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.h264_find_start_code_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>3) {
  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                 last_mb= h->parse_last_mb;
 103                 h->parse_last_mb= mb;
 104                 if (pc->frame_start_found) {
 105                     if (mb <= last_mb)
 106                         goto found;
 107                 } else
 108                     pc->frame_start_found = 1;
 109                 state = 7;
 110             }
 111         }
 112     }
 113     pc->state = state;
 114     if (h->is_avc)
 115         return next_avc;
 116     return END_NOT_FOUND;
 117
 118 found:
 119     pc->state             = 7;
 120     pc->frame_start_found = 0;
 121     if (h->is_avc)
 122         return next_avc;
 123     return i - (state & 5) - 3 * (state > 7);
 124 }
 125
 126 static int scan_mmco_reset(AVCodecParserContext *s)
 127 {
 128     H264Context *h = s->priv_data;
 129
 130     h->slice_type_nos = s->pict_type & 3;
 131
 132     if (h->pps.redundant_pic_cnt_present)
 133         get_ue_golomb(&h->gb); // redundant_pic_count
 134
 135     if (ff_set_ref_count(h) < 0)
 136         return AVERROR_INVALIDDATA;
 137
 138     if (h->slice_type_nos != AV_PICTURE_TYPE_I) {
 139         int list;
 140         for (list = 0; list < h->list_count; list++) {
 141             if (get_bits1(&h->gb)) {
 142                 int index;
 143                 for (index = 0; ; index++) {
 144                     unsigned int reordering_of_pic_nums_idc = get_ue_golomb_31(&h->gb);
 145
 146                     if (reordering_of_pic_nums_idc < 3)
 147                         get_ue_golomb(&h->gb);
 148                     else if (reordering_of_pic_nums_idc > 3) {
 149                         av_log(h->avctx, AV_LOG_ERROR,
 150                                "illegal reordering_of_pic_nums_idc %d\n",
 151                                reordering_of_pic_nums_idc);
 152                         return AVERROR_INVALIDDATA;
 153                     } else
 154                         break;
 155
 156                     if (index >= h->ref_count[list]) {
 157                         av_log(h->avctx, AV_LOG_ERROR,
 158                                "reference count %d overflow\n", index);
 159                         return AVERROR_INVALIDDATA;
 160                     }
 161                 }
 162             }
 163         }
 164     }
 165
 166     if ((h->pps.weighted_pred && h->slice_type_nos == AV_PICTURE_TYPE_P) ||
 167         (h->pps.weighted_bipred_idc == 1 && h->slice_type_nos == AV_PICTURE_TYPE_B))
 168         ff_pred_weight_table(h);
 169
 170     if (get_bits1(&h->gb)) { // adaptive_ref_pic_marking_mode_flag
 171         int i;
 172         for (i = 0; i < MAX_MMCO_COUNT; i++) {
 173             MMCOOpcode opcode = get_ue_golomb_31(&h->gb);
 174             if (opcode > (unsigned) MMCO_LONG) {
 175                 av_log(h->avctx, AV_LOG_ERROR,
 176                        "illegal memory management control operation %d\n",
 177                        opcode);
 178                 return AVERROR_INVALIDDATA;
 179             }
 180             if (opcode == MMCO_END)
 181                return 0;
 182             else if (opcode == MMCO_RESET)
 183                 return 1;
 184
 185             if (opcode == MMCO_SHORT2UNUSED || opcode == MMCO_SHORT2LONG)
 186                 get_ue_golomb(&h->gb);
 187             if (opcode == MMCO_SHORT2LONG || opcode == MMCO_LONG2UNUSED ||
 188                 opcode == MMCO_LONG || opcode == MMCO_SET_MAX_LONG)
 189                 get_ue_golomb_31(&h->gb);
 190         }
 191     }
 192
 193     return 0;
 194 }
 195
 196 /**
 197  * Parse NAL units of found picture and decode some basic information.
 198  *
 199  * @param s parser context.
 200  * @param avctx codec context.
 201  * @param buf buffer with field/frame data.
