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 #include "mpegutils.h"
  36
  37
  38 static int h264_find_frame_end(H264Context *h, const uint8_t *buf,
  39                                int buf_size)
  40 {
  41     int i, j;
  42     uint32_t state;
  43     ParseContext *pc = &h->parse_context;
  44     int next_avc= h->is_avc ? 0 : buf_size;
  45
  46 //    mb_addr= pc->mb_addr - 1;
  47     state = pc->state;
  48     if (state > 13)
  49         state = 7;
  50
  51     if (h->is_avc && !h->nal_length_size)
  52         av_log(h->avctx, AV_LOG_ERROR, "AVC-parser: nal length size invalid\n");
  53
  54     for (i = 0; i < buf_size; i++) {
  55         if (i >= next_avc) {
  56             int nalsize = 0;
  57             i = next_avc;
  58             for (j = 0; j < h->nal_length_size; j++)
  59                 nalsize = (nalsize << 8) | buf[i++];
  60             if (nalsize <= 0 || nalsize > buf_size - i) {
  61                 av_log(h->avctx, AV_LOG_ERROR, "AVC-parser: nal size %d remaining %d\n", nalsize, buf_size - i);
  62                 return buf_size;
  63             }
  64             next_avc = i + nalsize;
  65             state    = 5;
  66         }
  67
  68         if (state == 7) {
  69             i += h->h264dsp.startcode_find_candidate(buf + i, next_avc - i);
  70             if (i < next_avc)
  71                 state = 2;
  72         } else if (state <= 2) {
  73             if (buf[i] == 1)
  74                 state ^= 5;            // 2->7, 1->4, 0->5
  75             else if (buf[i])
  76                 state = 7;
  77             else
  78                 state >>= 1;           // 2->1, 1->0, 0->0
  79         } else if (state <= 5) {
  80             int nalu_type = buf[i] & 0x1F;
  81             if (nalu_type == NAL_SEI || nalu_type == NAL_SPS ||
  82                 nalu_type == NAL_PPS || nalu_type == NAL_AUD) {
  83                 if (pc->frame_start_found) {
  84                     i++;
  85                     goto found;
  86                 }
  87             } else if (nalu_type == NAL_SLICE || nalu_type == NAL_DPA ||
  88                        nalu_type == NAL_IDR_SLICE) {
  89                 state += 8;
  90                 continue;
  91             }
  92             state = 7;
  93         } else {
  94             h->parse_history[h->parse_history_count++]= buf[i];
  95             if (h->parse_history_count>5) {
  96                 unsigned int mb, last_mb= h->parse_last_mb;
  97                 GetBitContext gb;
  98
  99                 init_get_bits(&gb, h->parse_history, 8*h->parse_history_count);
 100                 h->parse_history_count=0;
 101                 mb= get_ue_golomb_long(&gb);
 102                 h->parse_last_mb= mb;
 103                 if (pc->frame_start_found) {
 104                     if (mb <= last_mb)
 105                         goto found;
 106                 } else
 107                     pc->frame_start_found = 1;
 108                 state = 7;
 109             }
 110         }
 111     }
 112     pc->state = state;
 113     if (h->is_avc)
 114         return next_avc;
 115     return END_NOT_FOUND;
 116
 117 found:
 118     pc->state             = 7;
