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 "h2645_parse.h"
  28 #include "parser.h"
  29
  30 #define START_CODE 0x000001 ///< start_code_prefix_one_3bytes
  31
  32 #define IS_IRAP_NAL(nal) (nal->type >= 16 && nal->type <= 23)
  33
  34 #define ADVANCED_PARSER CONFIG_HEVC_DECODER
  35
  36 typedef struct HEVCParserContext {
  37     ParseContext pc;
  38
  39     H2645Packet pkt;
  40     HEVCParamSets ps;
  41
  42     int parsed_extradata;
  43
  44 #if ADVANCED_PARSER
  45     HEVCContext h;
  46 #endif
  47 } HEVCParserContext;
  48
  49 #if !ADVANCED_PARSER
  50 static int hevc_parse_slice_header(AVCodecParserContext *s, H2645NAL *nal,
  51                                    AVCodecContext *avctx)
  52 {
  53     HEVCParserContext *ctx = s->priv_data;
  54     GetBitContext *gb = &nal->gb;
  55
  56     HEVCPPS *pps;
  57     HEVCSPS *sps;
  58     unsigned int pps_id;
  59
  60     get_bits1(gb);          // first slice in pic
  61     if (IS_IRAP_NAL(nal))
  62         get_bits1(gb);      // no output of prior pics
  63
  64     pps_id = get_ue_golomb_long(gb);
  65     if (pps_id >= MAX_PPS_COUNT || !ctx->ps.pps_list[pps_id]) {
  66         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "PPS id out of range: %d\n", pps_id);
  67         return AVERROR_INVALIDDATA;
  68     }
  69     pps = (HEVCPPS*)ctx->ps.pps_list[pps_id]->data;
  70     sps = (HEVCSPS*)ctx->ps.sps_list[pps->sps_id]->data;
  71
  72     /* export the stream parameters */
  73     s->coded_width  = sps->width;
  74     s->coded_height = sps->height;
  75     s->width        = sps->output_width;
  76     s->height       = sps->output_height;
  77     s->format       = sps->pix_fmt;
  78     avctx->profile  = sps->ptl.general_ptl.profile_idc;
  79     avctx->level    = sps->ptl.general_ptl.level_idc;
  80
  81     /* ignore the rest for now*/
  82
  83     return 0;
  84 }
  85
  86 static int parse_nal_units(AVCodecParserContext *s, const uint8_t *buf,
  87                            int buf_size, AVCodecContext *avctx)
  88 {
  89     HEVCParserContext *ctx = s->priv_data;
  90     int ret, i;
  91
  92     ret = ff_h2645_packet_split(&ctx->pkt, buf, buf_size, avctx, 0, 0,
  93                                 AV_CODEC_ID_HEVC);
  94     if (ret < 0)
  95         return ret;
  96
  97     for (i = 0; i < ctx->pkt.nb_nals; i++) {
  98         H2645NAL *nal = &ctx->pkt.nals[i];
  99
 100         /* ignore everything except parameter sets and VCL NALUs */
 101         switch (nal->type) {
 102         case NAL_VPS: ff_hevc_decode_nal_vps(&nal->gb, avctx, &ctx->ps);    break;
 103         case NAL_SPS: ff_hevc_decode_nal_sps(&nal->gb, avctx, &ctx->ps, 1); break;
 104         case NAL_PPS: ff_hevc_decode_nal_pps(&nal->gb, avctx, &ctx->ps);    break;
 105         case NAL_TRAIL_R:
 106         case NAL_TRAIL_N:
 107         case NAL_TSA_N:
 108         case NAL_TSA_R:
 109         case NAL_STSA_N:
 110         case NAL_STSA_R:
 111         case NAL_BLA_W_LP:
 112         case NAL_BLA_W_RADL:
 113         case NAL_BLA_N_LP:
 114         case NAL_IDR_W_RADL:
 115         case NAL_IDR_N_LP:
 116         case NAL_CRA_NUT:
 117         case NAL_RADL_N:
 118         case NAL_RADL_R:
 119         case NAL_RASL_N:
 120         case NAL_RASL_R:
 121             if (buf == avctx->extradata) {
 122                 av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "Invalid NAL unit: %d\n", nal->type);
 123                 return AVERROR_INVALIDDATA;
 124             }
 125             hevc_parse_slice_header(s, nal, avctx);
 126             break;
 127         }
 128     }
 129
 130     return 0;
 131 }
 132 #endif
 133
 134 /**
 135  * Find the end of the current frame in the bitstream.