 202  * @param buf_size size of the buffer.
 203  */
 204 static inline int parse_nal_units(AVCodecParserContext *s,
 205                                   AVCodecContext *avctx,
 206                                   const uint8_t *buf, int buf_size)
 207 {
 208     H264Context *h         = s->priv_data;
 209     const uint8_t *buf_end = buf + buf_size;
 210     unsigned int pps_id;
 211     unsigned int slice_type;
 212     int state = -1, got_reset = 0;
 213     const uint8_t *ptr;
 214     int q264 = buf_size >=4 && !memcmp("Q264", buf, 4);
 215     int field_poc[2];
 216
 217     /* set some sane default values */
 218     s->pict_type         = AV_PICTURE_TYPE_I;
 219     s->key_frame         = 0;
 220     s->picture_structure = AV_PICTURE_STRUCTURE_UNKNOWN;
 221
 222     h->avctx = avctx;
 223     ff_h264_reset_sei(h);
 224     h->sei_fpa.frame_packing_arrangement_cancel_flag = -1;
 225
 226     if (!buf_size)
 227         return 0;
 228
 229     for (;;) {
 230         int src_length, dst_length, consumed, nalsize = 0;
 231         if (h->is_avc) {
 232             int i;
 233             if (h->nal_length_size >= buf_end - buf) break;
 234             nalsize = 0;
 235             for (i = 0; i < h->nal_length_size; i++)
 236                 nalsize = (nalsize << 8) | *buf++;
 237             if (nalsize <= 0 || nalsize > buf_end - buf) {
 238                 av_log(h->avctx, AV_LOG_ERROR, "AVC: nal size %d\n", nalsize);
 239                 break;
 240             }
 241             src_length = nalsize;
 242         } else {
 243         buf = avpriv_find_start_code(buf, buf_end, &state);
 244         if (buf >= buf_end)
 245             break;
 246         --buf;
 247         src_length = buf_end - buf;
 248         }
 249         switch (state & 0x1f) {
 250         case NAL_SLICE:
 251         case NAL_IDR_SLICE:
 252             // Do not walk the whole buffer just to decode slice header
 253             if ((state & 0x1f) == NAL_IDR_SLICE || ((state >> 5) & 0x3) == 0) {
 254                 /* IDR or disposable slice
 255                  * No need to decode many bytes because MMCOs shall not be present. */
 256                 if (src_length > 60)
 257                     src_length = 60;
 258             } else {
 259                 /* To decode up to MMCOs */
 260                 if (src_length > 1000)
 261                     src_length = 1000;
 262             }
 263             break;
 264         }
 265         ptr = ff_h264_decode_nal(h, buf, &dst_length, &consumed, src_length);
 266         if (ptr == NULL || dst_length < 0)
 267             break;
 268
 269         init_get_bits(&h->gb, ptr, 8 * dst_length);
 270         switch (h->nal_unit_type) {
 271         case NAL_SPS:
 272             ff_h264_decode_seq_parameter_set(h);
 273             break;
 274         case NAL_PPS:
 275             ff_h264_decode_picture_parameter_set(h, h->gb.size_in_bits);
 276             break;
 277         case NAL_SEI:
 278             ff_h264_decode_sei(h);
 279             break;
 280         case NAL_IDR_SLICE:
 281             s->key_frame = 1;
 282
 283             h->prev_frame_num        = 0;
 284             h->prev_frame_num_offset = 0;
 285             h->prev_poc_msb          =
 286             h->prev_poc_lsb          = 0;
 287         /* fall through */
