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 typedef struct H264ParseContext {
  38     H264Context h;
  39     ParseContext pc;
  40     int got_first;
  41 } H264ParseContext;
  42
  43
  44 static int h264_find_frame_end(H264ParseContext *p, const uint8_t *buf,
  45                                int buf_size)
  46 {
  47     H264Context *h = &p->h;
  48     int i, j;
  49     uint32_t state;
  50     ParseContext *pc = &p->pc;
  51
  52     int next_avc= h->is_avc ? 0 : buf_size;
  53 //    mb_addr= pc->mb_addr - 1;
  54     state = pc->state;
  55     if (state > 13)
  56         state = 7;
  57
  58     if (h->is_avc && !h->nal_length_size)
  59         av_log(h->avctx, AV_LOG_ERROR, "AVC-parser: nal length size invalid\n");
  60
  61     for (i = 0; i < buf_size; i++) {
  62         if (i >= next_avc) {
  63             int nalsize = 0;
  64             i = next_avc;
  65             for (j = 0; j < h->nal_length_size; j++)
  66                 nalsize = (nalsize << 8) | buf[i++];
  67             if (nalsize <= 0 || nalsize > buf_size - i) {
  68                 av_log(h->avctx, AV_LOG_ERROR, "AVC-parser: nal size %d remaining %d\n", nalsize, buf_size - i);
  69                 return buf_size;
  70             }
  71             next_avc = i + nalsize;
  72             state    = 5;
  73         }
  74
  75         if (state == 7) {
  76             i += h->h264dsp.startcode_find_candidate(buf + i, next_avc - i);
  77             if (i < next_avc)
  78                 state = 2;
  79         } else if (state <= 2) {
  80             if (buf[i] == 1)
  81                 state ^= 5;            // 2->7, 1->4, 0->5
  82             else if (buf[i])
  83                 state = 7;
  84             else
  85                 state >>= 1;           // 2->1, 1->0, 0->0
  86         } else if (state <= 5) {
  87             int nalu_type = buf[i] & 0x1F;
  88             if (nalu_type == NAL_SEI || nalu_type == NAL_SPS ||
  89                 nalu_type == NAL_PPS || nalu_type == NAL_AUD) {
  90                 if (pc->frame_start_found) {
  91                     i++;
  92                     goto found;
  93                 }
  94             } else if (nalu_type == NAL_SLICE || nalu_type == NAL_DPA ||
  95                        nalu_type == NAL_IDR_SLICE) {
  96                 state += 8;
  97                 continue;
  98             }
  99             state = 7;
 100         } else {
 101             h->parse_history[h->parse_history_count++]= buf[i];
 102             if (h->parse_history_count>5) {
 103                 unsigned int mb, last_mb= h->parse_last_mb;
 104                 GetBitContext gb;
 105
 106                 init_get_bits(&gb, h->parse_history, 8*h->parse_history_count);
 107                 h->parse_history_count=0;
 108                 mb= get_ue_golomb_long(&gb);
 109                 h->parse_last_mb= mb;
 110                 if (pc->frame_start_found) {
 111                     if (mb <= last_mb)
 112                         goto found;
 113                 } else
 114                     pc->frame_start_found = 1;
 115                 state = 7;
 116             }
 117         }
 118     }
 119     pc->state = state;
 120     if (h->is_avc)
 121         return next_avc;
 122     return END_NOT_FOUND;
 123
 124 found:
 125     pc->state             = 7;
 126     pc->frame_start_found = 0;
 127     if (h->is_avc)
 128         return next_avc;
 129     return i - (state & 5) - 5 * (state > 7);
 130 }
 131
 132 static int scan_mmco_reset(AVCodecParserContext *s)
 133 {
 134     H264ParseContext *p = s->priv_data;
 135     H264Context      *h = &p->h;
 136
 137     h->slice_type_nos = s->pict_type & 3;
 138
 139     if (h->pps.redundant_pic_cnt_present)
 140         get_ue_golomb(&h->gb); // redundant_pic_count
 141
 142     if (ff_set_ref_count(h) < 0)
 143         return AVERROR_INVALIDDATA;
 144
 145     if (h->slice_type_nos != AV_PICTURE_TYPE_I) {
 146         int list;
 147         for (list = 0; list < h->list_count; list++) {
 148             if (get_bits1(&h->gb)) {
 149                 int index;
 150                 for (index = 0; ; index++) {
 151                     unsigned int reordering_of_pic_nums_idc = get_ue_golomb_31(&h->gb);
 152
 153                     if (reordering_of_pic_nums_idc < 3)
 154                         get_ue_golomb(&h->gb);
 155                     else if (reordering_of_pic_nums_idc > 3) {
 156                         av_log(h->avctx, AV_LOG_ERROR,
 157                                "illegal reordering_of_pic_nums_idc %d\n",
 158                                reordering_of_pic_nums_idc);
 159                         return AVERROR_INVALIDDATA;
 160                     } else
 161                         break;
 162
 163                     if (index >= h->ref_count[list]) {
 164                         av_log(h->avctx, AV_LOG_ERROR,
 165                                "reference count %d overflow\n", index);
 166                         return AVERROR_INVALIDDATA;
 167                     }
 168                 }
 169             }
 170         }
 171     }
 172
 173     if ((h->pps.weighted_pred && h->slice_type_nos == AV_PICTURE_TYPE_P) ||
 174         (h->pps.weighted_bipred_idc == 1 && h->slice_type_nos == AV_PICTURE_TYPE_B))
 175         ff_pred_weight_table(h);
 176
 177     if (get_bits1(&h->gb)) { // adaptive_ref_pic_marking_mode_flag
 178         int i;
 179         for (i = 0; i < MAX_MMCO_COUNT; i++) {
 180             MMCOOpcode opcode = get_ue_golomb_31(&h->gb);
 181             if (opcode > (unsigned) MMCO_LONG) {
 182                 av_log(h->avctx, AV_LOG_ERROR,
 183                        "illegal memory management control operation %d\n",
 184                        opcode);
 185                 return AVERROR_INVALIDDATA;
 186             }
 187             if (opcode == MMCO_END)
 188                return 0;
 189             else if (opcode == MMCO_RESET)
 190                 return 1;
 191
 192             if (opcode == MMCO_SHORT2UNUSED || opcode == MMCO_SHORT2LONG)
 193                 get_ue_golomb(&h->gb);
 194             if (opcode == MMCO_SHORT2LONG || opcode == MMCO_LONG2UNUSED ||
 195                 opcode == MMCO_LONG || opcode == MMCO_SET_MAX_LONG)
 196                 get_ue_golomb_31(&h->gb);
 197         }
 198     }
 199
 200     return 0;
 201 }
 202
 203 /**
 204  * Parse NAL units of found picture and decode some basic information.
 205  *
 206  * @param s parser context.
 207  * @param avctx codec context.
 208  * @param buf buffer with field/frame data.
 209  * @param buf_size size of the buffer.
