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 "parser.h"
  26 #include "hevc.h"
  27 #include "golomb.h"
  28
  29 #define START_CODE 0x000001 ///< start_code_prefix_one_3bytes
  30
  31 typedef struct HEVCParseContext {
  32     HEVCContext  h;
  33     ParseContext pc;
  34 } HEVCParseContext;
  35
  36 /**
  37  * Find the end of the current frame in the bitstream.
  38  * @return the position of the first byte of the next frame, or END_NOT_FOUND
  39  */
  40 static int hevc_find_frame_end(AVCodecParserContext *s, const uint8_t *buf,
  41                                int buf_size)
  42 {
  43     int i;
  44     ParseContext *pc = &((HEVCParseContext *)s->priv_data)->pc;
  45
  46     for (i = 0; i < buf_size; i++) {
  47         int nut;
  48
  49         pc->state64 = (pc->state64 << 8) | buf[i];
  50
  51         if (((pc->state64 >> 3 * 8) & 0xFFFFFF) != START_CODE)
  52             continue;
  53
  54         nut = (pc->state64 >> 2 * 8 + 1) & 0x3F;
  55         // Beginning of access unit
  56         if ((nut >= NAL_VPS && nut <= NAL_AUD) || nut == NAL_SEI_PREFIX ||
  57             (nut >= 41 && nut <= 44) || (nut >= 48 && nut <= 55)) {
  58             if (pc->frame_start_found) {
  59                 pc->frame_start_found = 0;
  60                 return i - 5;
  61             }
  62         } else if (nut <= NAL_RASL_R ||
  63                    (nut >= NAL_BLA_W_LP && nut <= NAL_CRA_NUT)) {
  64             int first_slice_segment_in_pic_flag = buf[i] >> 7;
  65             if (first_slice_segment_in_pic_flag) {
  66                 if (!pc->frame_start_found) {
  67                     pc->frame_start_found = 1;
  68                 } else { // First slice of next frame found
  69                     pc->frame_start_found = 0;
  70                     return i - 5;
  71                 }
  72             }
  73         }
  74     }
  75
  76     return END_NOT_FOUND;
  77 }
  78
  79 /**
  80  * Parse NAL units of found picture and decode some basic information.
  81  *
  82  * @param s parser context.
  83  * @param avctx codec context.
  84  * @param buf buffer with field/frame data.
  85  * @param buf_size size of the buffer.
  86  */
  87 static inline int parse_nal_units(AVCodecParserContext *s, AVCodecContext *avctx,
  88                       const uint8_t *buf, int buf_size)
  89 {
  90     HEVCContext   *h  = &((HEVCParseContext *)s->priv_data)->h;
  91     GetBitContext *gb = &h->HEVClc->gb;
  92     SliceHeader   *sh = &h->sh;
  93     const uint8_t *buf_end = buf + buf_size;
  94     int state = -1, i;
  95     HEVCNAL *nal;
  96
  97     /* set some sane default values */
  98     s->pict_type         = AV_PICTURE_TYPE_I;
  99     s->key_frame         = 0;
 100     s->picture_structure = AV_PICTURE_STRUCTURE_UNKNOWN;
 101
 102     h->avctx = avctx;
 103
 104     if (!buf_size)
 105         return 0;
 106
 107     if (h->nals_allocated < 1) {
 108         HEVCNAL *tmp = av_realloc_array(h->nals, 1, sizeof(*tmp));
 109         if (!tmp)
 110             return AVERROR(ENOMEM);
 111         h->nals = tmp;
 112         memset(h->nals, 0, sizeof(*tmp));
 113         h->nals_allocated = 1;
 114     }
 115
 116     nal = &h->nals[0];
 117
 118     for (;;) {
 119         int src_length, consumed;
 120         buf = avpriv_find_start_code(buf, buf_end, &state);
 121         if (--buf + 2 >= buf_end)
 122             break;
 123         src_length = buf_end - buf;
 124
 125         h->nal_unit_type = (*buf >> 1) & 0x3f;
 126         h->temporal_id   = (*(buf + 1) & 0x07) - 1;
 127         if (h->nal_unit_type <= NAL_CRA_NUT) {
 128             // Do not walk the whole buffer just to decode slice segment header
 129             if (src_length > 20)
 130                 src_length = 20;
 131         }
 132
 133         consumed = ff_hevc_extract_rbsp(h, buf, src_length, nal);
 134         if (consumed < 0)
 135             return consumed;
 136
 137         init_get_bits8(gb, nal->data + 2, nal->size);
 138         switch (h->nal_unit_type) {
 139         case NAL_VPS:
 140             ff_hevc_decode_nal_vps(h);
