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 "hevc_ps.h"
  28 #include "hevc_sei.h"
  29 #include "h2645_parse.h"
  30 #include "internal.h"
  31 #include "parser.h"
  32
  33 #define START_CODE 0x000001 ///< start_code_prefix_one_3bytes
  34
  35 #define IS_IRAP_NAL(nal) (nal->type >= 16 && nal->type <= 23)
  36 #define IS_IDR_NAL(nal) (nal->type == HEVC_NAL_IDR_W_RADL || nal->type == HEVC_NAL_IDR_N_LP)
  37
  38 typedef struct HEVCParserContext {
  39     ParseContext pc;
  40
  41     H2645Packet pkt;
  42     HEVCParamSets ps;
  43     HEVCSEIContext sei;
  44     SliceHeader sh;
  45
  46     int parsed_extradata;
  47
  48     int poc;
  49     int pocTid0;
  50 } HEVCParserContext;
  51
  52 static int hevc_parse_slice_header(AVCodecParserContext *s, H2645NAL *nal,
  53                                    AVCodecContext *avctx)
  54 {
  55     HEVCParserContext *ctx = s->priv_data;
  56     HEVCParamSets *ps = &ctx->ps;
  57     HEVCSEIContext *sei = &ctx->sei;
  58     SliceHeader *sh = &ctx->sh;
  59     GetBitContext *gb = &nal->gb;
  60     int i, num = 0, den = 0;
  61
  62     sh->first_slice_in_pic_flag = get_bits1(gb);
  63     s->picture_structure = sei->picture_timing.picture_struct;
  64     s->field_order = sei->picture_timing.picture_struct;
  65
  66     if (IS_IRAP_NAL(nal)) {
  67         s->key_frame = 1;
  68         sh->no_output_of_prior_pics_flag = get_bits1(gb);
  69     }
  70
  71     sh->pps_id = get_ue_golomb(gb);
  72     if (sh->pps_id >= HEVC_MAX_PPS_COUNT || !ps->pps_list[sh->pps_id]) {
  73         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "PPS id out of range: %d\n", sh->pps_id);
  74         return AVERROR_INVALIDDATA;
  75     }
  76     ps->pps = (HEVCPPS*)ps->pps_list[sh->pps_id]->data;
  77
  78     if (ps->pps->sps_id >= HEVC_MAX_SPS_COUNT || !ps->sps_list[ps->pps->sps_id]) {
  79         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "SPS id out of range: %d\n", ps->pps->sps_id);
  80         return AVERROR_INVALIDDATA;
  81     }
  82     if (ps->sps != (HEVCSPS*)ps->sps_list[ps->pps->sps_id]->data) {
  83         ps->sps = (HEVCSPS*)ps->sps_list[ps->pps->sps_id]->data;
  84         ps->vps = (HEVCVPS*)ps->vps_list[ps->sps->vps_id]->data;
  85     }
  86
  87     s->coded_width  = ps->sps->width;
  88     s->coded_height = ps->sps->height;
  89     s->width        = ps->sps->output_width;
  90     s->height       = ps->sps->output_height;
  91     s->format       = ps->sps->pix_fmt;
  92     avctx->profile  = ps->sps->ptl.general_ptl.profile_idc;
  93     avctx->level    = ps->sps->ptl.general_ptl.level_idc;
  94
  95     if (ps->vps->vps_timing_info_present_flag) {
  96         num = ps->vps->vps_num_units_in_tick;
  97         den = ps->vps->vps_time_scale;
  98     } else if (ps->sps->vui.vui_timing_info_present_flag) {
  99         num = ps->sps->vui.vui_num_units_in_tick;
 100         den = ps->sps->vui.vui_time_scale;
 101     }
 102
 103     if (num != 0 && den != 0)
 104         av_reduce(&avctx->framerate.den, &avctx->framerate.num,