 119     pc->frame_start_found = 0;
 120     if (h->is_avc)
 121         return next_avc;
 122     return i - (state & 5) - 5 * (state > 7);
 123 }
 124
 125 static int scan_mmco_reset(AVCodecParserContext *s)
 126 {
 127     H264Context *h = s->priv_data;
 128
 129     h->slice_type_nos = s->pict_type & 3;
 130
 131     if (h->pps.redundant_pic_cnt_present)
 132         get_ue_golomb(&h->gb); // redundant_pic_count
 133
 134     if (ff_set_ref_count(h) < 0)
 135         return AVERROR_INVALIDDATA;
 136
 137     if (h->slice_type_nos != AV_PICTURE_TYPE_I) {
 138         int list;
 139         for (list = 0; list < h->list_count; list++) {
 140             if (get_bits1(&h->gb)) {
 141                 int index;
 142                 for (index = 0; ; index++) {
 143                     unsigned int reordering_of_pic_nums_idc = get_ue_golomb_31(&h->gb);
 144
 145                     if (reordering_of_pic_nums_idc < 3)
 146                         get_ue_golomb(&h->gb);
 147                     else if (reordering_of_pic_nums_idc > 3) {
 148                         av_log(h->avctx, AV_LOG_ERROR,
 149                                "illegal reordering_of_pic_nums_idc %d\n",
 150                                reordering_of_pic_nums_idc);
 151                         return AVERROR_INVALIDDATA;
 152                     } else
 153                         break;
 154
 155                     if (index >= h->ref_count[list]) {
 156                         av_log(h->avctx, AV_LOG_ERROR,
 157                                "reference count %d overflow\n", index);
 158                         return AVERROR_INVALIDDATA;
 159                     }
 160                 }
 161             }
 162         }
 163     }
 164
 165     if ((h->pps.weighted_pred && h->slice_type_nos == AV_PICTURE_TYPE_P) ||
 166         (h->pps.weighted_bipred_idc == 1 && h->slice_type_nos == AV_PICTURE_TYPE_B))
 167         ff_pred_weight_table(h);
 168
 169     if (get_bits1(&h->gb)) { // adaptive_ref_pic_marking_mode_flag
 170         int i;
 171         for (i = 0; i < MAX_MMCO_COUNT; i++) {
 172             MMCOOpcode opcode = get_ue_golomb_31(&h->gb);
 173             if (opcode > (unsigned) MMCO_LONG) {
 174                 av_log(h->avctx, AV_LOG_ERROR,
 175                        "illegal memory management control operation %d\n",
 176                        opcode);
 177                 return AVERROR_INVALIDDATA;
 178             }
 179             if (opcode == MMCO_END)
 180                return 0;
 181             else if (opcode == MMCO_RESET)
 182                 return 1;
 183
 184             if (opcode == MMCO_SHORT2UNUSED || opcode == MMCO_SHORT2LONG)
 185                 get_ue_golomb(&h->gb);
 186             if (opcode == MMCO_SHORT2LONG || opcode == MMCO_LONG2UNUSED ||
 187                 opcode == MMCO_LONG || opcode == MMCO_SET_MAX_LONG)
 188                 get_ue_golomb_31(&h->gb);
 189         }
 190     }
 191
 192     return 0;
 193 }
 194
 195 /**
 196  * Parse NAL units of found picture and decode some basic information.
 197  *
 198  * @param s parser context.
 199  * @param avctx codec context.
 200  * @param buf buffer with field/frame data.
 201  * @param buf_size size of the buffer.
