE) {
 358                 got_reset = scan_mmco_reset(s);
 359                 if (got_reset < 0)
 360                     return got_reset;
 361             }
 362
 363             /* Set up the prev_ values for decoding POC of the next picture. */
 364             h->prev_frame_num        = got_reset ? 0 : h->frame_num;
 365             h->prev_frame_num_offset = got_reset ? 0 : h->frame_num_offset;
 366             if (h->nal_ref_idc != 0) {
 367                 if (!got_reset) {
 368                     h->prev_poc_msb = h->poc_msb;
 369                     h->prev_poc_lsb = h->poc_lsb;
 370                 } else {
 371                     h->prev_poc_msb = 0;
 372                     h->prev_poc_lsb =
 373                         h->picture_structure == PICT_BOTTOM_FIELD ? 0 : field_poc[0];
 374                 }
 375             }
 376
 377             if (h->sps.pic_struct_present_flag) {
 378                 switch (h->sei_pic_struct) {
 379                 case SEI_PIC_STRUCT_TOP_FIELD:
 380                 case SEI_PIC_STRUCT_BOTTOM_FIELD:
 381                     s->repeat_pict = 0;
 382                     break;
 383                 case SEI_PIC_STRUCT_FRAME:
 384                 case SEI_PIC_STRUCT_TOP_BOTTOM:
 385                 case SEI_PIC_STRUCT_BOTTOM_TOP:
 386                     s->repeat_pict = 1;
 387                     break;
 388                 case SEI_PIC_STRUCT_TOP_BOTTOM_TOP:
 389                 case SEI_PIC_STRUCT_BOTTOM_TOP_BOTTOM:
 390                     s->repeat_pict = 2;
 391                     break;
 392                 case SEI_PIC_STRUCT_FRAME_DOUBLING:
 393                     s->repeat_pict = 3;
 394                     break;
 395                 case SEI_PIC_STRUCT_FRAME_TRIPLING:
 396                     s->repeat_pict = 5;
 397                     break;
 398                 default:
 399                     s->repeat_pict = h->picture_structure == PICT_FRAME ? 1 : 0;
 400                     break;
 401                 }
 402             } else {
 403                 s->repeat_pict = h->picture_structure == PICT_FRAME ? 1 : 0;
 404             }
 405
 406             if (h->picture_structure == PICT_FRAME) {
 407                 s->picture_structure = AV_PICTURE_STRUCTURE_FRAME;
 408                 if (h->sps.pic_struct_present_flag) {
 409                     switch (h->sei_pic_struct) {
 410                     case SEI_PIC_STRUCT_TOP_BOTTOM:
 411                     case SEI_PIC_STRUCT_TOP_BOTTOM_TOP:
 412                         s->field_order = AV_FIELD_TT;
 413                         break;
 414                     case SEI_PIC_STRUCT_BOTTOM_TOP:
 415                     case SEI_PIC_STRUCT_BOTTOM_TOP_BOTTOM:
 416                         s->field_order = AV_FIELD_BB;
 417                         break;
 418                     default:
 419                         s->field_order = AV_FIELD_PROGRESSIVE;
 420                         break;
 421                     }
 422                 } else {
 423                     if (field_poc[0] < field_poc[1])
 424                         s->field_order = AV_FIELD_TT;
 425                     else if (field_poc[0] > field_poc[1])
 426                         s->field_order = AV_FIELD_BB;
 427                     else
 428                         s->field_order = AV_FIELD_PROGRESSIVE;
 429                 }
 430             } else {
 431                 if (h->picture_structure == PICT_TOP_FIELD)
 432                     s->picture_structure = AV_PICTURE_STRUCTURE_TOP_FIELD;
 433                 else
 434                     s->picture_structure = AV_PICTURE_STRUCTURE_BOTTOM_FIELD;
 435                 s->field_order = AV_FIELD_UNKNOWN;
 436             }
 437
 438             return 0; /* no need to evaluate the rest */
 439         }
 440         buf += h->is_avc ? nalsize : consumed;
 441     }
 442     if (q264)
 443         return 0;
 444     /* didn't find a picture! */
 445     av_log(h->avctx, AV_LOG_ERROR, "missing picture in access unit with size %d\n", buf_size);
 446     return -1;
 447 }
 448
 449 static int h264_parse(AVCodecParserContext *s,
 450                       AVCodecContext *avctx,
 451                       const uint8_t **poutbuf, int *poutbuf_size,
 452                       const uint8_t *buf, int buf_size)
 453 {
 454     H264Context *h   = s->priv_data;
 455     ParseContext *pc = &h->parse_context;
 456     int next;
 457
 458     if (!h->got_first) {
 459         h->got_first = 1;
 460         if (avctx->extradata_size) {
 461             h->avctx = avctx;
 462             // must be done like in decoder, otherwise opening the parser,
 463             // letting it create extradata and then closing and opening again
 464             // will cause has_b_frames to be always set.
