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

   1 /*
   2  * HEVC Annex B format parser
   3  *
   4  * Copyright (C) 2012 - 2013 Guillaume Martres
   5  *
   6  * This file is part of FFmpeg.
   7  *
   8  * FFmpeg is free software; you can redistribute it and/or
   9  * modify it under the terms of the GNU Lesser General Public
  10  * License as published by the Free Software Foundation; either
  11  * version 2.1 of the License, or (at your option) any later version.
  12  *
  13  * FFmpeg is distributed in the hope that it will be useful,
  14  * but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
  15  * MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the GNU
  16  * Lesser General Public License for more details.
  17  *
  18  * You should have received a copy of the GNU Lesser General Public
  19  * License along with FFmpeg; if not, write to the Free Software
  20  * Foundation, Inc., 51 Franklin Street, Fifth Floor, Boston, MA 02110-1301 USA
  21  */
  22
  23 #include "libavutil/common.h"
  24
  25 #include "golomb.h"
  26 #include "hevc.h"
  27 #include "parser.h"
  28
  29 #define START_CODE 0x000001 ///< start_code_prefix_one_3bytes
  30
  31 #define IS_IRAP_NAL(nal) (nal->type >= 16 && nal->type <= 23)
  32
  33 #define ADVANCED_PARSER CONFIG_HEVC_DECODER
  34
  35 typedef struct HEVCParserContext {
  36     ParseContext pc;
  37
  38     HEVCPacket pkt;
  39     HEVCParamSets ps;
  40
  41     int parsed_extradata;
  42
  43 #if ADVANCED_PARSER
  44     HEVCContext h;
  45 #endif
  46 } HEVCParserContext;
  47
  48 #if !ADVANCED_PARSER
  49 static int hevc_parse_slice_header(AVCodecParserContext *s, HEVCNAL *nal,
  50                                    AVCodecContext *avctx)
  51 {
  52     HEVCParserContext *ctx = s->priv_data;
  53     GetBitContext *gb = &nal->gb;
  54
  55     HEVCPPS *pps;
  56     HEVCSPS *sps;
  57     unsigned int pps_id;
  58
  59     get_bits1(gb);          // first slice in pic
  60     if (IS_IRAP_NAL(nal))
  61         get_bits1(gb);      // no output of prior pics
  62
  63     pps_id = get_ue_golomb_long(gb);
  64     if (pps_id >= MAX_PPS_COUNT || !ctx->ps.pps_list[pps_id]) {
  65         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "PPS id out of range: %d\n", pps_id);
  66         return AVERROR_INVALIDDATA;
  67     }
  68     pps = (HEVCPPS*)ctx->ps.pps_list[pps_id]->data;
  69     sps = (HEVCSPS*)ctx->ps.sps_list[pps->sps_id]->data;
  70
  71     /* export the stream parameters */
  72     s->coded_width  = sps->width;
  73     s->coded_height = sps->height;
  74     s->width        = sps->output_width;
  75     s->height       = sps->output_height;
  76     s->format       = sps->pix_fmt;
  77     avctx->profile  = sps->ptl.general_ptl.profile_idc;
  78     avctx->level    = sps->ptl.general_ptl.level_idc;
  79
  80     /* ignore the rest for now*/
  81
  82     return 0;
  83 }
  84
  85 static int parse_nal_units(AVCodecParserContext *s, const uint8_t *buf,
  86                            int buf_size, AVCodecContext *avctx)
  87 {
  88     HEVCParserContext *ctx = s->priv_data;
  89     int ret, i;
  90
  91     ret = ff_hevc_split_packet(NULL, &ctx->pkt, buf, buf_size, avctx, 0, 0);
  92     if (ret < 0)
  93         return ret;
  94
  95     for (i = 0; i < ctx->pkt.nb_nals; i++) {
  96         HEVCNAL *nal = &ctx->pkt.nals[i];
  97
  98         /* ignore everything except parameter sets and VCL NALUs */
  99         switch (nal->type) {
 100         case NAL_VPS: ff_hevc_decode_nal_vps(&nal->gb, avctx, &ctx->ps);    break;
 101         case NAL_SPS: ff_hevc_decode_nal_sps(&nal->gb, avctx, &ctx->ps, 1); break;
 102         case NAL_PPS: ff_hevc_decode_nal_pps(&nal->gb, avctx, &ctx->ps);    break;
 103         case NAL_TRAIL_R:
 104         case NAL_TRAIL_N:
 105         case NAL_TSA_N:
 106         case NAL_TSA_R:
 107         case NAL_STSA_N:
 108         case NAL_STSA_R:
 109         case NAL_BLA_W_LP:
 110         case NAL_BLA_W_RADL:
 111         case NAL_BLA_N_LP:
 112         case NAL_IDR_W_RADL:
 113         case NAL_IDR_N_LP:
 114         case NAL_CRA_NUT:
 115         case NAL_RADL_N:
 116         case NAL_RADL_R:
 117         case NAL_RASL_N:
 118         case NAL_RASL_R:
 119             if (buf == avctx->extradata) {
 120                 av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "Invalid NAL unit: %d\n", nal->type);
 121                 return AVERROR_INVALIDDATA;
 122             }
 123             hevc_parse_slice_header(s, nal, avctx);
 124             break;
 125         }
 126     }
 127
 128     return 0;
 129 }
 130 #endif
 131
 132 /**
 133  * Find the end of the current frame in the bitstream.