 202  */
 203 static inline int parse_nal_units(AVCodecParserContext *s,
 204                                   AVCodecContext *avctx,
 205                                   const uint8_t * const buf, int buf_size)
 206 {
 207     H264Context *h         = s->priv_data;
 208     int buf_index, next_avc;
 209     unsigned int pps_id;
 210     unsigned int slice_type;
 211     int state = -1, got_reset = 0;
 212     const uint8_t *ptr;
 213     int q264 = buf_size >=4 && !memcmp("Q264", buf, 4);
 214     int field_poc[2];
 215
 216     /* set some sane default values */
 217     s->pict_type         = AV_PICTURE_TYPE_I;
 218     s->key_frame         = 0;
 219     s->picture_structure = AV_PICTURE_STRUCTURE_UNKNOWN;
 220
 221     h->avctx = avctx;
 222     ff_h264_reset_sei(h);
 223     h->sei_fpa.frame_packing_arrangement_cancel_flag = -1;
 224
 225     if (!buf_size)
 226         return 0;
 227
 228     buf_index     = 0;
 229     next_avc      = h->is_avc ? 0 : buf_size;
 230     for (;;) {
 231         int src_length, dst_length, consumed, nalsize = 0;
 232
 233         if (buf_index >= next_avc) {
 234             nalsize = get_avc_nalsize(h, buf, buf_size, &buf_index);
 235             if (nalsize < 0)
 236                 break;
 237             next_avc = buf_index + nalsize;
 238         } else {
 239             buf_index = find_start_code(buf, buf_size, buf_index, next_avc);
 240             if (buf_index >= buf_size)
 241                 break;
 242             if (buf_index >= next_avc)
 243                 continue;
 244         }
 245         src_length = next_avc - buf_index;
 246
 247         state = buf[buf_index];
 248         switch (state & 0x1f) {
 249         case NAL_SLICE:
 250         case NAL_IDR_SLICE:
 251             // Do not walk the whole buffer just to decode slice header
 252             if ((state & 0x1f) == NAL_IDR_SLICE || ((state >> 5) & 0x3) == 0) {
 253                 /* IDR or disposable slice
 254                  * No need to decode many bytes because MMCOs shall not be present. */
 255                 if (src_length > 60)
 256                     src_length = 60;
 257             } else {
 258                 /* To decode up to MMCOs */
 259                 if (src_length > 1000)
 260                     src_length = 1000;
 261             }
 262             break;
 263         }
 264         ptr = ff_h264_decode_nal(h, buf + buf_index, &dst_length,
 265                                  &consumed, src_length);
 266         if (!ptr || dst_length < 0)
 267             break;
 268
 269         buf_index += consumed;
 270
 271         init_get_bits(&h->gb, ptr, 8 * dst_length);
 272         switch (h->nal_unit_type) {
 273         case NAL_SPS:
 274             ff_h264_decode_seq_parameter_set(h);
 275             break;
 276         case NAL_PPS:
 277             ff_h264_decode_picture_parameter_set(h, h->gb.size_in_bits);
 278             break;
 279         case NAL_SEI:
 280             ff_h264_decode_sei(h);
 281             break;
 282         case NAL_IDR_SLICE:
 283             s->key_frame = 1;
 284
 285             h->prev_frame_num        = 0;
 286             h->prev_frame_num_offset = 0;
 287             h->prev_poc_msb          =
 288             h->prev_poc_lsb          = 0;
 289         /* fall through */
 290         case NAL_SLICE:
 291             get_ue_golomb_long(&h->gb);  // skip first_mb_in_slice
 292             slice_type   = get_ue_golomb_31(&h->gb);
 293             s->pict_type = golomb_to_pict_type[slice_type % 5];
 294             if (h->sei_recovery_frame_cnt >= 0) {
 295                 /* key frame, since recovery_frame_cnt is set */
 296                 s->key_frame = 1;
 297             }
 298             pps_id = get_ue_golomb(&h->gb);
 299             if (pps_id >= MAX_PPS_COUNT) {
 300                 av_log(h->avctx, AV_LOG_ERROR,
