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: hevc_parse_slice_header(s, nal, avctx); break;
 119         }
 120     }
 121
 122     return 0;
 123 }
 124 #endif
 125
 126 /**
 127  * Find the end of the current frame in the bitstream.
 128  * @return the position of the first byte of the next frame, or END_NOT_FOUND
 129  */
 130 static int hevc_find_frame_end(AVCodecParserContext *s, const uint8_t *buf,
 131                                int buf_size)
 132 {
 133     int i;
 134     ParseContext *pc = s->priv_data;
 135
 136     for (i = 0; i < buf_size; i++) {
 137         int nut;
 138
 139         pc->state64 = (pc->state64 << 8) | buf[i];
 140
 141         if (((pc->state64 >> 3 * 8) & 0xFFFFFF) != START_CODE)
 142             continue;
 143
 144         nut = (pc->state64 >> 2 * 8 + 1) & 0x3F;
 145         // Beginning of access unit
 146         if ((nut >= NAL_VPS && nut <= NAL_AUD) || nut == NAL_SEI_PREFIX ||
 147             (nut >= 41 && nut <= 44) || (nut >= 48 && nut <= 55)) {
 148             if (pc->frame_start_found) {
 149                 pc->frame_start_found = 0;
 150                 return i - 5;
 151             }
 152         } else if (nut <= NAL_RASL_R ||
 153                    (nut >= NAL_BLA_W_LP && nut <= NAL_CRA_NUT)) {
 154             int first_slice_segment_in_pic_flag = buf[i] >> 7;
 155             if (first_slice_segment_in_pic_flag) {
 156                 if (!pc->frame_start_found) {
 157                     pc->frame_start_found = 1;
 158                 } else { // First slice of next frame found
 159                     pc->frame_start_found = 0;
 160                     return i - 5;
 161                 }
 162             }
 163         }
 164     }
 165
 166     return END_NOT_FOUND;
 167 }
 168
 169 #if ADVANCED_PARSER
 170 /**
 171  * Parse NAL units of found picture and decode some basic information.
 172  *
 173  * @param s parser context.
 174  * @param avctx codec context.
 175  * @param buf buffer with field/frame data.
 176  * @param buf_size size of the buffer.
 177  */
 178 static inline int parse_nal_units(AVCodecParserContext *s, const uint8_t *buf,
 179                            int buf_size, AVCodecContext *avctx)
 180 {
 181     HEVCParserContext *ctx = s->priv_data;
 182     HEVCContext       *h   = &ctx->h;
 183     GetBitContext      *gb;
 184     SliceHeader        *sh = &h->sh;
 185     HEVCParamSets *ps = &h->ps;
 186     HEVCPacket   *pkt = &ctx->pkt;
 187     const uint8_t *buf_end = buf + buf_size;
 188     int state = -1, i;
 189     HEVCNAL *nal;
 190
 191     if (!h->HEVClc)
 192         h->HEVClc = av_mallocz(sizeof(HEVCLocalContext));
 193     if (!h->HEVClc)
 194         return AVERROR(ENOMEM);
 195
 196     gb = &h->HEVClc->gb;
 197
 198     /* set some sane default values */
 199     s->pict_type         = AV_PICTURE_TYPE_I;
 200     s->key_frame         = 0;
 201     s->picture_structure = AV_PICTURE_STRUCTURE_UNKNOWN;
 202
 203     h->avctx = avctx;
 204
 205     if (!buf_size)
 206         return 0;
 207
 208     if (pkt->nals_allocated < 1) {
 209         HEVCNAL *tmp = av_realloc_array(pkt->nals, 1, sizeof(*tmp));
 210         if (!tmp)
 211             return AVERROR(ENOMEM);
 212         pkt->nals = tmp;
 213         memset(pkt->nals, 0, sizeof(*tmp));
 214         pkt->nals_allocated = 1;
 215     }
 216
 217     nal = &pkt->nals[0];
 218
 219     for (;;) {
 220         int src_length, consumed;
 221         buf = avpriv_find_start_code(buf, buf_end, &state);
 222         if (--buf + 2 >= buf_end)
 223             break;
 224         src_length = buf_end - buf;
 225
 226         h->nal_unit_type = (*buf >> 1) & 0x3f;
 227         h->temporal_id   = (*(buf + 1) & 0x07) - 1;
 228         if (h->nal_unit_type <= NAL_CRA_NUT) {
 229             // Do not walk the whole buffer just to decode slice segment header
 230             if (src_length > 20)
 231                 src_length = 20;
 232         }
 233
 234         consumed = ff_hevc_extract_rbsp(NULL, buf, src_length, nal);
 235         if (consumed < 0)
 236             return consumed;
 237
 238         init_get_bits8(gb, nal->data + 2, nal->size);
 239         switch (h->nal_unit_type) {
 240         case NAL_VPS:
 241             ff_hevc_decode_nal_vps(gb, avctx, ps);
 242             break;
 243         case NAL_SPS:
 244             ff_hevc_decode_nal_sps(gb, avctx, ps, 1);