 134  * @return the position of the first byte of the next frame, or END_NOT_FOUND
 135  */
 136 static int hevc_find_frame_end(AVCodecParserContext *s, const uint8_t *buf,
 137                                int buf_size)
 138 {
 139     int i;
 140     ParseContext *pc = s->priv_data;
 141
 142     for (i = 0; i < buf_size; i++) {
 143         int nut;
 144
 145         pc->state64 = (pc->state64 << 8) | buf[i];
 146
 147         if (((pc->state64 >> 3 * 8) & 0xFFFFFF) != START_CODE)
 148             continue;
 149
 150         nut = (pc->state64 >> 2 * 8 + 1) & 0x3F;
 151         // Beginning of access unit
 152         if ((nut >= NAL_VPS && nut <= NAL_AUD) || nut == NAL_SEI_PREFIX ||
 153             (nut >= 41 && nut <= 44) || (nut >= 48 && nut <= 55)) {
 154             if (pc->frame_start_found) {
 155                 pc->frame_start_found = 0;
 156                 return i - 5;
 157             }
 158         } else if (nut <= NAL_RASL_R ||
 159                    (nut >= NAL_BLA_W_LP && nut <= NAL_CRA_NUT)) {
 160             int first_slice_segment_in_pic_flag = buf[i] >> 7;
 161             if (first_slice_segment_in_pic_flag) {
 162                 if (!pc->frame_start_found) {
 163                     pc->frame_start_found = 1;
 164                 } else { // First slice of next frame found
 165                     pc->frame_start_found = 0;
 166                     return i - 5;
 167                 }
 168             }
 169         }
 170     }
 171
 172     return END_NOT_FOUND;
 173 }
 174
 175 #if ADVANCED_PARSER
 176 /**
 177  * Parse NAL units of found picture and decode some basic information.
 178  *
 179  * @param s parser context.
 180  * @param avctx codec context.
 181  * @param buf buffer with field/frame data.
 182  * @param buf_size size of the buffer.