 210  */
 211 static inline int parse_nal_units(AVCodecParserContext *s,
 212                                   AVCodecContext *avctx,
 213                                   const uint8_t * const buf, int buf_size)
 214 {
 215     H264ParseContext *p = s->priv_data;
 216     H264Context      *h = &p->h;
 217     int buf_index, next_avc;
 218     unsigned int pps_id;
 219     unsigned int slice_type;
 220     int state = -1, got_reset = 0;
 221     const uint8_t *ptr;
 222     int q264 = buf_size >=4 && !memcmp("Q264", buf, 4);
 223     int field_poc[2];
 224
 225     /* set some sane default values */
 226     s->pict_type         = AV_PICTURE_TYPE_I;
 227     s->key_frame         = 0;
 228     s->picture_structure = AV_PICTURE_STRUCTURE_UNKNOWN;
 229
 230     h->avctx = avctx;
 231     ff_h264_reset_sei(h);
 232     h->sei_fpa.frame_packing_arrangement_cancel_flag = -1;
 233
 234     if (!buf_size)
 235         return 0;
 236
 237     buf_index     = 0;
 238     next_avc      = h->is_avc ? 0 : buf_size;
 239     for (;;) {
 240         int src_length, dst_length, consumed, nalsize = 0;
 241
 242         if (buf_index >= next_avc) {
 243             nalsize = get_avc_nalsize(h, buf, buf_size, &buf_index);
 244             if (nalsize < 0)
 245                 break;
 246             next_avc = buf_index + nalsize;
 247         } else {
 248             buf_index = find_start_code(buf, buf_size, buf_index, next_avc);
 249             if (buf_index >= buf_size)
 250                 break;
 251             if (buf_index >= next_avc)
 252                 continue;
 253         }
 254         src_length = next_avc - buf_index;
 255
 256         state = buf[buf_index];
 257         switch (state & 0x1f) {
 258         case NAL_SLICE:
 259         case NAL_IDR_SLICE:
 260             // Do not walk the whole buffer just to decode slice header
 261             if ((state & 0x1f) == NAL_IDR_SLICE || ((state >> 5) & 0x3) == 0) {
 262                 /* IDR or disposable slice
 263                  * No need to decode many bytes because MMCOs shall not be present. */
 264                 if (src_length > 60)
 265                     src_length = 60;
 266             } else {
 267                 /* To decode up to MMCOs */
 268                 if (src_length > 1000)
 269                     src_length = 1000;
 270             }
 271             break;
 272         }
 273         ptr = ff_h264_decode_nal(h, buf + buf_index, &dst_length,
 274                                  &consumed, src_length);
 275         if (!ptr || dst_length < 0)
 276             break;
 277
 278         buf_index += consumed;
 279
 280         init_get_bits(&h->gb, ptr, 8 * dst_length);
 281         switch (h->nal_unit_type) {
 282         case NAL_SPS:
 283             ff_h264_decode_seq_parameter_set(h);
 284             break;
 285         case NAL_PPS:
 286             ff_h264_decode_picture_parameter_set(h, h->gb.size_in_bits);
 287             break;
 288         case NAL_SEI:
 289             ff_h264_decode_sei(h);
 290             break;
 291         case NAL_IDR_SLICE:
 292             s->key_frame = 1;
 293
 294             h->prev_frame_num        = 0;
 295             h->prev_frame_num_offset = 0;
 296             h->prev_poc_msb          =
 297             h->prev_poc_lsb          = 0;
 298         /* fall through */
 299         case NAL_SLICE:
 300             get_ue_golomb_long(&h->gb);  // skip first_mb_in_slice
 301             slice_type   = get_ue_golomb_31(&h->gb);
 302             s->pict_type = golomb_to_pict_type[slice_type % 5];
 303             if (h->sei_recovery_frame_cnt >= 0) {
 304                 /* key frame, since recovery_frame_cnt is set */
 305                 s->key_frame = 1;
 306             }
 307             pps_id = get_ue_golomb(&h->gb);
 308             if (pps_id >= MAX_PPS_COUNT) {
 309                 av_log(h->avctx, AV_LOG_ERROR,