 465             // Note that estimate_timings_from_pts does exactly this.
 466             if (!avctx->has_b_frames)
 467                 h->low_delay = 1;
 468             ff_h264_decode_extradata(h, avctx->extradata, avctx->extradata_size);
 469         }
 470     }
 471
 472     if (s->flags & PARSER_FLAG_COMPLETE_FRAMES) {
 473         next = buf_size;
 474     } else {
 475         next = h264_find_frame_end(h, buf, buf_size);
 476
 477         if (ff_combine_frame(pc, next, &buf, &buf_size) < 0) {
 478             *poutbuf      = NULL;
 479             *poutbuf_size = 0;
 480             return buf_size;
 481         }
 482
 483         if (next < 0 && next != END_NOT_FOUND) {
 484             av_assert1(pc->last_index + next >= 0);
 485             h264_find_frame_end(h, &pc->buffer[pc->last_index + next], -next); // update state
 486         }
 487     }
 488
 489     parse_nal_units(s, avctx, buf, buf_size);
 490
 491     if (h->sei_cpb_removal_delay >= 0) {
 492         s->dts_sync_point    = h->sei_buffering_period_present;
 493         s->dts_ref_dts_delta = h->sei_cpb_removal_delay;
 494         s->pts_dts_delta     = h->sei_dpb_output_delay;
 495     } else {
 496         s->dts_sync_point    = INT_MIN;
 497         s->dts_ref_dts_delta = INT_MIN;
 498         s->pts_dts_delta     = INT_MIN;
 499     }
 500
 501     if (s->flags & PARSER_FLAG_ONCE) {
 502         s->flags &= PARSER_FLAG_COMPLETE_FRAMES;
 503     }
 504
 505     *poutbuf      = buf;
 506     *poutbuf_size = buf_size;
 507     return next;
 508 }
 509
 510 static int h264_split(AVCodecContext *avctx,
 511                       const uint8_t *buf, int buf_size)
 512 {
 513     int i;
 514     uint32_t state = -1;
 515     int has_sps    = 0;
 516
 517     for (i = 0; i <= buf_size; i++) {
 518         if ((state & 0xFFFFFF1F) == 0x107)
 519             has_sps = 1;
 520         /*  if ((state&0xFFFFFF1F) == 0x101 ||
 521          *     (state&0xFFFFFF1F) == 0x102 ||
 522          *     (state&0xFFFFFF1F) == 0x105) {
 523          *  }
 524          */
 525         if ((state & 0xFFFFFF00) == 0x100 && (state & 0xFFFFFF1F) != 0x107 &&
 526             (state & 0xFFFFFF1F) != 0x108 && (state & 0xFFFFFF1F) != 0x109) {
 527             if (has_sps) {
 528                 while (i > 4 && buf[i - 5] == 0)
 529                     i--;
 530                 return i - 4;
 531             }
 532         }
 533         if (i < buf_size)
 534             state = (state << 8) | buf[i];
 535     }
 536     return 0;
 537 }
 538
 539 static void close(AVCodecParserContext *s)
 540 {
 541     H264Context *h   = s->priv_data;
 542     ParseContext *pc = &h->parse_context;
 543
 544     av_free(pc->buffer);
 545     ff_h264_free_context(h);
 546 }
 547
 548 static av_cold int init(AVCodecParserContext *s)
 549 {
 550     H264Context *h = s->priv_data;
 551     h->thread_context[0]   = h;
 552     h->slice_context_count = 1;
 553     ff_h264dsp_init(&h->h264dsp, 8, 1);
 554     return 0;
 555 }
 556
 557 AVCodecParser ff_h264_parser = {
 558     .codec_ids      = { AV_CODEC_ID_H264 },
 559     .priv_data_size = sizeof(H264Context),
 560     .parser_init    = init,
 561     .parser_parse   = h264_parse,
 562     .parser_close   = close,
 563     .split          = h264_split,
 564 };