 183  */
 184 static inline int parse_nal_units(AVCodecParserContext *s, const uint8_t *buf,
 185                            int buf_size, AVCodecContext *avctx)
 186 {
 187     HEVCParserContext *ctx = s->priv_data;
 188     HEVCContext       *h   = &ctx->h;
 189     GetBitContext      *gb;
 190     SliceHeader        *sh = &h->sh;
 191     HEVCParamSets *ps = &h->ps;
 192     HEVCPacket   *pkt = &ctx->pkt;
 193     const uint8_t *buf_end = buf + buf_size;
 194     int state = -1, i;
 195     HEVCNAL *nal;
 196     int is_global = buf == avctx->extradata;
 197
 198     if (!h->HEVClc)
 199         h->HEVClc = av_mallocz(sizeof(HEVCLocalContext));
 200     if (!h->HEVClc)
 201         return AVERROR(ENOMEM);
 202
 203     gb = &h->HEVClc->gb;
 204
 205     /* set some sane default values */
 206     s->pict_type         = AV_PICTURE_TYPE_I;
 207     s->key_frame         = 0;
 208     s->picture_structure = AV_PICTURE_STRUCTURE_UNKNOWN;
 209
 210     h->avctx = avctx;
 211
 212     if (!buf_size)
 213         return 0;
 214
 215     if (pkt->nals_allocated < 1) {
 216         HEVCNAL *tmp = av_realloc_array(pkt->nals, 1, sizeof(*tmp));
 217         if (!tmp)
 218             return AVERROR(ENOMEM);
 219         pkt->nals = tmp;
 220         memset(pkt->nals, 0, sizeof(*tmp));
 221         pkt->nals_allocated = 1;
 222     }
 223
 224     nal = &pkt->nals[0];
 225
 226     for (;;) {
 227         int src_length, consumed;
 228         int ret;
 229         buf = avpriv_find_start_code(buf, buf_end, &state);
 230         if (--buf + 2 >= buf_end)
 231             break;
 232         src_length = buf_end - buf;
 233
 234         h->nal_unit_type = (*buf >> 1) & 0x3f;
 235         h->temporal_id   = (*(buf + 1) & 0x07) - 1;
 236         if (h->nal_unit_type <= NAL_CRA_NUT) {
 237             // Do not walk the whole buffer just to decode slice segment header
 238             if (src_length > 20)
 239                 src_length = 20;
 240         }
 241
 242         consumed = ff_hevc_extract_rbsp(NULL, buf, src_length, nal);
 243         if (consumed < 0)
 244             return consumed;
 245
 246         ret = init_get_bits8(gb, nal->data + 2, nal->size);
 247         if (ret < 0)
 248             return ret;
 249
 250         switch (h->nal_unit_type) {
 251         case NAL_VPS:
 252             ff_hevc_decode_nal_vps(gb, avctx, ps);
 253             break;
 254         case NAL_SPS:
 255             ff_hevc_decode_nal_sps(gb, avctx, ps, 1);
 256             break;
 257         case NAL_PPS:
 258             ff_hevc_decode_nal_pps(gb, avctx, ps);
 259             break;
 260         case NAL_SEI_PREFIX:
 261         case NAL_SEI_SUFFIX:
 262             ff_hevc_decode_nal_sei(h);
 263             break;
 264         case NAL_TRAIL_N:
 265         case NAL_TRAIL_R:
 266         case NAL_TSA_N:
 267         case NAL_TSA_R:
 268         case NAL_STSA_N:
 269         case NAL_STSA_R:
 270         case NAL_RADL_N:
 271         case NAL_RADL_R:
 272         case NAL_RASL_N:
 273         case NAL_RASL_R:
 274         case NAL_BLA_W_LP:
 275         case NAL_BLA_W_RADL:
 276         case NAL_BLA_N_LP:
 277         case NAL_IDR_W_RADL:
 278         case NAL_IDR_N_LP:
 279         case NAL_CRA_NUT:
 280
 281             if (is_global) {
 282                 av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "Invalid NAL unit: %d\n", h->nal_unit_type);
 283                 return AVERROR_INVALIDDATA;
 284             }
 285
 286             sh->first_slice_in_pic_flag = get_bits1(gb);
 287             s->picture_structure = h->picture_struct;
 288             s->field_order = h->picture_struct;
 289
 290             if (IS_IRAP(h)) {
 291                 s->key_frame = 1;
 292                 sh->no_output_of_prior_pics_flag = get_bits1(gb);
 293             }
 294
 295             sh->pps_id = get_ue_golomb(gb);
 296             if (sh->pps_id >= MAX_PPS_COUNT || !ps->pps_list[sh->pps_id]) {
 297                 av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "PPS id out of range: %d\n", sh->pps_id);
 298                 return AVERROR_INVALIDDATA;
 299             }
 300             ps->pps = (HEVCPPS*)ps->pps_list[sh->pps_id]->data;
 301
 302             if (ps->pps->sps_id >= MAX_SPS_COUNT || !ps->sps_list[ps->pps->sps_id]) {
 303                 av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "SPS id out of range: %d\n", ps->pps->sps_id);
 304                 return AVERROR_INVALIDDATA;
 305             }
 306             if (ps->sps != (HEVCSPS*)ps->sps_list[ps->pps->sps_id]->data) {