 310                        "pps_id %u out of range\n", pps_id);
 311                 return -1;
 312             }
 313             if (!h->pps_buffers[pps_id]) {
 314                 av_log(h->avctx, AV_LOG_ERROR,
 315                        "non-existing PPS %u referenced\n", pps_id);
 316                 return -1;
 317             }
 318             h->pps = *h->pps_buffers[pps_id];
 319             if (!h->sps_buffers[h->pps.sps_id]) {
 320                 av_log(h->avctx, AV_LOG_ERROR,
 321                        "non-existing SPS %u referenced\n", h->pps.sps_id);
 322                 return -1;
 323             }
 324             h->sps       = *h->sps_buffers[h->pps.sps_id];
 325             h->frame_num = get_bits(&h->gb, h->sps.log2_max_frame_num);
 326
 327             if(h->sps.ref_frame_count <= 1 && h->pps.ref_count[0] <= 1 && s->pict_type == AV_PICTURE_TYPE_I)
 328                 s->key_frame = 1;
 329
 330             avctx->profile = ff_h264_get_profile(&h->sps);
 331             avctx->level   = h->sps.level_idc;
 332
 333             if (h->sps.frame_mbs_only_flag) {
 334                 h->picture_structure = PICT_FRAME;
 335             } else {
 336                 if (get_bits1(&h->gb)) { // field_pic_flag
 337                     h->picture_structure = PICT_TOP_FIELD + get_bits1(&h->gb); // bottom_field_flag
 338                 } else {
 339                     h->picture_structure = PICT_FRAME;
 340                 }
 341             }
 342
 343             if (h->nal_unit_type == NAL_IDR_SLICE)
 344                 get_ue_golomb(&h->gb); /* idr_pic_id */
 345             if (h->sps.poc_type == 0) {
 346                 h->poc_lsb = get_bits(&h->gb, h->sps.log2_max_poc_lsb);
 347
 348                 if (h->pps.pic_order_present == 1 &&
 349                     h->picture_structure == PICT_FRAME)
 350                     h->delta_poc_bottom = get_se_golomb(&h->gb);
 351             }
 352
 353             if (h->sps.poc_type == 1 &&
 354                 !h->sps.delta_pic_order_always_zero_flag) {
 355                 h->delta_poc[0] = get_se_golomb(&h->gb);
 356
 357                 if (h->pps.pic_order_present == 1 &&
 358                     h->picture_structure == PICT_FRAME)
 359                     h->delta_poc[1] = get_se_golomb(&h->gb);
 360             }
 361
 362             /* Decode POC of this picture.
 363              * The prev_ values needed for decoding POC of the next picture are not set here. */
 364             field_poc[0] = field_poc[1] = INT_MAX;
 365             ff_init_poc(h, field_poc, &s->output_picture_number);
 366
 367             /* Continue parsing to check if MMCO_RESET is present.
 368              * FIXME: MMCO_RESET could appear in non-first slice.
 369              *        Maybe, we should parse all undisposable non-IDR slice of this
 370              *        picture until encountering MMCO_RESET in a slice of it. */
 371             if (h->nal_ref_idc && h->nal_unit_type != NAL_IDR_SLICE) {
 372                 got_reset = scan_mmco_reset(s);
 373                 if (got_reset < 0)
 374                     return got_reset;
 375             }
 376
 377             /* Set up the prev_ values for decoding POC of the next picture. */
 378             h->prev_frame_num        = got_reset ? 0 : h->frame_num;
 379             h->prev_frame_num_offset = got_reset ? 0 : h->frame_num_offset;
 380             if (h->nal_ref_idc != 0) {
 381                 if (!got_reset) {
 382                     h->prev_poc_msb = h->poc_msb;
 383                     h->prev_poc_lsb = h->poc_lsb;
 384                 } else {
 385                     h->prev_poc_msb = 0;
 386                     h->prev_poc_lsb =
 387                         h->picture_structure == PICT_BOTTOM_FIELD ? 0 : field_poc[0];
 388                 }
 389             }
 390
 391             if (h->sps.pic_struct_present_flag) {