 301                        "pps_id %u out of range\n", pps_id);
 302                 return -1;
 303             }
 304             if (!h->pps_buffers[pps_id]) {
 305                 av_log(h->avctx, AV_LOG_ERROR,
 306                        "non-existing PPS %u referenced\n", pps_id);
 307                 return -1;
 308             }
 309             h->pps = *h->pps_buffers[pps_id];
 310             if (!h->sps_buffers[h->pps.sps_id]) {
 311                 av_log(h->avctx, AV_LOG_ERROR,
 312                        "non-existing SPS %u referenced\n", h->pps.sps_id);
 313                 return -1;
 314             }
 315             h->sps       = *h->sps_buffers[h->pps.sps_id];
 316             h->frame_num = get_bits(&h->gb, h->sps.log2_max_frame_num);
 317
 318             if(h->sps.ref_frame_count <= 1 && h->pps.ref_count[0] <= 1 && s->pict_type == AV_PICTURE_TYPE_I)
 319                 s->key_frame = 1;
 320
 321             avctx->profile = ff_h264_get_profile(&h->sps);
 322             avctx->level   = h->sps.level_idc;
 323
 324             if (h->sps.frame_mbs_only_flag) {
 325                 h->picture_structure = PICT_FRAME;
 326             } else {
 327                 if (get_bits1(&h->gb)) { // field_pic_flag
 328                     h->picture_structure = PICT_TOP_FIELD + get_bits1(&h->gb); // bottom_field_flag
 329                 } else {
 330                     h->picture_structure = PICT_FRAME;
 331                 }
 332             }
 333
 334             if (h->nal_unit_type == NAL_IDR_SLICE)
 335                 get_ue_golomb(&h->gb); /* idr_pic_id */
 336             if (h->sps.poc_type == 0) {
 337                 h->poc_lsb = get_bits(&h->gb, h->sps.log2_max_poc_lsb);
 338
 339                 if (h->pps.pic_order_present == 1 &&
 340                     h->picture_structure == PICT_FRAME)
 341                     h->delta_poc_bottom = get_se_golomb(&h->gb);
 342             }
 343
 344             if (h->sps.poc_type == 1 &&
 345                 !h->sps.delta_pic_order_always_zero_flag) {
 346                 h->delta_poc[0] = get_se_golomb(&h->gb);
 347
 348                 if (h->pps.pic_order_present == 1 &&
 349                     h->picture_structure == PICT_FRAME)
 350                     h->delta_poc[1] = get_se_golomb(&h->gb);
 351             }
 352
 353             /* Decode POC of this picture.
 354              * The prev_ values needed for decoding POC of the next picture are not set here. */
 355             field_poc[0] = field_poc[1] = INT_MAX;
 356             ff_init_poc(h, field_poc, &s->output_picture_number);
 357
 358             /* Continue parsing to check if MMCO_RESET is present.
 359              * FIXME: MMCO_RESET could appear in non-first slice.
 360              *        Maybe, we should parse all undisposable non-IDR slice of this
 361              *        picture until encountering MMCO_RESET in a slice of it. */
 362             if (h->nal_ref_idc && h->nal_unit_type != NAL_IDR_SLICE) {
 363                 got_reset = scan_mmco_reset(s);
 364                 if (got_reset < 0)
 365                     return got_reset;
 366             }
 367
 368             /* Set up the prev_ values for decoding POC of the next picture. */
 369             h->prev_frame_num        = got_reset ? 0 : h->frame_num;
 370             h->prev_frame_num_offset = got_reset ? 0 : h->frame_num_offset;
 371             if (h->nal_ref_idc != 0) {
 372                 if (!got_reset) {
 373                     h->prev_poc_msb = h->poc_msb;
 374                     h->prev_poc_lsb = h->poc_lsb;
 375                 } else {
 376                     h->prev_poc_msb = 0;
 377                     h->prev_poc_lsb =
 378                         h->picture_structure == PICT_BOTTOM_FIELD ? 0 : field_poc[0];
 379                 }
 380             }
 381
 382             if (h->sps.pic_struct_present_flag) {