 136  * @return the position of the first byte of the next frame, or END_NOT_FOUND
 137  */
 138 static int hevc_find_frame_end(AVCodecParserContext *s, const uint8_t *buf,
 139                                int buf_size)
 140 {
 141     int i;
 142     ParseContext *pc = s->priv_data;
 143
 144     for (i = 0; i < buf_size; i++) {
 145         int nut;
 146
 147         pc->state64 = (pc->state64 << 8) | buf[i];
 148
 149         if (((pc->state64 >> 3 * 8) & 0xFFFFFF) != START_CODE)
 150             continue;
 151
 152         nut = (pc->state64 >> 2 * 8 + 1) & 0x3F;
 153         // Beginning of access unit
 154         if ((nut >= NAL_VPS && nut <= NAL_AUD) || nut == NAL_SEI_PREFIX ||
 155             (nut >= 41 && nut <= 44) || (nut >= 48 && nut <= 55)) {
 156             if (pc->frame_start_found) {
 157                 pc->frame_start_found = 0;
 158                 return i - 5;
 159             }
 160         } else if (nut <= NAL_RASL_R ||
 161                    (nut >= NAL_BLA_W_LP && nut <= NAL_CRA_NUT)) {
 162             int first_slice_segment_in_pic_flag = buf[i] >> 7;
 163             if (first_slice_segment_in_pic_flag) {
 164                 if (!pc->frame_start_found) {
 165                     pc->frame_start_found = 1;
 166                 } else { // First slice of next frame found
 167                     pc->frame_start_found = 0;
 168                     return i - 5;
 169                 }
 170             }
 171         }
 172     }
 173
 174     return END_NOT_FOUND;
 175 }
 176
 177 #if ADVANCED_PARSER
 178 /**
 179  * Parse NAL units of found picture and decode some basic information.
 180  *
 181  * @param s parser context.
 182  * @param avctx codec context.
 183  * @param buf buffer with field/frame data.
 184  * @param buf_size size of the buffer.
 185  */
 186 static inline int parse_nal_units(AVCodecParserContext *s, const uint8_t *buf,
 187                            int buf_size, AVCodecContext *avctx)
 188 {
 189     HEVCParserContext *ctx = s->priv_data;
 190     HEVCContext       *h   = &ctx->h;
 191     GetBitContext      *gb;
 192     SliceHeader        *sh = &h->sh;
 193     HEVCParamSets *ps = &h->ps;
 194     H2645Packet   *pkt = &ctx->pkt;
 195     const uint8_t *buf_end = buf + buf_size;
 196     int state = -1, i;
 197     H2645NAL *nal;
 198     int is_global = buf == avctx->extradata;
 199
 200     if (!h->HEVClc)
 201         h->HEVClc = av_mallocz(sizeof(HEVCLocalContext));
 202     if (!h->HEVClc)
 203         return AVERROR(ENOMEM);
 204
 205     gb = &h->HEVClc->gb;
 206
 207     /* set some sane default values */
 208     s->pict_type         = AV_PICTURE_TYPE_I;
 209     s->key_frame         = 0;
 210     s->picture_structure = AV_PICTURE_STRUCTURE_UNKNOWN;
 211
 212     h->avctx = avctx;
 213
 214     ff_hevc_reset_sei(h);
 215
 216     if (!buf_size)
 217         return 0;
 218
 219     if (pkt->nals_allocated < 1) {
 220         H2645NAL *tmp = av_realloc_array(pkt->nals, 1, sizeof(*tmp));
 221         if (!tmp)
 222             return AVERROR(ENOMEM);
 223         pkt->nals = tmp;
 224         memset(pkt->nals, 0, sizeof(*tmp));
 225         pkt->nals_allocated = 1;
 226     }
 227
 228     nal = &pkt->nals[0];
 229
 230     for (;;) {
 231         int src_length, consumed;
 232         int ret;
 233         buf = avpriv_find_start_code(buf, buf_end, &state);
 234         if (--buf + 2 >= buf_end)
 235             break;
 236         src_length = buf_end - buf;
 237
 238         h->nal_unit_type = (*buf >> 1) & 0x3f;
 239         h->temporal_id   = (*(buf + 1) & 0x07) - 1;
 240         if (h->nal_unit_type <= NAL_CRA_NUT) {
