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 Libav.
   6  *
   7  * Libav 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  * Libav 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 Libav; 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 #include "libavutil/attributes.h"
  29 #include "parser.h"
  30 #include "h264data.h"
  31 #include "golomb.h"
  32 #include "internal.h"
  33 #include "mpegutils.h"
  34
  35 #include <assert.h>
  36
  37
  38 static int h264_find_frame_end(H264Context *h, const uint8_t *buf,
  39                                int buf_size)
  40 {
  41     int i;
  42     uint32_t state;
  43     ParseContext *pc = &h->parse_context;
  44 //    mb_addr= pc->mb_addr - 1;
  45     state = pc->state;
  46     if (state > 13)
  47         state = 7;
  48
  49     for (i = 0; i < buf_size; i++) {
  50         if (state == 7) {
  51             i += h->h264dsp.h264_find_start_code_candidate(buf + i, buf_size - i);
  52             if (i < buf_size)
  53                 state = 2;
  54         } else if (state <= 2) {
  55             if (buf[i] == 1)
  56                 state ^= 5;            // 2->7, 1->4, 0->5
  57             else if (buf[i])
  58                 state = 7;
  59             else
  60                 state >>= 1;           // 2->1, 1->0, 0->0
  61         } else if (state <= 5) {
  62             int nalu_type = buf[i] & 0x1F;
  63             if (nalu_type == NAL_SEI || nalu_type == NAL_SPS ||
  64                 nalu_type == NAL_PPS || nalu_type == NAL_AUD) {
  65                 if (pc->frame_start_found) {
  66                     i++;
  67                     goto found;
  68                 }
  69             } else if (nalu_type == NAL_SLICE || nalu_type == NAL_DPA ||
  70                        nalu_type == NAL_IDR_SLICE) {
  71                 if (pc->frame_start_found) {
  72                     state += 8;
  73                     continue;
  74                 } else
  75                     pc->frame_start_found = 1;
  76             }
  77             state = 7;
  78         } else {
  79             if (buf[i] & 0x80)
  80                 goto found;
  81             state = 7;
  82         }
  83     }
  84     pc->state = state;
  85     return END_NOT_FOUND;
  86
  87 found:
  88     pc->state             = 7;
  89     pc->frame_start_found = 0;
  90     return i - (state & 5);
  91 }
  92
  93 static int scan_mmco_reset(AVCodecParserContext *s)
  94 {
  95     H264Context *h = s->priv_data;
  96
  97     h->slice_type_nos = s->pict_type & 3;
  98
  99     if (h->pps.redundant_pic_cnt_present)
 100         get_ue_golomb(&h->gb); // redundant_pic_count
 101
 102     if (ff_set_ref_count(h) < 0)
 103         return AVERROR_INVALIDDATA;
 104
 105     if (h->slice_type_nos != AV_PICTURE_TYPE_I) {
 106         int list;
 107         for (list = 0; list < h->list_count; list++) {
 108             if (get_bits1(&h->gb)) {
 109                 int index;
 110                 for (index = 0; ; index++) {
 111                     unsigned int reordering_of_pic_nums_idc = get_ue_golomb_31(&h->gb);
 112
 113                     if (reordering_of_pic_nums_idc < 3)
 114                         get_ue_golomb(&h->gb);
 115                     else if (reordering_of_pic_nums_idc > 3) {
 116                         av_log(h->avctx, AV_LOG_ERROR,
 117                                "illegal reordering_of_pic_nums_idc %d\n",
 118                                reordering_of_pic_nums_idc);
 119                         return AVERROR_INVALIDDATA;
 120                     } else
 121                         break;
 122
 123                     if (index >= h->ref_count[list]) {
 124                         av_log(h->avctx, AV_LOG_ERROR,