 105                   num, den, 1 << 30);
 106
 107     if (!sh->first_slice_in_pic_flag) {
 108         int slice_address_length;
 109
 110         if (ps->pps->dependent_slice_segments_enabled_flag)
 111             sh->dependent_slice_segment_flag = get_bits1(gb);
 112         else
 113             sh->dependent_slice_segment_flag = 0;
 114
 115         slice_address_length = av_ceil_log2_c(ps->sps->ctb_width *
 116                                               ps->sps->ctb_height);
 117         sh->slice_segment_addr = get_bitsz(gb, slice_address_length);
 118         if (sh->slice_segment_addr >= ps->sps->ctb_width * ps->sps->ctb_height) {
 119             av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "Invalid slice segment address: %u.\n",
 120                    sh->slice_segment_addr);
 121             return AVERROR_INVALIDDATA;
 122         }
 123     } else
 124         sh->dependent_slice_segment_flag = 0;
 125
 126     if (sh->dependent_slice_segment_flag)
 127         return 0; /* break; */
 128
 129     for (i = 0; i < ps->pps->num_extra_slice_header_bits; i++)
 130         skip_bits(gb, 1); // slice_reserved_undetermined_flag[]
 131
 132     sh->slice_type = get_ue_golomb(gb);
 133     if (!(sh->slice_type == HEVC_SLICE_I || sh->slice_type == HEVC_SLICE_P ||
 134           sh->slice_type == HEVC_SLICE_B)) {
 135         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "Unknown slice type: %d.\n",
 136                sh->slice_type);
 137         return AVERROR_INVALIDDATA;
 138     }
 139     s->pict_type = sh->slice_type == HEVC_SLICE_B ? AV_PICTURE_TYPE_B :
 140                    sh->slice_type == HEVC_SLICE_P ? AV_PICTURE_TYPE_P :
 141                                                AV_PICTURE_TYPE_I;
 142
 143     if (ps->pps->output_flag_present_flag)
 144         sh->pic_output_flag = get_bits1(gb);
 145
 146     if (ps->sps->separate_colour_plane_flag)
 147         sh->colour_plane_id = get_bits(gb, 2);
 148
 149     if (!IS_IDR_NAL(nal)) {
 150         sh->pic_order_cnt_lsb = get_bits(gb, ps->sps->log2_max_poc_lsb);
 151         s->output_picture_number = ctx->poc = ff_hevc_compute_poc(ps->sps, ctx->pocTid0, sh->pic_order_cnt_lsb, nal->type);
 152     } else
 153         s->output_picture_number = ctx->poc = 0;
 154
 155     if (nal->temporal_id == 0 &&
 156         nal->type != HEVC_NAL_TRAIL_N &&
 157         nal->type != HEVC_NAL_TSA_N &&
 158         nal->type != HEVC_NAL_STSA_N &&
 159         nal->type != HEVC_NAL_RADL_N &&
 160         nal->type != HEVC_NAL_RASL_N &&
 161         nal->type != HEVC_NAL_RADL_R &&
 162         nal->type != HEVC_NAL_RASL_R)
 163         ctx->pocTid0 = ctx->poc;
 164
 165     return 1; /* no need to evaluate the rest */
 166 }
 167
 168 /**
 169  * Parse NAL units of found picture and decode some basic information.
 170  *
 171  * @param s parser context.
 172  * @param avctx codec context.
 173  * @param buf buffer with field/frame data.
 174  * @param buf_size size of the buffer.
