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     HEVCSEI 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     HEVCSEI *sei = &ctx->sei;
  58     SliceHeader *sh = &ctx->sh;
  59     GetBitContext *gb = &nal->gb;
  60     const HEVCWindow *ow;
  61     int i, num = 0, den = 0;
  62
  63     sh->first_slice_in_pic_flag = get_bits1(gb);
  64     s->picture_structure = sei->picture_timing.picture_struct;
  65     s->field_order = sei->picture_timing.picture_struct;
  66
  67     if (IS_IRAP_NAL(nal)) {
  68         s->key_frame = 1;
  69         sh->no_output_of_prior_pics_flag = get_bits1(gb);
  70     }
  71
  72     sh->pps_id = get_ue_golomb(gb);
  73     if (sh->pps_id >= HEVC_MAX_PPS_COUNT || !ps->pps_list[sh->pps_id]) {
  74         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "PPS id out of range: %d\n", sh->pps_id);
  75         return AVERROR_INVALIDDATA;
  76     }
  77     ps->pps = (HEVCPPS*)ps->pps_list[sh->pps_id]->data;
  78
  79     if (ps->pps->sps_id >= HEVC_MAX_SPS_COUNT || !ps->sps_list[ps->pps->sps_id]) {
  80         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "SPS id out of range: %d\n", ps->pps->sps_id);
  81         return AVERROR_INVALIDDATA;
  82     }
  83     if (ps->sps != (HEVCSPS*)ps->sps_list[ps->pps->sps_id]->data) {
  84         ps->sps = (HEVCSPS*)ps->sps_list[ps->pps->sps_id]->data;
  85         ps->vps = (HEVCVPS*)ps->vps_list[ps->sps->vps_id]->data;
  86     }
  87     ow  = &ps->sps->output_window;
  88
  89     s->coded_width  = ps->sps->width;
  90     s->coded_height = ps->sps->height;
  91     s->width        = ps->sps->width  - ow->left_offset - ow->right_offset;
  92     s->height       = ps->sps->height - ow->top_offset  - ow->bottom_offset;
  93     s->format       = ps->sps->pix_fmt;
  94     avctx->profile  = ps->sps->ptl.general_ptl.profile_idc;
  95     avctx->level    = ps->sps->ptl.general_ptl.level_idc;
  96
  97     if (ps->vps->vps_timing_info_present_flag) {
  98         num = ps->vps->vps_num_units_in_tick;
  99         den = ps->vps->vps_time_scale;
 100     } else if (ps->sps->vui.vui_timing_info_present_flag) {
 101         num = ps->sps->vui.vui_num_units_in_tick;
 102         den = ps->sps->vui.vui_time_scale;
 103     }
 104
 105     if (num != 0 && den != 0)
 106         av_reduce(&avctx->framerate.den, &avctx->framerate.num,
 107                   num, den, 1 << 30);
 108
 109     if (!sh->first_slice_in_pic_flag) {
 110         int slice_address_length;
 111
 112         if (ps->pps->dependent_slice_segments_enabled_flag)
 113             sh->dependent_slice_segment_flag = get_bits1(gb);
 114         else
 115             sh->dependent_slice_segment_flag = 0;
 116
 117         slice_address_length = av_ceil_log2_c(ps->sps->ctb_width *
 118                                               ps->sps->ctb_height);
 119         sh->slice_segment_addr = get_bitsz(gb, slice_address_length);
 120         if (sh->slice_segment_addr >= ps->sps->ctb_width * ps->sps->ctb_height) {
 121             av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "Invalid slice segment address: %u.\n",
 122                    sh->slice_segment_addr);
 123             return AVERROR_INVALIDDATA;
 124         }
 125     } else
 126         sh->dependent_slice_segment_flag = 0;
 127
 128     if (sh->dependent_slice_segment_flag)
 129         return 0; /* break; */
 130
 131     for (i = 0; i < ps->pps->num_extra_slice_header_bits; i++)
 132         skip_bits(gb, 1); // slice_reserved_undetermined_flag[]
 133
 134     sh->slice_type = get_ue_golomb(gb);
 135     if (!(sh->slice_type == HEVC_SLICE_I || sh->slice_type == HEVC_SLICE_P ||
 136           sh->slice_type == HEVC_SLICE_B)) {
 137         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "Unknown slice type: %d.\n",
 138                sh->slice_type);
 139         return AVERROR_INVALIDDATA;
 140     }
 141     s->pict_type = sh->slice_type == HEVC_SLICE_B ? AV_PICTURE_TYPE_B :
 142                    sh->slice_type == HEVC_SLICE_P ? AV_PICTURE_TYPE_P :
 143                                                AV_PICTURE_TYPE_I;
 144
 145     if (ps->pps->output_flag_present_flag)
 146         sh->pic_output_flag = get_bits1(gb);
 147
 148     if (ps->sps->separate_colour_plane_flag)
 149         sh->colour_plane_id = get_bits(gb, 2);
 150
 151     if (!IS_IDR_NAL(nal)) {
 152         sh->pic_order_cnt_lsb = get_bits(gb, ps->sps->log2_max_poc_lsb);
 153         s->output_picture_number = ctx->poc = ff_hevc_compute_poc(ps->sps, ctx->pocTid0, sh->pic_order_cnt_lsb, nal->type);
 154     } else
 155         s->output_picture_number = ctx->poc = 0;
 156
 157     if (nal->temporal_id == 0 &&
 158         nal->type != HEVC_NAL_TRAIL_N &&
 159         nal->type != HEVC_NAL_TSA_N &&
 160         nal->type != HEVC_NAL_STSA_N &&
 161         nal->type != HEVC_NAL_RADL_N &&
 162         nal->type != HEVC_NAL_RASL_N &&
 163         nal->type != HEVC_NAL_RADL_R &&
 164         nal->type != HEVC_NAL_RASL_R)
 165         ctx->pocTid0 = ctx->poc;
 166
 167     return 1; /* no need to evaluate the rest */
 168 }
 169
 170 /**
 171  * Parse NAL units of found picture and decode some basic information.