 383                 switch (h->sei_pic_struct) {
 384                 case SEI_PIC_STRUCT_TOP_FIELD:
 385                 case SEI_PIC_STRUCT_BOTTOM_FIELD:
 386                     s->repeat_pict = 0;
 387                     break;
 388                 case SEI_PIC_STRUCT_FRAME:
 389                 case SEI_PIC_STRUCT_TOP_BOTTOM:
 390                 case SEI_PIC_STRUCT_BOTTOM_TOP:
 391                     s->repeat_pict = 1;
 392                     break;
 393                 case SEI_PIC_STRUCT_TOP_BOTTOM_TOP:
 394                 case SEI_PIC_STRUCT_BOTTOM_TOP_BOTTOM:
 395                     s->repeat_pict = 2;
 396                     break;
 397                 case SEI_PIC_STRUCT_FRAME_DOUBLING:
 398                     s->repeat_pict = 3;
 399                     break;
 400                 case SEI_PIC_STRUCT_FRAME_TRIPLING:
 401                     s->repeat_pict = 5;
 402                     break;
 403                 default:
 404                     s->repeat_pict = h->picture_structure == PICT_FRAME ? 1 : 0;
 405                     break;
 406                 }
 407             } else {
 408                 s->repeat_pict = h->picture_structure == PICT_FRAME ? 1 : 0;
 409             }
 410
 411             if (h->picture_structure == PICT_FRAME) {
 412                 s->picture_structure = AV_PICTURE_STRUCTURE_FRAME;
 413                 if (h->sps.pic_struct_present_flag) {
 414                     switch (h->sei_pic_struct) {
 415                     case SEI_PIC_STRUCT_TOP_BOTTOM:
 416                     case SEI_PIC_STRUCT_TOP_BOTTOM_TOP:
 417                         s->field_order = AV_FIELD_TT;
 418                         break;
 419                     case SEI_PIC_STRUCT_BOTTOM_TOP:
 420                     case SEI_PIC_STRUCT_BOTTOM_TOP_BOTTOM:
 421                         s->field_order = AV_FIELD_BB;
 422                         break;
 423                     default:
 424                         s->field_order = AV_FIELD_PROGRESSIVE;
 425                         break;
 426                     }
 427                 } else {
 428                     if (field_poc[0] < field_poc[1])
 429                         s->field_order = AV_FIELD_TT;
 430                     else if (field_poc[0] > field_poc[1])
 431                         s->field_order = AV_FIELD_BB;
 432                     else
 433                         s->field_order = AV_FIELD_PROGRESSIVE;
 434                 }
 435             } else {
 436                 if (h->picture_structure == PICT_TOP_FIELD)
 437                     s->picture_structure = AV_PICTURE_STRUCTURE_TOP_FIELD;
 438                 else
 439                     s->picture_structure = AV_PICTURE_STRUCTURE_BOTTOM_FIELD;
 440                 s->field_order = AV_FIELD_UNKNOWN;
 441             }
 442
 443             return 0; /* no need to evaluate the rest */
 444         }
 445     }
 446     if (q264)
 447         return 0;
 448     /* didn't find a picture! */
 449     av_log(h->avctx, AV_LOG_ERROR, "missing picture in access unit with size %d\n", buf_size);
 450     return -1;
 451 }
 452
 453 static int h264_parse(AVCodecParserContext *s,
 454                       AVCodecContext *avctx,
 455                       const uint8_t **poutbuf, int *poutbuf_size,
 456                       const uint8_t *buf, int buf_size)
 457 {
 458     H264Context *h   = s->priv_data;
 459     ParseContext *pc = &h->parse_context;
 460     int next;
 461
 462     if (!h->got_first) {
 463         h->got_first = 1;
 464         if (avctx->extradata_size) {
 465             h->avctx = avctx;
 466             // must be done like in decoder, otherwise opening the parser,
 467             // letting it create extradata and then closing and opening again
 468             // will cause has_b_frames to be always set.
 469             // Note that estimate_timings_from_pts does exactly this.