 241             // Do not walk the whole buffer just to decode slice segment header
 242             if (src_length > 20)
 243                 src_length = 20;
 244         }
 245
 246         consumed = ff_h2645_extract_rbsp(buf, src_length, nal);
 247         if (consumed < 0)
 248             return consumed;
 249
 250         ret = init_get_bits8(gb, nal->data + 2, nal->size);
 251         if (ret < 0)
 252             return ret;
 253
 254         switch (h->nal_unit_type) {
 255         case NAL_VPS:
 256             ff_hevc_decode_nal_vps(gb, avctx, ps);
 257             break;
 258         case NAL_SPS:
 259             ff_hevc_decode_nal_sps(gb, avctx, ps, 1);
 260             break;
 261         case NAL_PPS:
 262             ff_hevc_decode_nal_pps(gb, avctx, ps);
 263             break;
 264         case NAL_SEI_PREFIX:
 265         case NAL_SEI_SUFFIX:
 266             ff_hevc_decode_nal_sei(h);
 267             break;
 268         case NAL_TRAIL_N:
 269         case NAL_TRAIL_R:
 270         case NAL_TSA_N:
 271         case NAL_TSA_R:
 272         case NAL_STSA_N:
 273         case NAL_STSA_R:
 274         case NAL_RADL_N:
 275         case NAL_RADL_R:
 276         case NAL_RASL_N:
 277         case NAL_RASL_R:
 278         case NAL_BLA_W_LP:
 279         case NAL_BLA_W_RADL:
 280         case NAL_BLA_N_LP:
 281         case NAL_IDR_W_RADL:
 282         case NAL_IDR_N_LP:
 283         case NAL_CRA_NUT:
 284
 285             if (is_global) {
 286                 av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "Invalid NAL unit: %d\n", h->nal_unit_type);
 287                 return AVERROR_INVALIDDATA;
 288             }
 289
 290             sh->first_slice_in_pic_flag = get_bits1(gb);
 291             s->picture_structure = h->picture_struct;
 292             s->field_order = h->picture_struct;
 293
 294             if (IS_IRAP(h)) {
 295                 s->key_frame = 1;
 296                 sh->no_output_of_prior_pics_flag = get_bits1(gb);
 297             }
 298
 299             sh->pps_id = get_ue_golomb(gb);
 300             if (sh->pps_id >= MAX_PPS_COUNT || !ps->pps_list[sh->pps_id]) {
 301                 av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "PPS id out of range: %d\n", sh->pps_id);
 302                 return AVERROR_INVALIDDATA;
 303             }
 304             ps->pps = (HEVCPPS*)ps->pps_list[sh->pps_id]->data;
 305
 306             if (ps->pps->sps_id >= MAX_SPS_COUNT || !ps->sps_list[ps->pps->sps_id]) {
 307                 av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "SPS id out of range: %d\n", ps->pps->sps_id);
 308                 return AVERROR_INVALIDDATA;
 309             }
 310             if (ps->sps != (HEVCSPS*)ps->sps_list[ps->pps->sps_id]->data) {
 311                 ps->sps = (HEVCSPS*)ps->sps_list[ps->pps->sps_id]->data;
 312                 ps->vps = (HEVCVPS*)ps->vps_list[ps->sps->vps_id]->data;
 313             }
 314
 315             if (!sh->first_slice_in_pic_flag) {
 316                 int slice_address_length;
 317
 318                 if (ps->pps->dependent_slice_segments_enabled_flag)
 319                     sh->dependent_slice_segment_flag = get_bits1(gb);
 320                 else
 321                     sh->dependent_slice_segment_flag = 0;
 322
 323                 slice_address_length = av_ceil_log2_c(ps->sps->ctb_width *
 324                                                       ps->sps->ctb_height);
 325                 sh->slice_segment_addr = get_bitsz(gb, slice_address_length);
 326                 if (sh->slice_segment_addr >= ps->sps->ctb_width * ps->sps->ctb_height) {