 141             break;
 142         case NAL_SPS:
 143             ff_hevc_decode_nal_sps(h);
 144             break;
 145         case NAL_PPS:
 146             ff_hevc_decode_nal_pps(h);
 147             break;
 148         case NAL_SEI_PREFIX:
 149         case NAL_SEI_SUFFIX:
 150             ff_hevc_decode_nal_sei(h);
 151             break;
 152         case NAL_TRAIL_N:
 153         case NAL_TRAIL_R:
 154         case NAL_TSA_N:
 155         case NAL_TSA_R:
 156         case NAL_STSA_N:
 157         case NAL_STSA_R:
 158         case NAL_RADL_N:
 159         case NAL_RADL_R:
 160         case NAL_RASL_N:
 161         case NAL_RASL_R:
 162         case NAL_BLA_W_LP:
 163         case NAL_BLA_W_RADL:
 164         case NAL_BLA_N_LP:
 165         case NAL_IDR_W_RADL:
 166         case NAL_IDR_N_LP:
 167         case NAL_CRA_NUT:
 168             sh->first_slice_in_pic_flag = get_bits1(gb);
 169             s->picture_structure = h->picture_struct;
 170             s->field_order = h->picture_struct;
 171
 172             if (h->nal_unit_type >= 16 && h->nal_unit_type <= 23) {
 173                 s->key_frame = 1;
 174                 sh->no_output_of_prior_pics_flag = get_bits1(gb);
 175             }
 176
 177             sh->pps_id = get_ue_golomb(gb);
 178             if (sh->pps_id >= MAX_PPS_COUNT || !h->pps_list[sh->pps_id]) {
 179                 av_log(h->avctx, AV_LOG_ERROR, "PPS id out of range: %d\n", sh->pps_id);
 180                 return AVERROR_INVALIDDATA;
 181             }
 182             h->pps = (HEVCPPS*)h->pps_list[sh->pps_id]->data;
 183
 184             if (h->pps->sps_id >= MAX_SPS_COUNT || !h->sps_list[h->pps->sps_id]) {
 185                 av_log(h->avctx, AV_LOG_ERROR, "SPS id out of range: %d\n", h->pps->sps_id);
 186                 return AVERROR_INVALIDDATA;
 187             }
 188             if (h->sps != (HEVCSPS*)h->sps_list[h->pps->sps_id]->data) {
 189                 h->sps = (HEVCSPS*)h->sps_list[h->pps->sps_id]->data;
 190                 h->vps = (HEVCVPS*)h->vps_list[h->sps->vps_id]->data;
 191             }
 192
 193             if (!sh->first_slice_in_pic_flag) {
 194                 int slice_address_length;
 195
 196                 if (h->pps->dependent_slice_segments_enabled_flag)
 197                     sh->dependent_slice_segment_flag = get_bits1(gb);
 198                 else
 199                     sh->dependent_slice_segment_flag = 0;
 200
 201                 slice_address_length = av_ceil_log2_c(h->sps->ctb_width *
 202                                                       h->sps->ctb_height);
 203                 sh->slice_segment_addr = get_bits(gb, slice_address_length);
 204                 if (sh->slice_segment_addr >= h->sps->ctb_width * h->sps->ctb_height) {
 205                     av_log(h->avctx, AV_LOG_ERROR, "Invalid slice segment address: %u.\n",
 206                            sh->slice_segment_addr);
 207                     return AVERROR_INVALIDDATA;
 208                 }
 209             } else
 210                 sh->dependent_slice_segment_flag = 0;
 211
 212             if (sh->dependent_slice_segment_flag)
 213                 break;
 214
 215             for (i = 0; i < h->pps->num_extra_slice_header_bits; i++)
 216                 skip_bits(gb, 1); // slice_reserved_undetermined_flag[]
 217
 218             sh->slice_type = get_ue_golomb(gb);
 219             if (!(sh->slice_type == I_SLICE || sh->slice_type == P_SLICE ||
 220                   sh->slice_type == B_SLICE)) {
 221                 av_log(h->avctx, AV_LOG_ERROR, "Unknown slice type: %d.\n",
 222                        sh->slice_type);
 223                 return AVERROR_INVALIDDATA;
 224             }
 225             s->pict_type = sh->slice_type == B_SLICE ? AV_PICTURE_TYPE_B :
 226                            sh->slice_type == P_SLICE ? AV_PICTURE_TYPE_P :
 227                                                        AV_PICTURE_TYPE_I;
 228
 229             if (h->pps->output_flag_present_flag)
 230                 sh->pic_output_flag = get_bits1(gb);
 231
 232             if (h->sps->separate_colour_plane_flag)