 172  *
 173  * @param s parser context.
 174  * @param avctx codec context.
 175  * @param buf buffer with field/frame data.
 176  * @param buf_size size of the buffer.
 177  */
 178 static int parse_nal_units(AVCodecParserContext *s, const uint8_t *buf,
 179                            int buf_size, AVCodecContext *avctx)
 180 {
 181     HEVCParserContext *ctx = s->priv_data;
 182     HEVCParamSets *ps = &ctx->ps;
 183     HEVCSEI *sei = &ctx->sei;
 184     int is_global = buf == avctx->extradata;
 185     int ret, i;
 186
 187     /* set some sane default values */
 188     s->pict_type         = AV_PICTURE_TYPE_I;
 189     s->key_frame         = 0;
 190     s->picture_structure = AV_PICTURE_STRUCTURE_UNKNOWN;
 191
 192     ff_hevc_reset_sei(sei);
 193
 194     ret = ff_h2645_packet_split(&ctx->pkt, buf, buf_size, avctx, 0, 0,
 195                                 AV_CODEC_ID_HEVC, 1);
 196     if (ret < 0)
 197         return ret;
 198
 199     for (i = 0; i < ctx->pkt.nb_nals; i++) {
 200         H2645NAL *nal = &ctx->pkt.nals[i];
 201         GetBitContext *gb = &nal->gb;
 202
 203         switch (nal->type) {
 204         case HEVC_NAL_VPS:
 205             ff_hevc_decode_nal_vps(gb, avctx, ps);
 206             break;
 207         case HEVC_NAL_SPS:
 208             ff_hevc_decode_nal_sps(gb, avctx, ps, 1);
 209             break;
 210         case HEVC_NAL_PPS:
 211             ff_hevc_decode_nal_pps(gb, avctx, ps);
 212             break;
 213         case HEVC_NAL_SEI_PREFIX:
 214         case HEVC_NAL_SEI_SUFFIX:
 215             ff_hevc_decode_nal_sei(gb, avctx, sei, ps, nal->type);
 216             break;
 217         case HEVC_NAL_TRAIL_N:
 218         case HEVC_NAL_TRAIL_R:
 219         case HEVC_NAL_TSA_N:
 220         case HEVC_NAL_TSA_R:
 221         case HEVC_NAL_STSA_N:
 222         case HEVC_NAL_STSA_R:
 223         case HEVC_NAL_BLA_W_LP:
 224         case HEVC_NAL_BLA_W_RADL:
 225         case HEVC_NAL_BLA_N_LP:
 226         case HEVC_NAL_IDR_W_RADL:
 227         case HEVC_NAL_IDR_N_LP:
 228         case HEVC_NAL_CRA_NUT:
 229         case HEVC_NAL_RADL_N:
 230         case HEVC_NAL_RADL_R:
 231         case HEVC_NAL_RASL_N:
 232         case HEVC_NAL_RASL_R:
 233
 234             if (is_global) {
 235                 av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "Invalid NAL unit: %d\n", nal->type);
 236                 return AVERROR_INVALIDDATA;
 237             }
 238
 239             ret = hevc_parse_slice_header(s, nal, avctx);
 240             if (ret)
 241                 return ret;
 242             break;
 243         }
 244     }
 245     /* didn't find a picture! */
 246     if (!is_global)
 247         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "missing picture in access unit\n");
 248     return -1;
 249 }
 250
 251 /**
 252  * Find the end of the current frame in the bitstream.
