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     HEVCParamSets *ps = &h->ps;
  94     HEVCPacket   *pkt = &h->pkt;
  95     const uint8_t *buf_end = buf + buf_size;
  96     int state = -1, i;
  97     HEVCNAL *nal;
  98
  99     /* set some sane default values */
 100     s->pict_type         = AV_PICTURE_TYPE_I;
 101     s->key_frame         = 0;
 102     s->picture_structure = AV_PICTURE_STRUCTURE_UNKNOWN;
 103
 104     h->avctx = avctx;
 105
 106     if (!buf_size)
 107         return 0;
 108
 109     if (pkt->nals_allocated < 1) {
 110         HEVCNAL *tmp = av_realloc_array(pkt->nals, 1, sizeof(*tmp));
 111         if (!tmp)
 112             return AVERROR(ENOMEM);
 113         pkt->nals = tmp;
 114         memset(pkt->nals, 0, sizeof(*tmp));
 115         pkt->nals_allocated = 1;
 116     }
 117
 118     nal = &pkt->nals[0];
 119
 120     for (;;) {
 121         int src_length, consumed;
 122         buf = avpriv_find_start_code(buf, buf_end, &state);
 123         if (--buf + 2 >= buf_end)
 124             break;
 125         src_length = buf_end - buf;
 126
 127         h->nal_unit_type = (*buf >> 1) & 0x3f;
 128         h->temporal_id   = (*(buf + 1) & 0x07) - 1;
 129         if (h->nal_unit_type <= NAL_CRA_NUT) {
 130             // Do not walk the whole buffer just to decode slice segment header
 131             if (src_length > 20)
 132                 src_length = 20;
 133         }
 134
 135         consumed = ff_hevc_extract_rbsp(h, buf, src_length, nal);
 136         if (consumed < 0)
 137             return consumed;
 138
 139         init_get_bits8(gb, nal->data + 2, nal->size);
 140         switch (h->nal_unit_type) {
 141         case NAL_VPS:
 142             ff_hevc_decode_nal_vps(gb, avctx, ps);
 143             break;
 144         case NAL_SPS:
 145             ff_hevc_decode_nal_sps(gb, avctx, ps, h->apply_defdispwin);
 146             break;
 147         case NAL_PPS:
 148             ff_hevc_decode_nal_pps(gb, avctx, ps);
 149             break;
 150         case NAL_SEI_PREFIX:
 151         case NAL_SEI_SUFFIX:
 152             ff_hevc_decode_nal_sei(h);
 153             break;
 154         case NAL_TRAIL_N:
 155         case NAL_TRAIL_R:
 156         case NAL_TSA_N:
 157         case NAL_TSA_R:
 158         case NAL_STSA_N:
 159         case NAL_STSA_R:
 160         case NAL_RADL_N:
 161         case NAL_RADL_R:
 162         case NAL_RASL_N:
 163         case NAL_RASL_R:
 164         case NAL_BLA_W_LP:
 165         case NAL_BLA_W_RADL:
 166         case NAL_BLA_N_LP:
 167         case NAL_IDR_W_RADL:
 168         case NAL_IDR_N_LP:
 169         case NAL_CRA_NUT:
 170             sh->first_slice_in_pic_flag = get_bits1(gb);
 171             s->picture_structure = h->picture_struct;
 172             s->field_order = h->picture_struct;
 173
 174             if (IS_IRAP(h)) {
 175                 s->key_frame = 1;
 176                 sh->no_output_of_prior_pics_flag = get_bits1(gb);
 177             }
 178
 179             sh->pps_id = get_ue_golomb(gb);
 180             if (sh->pps_id >= MAX_PPS_COUNT || !ps->pps_list[sh->pps_id]) {
 181                 av_log(h->avctx, AV_LOG_ERROR, "PPS id out of range: %d\n", sh->pps_id);
 182                 return AVERROR_INVALIDDATA;
 183             }
 184             ps->pps = (HEVCPPS*)ps->pps_list[sh->pps_id]->data;
 185
 186             if (ps->pps->sps_id >= MAX_SPS_COUNT || !ps->sps_list[ps->pps->sps_id]) {
 187                 av_log(h->avctx, AV_LOG_ERROR, "SPS id out of range: %d\n", ps->pps->sps_id);
 188                 return AVERROR_INVALIDDATA;
 189             }
 190             if (ps->sps != (HEVCSPS*)ps->sps_list[ps->pps->sps_id]->data) {
 191                 ps->sps = (HEVCSPS*)ps->sps_list[ps->pps->sps_id]->data;
 192                 ps->vps = (HEVCVPS*)ps->vps_list[ps->sps->vps_id]->data;
 193             }
 194
 195             if (!sh->first_slice_in_pic_flag) {
 196                 int slice_address_length;
 197