 175  */
 176 static int parse_nal_units(AVCodecParserContext *s, const uint8_t *buf,
 177                            int buf_size, AVCodecContext *avctx)
 178 {
 179     HEVCParserContext *ctx = s->priv_data;
 180     HEVCParamSets *ps = &ctx->ps;
 181     HEVCSEIContext *sei = &ctx->sei;
 182     int is_global = buf == avctx->extradata;
 183     int ret, i;
 184
 185     /* set some sane default values */
 186     s->pict_type         = AV_PICTURE_TYPE_I;
 187     s->key_frame         = 0;
 188     s->picture_structure = AV_PICTURE_STRUCTURE_UNKNOWN;
 189
 190     ff_hevc_reset_sei(sei);
 191
 192     ret = ff_h2645_packet_split(&ctx->pkt, buf, buf_size, avctx, 0, 0,
 193                                 AV_CODEC_ID_HEVC, 1);
 194     if (ret < 0)
 195         return ret;
 196
 197     for (i = 0; i < ctx->pkt.nb_nals; i++) {
 198         H2645NAL *nal = &ctx->pkt.nals[i];
 199         GetBitContext *gb = &nal->gb;
 200
 201         switch (nal->type) {
 202         case HEVC_NAL_VPS:
 203             ff_hevc_decode_nal_vps(gb, avctx, ps);
 204             break;
 205         case HEVC_NAL_SPS:
 206             ff_hevc_decode_nal_sps(gb, avctx, ps, 1);
 207             break;
 208         case HEVC_NAL_PPS:
 209             ff_hevc_decode_nal_pps(gb, avctx, ps);
 210             break;
 211         case HEVC_NAL_SEI_PREFIX:
 212         case HEVC_NAL_SEI_SUFFIX:
 213             ff_hevc_decode_nal_sei(gb, avctx, sei, ps, nal->type);
 214             break;
 215         case HEVC_NAL_TRAIL_N:
 216         case HEVC_NAL_TRAIL_R:
 217         case HEVC_NAL_TSA_N:
 218         case HEVC_NAL_TSA_R:
 219         case HEVC_NAL_STSA_N:
 220         case HEVC_NAL_STSA_R:
 221         case HEVC_NAL_BLA_W_LP:
 222         case HEVC_NAL_BLA_W_RADL:
 223         case HEVC_NAL_BLA_N_LP:
 224         case HEVC_NAL_IDR_W_RADL:
 225         case HEVC_NAL_IDR_N_LP:
 226         case HEVC_NAL_CRA_NUT:
 227         case HEVC_NAL_RADL_N:
 228         case HEVC_NAL_RADL_R:
 229         case HEVC_NAL_RASL_N:
 230         case HEVC_NAL_RASL_R:
 231
 232             if (is_global) {
 233                 av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "Invalid NAL unit: %d\n", nal->type);
 234                 return AVERROR_INVALIDDATA;
 235             }
 236
 237             ret = hevc_parse_slice_header(s, nal, avctx);
 238             if (ret)
 239                 return ret;
 240             break;
 241         }
 242     }
 243     /* didn't find a picture! */
 244     if (!is_global)
 245         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "missing picture in access unit\n");
 246     return -1;
 247 }
 248
 249 /**
 250  * Find the end of the current frame in the bitstream.
 251  * @return the position of the first byte of the next frame, or END_NOT_FOUND
 252  */
 253 static int hevc_find_frame_end(AVCodecParserContext *s, const uint8_t *buf,
 254                                int buf_size)
 255 {
 256     HEVCParserContext *ctx = s->priv_data;
 257     ParseContext       *pc = &ctx->pc;
 258     int i;
 259
 260     for (i = 0; i < buf_size; i++) {
 261         int nut;
 262
 263         pc->state64 = (pc->state64 << 8) | buf[i];
 264
 265         if (((pc->state64 >> 3 * 8) & 0xFFFFFF) != START_CODE)
 266             continue;
 267
 268         nut = (pc->state64 >> 2 * 8 + 1) & 0x3F;
 269         // Beginning of access unit
 270         if ((nut >= HEVC_NAL_VPS && nut <= HEVC_NAL_AUD) || nut == HEVC_NAL_SEI_PREFIX ||
 271             (nut >= 41 && nut <= 44) || (nut >= 48 && nut <= 55)) {
 272             if (pc->frame_start_found) {
 273                 pc->frame_start_found = 0;
 274                 return i - 5;
 275             }