 470             if (!avctx->has_b_frames)
 471                 h->low_delay = 1;
 472             ff_h264_decode_extradata(h, avctx->extradata, avctx->extradata_size);
 473         }
 474     }
 475
 476     if (s->flags & PARSER_FLAG_COMPLETE_FRAMES) {
 477         next = buf_size;
 478     } else {
 479         next = h264_find_frame_end(h, buf, buf_size);
 480
 481         if (ff_combine_frame(pc, next, &buf, &buf_size) < 0) {
 482             *poutbuf      = NULL;
 483             *poutbuf_size = 0;
 484             return buf_size;
 485         }
 486
 487         if (next < 0 && next != END_NOT_FOUND) {
 488             av_assert1(pc->last_index + next >= 0);
 489             h264_find_frame_end(h, &pc->buffer[pc->last_index + next], -next); // update state
 490         }
 491     }
 492
 493     parse_nal_units(s, avctx, buf, buf_size);
 494
 495     if (avctx->framerate.num)
 496         avctx->time_base = av_inv_q(av_mul_q(avctx->framerate, (AVRational){avctx->ticks_per_frame, 1}));
 497     if (h->sei_cpb_removal_delay >= 0) {
 498         s->dts_sync_point    = h->sei_buffering_period_present;
 499         s->dts_ref_dts_delta = h->sei_cpb_removal_delay;
 500         s->pts_dts_delta     = h->sei_dpb_output_delay;
 501     } else {
 502         s->dts_sync_point    = INT_MIN;
 503         s->dts_ref_dts_delta = INT_MIN;
 504         s->pts_dts_delta     = INT_MIN;
 505     }
 506
 507     if (s->flags & PARSER_FLAG_ONCE) {
 508         s->flags &= PARSER_FLAG_COMPLETE_FRAMES;
 509     }
 510
 511     *poutbuf      = buf;
 512     *poutbuf_size = buf_size;
 513     return next;
 514 }
 515
 516 static int h264_split(AVCodecContext *avctx,
 517                       const uint8_t *buf, int buf_size)
 518 {
 519     int i;
 520     uint32_t state = -1;
 521     int has_sps    = 0;
 522     int has_pps    = 0;
 523
 524     for (i = 0; i <= buf_size; i++) {
 525         if ((state & 0xFFFFFF1F) == 0x107)
 526             has_sps = 1;
 527         if ((state & 0xFFFFFF1F) == 0x108)
 528             has_pps = 1;
 529         /*  if ((state&0xFFFFFF1F) == 0x101 ||
 530          *     (state&0xFFFFFF1F) == 0x102 ||
 531          *     (state&0xFFFFFF1F) == 0x105) {
 532          *  }
 533          */
 534         if ((state & 0xFFFFFF00) == 0x100 && ((state & 0xFFFFFF1F) != 0x106 || has_pps) &&
 535             (state & 0xFFFFFF1F) != 0x107 && (state & 0xFFFFFF1F) != 0x108 &&
 536             (state & 0xFFFFFF1F) != 0x109 && (state & 0xFFFFFF1F) != 0x10d &&
 537             (state & 0xFFFFFF1F) != 0x10f) {
 538             if (has_sps) {
 539                 while (i > 4 && buf[i - 5] == 0)
 540                     i--;
 541                 return i - 4;
 542             }
 543         }
 544         if (i < buf_size)
 545             state = (state << 8) | buf[i];
 546     }
 547     return 0;
 548 }
 549
 550 static void close(AVCodecParserContext *s)
 551 {
 552     H264Context *h   = s->priv_data;
 553     ParseContext *pc = &h->parse_context;
 554
 555     av_freep(&pc->buffer);
 556     ff_h264_free_context(h);
 557 }
 558
 559 static av_cold int init(AVCodecParserContext *s)
 560 {
 561     H264Context *h = s->priv_data;
 562     h->thread_context[0]   = h;
 563     h->slice_context_count = 1;
 564     ff_h264dsp_init(&h->h264dsp, 8, 1);
 565     return 0;
 566 }
 567
 568 AVCodecParser ff_h264_parser = {
 569     .codec_ids      = { AV_CODEC_ID_H264 },
 570     .priv_data_size = sizeof(H264Context),
 571     .parser_init    = init,
 572     .parser_parse   = h264_parse,
 573     .parser_close   = close,
 574     .split          = h264_split,
 575 };