 198                 if (ps->pps->dependent_slice_segments_enabled_flag)
 199                     sh->dependent_slice_segment_flag = get_bits1(gb);
 200                 else
 201                     sh->dependent_slice_segment_flag = 0;
 202
 203                 slice_address_length = av_ceil_log2_c(ps->sps->ctb_width *
 204                                                       ps->sps->ctb_height);
 205                 sh->slice_segment_addr = slice_address_length ? get_bits(gb, slice_address_length) : 0;
 206                 if (sh->slice_segment_addr >= ps->sps->ctb_width * ps->sps->ctb_height) {
 207                     av_log(h->avctx, AV_LOG_ERROR, "Invalid slice segment address: %u.\n",
 208                            sh->slice_segment_addr);
 209                     return AVERROR_INVALIDDATA;
 210                 }
 211             } else
 212                 sh->dependent_slice_segment_flag = 0;
 213
 214             if (sh->dependent_slice_segment_flag)
 215                 break;
 216
 217             for (i = 0; i < ps->pps->num_extra_slice_header_bits; i++)
 218                 skip_bits(gb, 1); // slice_reserved_undetermined_flag[]
 219
 220             sh->slice_type = get_ue_golomb(gb);
 221             if (!(sh->slice_type == I_SLICE || sh->slice_type == P_SLICE ||
 222                   sh->slice_type == B_SLICE)) {
 223                 av_log(h->avctx, AV_LOG_ERROR, "Unknown slice type: %d.\n",
 224                        sh->slice_type);
 225                 return AVERROR_INVALIDDATA;
 226             }
 227             s->pict_type = sh->slice_type == B_SLICE ? AV_PICTURE_TYPE_B :
 228                            sh->slice_type == P_SLICE ? AV_PICTURE_TYPE_P :
 229                                                        AV_PICTURE_TYPE_I;
 230
 231             if (ps->pps->output_flag_present_flag)
 232                 sh->pic_output_flag = get_bits1(gb);
 233
 234             if (ps->sps->separate_colour_plane_flag)
 235                 sh->colour_plane_id = get_bits(gb, 2);
 236
 237             if (!IS_IDR(h)) {
 238                 sh->pic_order_cnt_lsb = get_bits(gb, ps->sps->log2_max_poc_lsb);
 239                 s->output_picture_number = h->poc = ff_hevc_compute_poc(h, sh->pic_order_cnt_lsb);
 240             } else
 241                 s->output_picture_number = h->poc = 0;
 242
 243             if (h->temporal_id == 0 &&
 244                 h->nal_unit_type != NAL_TRAIL_N &&
 245                 h->nal_unit_type != NAL_TSA_N &&
 246                 h->nal_unit_type != NAL_STSA_N &&
 247                 h->nal_unit_type != NAL_RADL_N &&
 248                 h->nal_unit_type != NAL_RASL_N &&
 249                 h->nal_unit_type != NAL_RADL_R &&
 250                 h->nal_unit_type != NAL_RASL_R)
 251                 h->pocTid0 = h->poc;
 252
 253             return 0; /* no need to evaluate the rest */
 254         }
 255         buf += consumed;
 256     }
 257     /* didn't find a picture! */
 258     av_log(h->avctx, AV_LOG_ERROR, "missing picture in access unit\n");
 259     return -1;
 260 }
 261
 262 static int hevc_parse(AVCodecParserContext *s,
 263                       AVCodecContext *avctx,
 264                       const uint8_t **poutbuf, int *poutbuf_size,
 265                       const uint8_t *buf, int buf_size)
 266 {
 267     int next;
 268     ParseContext *pc = &((HEVCParseContext *)s->priv_data)->pc;
 269
 270     if (s->flags & PARSER_FLAG_COMPLETE_FRAMES) {
 271         next = buf_size;
 272     } else {
 273         next = hevc_find_frame_end(s, buf, buf_size);
 274         if (ff_combine_frame(pc, next, &buf, &buf_size) < 0) {
 275             *poutbuf      = NULL;
 276             *poutbuf_size = 0;
 277             return buf_size;
 278         }
 279     }
 280
 281     parse_nal_units(s, avctx, buf, buf_size);
 282
 283     *poutbuf      = buf;
 284     *poutbuf_size = buf_size;
 285     return next;
 286 }
 287
 288 // Split after the parameter sets at the beginning of the stream if they exist.