 307                 ps->sps = (HEVCSPS*)ps->sps_list[ps->pps->sps_id]->data;
 308                 ps->vps = (HEVCVPS*)ps->vps_list[ps->sps->vps_id]->data;
 309             }
 310
 311             if (!sh->first_slice_in_pic_flag) {
 312                 int slice_address_length;
 313
 314                 if (ps->pps->dependent_slice_segments_enabled_flag)
 315                     sh->dependent_slice_segment_flag = get_bits1(gb);
 316                 else
 317                     sh->dependent_slice_segment_flag = 0;
 318
 319                 slice_address_length = av_ceil_log2_c(ps->sps->ctb_width *
 320                                                       ps->sps->ctb_height);
 321                 sh->slice_segment_addr = get_bitsz(gb, slice_address_length);
 322                 if (sh->slice_segment_addr >= ps->sps->ctb_width * ps->sps->ctb_height) {
 323                     av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "Invalid slice segment address: %u.\n",
 324                            sh->slice_segment_addr);
 325                     return AVERROR_INVALIDDATA;
 326                 }
 327             } else
 328                 sh->dependent_slice_segment_flag = 0;
 329
 330             if (sh->dependent_slice_segment_flag)
 331                 break;
 332
 333             for (i = 0; i < ps->pps->num_extra_slice_header_bits; i++)
 334                 skip_bits(gb, 1); // slice_reserved_undetermined_flag[]
 335
 336             sh->slice_type = get_ue_golomb(gb);
 337             if (!(sh->slice_type == I_SLICE || sh->slice_type == P_SLICE ||
 338                   sh->slice_type == B_SLICE)) {
 339                 av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "Unknown slice type: %d.\n",
 340                        sh->slice_type);
 341                 return AVERROR_INVALIDDATA;
 342             }
 343             s->pict_type = sh->slice_type == B_SLICE ? AV_PICTURE_TYPE_B :
 344                            sh->slice_type == P_SLICE ? AV_PICTURE_TYPE_P :
 345                                                        AV_PICTURE_TYPE_I;
 346
 347             if (ps->pps->output_flag_present_flag)
 348                 sh->pic_output_flag = get_bits1(gb);
 349
 350             if (ps->sps->separate_colour_plane_flag)
 351                 sh->colour_plane_id = get_bits(gb, 2);
 352
 353             if (!IS_IDR(h)) {
 354                 sh->pic_order_cnt_lsb = get_bits(gb, ps->sps->log2_max_poc_lsb);
 355                 s->output_picture_number = h->poc = ff_hevc_compute_poc(h, sh->pic_order_cnt_lsb);
 356             } else
 357                 s->output_picture_number = h->poc = 0;
 358
 359             if (h->temporal_id == 0 &&
 360                 h->nal_unit_type != NAL_TRAIL_N &&
 361                 h->nal_unit_type != NAL_TSA_N &&
 362                 h->nal_unit_type != NAL_STSA_N &&
 363                 h->nal_unit_type != NAL_RADL_N &&
 364                 h->nal_unit_type != NAL_RASL_N &&
 365                 h->nal_unit_type != NAL_RADL_R &&
 366                 h->nal_unit_type != NAL_RASL_R)
 367                 h->pocTid0 = h->poc;
 368
 369             return 0; /* no need to evaluate the rest */
 370         }
 371         buf += consumed;
 372     }
 373     /* didn't find a picture! */
 374     if (!is_global)
 375         av_log(h->avctx, AV_LOG_ERROR, "missing picture in access unit\n");
 376     return -1;
 377 }
 378 #endif
 379
 380 static int hevc_parse(AVCodecParserContext *s,
 381                       AVCodecContext *avctx,
 382                       const uint8_t **poutbuf, int *poutbuf_size,
 383                       const uint8_t *buf, int buf_size)
 384 {
 385     int next;
 386     HEVCParserContext *ctx = s->priv_data;
 387     ParseContext *pc = &ctx->pc;
 388
 389     if (avctx->extradata && !ctx->parsed_extradata) {
 390         parse_nal_units(s, avctx->extradata, avctx->extradata_size, avctx);
 391         ctx->parsed_extradata = 1;
 392     }
 393
 394     if (s->flags & PARSER_FLAG_COMPLETE_FRAMES) {
 395         next = buf_size;
 396     } else {
 397         next = hevc_find_frame_end(s, buf, buf_size);
 398         if (ff_combine_frame(pc, next, &buf, &buf_size) < 0) {
 399             *poutbuf      = NULL;
 400             *poutbuf_size = 0;
 401             return buf_size;
 402         }
 403     }
 404
 405     parse_nal_units(s, buf, buf_size, avctx);
 406
 407     *poutbuf      = buf;
 408     *poutbuf_size = buf_size;
 409     return next;
 410 }
 411
 412 // Split after the parameter sets at the beginning of the stream if they exist.
