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, 1);
  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         int num = 0, den = 0;
 234         buf = avpriv_find_start_code(buf, buf_end, &state);
 235         if (--buf + 2 >= buf_end)
 236             break;
 237         src_length = buf_end - buf;
 238
 239         h->nal_unit_type = (*buf >> 1) & 0x3f;
 240         h->temporal_id   = (*(buf + 1) & 0x07) - 1;
 241         if (h->nal_unit_type <= NAL_CRA_NUT) {
 242             // Do not walk the whole buffer just to decode slice segment header
 243             if (src_length > 20)
 244                 src_length = 20;
 245         }
 246
 247         consumed = ff_h2645_extract_rbsp(buf, src_length, nal, 1);
 248         if (consumed < 0)
 249             return consumed;
 250
 251         ret = init_get_bits8(gb, nal->data + 2, nal->size);
 252         if (ret < 0)
 253             return ret;
 254
 255         switch (h->nal_unit_type) {
 256         case NAL_VPS:
 257             ff_hevc_decode_nal_vps(gb, avctx, ps);
 258             break;
 259         case NAL_SPS:
 260             ff_hevc_decode_nal_sps(gb, avctx, ps, 1);
 261             break;
 262         case NAL_PPS:
 263             ff_hevc_decode_nal_pps(gb, avctx, ps);
 264             break;
 265         case NAL_SEI_PREFIX:
 266         case NAL_SEI_SUFFIX:
 267             ff_hevc_decode_nal_sei(h);
 268             break;
 269         case NAL_TRAIL_N:
 270         case NAL_TRAIL_R:
 271         case NAL_TSA_N:
 272         case NAL_TSA_R:
 273         case NAL_STSA_N:
 274         case NAL_STSA_R:
 275         case NAL_RADL_N:
 276         case NAL_RADL_R:
 277         case NAL_RASL_N:
 278         case NAL_RASL_R:
 279         case NAL_BLA_W_LP:
 280         case NAL_BLA_W_RADL:
 281         case NAL_BLA_N_LP:
 282         case NAL_IDR_W_RADL:
 283         case NAL_IDR_N_LP:
 284         case NAL_CRA_NUT:
 285
 286             if (is_global) {
 287                 av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "Invalid NAL unit: %d\n", h->nal_unit_type);
 288                 return AVERROR_INVALIDDATA;
 289             }
 290
 291             sh->first_slice_in_pic_flag = get_bits1(gb);
 292             s->picture_structure = h->picture_struct;
 293             s->field_order = h->picture_struct;
 294
 295             if (IS_IRAP(h)) {
 296                 s->key_frame = 1;
 297                 sh->no_output_of_prior_pics_flag = get_bits1(gb);
 298             }
 299
 300             sh->pps_id = get_ue_golomb(gb);
 301             if (sh->pps_id >= MAX_PPS_COUNT || !ps->pps_list[sh->pps_id]) {
 302                 av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "PPS id out of range: %d\n", sh->pps_id);
 303                 return AVERROR_INVALIDDATA;
 304             }
 305             ps->pps = (HEVCPPS*)ps->pps_list[sh->pps_id]->data;
 306
 307             if (ps->pps->sps_id >= MAX_SPS_COUNT || !ps->sps_list[ps->pps->sps_id]) {
 308                 av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "SPS id out of range: %d\n", ps->pps->sps_id);
 309                 return AVERROR_INVALIDDATA;
 310             }
 311             if (ps->sps != (HEVCSPS*)ps->sps_list[ps->pps->sps_id]->data) {
 312                 ps->sps = (HEVCSPS*)ps->sps_list[ps->pps->sps_id]->data;
 313                 ps->vps = (HEVCVPS*)ps->vps_list[ps->sps->vps_id]->data;
 314             }
 315
 316             s->coded_width  = ps->sps->width;
 317             s->coded_height = ps->sps->height;
 318             s->width        = ps->sps->output_width;
 319             s->height       = ps->sps->output_height;
 320             s->format       = ps->sps->pix_fmt;
 321             avctx->profile  = ps->sps->ptl.general_ptl.profile_idc;
 322             avctx->level    = ps->sps->ptl.general_ptl.level_idc;
 323
 324             if (ps->vps->vps_timing_info_present_flag) {
 325                 num = ps->vps->vps_num_units_in_tick;
 326                 den = ps->vps->vps_time_scale;
 327             } else if (ps->sps->vui.vui_timing_info_present_flag) {
 328                 num = ps->sps->vui.vui_num_units_in_tick;
 329                 den = ps->sps->vui.vui_time_scale;
 330             }
 331
 332             if (num != 0 && den != 0)
 333                 av_reduce(&avctx->framerate.den, &avctx->framerate.num,
 334                           num, den, 1 << 30);