 392                 switch (h->sei_pic_struct) {
 393                 case SEI_PIC_STRUCT_TOP_FIELD:
 394                 case SEI_PIC_STRUCT_BOTTOM_FIELD:
 395                     s->repeat_pict = 0;
 396                     break;
 397                 case SEI_PIC_STRUCT_FRAME:
 398                 case SEI_PIC_STRUCT_TOP_BOTTOM:
 399                 case SEI_PIC_STRUCT_BOTTOM_TOP:
 400                     s->repeat_pict = 1;
 401                     break;
 402                 case SEI_PIC_STRUCT_TOP_BOTTOM_TOP:
 403                 case SEI_PIC_STRUCT_BOTTOM_TOP_BOTTOM:
 404                     s->repeat_pict = 2;
 405                     break;
 406                 case SEI_PIC_STRUCT_FRAME_DOUBLING:
 407                     s->repeat_pict = 3;
 408                     break;
 409                 case SEI_PIC_STRUCT_FRAME_TRIPLING:
 410                     s->repeat_pict = 5;
 411                     break;
 412                 default:
 413                     s->repeat_pict = h->picture_structure == PICT_FRAME ? 1 : 0;
 414                     break;
 415                 }
 416             } else {
 417                 s->repeat_pict = h->picture_structure == PICT_FRAME ? 1 : 0;
 418             }
 419
 420             if (h->picture_structure == PICT_FRAME) {
 421                 s->picture_structure = AV_PICTURE_STRUCTURE_FRAME;
 422                 if (h->sps.pic_struct_present_flag) {
 423                     switch (h->sei_pic_struct) {
 424                     case SEI_PIC_STRUCT_TOP_BOTTOM:
 425                     case SEI_PIC_STRUCT_TOP_BOTTOM_TOP:
 426                         s->field_order = AV_FIELD_TT;
 427                         break;
 428                     case SEI_PIC_STRUCT_BOTTOM_TOP:
 429                     case SEI_PIC_STRUCT_BOTTOM_TOP_BOTTOM:
 430                         s->field_order = AV_FIELD_BB;
 431                         break;
 432                     default:
 433                         s->field_order = AV_FIELD_PROGRESSIVE;
 434                         break;
 435                     }
 436                 } else {
 437                     if (field_poc[0] < field_poc[1])
 438                         s->field_order = AV_FIELD_TT;
 439                     else if (field_poc[0] > field_poc[1])
 440                         s->field_order = AV_FIELD_BB;
 441                     else
 442                         s->field_order = AV_FIELD_PROGRESSIVE;
 443                 }
 444             } else {
 445                 if (h->picture_structure == PICT_TOP_FIELD)
 446                     s->picture_structure = AV_PICTURE_STRUCTURE_TOP_FIELD;
 447                 else
 448                     s->picture_structure = AV_PICTURE_STRUCTURE_BOTTOM_FIELD;
 449                 s->field_order = AV_FIELD_UNKNOWN;
 450             }
 451
 452             return 0; /* no need to evaluate the rest */
 453         }
 454     }
 455     if (q264)
 456         return 0;
 457     /* didn't find a picture! */
 458     av_log(h->avctx, AV_LOG_ERROR, "missing picture in access unit with size %d\n", buf_size);
 459     return -1;
 460 }
 461
 462 static int h264_parse(AVCodecParserContext *s,
 463                       AVCodecContext *avctx,
 464                       const uint8_t **poutbuf, int *poutbuf_size,
 465                       const uint8_t *buf, int buf_size)
 466 {
 467     H264ParseContext *p = s->priv_data;
 468     H264Context      *h = &p->h;
 469     ParseContext *pc = &p->pc;
 470     int next;
 471
 472     if (!p->got_first) {
 473         p->got_first = 1;
 474         if (avctx->extradata_size) {
 475             h->avctx = avctx;
 476             // must be done like in decoder, otherwise opening the parser,
 477             // letting it create extradata and then closing and opening again
 478             // will cause has_b_frames to be always set.
 479             // Note that estimate_timings_from_pts does exactly this.