 289 static int hevc_split(AVCodecContext *avctx, const uint8_t *buf, int buf_size)
 290 {
 291     const uint8_t *ptr = buf, *end = buf + buf_size;
 292     uint32_t state = -1;
 293     int has_ps = 0, nut;
 294
 295     while (ptr < end) {
 296         ptr = avpriv_find_start_code(ptr, end, &state);
 297         if ((state >> 8) != START_CODE)
 298             break;
 299         nut = (state >> 1) & 0x3F;
 300         if (nut >= NAL_VPS && nut <= NAL_PPS)
 301             has_ps = 1;
 302         else if (has_ps)
 303             return ptr - 4 - buf;
 304         else // no parameter set at the beginning of the stream
 305             return 0;
 306     }
 307     return 0;
 308 }
 309
 310 static int hevc_init(AVCodecParserContext *s)
 311 {
 312     HEVCContext  *h  = &((HEVCParseContext *)s->priv_data)->h;
 313     h->HEVClc = av_mallocz(sizeof(HEVCLocalContext));
 314     if (!h->HEVClc)
 315         return AVERROR(ENOMEM);
 316     h->skipped_bytes_pos_size = INT_MAX;
 317
 318     return 0;
 319 }
 320
 321 static void hevc_close(AVCodecParserContext *s)
 322 {
 323     int i;
 324     HEVCContext  *h  = &((HEVCParseContext *)s->priv_data)->h;
 325     ParseContext *pc = &((HEVCParseContext *)s->priv_data)->pc;
 326     HEVCParamSets *ps = &h->ps;
 327     HEVCPacket   *pkt = &h->pkt;
 328
 329     av_freep(&h->skipped_bytes_pos);
 330     av_freep(&h->HEVClc);
 331     av_freep(&pc->buffer);
 332
 333     for (i = 0; i < FF_ARRAY_ELEMS(ps->vps_list); i++)
 334         av_buffer_unref(&ps->vps_list[i]);
 335     for (i = 0; i < FF_ARRAY_ELEMS(ps->sps_list); i++)
 336         av_buffer_unref(&ps->sps_list[i]);
 337     for (i = 0; i < FF_ARRAY_ELEMS(ps->pps_list); i++)
 338         av_buffer_unref(&ps->pps_list[i]);
 339
 340     ps->sps = NULL;
 341
 342     for (i = 0; i < pkt->nals_allocated; i++)
 343         av_freep(&pkt->nals[i].rbsp_buffer);
 344     av_freep(&pkt->nals);
 345     pkt->nals_allocated = 0;
 346 }
 347
 348 AVCodecParser ff_hevc_parser = {
 349     .codec_ids      = { AV_CODEC_ID_HEVC },
 350     .priv_data_size = sizeof(HEVCParseContext),
 351     .parser_init    = hevc_init,
 352     .parser_parse   = hevc_parse,
 353     .parser_close   = hevc_close,
 354     .split          = hevc_split,
 355 };