 253  * @return the position of the first byte of the next frame, or END_NOT_FOUND
 254  */
 255 static int hevc_find_frame_end(AVCodecParserContext *s, const uint8_t *buf,
 256                                int buf_size)
 257 {
 258     HEVCParserContext *ctx = s->priv_data;
 259     ParseContext       *pc = &ctx->pc;
 260     int i;
 261
 262     for (i = 0; i < buf_size; i++) {
 263         int nut;
 264
 265         pc->state64 = (pc->state64 << 8) | buf[i];
 266
 267         if (((pc->state64 >> 3 * 8) & 0xFFFFFF) != START_CODE)
 268             continue;
 269
 270         nut = (pc->state64 >> 2 * 8 + 1) & 0x3F;
 271         // Beginning of access unit
 272         if ((nut >= HEVC_NAL_VPS && nut <= HEVC_NAL_EOB_NUT) || nut == HEVC_NAL_SEI_PREFIX ||
 273             (nut >= 41 && nut <= 44) || (nut >= 48 && nut <= 55)) {
 274             if (pc->frame_start_found) {
 275                 pc->frame_start_found = 0;
 276                 return i - 5;
 277             }
 278         } else if (nut <= HEVC_NAL_RASL_R ||
 279                    (nut >= HEVC_NAL_BLA_W_LP && nut <= HEVC_NAL_CRA_NUT)) {
 280             int first_slice_segment_in_pic_flag = buf[i] >> 7;
 281             if (first_slice_segment_in_pic_flag) {
 282                 if (!pc->frame_start_found) {
 283                     pc->frame_start_found = 1;
 284                 } else { // First slice of next frame found
 285                     pc->frame_start_found = 0;
 286                     return i - 5;
 287                 }
 288             }
 289         }
 290     }
 291
 292     return END_NOT_FOUND;
 293 }
 294
 295 static int hevc_parse(AVCodecParserContext *s, AVCodecContext *avctx,
 296                       const uint8_t **poutbuf, int *poutbuf_size,
 297                       const uint8_t *buf, int buf_size)
 298 {
 299     int next;
 300     HEVCParserContext *ctx = s->priv_data;
 301     ParseContext *pc = &ctx->pc;
 302
 303     if (avctx->extradata && !ctx->parsed_extradata) {
 304         parse_nal_units(s, avctx->extradata, avctx->extradata_size, avctx);
 305         ctx->parsed_extradata = 1;
 306     }
 307
 308     if (s->flags & PARSER_FLAG_COMPLETE_FRAMES) {
 309         next = buf_size;
 310     } else {
 311         next = hevc_find_frame_end(s, buf, buf_size);
 312         if (ff_combine_frame(pc, next, &buf, &buf_size) < 0) {
 313             *poutbuf      = NULL;
 314             *poutbuf_size = 0;
 315             return buf_size;
 316         }
 317     }
 318
 319     parse_nal_units(s, buf, buf_size, avctx);
 320
 321     *poutbuf      = buf;
 322     *poutbuf_size = buf_size;
 323     return next;
 324 }
 325
 326 // Split after the parameter sets at the beginning of the stream if they exist.
 327 static int hevc_split(AVCodecContext *avctx, const uint8_t *buf, int buf_size)
 328 {
 329     const uint8_t *ptr = buf, *end = buf + buf_size;
 330     uint32_t state = -1;
 331     int has_vps = 0;
 332     int has_sps = 0;
 333     int has_pps = 0;
 334     int nut;
 335
 336     while (ptr < end) {
 337         ptr = avpriv_find_start_code(ptr, end, &state);
 338         if ((state >> 8) != START_CODE)
 339             break;
 340         nut = (state >> 1) & 0x3F;
 341         if (nut == HEVC_NAL_VPS)
 342             has_vps = 1;
 343         else if (nut == HEVC_NAL_SPS)
 344             has_sps = 1;
 345         else if (nut == HEVC_NAL_PPS)
 346             has_pps = 1;
 347         else if ((nut != HEVC_NAL_SEI_PREFIX || has_pps) &&
 348                   nut != HEVC_NAL_AUD) {
 349             if (has_vps && has_sps) {
 350                 while (ptr - 4 > buf && ptr[-5] == 0)
 351                     ptr--;
 352                 return ptr - 4 - buf;
 353             }
 354         }
 355     }
 356     return 0;
 357 }
 358
 359 static void hevc_parser_close(AVCodecParserContext *s)
 360 {
 361     HEVCParserContext *ctx = s->priv_data;
 362     int i;
 363
 364     for (i = 0; i < FF_ARRAY_ELEMS(ctx->ps.vps_list); i++)
 365         av_buffer_unref(&ctx->ps.vps_list[i]);
 366     for (i = 0; i < FF_ARRAY_ELEMS(ctx->ps.sps_list); i++)
 367         av_buffer_unref(&ctx->ps.sps_list[i]);
 368     for (i = 0; i < FF_ARRAY_ELEMS(ctx->ps.pps_list); i++)
 369         av_buffer_unref(&ctx->ps.pps_list[i]);
 370
 371     ctx->ps.sps = NULL;
 372
 373     ff_h2645_packet_uninit(&ctx->pkt);
 374     ff_hevc_reset_sei(&ctx->sei);
 375
 376     av_freep(&ctx->pc.buffer);
 377 }
 378
 379 AVCodecParser ff_hevc_parser = {
 380     .codec_ids      = { AV_CODEC_ID_HEVC },
 381     .priv_data_size = sizeof(HEVCParserContext),
 382     .parser_parse   = hevc_parse,
 383     .parser_close   = hevc_parser_close,
 384     .split          = hevc_split,
 385 };