 276         } else if (nut <= HEVC_NAL_RASL_R ||
 277                    (nut >= HEVC_NAL_BLA_W_LP && nut <= HEVC_NAL_CRA_NUT)) {
 278             int first_slice_segment_in_pic_flag = buf[i] >> 7;
 279             if (first_slice_segment_in_pic_flag) {
 280                 if (!pc->frame_start_found) {
 281                     pc->frame_start_found = 1;
 282                 } else { // First slice of next frame found
 283                     pc->frame_start_found = 0;
 284                     return i - 5;
 285                 }
 286             }
 287         }
 288     }
 289
 290     return END_NOT_FOUND;
 291 }
 292
 293 static int hevc_parse(AVCodecParserContext *s, AVCodecContext *avctx,
 294                       const uint8_t **poutbuf, int *poutbuf_size,
 295                       const uint8_t *buf, int buf_size)
 296 {
 297     int next;
 298     HEVCParserContext *ctx = s->priv_data;
 299     ParseContext *pc = &ctx->pc;
 300
 301     if (avctx->extradata && !ctx->parsed_extradata) {
 302         parse_nal_units(s, avctx->extradata, avctx->extradata_size, avctx);
 303         ctx->parsed_extradata = 1;
 304     }
 305
 306     if (s->flags & PARSER_FLAG_COMPLETE_FRAMES) {
 307         next = buf_size;
 308     } else {
 309         next = hevc_find_frame_end(s, buf, buf_size);
 310         if (ff_combine_frame(pc, next, &buf, &buf_size) < 0) {
 311             *poutbuf      = NULL;
 312             *poutbuf_size = 0;
 313             return buf_size;
 314         }
 315     }
 316
 317     parse_nal_units(s, buf, buf_size, avctx);
 318
 319     *poutbuf      = buf;
 320     *poutbuf_size = buf_size;
 321     return next;
 322 }
 323
 324 // Split after the parameter sets at the beginning of the stream if they exist.
 325 static int hevc_split(AVCodecContext *avctx, const uint8_t *buf, int buf_size)
 326 {
 327     const uint8_t *ptr = buf, *end = buf + buf_size;
 328     uint32_t state = -1;
 329     int has_vps = 0;
 330     int has_sps = 0;
 331     int has_pps = 0;
 332     int nut;
 333
 334     while (ptr < end) {
 335         ptr = avpriv_find_start_code(ptr, end, &state);
 336         if ((state >> 8) != START_CODE)
 337             break;
 338         nut = (state >> 1) & 0x3F;
 339         if (nut == HEVC_NAL_VPS)
 340             has_vps = 1;
 341         else if (nut == HEVC_NAL_SPS)
 342             has_sps = 1;
 343         else if (nut == HEVC_NAL_PPS)
 344             has_pps = 1;
 345         else if ((nut != HEVC_NAL_SEI_PREFIX || has_pps) &&
 346                   nut != HEVC_NAL_AUD) {
 347             if (has_vps && has_sps) {
 348                 while (ptr - 4 > buf && ptr[-5] == 0)
 349                     ptr--;
 350                 return ptr - 4 - buf;
 351             }
 352         }
 353     }
 354     return 0;
 355 }
 356
 357 static void hevc_parser_close(AVCodecParserContext *s)
 358 {
 359     HEVCParserContext *ctx = s->priv_data;
 360     int i;
 361
 362     for (i = 0; i < FF_ARRAY_ELEMS(ctx->ps.vps_list); i++)
 363         av_buffer_unref(&ctx->ps.vps_list[i]);
 364     for (i = 0; i < FF_ARRAY_ELEMS(ctx->ps.sps_list); i++)
 365         av_buffer_unref(&ctx->ps.sps_list[i]);
 366     for (i = 0; i < FF_ARRAY_ELEMS(ctx->ps.pps_list); i++)
 367         av_buffer_unref(&ctx->ps.pps_list[i]);
 368
 369     ctx->ps.sps = NULL;
 370
 371     ff_h2645_packet_uninit(&ctx->pkt);
 372     ff_hevc_reset_sei(&ctx->sei);
 373
 374     av_freep(&ctx->pc.buffer);
 375 }
 376
 377 AVCodecParser ff_hevc_parser = {
 378     .codec_ids      = { AV_CODEC_ID_HEVC },
 379     .priv_data_size = sizeof(HEVCParserContext),
 380     .parser_parse   = hevc_parse,
 381     .parser_close   = hevc_parser_close,
 382     .split          = hevc_split,
 383 };