 125                                "reference count %d overflow\n", index);
 126                         return AVERROR_INVALIDDATA;
 127                     }
 128                 }
 129             }
 130         }
 131     }
 132
 133     if ((h->pps.weighted_pred && h->slice_type_nos == AV_PICTURE_TYPE_P) ||
 134         (h->pps.weighted_bipred_idc == 1 && h->slice_type_nos == AV_PICTURE_TYPE_B))
 135         ff_pred_weight_table(h);
 136
 137     if (get_bits1(&h->gb)) { // adaptive_ref_pic_marking_mode_flag
 138         int i;
 139         for (i = 0; i < MAX_MMCO_COUNT; i++) {
 140             MMCOOpcode opcode = get_ue_golomb_31(&h->gb);
 141             if (opcode > (unsigned) MMCO_LONG) {
 142                 av_log(h->avctx, AV_LOG_ERROR,
 143                        "illegal memory management control operation %d\n",
 144                        opcode);
 145                 return AVERROR_INVALIDDATA;
 146             }
 147             if (opcode == MMCO_END)
 148                return 0;
 149             else if (opcode == MMCO_RESET)
 150                 return 1;
 151
 152             if (opcode == MMCO_SHORT2UNUSED || opcode == MMCO_SHORT2LONG)
 153                 get_ue_golomb(&h->gb);
 154             if (opcode == MMCO_SHORT2LONG || opcode == MMCO_LONG2UNUSED ||
 155                 opcode == MMCO_LONG || opcode == MMCO_SET_MAX_LONG)
 156                 get_ue_golomb_31(&h->gb);
 157         }
 158     }
 159
 160     return 0;
 161 }
 162
 163 /**
 164  * Parse NAL units of found picture and decode some basic information.
 165  *
 166  * @param s parser context.
 167  * @param avctx codec context.
 168  * @param buf buffer with field/frame data.
 169  * @param buf_size size of the buffer.
 170  */
 171 static inline int parse_nal_units(AVCodecParserContext *s,
 172                                   AVCodecContext *avctx,
 173                                   const uint8_t *buf, int buf_size)
 174 {
 175     H264Context *h         = s->priv_data;
 176     const uint8_t *buf_end = buf + buf_size;
 177     unsigned int pps_id;
 178     unsigned int slice_type;
 179     int state = -1, got_reset = 0;
 180     const uint8_t *ptr;
 181     int field_poc[2];
 182
 183     /* set some sane default values */
 184     s->pict_type         = AV_PICTURE_TYPE_I;
 185     s->key_frame         = 0;
 186     s->picture_structure = AV_PICTURE_STRUCTURE_UNKNOWN;
 187
 188     h->avctx = avctx;
 189     ff_h264_reset_sei(h);
 190
 191     if (!buf_size)
 192         return 0;
 193
 194     for (;;) {
 195         int src_length, dst_length, consumed;
 196         buf = avpriv_find_start_code(buf, buf_end, &state);
 197         if (buf >= buf_end)
 198             break;
 199         --buf;
 200         src_length = buf_end - buf;
 201         switch (state & 0x1f) {
 202         case NAL_SLICE:
 203         case NAL_IDR_SLICE:
 204             // Do not walk the whole buffer just to decode slice header
 205             if ((state & 0x1f) == NAL_IDR_SLICE || ((state >> 5) & 0x3) == 0) {
 206                 /* IDR or disposable slice
 207                  * No need to decode many bytes because MMCOs shall not be present. */
 208                 if (src_length > 60)
 209                     src_length = 60;
 210             } else {
 211                 /* To decode up to MMCOs */
 212                 if (src_length > 1000)
 213                     src_length = 1000;
 214             }
 215             break;
 216         }
 217         ptr = ff_h264_decode_nal(h, buf, &dst_length, &consumed, src_length);
 218         if (ptr == NULL || dst_length < 0)
 219             break;
 220
 221         init_get_bits(&h->gb, ptr, 8 * dst_length);
 222         switch (h->nal_unit_type) {