 245             break;
 246         case NAL_PPS:
 247             ff_hevc_decode_nal_pps(gb, avctx, ps);
 248             break;
 249         case NAL_SEI_PREFIX:
 250         case NAL_SEI_SUFFIX:
 251             ff_hevc_decode_nal_sei(h);
 252             break;
 253         case NAL_TRAIL_N:
 254         case NAL_TRAIL_R:
 255         case NAL_TSA_N:
 256         case NAL_TSA_R:
 257         case NAL_STSA_N:
 258         case NAL_STSA_R:
 259         case NAL_RADL_N:
 260         case NAL_RADL_R:
 261         case NAL_RASL_N:
 262         case NAL_RASL_R:
 263         case NAL_BLA_W_LP:
 264         case NAL_BLA_W_RADL:
 265         case NAL_BLA_N_LP:
 266         case NAL_IDR_W_RADL:
 267         case NAL_IDR_N_LP:
 268         case NAL_CRA_NUT:
 269             sh->first_slice_in_pic_flag = get_bits1(gb);
 270             s->picture_structure = h->picture_struct;
 271             s->field_order = h->picture_struct;
 272
 273             if (IS_IRAP(h)) {
 274                 s->key_frame = 1;
 275                 sh->no_output_of_prior_pics_flag = get_bits1(gb);
 276             }
 277
 278             sh->pps_id = get_ue_golomb(gb);
 279             if (sh->pps_id >= MAX_PPS_COUNT || !ps->pps_list[sh->pps_id]) {
 280                 av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "PPS id out of range: %d\n", sh->pps_id);
 281                 return AVERROR_INVALIDDATA;
 282             }
 283             ps->pps = (HEVCPPS*)ps->pps_list[sh->pps_id]->data;
 284
 285             if (ps->pps->sps_id >= MAX_SPS_COUNT || !ps->sps_list[ps->pps->sps_id]) {
 286                 av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "SPS id out of range: %d\n", ps->pps->sps_id);
 287                 return AVERROR_INVALIDDATA;
 288             }
 289             if (ps->sps != (HEVCSPS*)ps->sps_list[ps->pps->sps_id]->data) {
 290                 ps->sps = (HEVCSPS*)ps->sps_list[ps->pps->sps_id]->data;
 291                 ps->vps = (HEVCVPS*)ps->vps_list[ps->sps->vps_id]->data;
 292             }
 293
 294             if (!sh->first_slice_in_pic_flag) {
 295                 int slice_address_length;
 296
 297                 if (ps->pps->dependent_slice_segments_enabled_flag)
 298                     sh->dependent_slice_segment_flag = get_bits1(gb);
 299                 else
 300                     sh->dependent_slice_segment_flag = 0;
 301
 302                 slice_address_length = av_ceil_log2_c(ps->sps->ctb_width *
 303                                                       ps->sps->ctb_height);
 304                 sh->slice_segment_addr = slice_address_length ? get_bits(gb, slice_address_length) : 0;
 305                 if (sh->slice_segment_addr >= ps->sps->ctb_width * ps->sps->ctb_height) {
 306                     av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "Invalid slice segment address: %u.\n",
 307                            sh->slice_segment_addr);
 308                     return AVERROR_INVALIDDATA;
 309                 }
 310             } else
 311                 sh->dependent_slice_segment_flag = 0;
 312
 313             if (sh->dependent_slice_segment_flag)
 314                 break;
 315
 316             for (i = 0; i < ps->pps->num_extra_slice_header_bits; i++)
 317                 skip_bits(gb, 1); // slice_reserved_undetermined_flag[]
 318
 319             sh->slice_type = get_ue_golomb(gb);
 320             if (!(sh->slice_type == I_SLICE || sh->slice_type == P_SLICE ||
 321                   sh->slice_type == B_SLICE)) {
 322                 av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "Unknown slice type: %d.\n",
 323                        sh->slice_type);
 324                 return AVERROR_INVALIDDATA;
 325             }
 326             s->pict_type = sh->slice_type == B_SLICE ? AV_PICTURE_TYPE_B :
 327                            sh->slice_type == P_SLICE ? AV_PICTURE_TYPE_P :
 328                                                        AV_PICTURE_TYPE_I;
 329
 330             if (ps->pps->output_flag_present_flag)
 331                 sh->pic_output_flag = get_bits1(gb);
 332
 333             if (ps->sps->separate_colour_plane_flag)
 334                 sh->colour_plane_id = get_bits(gb, 2);
 335
 336             if (!IS_IDR(h)) {
 337                 sh->pic_order_cnt_lsb = get_bits(gb, ps->sps->log2_max_poc_lsb);