 233                 sh->colour_plane_id = get_bits(gb, 2);
 234
 235             if (!IS_IDR(h)) {
 236                 sh->pic_order_cnt_lsb = get_bits(gb, h->sps->log2_max_poc_lsb);
 237                 s->output_picture_number = h->poc = ff_hevc_compute_poc(h, sh->pic_order_cnt_lsb);
 238             } else
 239                 s->output_picture_number = h->poc = 0;
 240
 241             if (h->temporal_id == 0 &&
 242                 h->nal_unit_type != NAL_TRAIL_N &&
 243                 h->nal_unit_type != NAL_TSA_N &&
 244                 h->nal_unit_type != NAL_STSA_N &&
 245                 h->nal_unit_type != NAL_RADL_N &&
 246                 h->nal_unit_type != NAL_RASL_N &&
 247                 h->nal_unit_type != NAL_RADL_R &&
 248                 h->nal_unit_type != NAL_RASL_R)
 249                 h->pocTid0 = h->poc;
 250
 251             return 0; /* no need to evaluate the rest */
 252         }
 253         buf += consumed;
 254     }
 255     /* didn't find a picture! */
 256     av_log(h->avctx, AV_LOG_ERROR, "missing picture in access unit\n");
 257     return -1;
 258 }
 259
 260 static int hevc_parse(AVCodecParserContext *s,
 261                       AVCodecContext *avctx,
 262                       const uint8_t **poutbuf, int *poutbuf_size,
 263                       const uint8_t *buf, int buf_size)
 264 {
 265     int next;
 266     ParseContext *pc = &((HEVCParseContext *)s->priv_data)->pc;
 267
 268     if (s->flags & PARSER_FLAG_COMPLETE_FRAMES) {
 269         next = buf_size;
 270     } else {
 271         next = hevc_find_frame_end(s, buf, buf_size);
 272         if (ff_combine_frame(pc, next, &buf, &buf_size) < 0) {
 273             *poutbuf      = NULL;
 274             *poutbuf_size = 0;
 275             return buf_size;
 276         }
 277     }
 278
 279     parse_nal_units(s, avctx, buf, buf_size);
 280
 281     *poutbuf      = buf;
 282     *poutbuf_size = buf_size;
 283     return next;
 284 }
 285
 286 // Split after the parameter sets at the beginning of the stream if they exist.
 287 static int hevc_split(AVCodecContext *avctx, const uint8_t *buf, int buf_size)
 288 {
 289     int i;
 290     uint32_t state = -1;
 291     int has_ps = 0;
 292
 293     for (i = 0; i < buf_size; i++) {
 294         state = (state << 8) | buf[i];
 295         if (((state >> 8) & 0xFFFFFF) == START_CODE) {
 296             int nut = (state >> 1) & 0x3F;
 297             if (nut >= NAL_VPS && nut <= NAL_PPS)
 298                 has_ps = 1;
 299             else if (has_ps)
 300                 return i - 3;
 301             else // no parameter set at the beginning of the stream
 302                 return 0;
 303         }
 304     }
 305     return 0;
 306 }
 307
 308 static int hevc_init(AVCodecParserContext *s)
 309 {
 310     HEVCContext  *h  = &((HEVCParseContext *)s->priv_data)->h;
 311     h->HEVClc = av_mallocz(sizeof(HEVCLocalContext));
 312     h->skipped_bytes_pos_size = INT_MAX;
 313
 314     return 0;
 315 }
 316
 317 static void hevc_close(AVCodecParserContext *s)
 318 {
 319     int i;
 320     HEVCContext  *h  = &((HEVCParseContext *)s->priv_data)->h;
 321     ParseContext *pc = &((HEVCParseContext *)s->priv_data)->pc;
 322
 323     av_freep(&h->skipped_bytes_pos);
 324     av_freep(&h->HEVClc);
 325     av_freep(&pc->buffer);
 326
 327     for (i = 0; i < FF_ARRAY_ELEMS(h->vps_list); i++)
 328         av_buffer_unref(&h->vps_list[i]);
 329     for (i = 0; i < FF_ARRAY_ELEMS(h->sps_list); i++)
 330         av_buffer_unref(&h->sps_list[i]);
 331     for (i = 0; i < FF_ARRAY_ELEMS(h->pps_list); i++)
 332         av_buffer_unref(&h->pps_list[i]);
 333
 334     for (i = 0; i < h->nals_allocated; i++)
 335         av_freep(&h->nals[i].rbsp_buffer);
 336     av_freep(&h->nals);
 337     h->nals_allocated = 0;
 338 }
 339
 340 AVCodecParser ff_hevc_parser = {
 341     .codec_ids      = { AV_CODEC_ID_HEVC },
 342     .priv_data_size = sizeof(HEVCParseContext),
 343     .parser_init    = hevc_init,
 344     .parser_parse   = hevc_parse,
 345     .parser_close   = hevc_close,
 346     .split          = hevc_split,
 347 };