 327                     av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "Invalid slice segment address: %u.\n",
 328                            sh->slice_segment_addr);
 329                     return AVERROR_INVALIDDATA;
 330                 }
 331             } else
 332                 sh->dependent_slice_segment_flag = 0;
 333
 334             if (sh->dependent_slice_segment_flag)
 335                 break;
 336
 337             for (i = 0; i < ps->pps->num_extra_slice_header_bits; i++)
 338                 skip_bits(gb, 1); // slice_reserved_undetermined_flag[]
 339
 340             sh->slice_type = get_ue_golomb(gb);
 341             if (!(sh->slice_type == I_SLICE || sh->slice_type == P_SLICE ||
 342                   sh->slice_type == B_SLICE)) {
 343                 av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "Unknown slice type: %d.\n",
 344                        sh->slice_type);
 345                 return AVERROR_INVALIDDATA;
 346             }
 347             s->pict_type = sh->slice_type == B_SLICE ? AV_PICTURE_TYPE_B :
 348                            sh->slice_type == P_SLICE ? AV_PICTURE_TYPE_P :
 349                                                        AV_PICTURE_TYPE_I;
 350
 351             if (ps->pps->output_flag_present_flag)
 352                 sh->pic_output_flag = get_bits1(gb);
 353
 354             if (ps->sps->separate_colour_plane_flag)
 355                 sh->colour_plane_id = get_bits(gb, 2);
 356
 357             if (!IS_IDR(h)) {
 358                 sh->pic_order_cnt_lsb = get_bits(gb, ps->sps->log2_max_poc_lsb);
 359                 s->output_picture_number = h->poc = ff_hevc_compute_poc(h, sh->pic_order_cnt_lsb);
 360             } else
 361                 s->output_picture_number = h->poc = 0;
 362
 363             if (h->temporal_id == 0 &&
 364                 h->nal_unit_type != NAL_TRAIL_N &&
 365                 h->nal_unit_type != NAL_TSA_N &&
 366                 h->nal_unit_type != NAL_STSA_N &&
 367                 h->nal_unit_type != NAL_RADL_N &&
 368                 h->nal_unit_type != NAL_RASL_N &&
 369                 h->nal_unit_type != NAL_RADL_R &&
 370                 h->nal_unit_type != NAL_RASL_R)
 371                 h->pocTid0 = h->poc;
 372
 373             return 0; /* no need to evaluate the rest */
 374         }
 375         buf += consumed;
 376     }
 377     /* didn't find a picture! */
 378     if (!is_global)
 379         av_log(h->avctx, AV_LOG_ERROR, "missing picture in access unit\n");
 380     return -1;
 381 }
 382 #endif
 383
 384 static int hevc_parse(AVCodecParserContext *s,
 385                       AVCodecContext *avctx,
 386                       const uint8_t **poutbuf, int *poutbuf_size,
 387                       const uint8_t *buf, int buf_size)
 388 {
 389     int next;
 390     HEVCParserContext *ctx = s->priv_data;
 391     ParseContext *pc = &ctx->pc;
 392
 393     if (avctx->extradata && !ctx->parsed_extradata) {
 394         parse_nal_units(s, avctx->extradata, avctx->extradata_size, avctx);
 395         ctx->parsed_extradata = 1;
 396     }
 397
 398     if (s->flags & PARSER_FLAG_COMPLETE_FRAMES) {
 399         next = buf_size;
 400     } else {
 401         next = hevc_find_frame_end(s, buf, buf_size);
 402         if (ff_combine_frame(pc, next, &buf, &buf_size) < 0) {
 403             *poutbuf      = NULL;
 404             *poutbuf_size = 0;
 405             return buf_size;
 406         }
 407     }
 408
 409     parse_nal_units(s, buf, buf_size, avctx);
 410
 411     *poutbuf      = buf;
 412     *poutbuf_size = buf_size;
 413     return next;
 414 }
 415
 416 // Split after the parameter sets at the beginning of the stream if they exist.