 338                 s->output_picture_number = h->poc = ff_hevc_compute_poc(h, sh->pic_order_cnt_lsb);
 339             } else
 340                 s->output_picture_number = h->poc = 0;
 341
 342             if (h->temporal_id == 0 &&
 343                 h->nal_unit_type != NAL_TRAIL_N &&
 344                 h->nal_unit_type != NAL_TSA_N &&
 345                 h->nal_unit_type != NAL_STSA_N &&
 346                 h->nal_unit_type != NAL_RADL_N &&
 347                 h->nal_unit_type != NAL_RASL_N &&
 348                 h->nal_unit_type != NAL_RADL_R &&
 349                 h->nal_unit_type != NAL_RASL_R)
 350                 h->pocTid0 = h->poc;
 351
 352             return 0; /* no need to evaluate the rest */
 353         }
 354         buf += consumed;
 355     }
 356     /* didn't find a picture! */
 357     av_log(h->avctx, AV_LOG_ERROR, "missing picture in access unit\n");
 358     return -1;
 359 }
 360 #endif
 361
 362 static int hevc_parse(AVCodecParserContext *s,
 363                       AVCodecContext *avctx,
 364                       const uint8_t **poutbuf, int *poutbuf_size,
 365                       const uint8_t *buf, int buf_size)
 366 {
 367     int next;
 368     HEVCParserContext *ctx = s->priv_data;
 369     ParseContext *pc = &ctx->pc;
 370
 371     if (avctx->extradata && !ctx->parsed_extradata) {
 372         parse_nal_units(s, avctx->extradata, avctx->extradata_size, avctx);
 373         ctx->parsed_extradata = 1;
 374     }
 375
 376     if (s->flags & PARSER_FLAG_COMPLETE_FRAMES) {
 377         next = buf_size;
 378     } else {
 379         next = hevc_find_frame_end(s, buf, buf_size);
 380         if (ff_combine_frame(pc, next, &buf, &buf_size) < 0) {
 381             *poutbuf      = NULL;
 382             *poutbuf_size = 0;
 383             return buf_size;
 384         }
 385     }
 386
 387     parse_nal_units(s, buf, buf_size, avctx);
 388
 389     *poutbuf      = buf;
 390     *poutbuf_size = buf_size;
 391     return next;
 392 }
 393
 394 // Split after the parameter sets at the beginning of the stream if they exist.
 395 static int hevc_split(AVCodecContext *avctx, const uint8_t *buf, int buf_size)
 396 {
 397     const uint8_t *ptr = buf, *end = buf + buf_size;
 398     uint32_t state = -1;
 399     int has_ps = 0, nut;
 400
 401     while (ptr < end) {
 402         ptr = avpriv_find_start_code(ptr, end, &state);
 403         if ((state >> 8) != START_CODE)
 404             break;
 405         nut = (state >> 1) & 0x3F;
 406         if (nut >= NAL_VPS && nut <= NAL_PPS)
 407             has_ps = 1;
 408         else if (has_ps)
 409             return ptr - 4 - buf;
 410         else // no parameter set at the beginning of the stream
 411             return 0;
 412     }
 413     return 0;
 414 }
 415
 416 static void hevc_parser_close(AVCodecParserContext *s)
 417 {
 418     HEVCParserContext *ctx = s->priv_data;
 419     int i;
 420
 421 #if ADVANCED_PARSER
 422     HEVCContext  *h  = &ctx->h;
 423
 424     for (i = 0; i < FF_ARRAY_ELEMS(h->ps.vps_list); i++)
 425         av_buffer_unref(&h->ps.vps_list[i]);
 426     for (i = 0; i < FF_ARRAY_ELEMS(h->ps.sps_list); i++)
 427         av_buffer_unref(&h->ps.sps_list[i]);
 428     for (i = 0; i < FF_ARRAY_ELEMS(h->ps.pps_list); i++)
 429         av_buffer_unref(&h->ps.pps_list[i]);
 430
 431     h->ps.sps = NULL;
 432
 433     av_freep(&h->HEVClc);
 434 #endif
 435
 436     for (i = 0; i < FF_ARRAY_ELEMS(ctx->ps.vps_list); i++)
 437         av_buffer_unref(&ctx->ps.vps_list[i]);
 438     for (i = 0; i < FF_ARRAY_ELEMS(ctx->ps.sps_list); i++)
 439         av_buffer_unref(&ctx->ps.sps_list[i]);
 440     for (i = 0; i < FF_ARRAY_ELEMS(ctx->ps.pps_list); i++)
 441         av_buffer_unref(&ctx->ps.pps_list[i]);
 442
 443     ctx->ps.sps = NULL;
 444
 445     for (i = 0; i < ctx->pkt.nals_allocated; i++) {
 446         av_freep(&ctx->pkt.nals[i].rbsp_buffer);
 447         av_freep(&ctx->pkt.nals[i].skipped_bytes_pos);
 448     }
 449     av_freep(&ctx->pkt.nals);
 450     ctx->pkt.nals_allocated = 0;
 451
 452     av_freep(&ctx->pc.buffer);
 453 }
 454
 455 AVCodecParser ff_hevc_parser = {
 456     .codec_ids      = { AV_CODEC_ID_HEVC },
 457     .priv_data_size = sizeof(HEVCParserContext),
 458     .parser_parse   = hevc_parse,
 459     .parser_close   = hevc_parser_close,
 460     .split          = hevc_split,
 461 };