 335
 336             if (!sh->first_slice_in_pic_flag) {
 337                 int slice_address_length;
 338
 339                 if (ps->pps->dependent_slice_segments_enabled_flag)
 340                     sh->dependent_slice_segment_flag = get_bits1(gb);
 341                 else
 342                     sh->dependent_slice_segment_flag = 0;
 343
 344                 slice_address_length = av_ceil_log2_c(ps->sps->ctb_width *
 345                                                       ps->sps->ctb_height);
 346                 sh->slice_segment_addr = get_bitsz(gb, slice_address_length);
 347                 if (sh->slice_segment_addr >= ps->sps->ctb_width * ps->sps->ctb_height) {
 348                     av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "Invalid slice segment address: %u.\n",
 349                            sh->slice_segment_addr);
 350                     return AVERROR_INVALIDDATA;
 351                 }
 352             } else
 353                 sh->dependent_slice_segment_flag = 0;
 354
 355             if (sh->dependent_slice_segment_flag)
 356                 break;
 357
 358             for (i = 0; i < ps->pps->num_extra_slice_header_bits; i++)
 359                 skip_bits(gb, 1); // slice_reserved_undetermined_flag[]
 360
 361             sh->slice_type = get_ue_golomb(gb);
 362             if (!(sh->slice_type == I_SLICE || sh->slice_type == P_SLICE ||
 363                   sh->slice_type == B_SLICE)) {
 364                 av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "Unknown slice type: %d.\n",
 365                        sh->slice_type);
 366                 return AVERROR_INVALIDDATA;
 367             }
 368             s->pict_type = sh->slice_type == B_SLICE ? AV_PICTURE_TYPE_B :
 369                            sh->slice_type == P_SLICE ? AV_PICTURE_TYPE_P :
 370                                                        AV_PICTURE_TYPE_I;
 371
 372             if (ps->pps->output_flag_present_flag)
 373                 sh->pic_output_flag = get_bits1(gb);
 374
 375             if (ps->sps->separate_colour_plane_flag)
 376                 sh->colour_plane_id = get_bits(gb, 2);
 377
 378             if (!IS_IDR(h)) {
 379                 sh->pic_order_cnt_lsb = get_bits(gb, ps->sps->log2_max_poc_lsb);
 380                 s->output_picture_number = h->poc = ff_hevc_compute_poc(h, sh->pic_order_cnt_lsb);
 381             } else
 382                 s->output_picture_number = h->poc = 0;
 383
 384             if (h->temporal_id == 0 &&
 385                 h->nal_unit_type != NAL_TRAIL_N &&
 386                 h->nal_unit_type != NAL_TSA_N &&
 387                 h->nal_unit_type != NAL_STSA_N &&
 388                 h->nal_unit_type != NAL_RADL_N &&
 389                 h->nal_unit_type != NAL_RASL_N &&
 390                 h->nal_unit_type != NAL_RADL_R &&
 391                 h->nal_unit_type != NAL_RASL_R)
 392                 h->pocTid0 = h->poc;
 393
 394             return 0; /* no need to evaluate the rest */
 395         }
 396         buf += consumed;
 397     }
 398     /* didn't find a picture! */
 399     if (!is_global)
 400         av_log(h->avctx, AV_LOG_ERROR, "missing picture in access unit\n");
 401     return -1;
 402 }
 403 #endif
 404
 405 static int hevc_parse(AVCodecParserContext *s,
 406                       AVCodecContext *avctx,
 407                       const uint8_t **poutbuf, int *poutbuf_size,
 408                       const uint8_t *buf, int buf_size)
 409 {
 410     int next;
 411     HEVCParserContext *ctx = s->priv_data;
 412     ParseContext *pc = &ctx->pc;
 413
 414     if (avctx->extradata && !ctx->parsed_extradata) {
 415         parse_nal_units(s, avctx->extradata, avctx->extradata_size, avctx);
 416         ctx->parsed_extradata = 1;
 417     }
 418
 419     if (s->flags & PARSER_FLAG_COMPLETE_FRAMES) {
 420         next = buf_size;
 421     } else {
 422         next = hevc_find_frame_end(s, buf, buf_size);
 423         if (ff_combine_frame(pc, next, &buf, &buf_size) < 0) {
 424             *poutbuf      = NULL;
 425             *poutbuf_size = 0;
 426             return buf_size;
 427         }
 428     }
 429
 430     parse_nal_units(s, buf, buf_size, avctx);
 431
 432     *poutbuf      = buf;
 433     *poutbuf_size = buf_size;
 434     return next;
 435 }
 436
 437 // Split after the parameter sets at the beginning of the stream if they exist.