 417 static int hevc_split(AVCodecContext *avctx, const uint8_t *buf, int buf_size)
 418 {
 419     const uint8_t *ptr = buf, *end = buf + buf_size;
 420     uint32_t state = -1;
 421     int has_vps = 0;
 422     int has_sps = 0;
 423     int has_pps = 0;
 424     int nut;
 425
 426     while (ptr < end) {
 427         ptr = avpriv_find_start_code(ptr, end, &state);
 428         if ((state >> 8) != START_CODE)
 429             break;
 430         nut = (state >> 1) & 0x3F;
 431         if (nut == NAL_VPS)
 432             has_vps = 1;
 433         else if (nut == NAL_SPS)
 434             has_sps = 1;
 435         else if (nut == NAL_PPS)
 436             has_pps = 1;
 437         else if ((nut != NAL_SEI_PREFIX || has_pps) &&
 438                   nut != NAL_AUD) {
 439             if (has_vps && has_sps) {
 440                 while (ptr - 4 > buf && ptr[-5] == 0)
 441                     ptr--;
 442                 return ptr - 4 - buf;
 443             }
 444         }
 445     }
 446     return 0;
 447 }
 448
 449 static void hevc_parser_close(AVCodecParserContext *s)
 450 {
 451     HEVCParserContext *ctx = s->priv_data;
 452     int i;
 453
 454 #if ADVANCED_PARSER
 455     HEVCContext  *h  = &ctx->h;
 456
 457     for (i = 0; i < FF_ARRAY_ELEMS(h->ps.vps_list); i++)
 458         av_buffer_unref(&h->ps.vps_list[i]);
 459     for (i = 0; i < FF_ARRAY_ELEMS(h->ps.sps_list); i++)
 460         av_buffer_unref(&h->ps.sps_list[i]);
 461     for (i = 0; i < FF_ARRAY_ELEMS(h->ps.pps_list); i++)
 462         av_buffer_unref(&h->ps.pps_list[i]);
 463
 464     h->ps.sps = NULL;
 465
 466     av_freep(&h->HEVClc);
 467 #endif
 468
 469     for (i = 0; i < FF_ARRAY_ELEMS(ctx->ps.vps_list); i++)
 470         av_buffer_unref(&ctx->ps.vps_list[i]);
 471     for (i = 0; i < FF_ARRAY_ELEMS(ctx->ps.sps_list); i++)
 472         av_buffer_unref(&ctx->ps.sps_list[i]);
 473     for (i = 0; i < FF_ARRAY_ELEMS(ctx->ps.pps_list); i++)
 474         av_buffer_unref(&ctx->ps.pps_list[i]);
 475
 476     ctx->ps.sps = NULL;
 477
 478     ff_h2645_packet_uninit(&ctx->pkt);
 479
 480     av_freep(&ctx->pc.buffer);
 481 }
 482
 483 AVCodecParser ff_hevc_parser = {
 484     .codec_ids      = { AV_CODEC_ID_HEVC },
 485     .priv_data_size = sizeof(HEVCParserContext),
 486     .parser_parse   = hevc_parse,
 487     .parser_close   = hevc_parser_close,
 488     .split          = hevc_split,
 489 };