 223         case NAL_SPS:
 224             ff_h264_decode_seq_parameter_set(h);
 225             break;
 226         case NAL_PPS:
 227             ff_h264_decode_picture_parameter_set(h, h->gb.size_in_bits);
 228             break;
 229         case NAL_SEI:
 230             ff_h264_decode_sei(h);
 231             break;
 232         case NAL_IDR_SLICE:
 233             s->key_frame = 1;
 234
 235             h->prev_frame_num        = 0;
 236             h->prev_frame_num_offset = 0;
 237             h->prev_poc_msb          =
 238             h->prev_poc_lsb          = 0;
 239         /* fall through */
 240         case NAL_SLICE:
 241             get_ue_golomb(&h->gb);  // skip first_mb_in_slice
 242             slice_type   = get_ue_golomb_31(&h->gb);
 243             s->pict_type = golomb_to_pict_type[slice_type % 5];
 244             if (h->sei_recovery_frame_cnt >= 0) {
 245                 /* key frame, since recovery_frame_cnt is set */
 246                 s->key_frame = 1;
 247             }
 248             pps_id = get_ue_golomb(&h->gb);
 249             if (pps_id >= MAX_PPS_COUNT) {
 250                 av_log(h->avctx, AV_LOG_ERROR,
 251                        "pps_id %u out of range\n", pps_id);
 252                 return -1;
 253             }
 254             if (!h->pps_buffers[pps_id]) {
 255                 av_log(h->avctx, AV_LOG_ERROR,
 256                        "non-existing PPS %u referenced\n", pps_id);
 257                 return -1;
 258             }
 259             h->pps = *h->pps_buffers[pps_id];
 260             if (!h->sps_buffers[h->pps.sps_id]) {
 261                 av_log(h->avctx, AV_LOG_ERROR,
 262                        "non-existing SPS %u referenced\n", h->pps.sps_id);
 263                 return -1;
 264             }
 265             h->sps       = *h->sps_buffers[h->pps.sps_id];
 266             h->frame_num = get_bits(&h->gb, h->sps.log2_max_frame_num);
 267
 268             avctx->profile = ff_h264_get_profile(&h->sps);
 269             avctx->level   = h->sps.level_idc;
 270
 271             if (h->sps.frame_mbs_only_flag) {
 272                 h->picture_structure = PICT_FRAME;
 273             } else {
 274                 if (get_bits1(&h->gb)) { // field_pic_flag
 275                     h->picture_structure = PICT_TOP_FIELD + get_bits1(&h->gb); // bottom_field_flag
 276                 } else {
 277                     h->picture_structure = PICT_FRAME;
 278                 }
 279             }
 280
 281             if (h->nal_unit_type == NAL_IDR_SLICE)
 282                 get_ue_golomb(&h->gb); /* idr_pic_id */
 283             if (h->sps.poc_type == 0) {
 284                 h->poc_lsb = get_bits(&h->gb, h->sps.log2_max_poc_lsb);
 285
 286                 if (h->pps.pic_order_present == 1 &&
 287                     h->picture_structure == PICT_FRAME)
 288                     h->delta_poc_bottom = get_se_golomb(&h->gb);
 289             }
 290
 291             if (h->sps.poc_type == 1 &&
 292                 !h->sps.delta_pic_order_always_zero_flag) {
 293                 h->delta_poc[0] = get_se_golomb(&h->gb);
 294
 295                 if (h->pps.pic_order_present == 1 &&
 296                     h->picture_structure == PICT_FRAME)
 297                     h->delta_poc[1] = get_se_golomb(&h->gb);
 298             }
 299
 300             /* Decode POC of this picture.
 301              * The prev_ values needed for decoding POC of the next picture are not set here. */
 302             field_poc[0] = field_poc[1] = INT_MAX;
 303             ff_init_poc(h, field_poc, &s->output_picture_number);
 304
 305             /* Continue parsing to check if MMCO_RESET is present.
 306              * FIXME: MMCO_RESET could appear in non-first slice.