 288         case NAL_SLICE:
 289             get_ue_golomb_long(&h->gb);  // skip first_mb_in_slice
 290             slice_type   = get_ue_golomb_31(&h->gb);
 291             s->pict_type = golomb_to_pict_type[slice_type % 5];
 292             if (h->sei_recovery_frame_cnt >= 0) {
 293                 /* key frame, since recovery_frame_cnt is set */
 294                 s->key_frame = 1;
 295             }
 296             pps_id = get_ue_golomb(&h->gb);
 297             if (pps_id >= MAX_PPS_COUNT) {
 298                 av_log(h->avctx, AV_LOG_ERROR,
 299                        "pps_id %u out of range\n", pps_id);
 300                 return -1;
 301             }
 302             if (!h->pps_buffers[pps_id]) {
 303                 av_log(h->avctx, AV_LOG_ERROR,
 304                        "non-existing PPS %u referenced\n", pps_id);
 305                 return -1;
 306             }
 307             h->pps = *h->pps_buffers[pps_id];
 308             if (!h->sps_buffers[h->pps.sps_id]) {
 309                 av_log(h->avctx, AV_LOG_ERROR,
 310                        "non-existing SPS %u referenced\n", h->pps.sps_id);
 311                 return -1;
 312             }
 313             h->sps       = *h->sps_buffers[h->pps.sps_id];
 314             h->frame_num = get_bits(&h->gb, h->sps.log2_max_frame_num);
 315
 316             if(h->sps.ref_frame_count <= 1 && h->pps.ref_count[0] <= 1 && s->pict_type == AV_PICTURE_TYPE_I)
 317                 s->key_frame = 1;
 318
 319             avctx->profile = ff_h264_get_profile(&h->sps);
 320             avctx->level   = h->sps.level_idc;
 321
 322             if (h->sps.frame_mbs_only_flag) {
 323                 h->picture_structure = PICT_FRAME;
 324             } else {
 325                 if (get_bits1(&h->gb)) { // field_pic_flag
 326                     h->picture_structure = PICT_TOP_FIELD + get_bits1(&h->gb); // bottom_field_flag
 327                 } else {
 328                     h->picture_structure = PICT_FRAME;
 329                 }
 330             }
 331
 332             if (h->nal_unit_type == NAL_IDR_SLICE)
 333                 get_ue_golomb(&h->gb); /* idr_pic_id */
 334             if (h->sps.poc_type == 0) {
 335                 h->poc_lsb = get_bits(&h->gb, h->sps.log2_max_poc_lsb);
 336
 337                 if (h->pps.pic_order_present == 1 &&
 338                     h->picture_structure == PICT_FRAME)
 339                     h->delta_poc_bottom = get_se_golomb(&h->gb);
 340             }
 341
 342             if (h->sps.poc_type == 1 &&
 343                 !h->sps.delta_pic_order_always_zero_flag) {
 344                 h->delta_poc[0] = get_se_golomb(&h->gb);
 345
 346                 if (h->pps.pic_order_present == 1 &&
 347                     h->picture_structure == PICT_FRAME)
 348                     h->delta_poc[1] = get_se_golomb(&h->gb);
 349             }
 350
 351             /* Decode POC of this picture.
 352              * The prev_ values needed for decoding POC of the next picture are not set here. */
 353             field_poc[0] = field_poc[1] = INT_MAX;
 354             ff_init_poc(h, field_poc, &s->output_picture_number);
 355
 356             /* Continue parsing to check if MMCO_RESET is present.
 357              * FIXME: MMCO_RESET could appear in non-first slice.