 413 static int hevc_split(AVCodecContext *avctx, const uint8_t *buf, int buf_size)
 414 {
 415     const uint8_t *ptr = buf, *end = buf + buf_size;
 416     uint32_t state = -1;
 417     int has_vps = 0;
 418     int has_sps = 0;
 419     int has_pps = 0;
 420     int nut;
 421
 422     while (ptr < end) {
 423         ptr = avpriv_find_start_code(ptr, end, &state);
 424         if ((state >> 8) != START_CODE)
 425             break;
 426         nut = (state >> 1) & 0x3F;
 427         if (nut == NAL_VPS)
 428             has_vps = 1;
 429         else if (nut == NAL_SPS)
 430             has_sps = 1;
 431         else if (nut == NAL_PPS)
 432             has_pps = 1;
 433         else if ((nut != NAL_SEI_PREFIX || has_pps) &&
 434                   nut != NAL_AUD) {
 435             if (has_vps && has_sps) {
 436                 while (ptr - 4 > buf && ptr[-5] == 0)
 437                     ptr--;
 438                 return ptr - 4 - buf;
 439             }
 440         }
 441     }
 442     return 0;
 443 }
 444
 445 static void hevc_parser_close(AVCodecParserContext *s)
 446 {
 447     HEVCParserContext *ctx = s->priv_data;
 448     int i;
 449
 450 #if ADVANCED_PARSER
 451     HEVCContext  *h  = &ctx->h;
 452
 453     for (i = 0; i < FF_ARRAY_ELEMS(h->ps.vps_list); i++)
 454         av_buffer_unref(&h->ps.vps_list[i]);
 455     for (i = 0; i < FF_ARRAY_ELEMS(h->ps.sps_list); i++)
 456         av_buffer_unref(&h->ps.sps_list[i]);
 457     for (i = 0; i < FF_ARRAY_ELEMS(h->ps.pps_list); i++)
 458         av_buffer_unref(&h->ps.pps_list[i]);
 459
 460     h->ps.sps = NULL;
 461
 462     av_freep(&h->HEVClc);
 463 #endif
 464
 465     for (i = 0; i < FF_ARRAY_ELEMS(ctx->ps.vps_list); i++)
 466         av_buffer_unref(&ctx->ps.vps_list[i]);
 467     for (i = 0; i < FF_ARRAY_ELEMS(ctx->ps.sps_list); i++)
 468         av_buffer_unref(&ctx->ps.sps_list[i]);
 469     for (i = 0; i < FF_ARRAY_ELEMS(ctx->ps.pps_list); i++)
 470         av_buffer_unref(&ctx->ps.pps_list[i]);
 471
 472     ctx->ps.sps = NULL;
 473
 474     for (i = 0; i < ctx->pkt.nals_allocated; i++) {
 475         av_freep(&ctx->pkt.nals[i].rbsp_buffer);
 476         av_freep(&ctx->pkt.nals[i].skipped_bytes_pos);
 477     }
 478     av_freep(&ctx->pkt.nals);
 479     ctx->pkt.nals_allocated = 0;
 480
 481     av_freep(&ctx->pc.buffer);
 482 }
 483
 484 AVCodecParser ff_hevc_parser = {
 485     .codec_ids      = { AV_CODEC_ID_HEVC },
 486     .priv_data_size = sizeof(HEVCParserContext),
 487     .parser_parse   = hevc_parse,
 488     .parser_close   = hevc_parser_close,
 489     .split          = hevc_split,
 490 };