 307              *        Maybe, we should parse all undisposable non-IDR slice of this
 308              *        picture until encountering MMCO_RESET in a slice of it. */
 309             if (h->nal_ref_idc && h->nal_unit_type != NAL_IDR_SLICE) {
 310                 got_reset = scan_mmco_reset(s);
 311                 if (got_reset < 0)
 312                     return got_reset;
 313             }
 314
 315             /* Set up the prev_ values for decoding POC of the next picture. */
 316             h->prev_frame_num        = got_reset ? 0 : h->frame_num;
 317             h->prev_frame_num_offset = got_reset ? 0 : h->frame_num_offset;
 318             if (h->nal_ref_idc != 0) {
 319                 if (!got_reset) {
 320                     h->prev_poc_msb = h->poc_msb;
 321                     h->prev_poc_lsb = h->poc_lsb;
 322                 } else {
 323                     h->prev_poc_msb = 0;
 324                     h->prev_poc_lsb =
 325                         h->picture_structure == PICT_BOTTOM_FIELD ? 0 : field_poc[0];
 326                 }
 327             }
 328
 329             if (h->sps.pic_struct_present_flag) {
 330                 switch (h->sei_pic_struct) {
 331                 case SEI_PIC_STRUCT_TOP_FIELD:
 332                 case SEI_PIC_STRUCT_BOTTOM_FIELD:
 333                     s->repeat_pict = 0;
 334                     break;
 335                 case SEI_PIC_STRUCT_FRAME:
 336                 case SEI_PIC_STRUCT_TOP_BOTTOM:
 337                 case SEI_PIC_STRUCT_BOTTOM_TOP:
 338                     s->repeat_pict = 1;
 339                     break;
 340                 case SEI_PIC_STRUCT_TOP_BOTTOM_TOP:
 341                 case SEI_PIC_STRUCT_BOTTOM_TOP_BOTTOM:
 342                     s->repeat_pict = 2;
 343                     break;
 344                 case SEI_PIC_STRUCT_FRAME_DOUBLING:
 345                     s->repeat_pict = 3;
 346                     break;
 347                 case SEI_PIC_STRUCT_FRAME_TRIPLING:
 348                     s->repeat_pict = 5;
 349                     break;
 350                 default:
 351                     s->repeat_pict = h->picture_structure == PICT_FRAME ? 1 : 0;
 352                     break;
 353                 }
 354             } else {
 355                 s->repeat_pict = h->picture_structure == PICT_FRAME ? 1 : 0;
 356             }
 357
 358             if (h->picture_structure == PICT_FRAME) {
 359                 s->picture_structure = AV_PICTURE_STRUCTURE_FRAME;
 360                 if (h->sps.pic_struct_present_flag) {
 361                     switch (h->sei_pic_struct) {
 362                     case SEI_PIC_STRUCT_TOP_BOTTOM:
 363                     case SEI_PIC_STRUCT_TOP_BOTTOM_TOP:
 364                         s->field_order = AV_FIELD_TT;
 365                         break;
 366                     case SEI_PIC_STRUCT_BOTTOM_TOP:
 367                     case SEI_PIC_STRUCT_BOTTOM_TOP_BOTTOM:
 368                         s->field_order = AV_FIELD_BB;
 369                         break;
 370                     default:
 371                         s->field_order = AV_FIELD_PROGRESSIVE;
 372                         break;
 373                     }
 374                 } else {
 375                     if (field_poc[0] < field_poc[1])
 376                         s->field_order = AV_FIELD_TT;
 377                     else if (field_poc[0] > field_poc[1])
 378                         s->field_order = AV_FIELD_BB;
 379                     else
 380                         s->field_order = AV_FIELD_PROGRESSIVE;
 381                 }
 382             } else {
 383                 if (h->picture_structure == PICT_TOP_FIELD)
 384                     s->picture_structure = AV_PICTURE_STRUCTURE_TOP_FIELD;
 385                 else
 386                     s->picture_structure = AV_PICTURE_STRUCTURE_BOTTOM_FIELD;
 387                 s->field_order = AV_FIELD_UNKNOWN;
 388             }
 389
 390             return 0; /* no need to evaluate the rest */
 391         }
 392         buf += consumed;
 393     }
 394     /* didn't find a picture! */
 395     av_log(h->avctx, AV_LOG_ERROR, "missing picture in access unit\n");
 396     return -1;
 397 }
 398
 399 static int h264_parse(AVCodecParserContext *s,
 400                       AVCodecContext *avctx,
 401                       const uint8_t **poutbuf, int *poutbuf_size,
 402                       const uint8_t *buf, int buf_size)
 403 {
 404     H264Context *h   = s->priv_data;
 405     ParseContext *pc = &h->parse_context;
 406     int next;
 407
 408     if (!h->got_first) {
 409         h->got_first = 1;
 410         if (avctx->extradata_size) {
 411             h->avctx = avctx;
 412             // must be done like in the decoder.