 358              *        Maybe, we should parse all undisposable non-IDR slice of this
 359              *        picture until encountering MMCO_RESET in a slice of it. */
 360             if (h->nal_ref_idc && h->nal_unit_type != NAL_IDR_SLICE) {
 361                 got_reset = scan_mmco_reset(s);
 362                 if (got_reset < 0)
 363                     return got_reset;
 364             }
 365
 366             /* Set up the prev_ values for decoding POC of the next picture. */
 367             h->prev_frame_num        = got_reset ? 0 : h->frame_num;
 368             h->prev_frame_num_offset = got_reset ? 0 : h->frame_num_offset;
 369             if (h->nal_ref_idc != 0) {
 370                 if (!got_reset) {
 371                     h->prev_poc_msb = h->poc_msb;
 372                     h->prev_poc_lsb = h->poc_lsb;
 373                 } else {
 374                     h->prev_poc_msb = 0;
 375                     h->prev_poc_lsb =
 376                         h->picture_structure == PICT_BOTTOM_FIELD ? 0 : field_poc[0];
 377                 }
 378             }
 379
 380             if (h->sps.pic_struct_present_flag) {
 381                 switch (h->sei_pic_struct) {
 382                 case SEI_PIC_STRUCT_TOP_FIELD:
 383                 case SEI_PIC_STRUCT_BOTTOM_FIELD:
 384                     s->repeat_pict = 0;
 385                     break;
 386                 case SEI_PIC_STRUCT_FRAME:
 387                 case SEI_PIC_STRUCT_TOP_BOTTOM:
 388                 case SEI_PIC_STRUCT_BOTTOM_TOP:
 389                     s->repeat_pict = 1;
 390                     break;
 391                 case SEI_PIC_STRUCT_TOP_BOTTOM_TOP:
 392                 case SEI_PIC_STRUCT_BOTTOM_TOP_BOTTOM:
 393                     s->repeat_pict = 2;
 394                     break;
 395                 case SEI_PIC_STRUCT_FRAME_DOUBLING:
 396                     s->repeat_pict = 3;
 397                     break;
 398                 case SEI_PIC_STRUCT_FRAME_TRIPLING:
 399                     s->repeat_pict = 5;
 400                     break;
 401                 default:
 402                     s->repeat_pict = h->picture_structure == PICT_FRAME ? 1 : 0;
 403                     break;
 404                 }
 405             } else {
 406                 s->repeat_pict = h->picture_structure == PICT_FRAME ? 1 : 0;
 407             }
 408
 409             if (h->picture_structure == PICT_FRAME) {
 410                 s->picture_structure = AV_PICTURE_STRUCTURE_FRAME;
 411                 if (h->sps.pic_struct_present_flag) {
 412                     switch (h->sei_pic_struct) {
 413                     case SEI_PIC_STRUCT_TOP_BOTTOM:
 414                     case SEI_PIC_STRUCT_TOP_BOTTOM_TOP:
 415                         s->field_order = AV_FIELD_TT;
 416                         break;
 417                     case SEI_PIC_STRUCT_BOTTOM_TOP:
 418                     case SEI_PIC_STRUCT_BOTTOM_TOP_BOTTOM:
 419                         s->field_order = AV_FIELD_BB;
 420                         break;
 421                     default:
 422                         s->field_order = AV_FIELD_PROGRESSIVE;
 423                         break;
 424                     }
 425                 } else {
 426                     if (field_poc[0] < field_poc[1])
 427                         s->field_order = AV_FIELD_TT;
 428                     else if (field_poc[0] > field_poc[1])
 429                         s->field_order = AV_FIELD_BB;
 430                     else
 431                         s->field_order = AV_FIELD_PROGRESSIVE;
 432                 }
 433             } else {
 434                 if (h->picture_structure == PICT_TOP_FIELD)
 435                     s->picture_structure = AV_PICTURE_STRUCTURE_TOP_FIELD;
 436                 else
 437                     s->picture_structure = AV_PICTURE_STRUCTURE_BOTTOM_FIELD;
 438                 s->field_order = AV_FIELD_UNKNOWN;
 439             }
 440
 441             return 0; /* no need to evaluate the rest */
 442         }
 443         buf += h->is_avc ? nalsize : consumed;
 444     }
 445     if (q264)
 446         return 0;
 447     /* didn't find a picture! */
 448     av_log(h->avctx, AV_LOG_ERROR, "missing picture in access unit with size %d\n", buf_size);
 449     return -1;
 450 }
 451
 452 static int h264_parse(AVCodecParserContext *s,
 453                       AVCodecContext *avctx,
 454                       const uint8_t **poutbuf, int *poutbuf_size,
 455                       const uint8_t *buf, int buf_size)
 456 {
 457     H264Context *h   = s->priv_data;
 458     ParseContext *pc = &h->parse_context;
 459     int next;
 460
 461     if (!h->got_first) {
 462         h->got_first = 1;
 463         if (avctx->extradata_size) {
 464             h->avctx = avctx;
 465             // must be done like in decoder, otherwise opening the parser,
 466             // letting it create extradata and then closing and opening again
 467             // will cause has_b_frames to be always set.