 438 static int hevc_split(AVCodecContext *avctx, const uint8_t *buf, int buf_size)
 439 {
 440     const uint8_t *ptr = buf, *end = buf + buf_size;
 441     uint32_t state = -1;
 442     int has_vps = 0;
 443     int has_sps = 0;
 444     int has_pps = 0;
 445     int nut;
 446
 447     while (ptr < end) {
 448         ptr = avpriv_find_start_code(ptr, end, &state);
 449         if ((state >> 8) != START_CODE)
 450             break;
 451         nut = (state >> 1) & 0x3F;
 452         if (nut == NAL_VPS)
 453             has_vps = 1;
 454         else if (nut == NAL_SPS)
 455             has_sps = 1;
 456         else if (nut == NAL_PPS)
 457             has_pps = 1;
 458         else if ((nut != NAL_SEI_PREFIX || has_pps) &&
 459                   nut != NAL_AUD) {
 460             if (has_vps && has_sps) {
 461                 while (ptr - 4 > buf && ptr[-5] == 0)
 462                     ptr--;
 463                 return ptr - 4 - buf;
 464             }
 465         }
 466     }
 467     return 0;
 468 }
 469
 470 static void hevc_parser_close(AVCodecParserContext *s)
 471 {
 472     HEVCParserContext *ctx = s->priv_data;
 473     int i;
 474
 475 #if ADVANCED_PARSER
 476     HEVCContext  *h  = &ctx->h;
 477
 478     for (i = 0; i < FF_ARRAY_ELEMS(h->ps.vps_list); i++)
 479         av_buffer_unref(&h->ps.vps_list[i]);
 480     for (i = 0; i < FF_ARRAY_ELEMS(h->ps.sps_list); i++)
 481         av_buffer_unref(&h->ps.sps_list[i]);
 482     for (i = 0; i < FF_ARRAY_ELEMS(h->ps.pps_list); i++)
 483         av_buffer_unref(&h->ps.pps_list[i]);
 484
 485     h->ps.sps = NULL;
 486
 487     av_freep(&h->HEVClc);
 488 #endif
 489
 490     for (i = 0; i < FF_ARRAY_ELEMS(ctx->ps.vps_list); i++)
 491         av_buffer_unref(&ctx->ps.vps_list[i]);
 492     for (i = 0; i < FF_ARRAY_ELEMS(ctx->ps.sps_list); i++)
 493         av_buffer_unref(&ctx->ps.sps_list[i]);
 494     for (i = 0; i < FF_ARRAY_ELEMS(ctx->ps.pps_list); i++)
 495         av_buffer_unref(&ctx->ps.pps_list[i]);
 496
 497     ctx->ps.sps = NULL;
 498
 499     ff_h2645_packet_uninit(&ctx->pkt);
 500
 501     av_freep(&ctx->pc.buffer);
 502 }
 503
 504 AVCodecParser ff_hevc_parser = {
 505     .codec_ids      = { AV_CODEC_ID_HEVC },
 506     .priv_data_size = sizeof(HEVCParserContext),
 507     .parser_parse   = hevc_parse,
 508     .parser_close   = hevc_parser_close,
 509     .split          = hevc_split,
 510 };