 413             // otherwise opening the parser, creating extradata,
 414             // and then closing and opening again
 415             // will cause has_b_frames to be always set.
 416             // NB: estimate_timings_from_pts behaves exactly like this.
 417             if (!avctx->has_b_frames)
 418                 h->low_delay = 1;
 419             ff_h264_decode_extradata(h);
 420         }
 421     }
 422
 423     if (s->flags & PARSER_FLAG_COMPLETE_FRAMES) {
 424         next = buf_size;
 425     } else {
 426         next = h264_find_frame_end(h, buf, buf_size);
 427
 428         if (ff_combine_frame(pc, next, &buf, &buf_size) < 0) {
 429             *poutbuf      = NULL;
 430             *poutbuf_size = 0;
 431             return buf_size;
 432         }
 433
 434         if (next < 0 && next != END_NOT_FOUND) {
 435             assert(pc->last_index + next >= 0);
 436             h264_find_frame_end(h, &pc->buffer[pc->last_index + next], -next); // update state
 437         }
 438     }
 439
 440     parse_nal_units(s, avctx, buf, buf_size);
 441
 442     if (h->sei_cpb_removal_delay >= 0) {
 443         s->dts_sync_point    = h->sei_buffering_period_present;
 444         s->dts_ref_dts_delta = h->sei_cpb_removal_delay;
 445         s->pts_dts_delta     = h->sei_dpb_output_delay;
 446     } else {
 447         s->dts_sync_point    = INT_MIN;
 448         s->dts_ref_dts_delta = INT_MIN;
 449         s->pts_dts_delta     = INT_MIN;
 450     }
 451
 452     if (s->flags & PARSER_FLAG_ONCE) {
 453         s->flags &= PARSER_FLAG_COMPLETE_FRAMES;
 454     }
 455
 456     *poutbuf      = buf;
 457     *poutbuf_size = buf_size;
 458     return next;
 459 }
 460
 461 static int h264_split(AVCodecContext *avctx,
 462                       const uint8_t *buf, int buf_size)
 463 {
 464     int i;
 465     uint32_t state = -1;
 466     int has_sps    = 0;
 467
 468     for (i = 0; i <= buf_size; i++) {
 469         if ((state & 0xFFFFFF1F) == 0x107)
 470             has_sps = 1;
 471         /*  if((state&0xFFFFFF1F) == 0x101 ||
 472          *     (state&0xFFFFFF1F) == 0x102 ||
 473          *     (state&0xFFFFFF1F) == 0x105) {
 474          *  }
 475          */
 476         if ((state & 0xFFFFFF00) == 0x100 && (state & 0xFFFFFF1F) != 0x107 &&
 477             (state & 0xFFFFFF1F) != 0x108 && (state & 0xFFFFFF1F) != 0x109) {
 478             if (has_sps) {
 479                 while (i > 4 && buf[i - 5] == 0)
 480                     i--;
 481                 return i - 4;
 482             }
 483         }
 484         if (i < buf_size)
 485             state = (state << 8) | buf[i];
 486     }
 487     return 0;
 488 }
 489
 490 static void close(AVCodecParserContext *s)
 491 {
 492     H264Context *h   = s->priv_data;
 493     ParseContext *pc = &h->parse_context;
 494
 495     av_free(pc->buffer);
 496     ff_h264_free_context(h);
 497 }
 498
 499 static av_cold int init(AVCodecParserContext *s)
 500 {
 501     H264Context *h = s->priv_data;
 502     h->thread_context[0]   = h;
 503     h->slice_context_count = 1;
 504     ff_h264dsp_init(&h->h264dsp, 8, 1);
 505     return 0;
 506 }
 507
 508 AVCodecParser ff_h264_parser = {
 509     .codec_ids      = { AV_CODEC_ID_H264 },
 510     .priv_data_size = sizeof(H264Context),
 511     .parser_init    = init,
 512     .parser_parse   = h264_parse,
 513     .parser_close   = close,
 514     .split          = h264_split,
 515 };