 468             // Note that estimate_timings_from_pts does exactly this.
 469             if (!avctx->has_b_frames)
 470                 h->low_delay = 1;
 471             ff_h264_decode_extradata(h, avctx->extradata, avctx->extradata_size);
 472         }
 473     }
 474
 475     if (s->flags & PARSER_FLAG_COMPLETE_FRAMES) {
 476         next = buf_size;
 477     } else {
 478         next = h264_find_frame_end(h, buf, buf_size);
 479
 480         if (ff_combine_frame(pc, next, &buf, &buf_size) < 0) {
 481             *poutbuf      = NULL;
 482             *poutbuf_size = 0;
 483             return buf_size;
 484         }
 485
 486         if (next < 0 && next != END_NOT_FOUND) {
 487             av_assert1(pc->last_index + next >= 0);
 488             h264_find_frame_end(h, &pc->buffer[pc->last_index + next], -next); // update state
 489         }
 490     }
 491
 492     parse_nal_units(s, avctx, buf, buf_size);
 493
 494     if (h->sei_cpb_removal_delay >= 0) {
 495         s->dts_sync_point    = h->sei_buffering_period_present;
 496         s->dts_ref_dts_delta = h->sei_cpb_removal_delay;
 497         s->pts_dts_delta     = h->sei_dpb_output_delay;
 498     } else {
 499         s->dts_sync_point    = INT_MIN;
 500         s->dts_ref_dts_delta = INT_MIN;
 501         s->pts_dts_delta     = INT_MIN;
 502     }
 503
 504     if (s->flags & PARSER_FLAG_ONCE) {
 505         s->flags &= PARSER_FLAG_COMPLETE_FRAMES;
 506     }
 507
 508     *poutbuf      = buf;
 509     *poutbuf_size = buf_size;
 510     return next;
 511 }
 512
 513 static int h264_split(AVCodecContext *avctx,
 514                       const uint8_t *buf, int buf_size)
 515 {
 516     int i;
 517     uint32_t state = -1;
 518     int has_sps    = 0;
 519
 520     for (i = 0; i <= buf_size; i++) {
 521         if ((state & 0xFFFFFF1F) == 0x107)
 522             has_sps = 1;
 523         /*  if ((state&0xFFFFFF1F) == 0x101 ||
 524          *     (state&0xFFFFFF1F) == 0x102 ||
 525          *     (state&0xFFFFFF1F) == 0x105) {
 526          *  }
 527          */
 528         if ((state & 0xFFFFFF00) == 0x100 && (state & 0xFFFFFF1F) != 0x107 &&
 529             (state & 0xFFFFFF1F) != 0x108 && (state & 0xFFFFFF1F) != 0x109) {
 530             if (has_sps) {
 531                 while (i > 4 && buf[i - 5] == 0)
 532                     i--;
 533                 return i - 4;
 534             }
 535         }
 536         if (i < buf_size)
 537             state = (state << 8) | buf[i];
 538     }
 539     return 0;
 540 }
 541
 542 static void close(AVCodecParserContext *s)
 543 {
 544     H264Context *h   = s->priv_data;
 545     ParseContext *pc = &h->parse_context;
 546
 547     av_free(pc->buffer);
 548     ff_h264_free_context(h);
 549 }
 550
 551 static av_cold int init(AVCodecParserContext *s)
 552 {
 553     H264Context *h = s->priv_data;
 554     h->thread_context[0]   = h;
 555     h->slice_context_count = 1;
 556     ff_h264dsp_init(&h->h264dsp, 8, 1);
 557     return 0;
 558 }
 559
 560 AVCodecParser ff_h264_parser = {
 561     .codec_ids      = { AV_CODEC_ID_H264 },
 562     .priv_data_size = sizeof(H264Context),
 563     .parser_init    = init,
 564     .parser_parse   = h264_parse,
 565     .parser_close   = close,
 566     .split          = h264_split,
 567 };