 480             if (!avctx->has_b_frames)
 481                 h->low_delay = 1;
 482             ff_h264_decode_extradata(h, avctx->extradata, avctx->extradata_size);
 483         }
 484     }
 485
 486     if (s->flags & PARSER_FLAG_COMPLETE_FRAMES) {
 487         next = buf_size;
 488     } else {
 489         next = h264_find_frame_end(p, buf, buf_size);
 490
 491         if (ff_combine_frame(pc, next, &buf, &buf_size) < 0) {
 492             *poutbuf      = NULL;
 493             *poutbuf_size = 0;
 494             return buf_size;
 495         }
 496
 497         if (next < 0 && next != END_NOT_FOUND) {
 498             av_assert1(pc->last_index + next >= 0);
 499             h264_find_frame_end(p, &pc->buffer[pc->last_index + next], -next); // update state
 500         }
 501     }
 502
 503     parse_nal_units(s, avctx, buf, buf_size);
 504
 505     if (avctx->framerate.num)
 506         avctx->time_base = av_inv_q(av_mul_q(avctx->framerate, (AVRational){avctx->ticks_per_frame, 1}));
 507     if (h->sei_cpb_removal_delay >= 0) {
 508         s->dts_sync_point    = h->sei_buffering_period_present;
 509         s->dts_ref_dts_delta = h->sei_cpb_removal_delay;
 510         s->pts_dts_delta     = h->sei_dpb_output_delay;
 511     } else {
 512         s->dts_sync_point    = INT_MIN;
 513         s->dts_ref_dts_delta = INT_MIN;
 514         s->pts_dts_delta     = INT_MIN;
 515     }
 516
 517     if (s->flags & PARSER_FLAG_ONCE) {
 518         s->flags &= PARSER_FLAG_COMPLETE_FRAMES;
 519     }
 520
 521     *poutbuf      = buf;
 522     *poutbuf_size = buf_size;
 523     return next;
 524 }
 525
 526 static int h264_split(AVCodecContext *avctx,
 527                       const uint8_t *buf, int buf_size)
 528 {
 529     int i;
 530     uint32_t state = -1;
 531     int has_sps    = 0;
 532     int has_pps    = 0;
 533
 534     for (i = 0; i <= buf_size; i++) {
 535         if ((state & 0xFFFFFF1F) == 0x107)
 536             has_sps = 1;
 537         if ((state & 0xFFFFFF1F) == 0x108)
 538             has_pps = 1;
 539         /*  if ((state&0xFFFFFF1F) == 0x101 ||
 540          *     (state&0xFFFFFF1F) == 0x102 ||
 541          *     (state&0xFFFFFF1F) == 0x105) {
 542          *  }
 543          */
 544         if ((state & 0xFFFFFF00) == 0x100 && ((state & 0xFFFFFF1F) != 0x106 || has_pps) &&
 545             (state & 0xFFFFFF1F) != 0x107 && (state & 0xFFFFFF1F) != 0x108 &&
 546             (state & 0xFFFFFF1F) != 0x109 && (state & 0xFFFFFF1F) != 0x10d &&
 547             (state & 0xFFFFFF1F) != 0x10f) {
 548             if (has_sps) {
 549                 while (i > 4 && buf[i - 5] == 0)
 550                     i--;
 551                 return i - 4;
 552             }
 553         }
 554         if (i < buf_size)
 555             state = (state << 8) | buf[i];
 556     }
 557     return 0;
 558 }
 559
 560 static void h264_close(AVCodecParserContext *s)
 561 {
 562     H264ParseContext *p = s->priv_data;
 563     H264Context      *h = &p->h;
 564     ParseContext *pc = &p->pc;
 565
 566     av_freep(&pc->buffer);
 567     ff_h264_free_context(h);
 568 }
 569
 570 static av_cold int init(AVCodecParserContext *s)
 571 {
 572     H264ParseContext *p = s->priv_data;
 573     H264Context      *h = &p->h;
 574     h->thread_context[0]   = h;
 575     h->slice_context_count = 1;
 576     ff_h264dsp_init(&h->h264dsp, 8, 1);
 577     return 0;
 578 }
 579
 580 AVCodecParser ff_h264_parser = {
 581     .codec_ids      = { AV_CODEC_ID_H264 },
 582     .priv_data_size = sizeof(H264ParseContext),
 583     .parser_init    = init,
 584     .parser_parse   = h264_parse,
 585     .parser_close   = h264_close,
 586     .split          = h264_split,
 587 };