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);
  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     if (!buf_size)
 215         return 0;
 216
 217     if (pkt->nals_allocated < 1) {
 218         H2645NAL *tmp = av_realloc_array(pkt->nals, 1, sizeof(*tmp));
 219         if (!tmp)
 220             return AVERROR(ENOMEM);
 221         pkt->nals = tmp;
 222         memset(pkt->nals, 0, sizeof(*tmp));
 223         pkt->nals_allocated = 1;
 224     }
 225
 226     nal = &pkt->nals[0];
 227
 228     for (;;) {
 229         int src_length, consumed;
 230         int ret;
 231         buf = avpriv_find_start_code(buf, buf_end, &state);
 232         if (--buf + 2 >= buf_end)
 233             break;
 234         src_length = buf_end - buf;
 235
 236         h->nal_unit_type = (*buf >> 1) & 0x3f;
 237         h->temporal_id   = (*(buf + 1) & 0x07) - 1;
 238         if (h->nal_unit_type <= NAL_CRA_NUT) {
 239             // Do not walk the whole buffer just to decode slice segment header
 240             if (src_length > 20)
 241                 src_length = 20;
 242         }
 243
 244         consumed = ff_h2645_extract_rbsp(buf, src_length, nal);
 245         if (consumed < 0)
 246             return consumed;
 247
 248         ret = init_get_bits8(gb, nal->data + 2, nal->size);
 249         if (ret < 0)
 250             return ret;
 251
 252         switch (h->nal_unit_type) {
 253         case NAL_VPS:
 254             ff_hevc_decode_nal_vps(gb, avctx, ps);
 255             break;
 256         case NAL_SPS:
 257             ff_hevc_decode_nal_sps(gb, avctx, ps, 1);
 258             break;
 259         case NAL_PPS:
 260             ff_hevc_decode_nal_pps(gb, avctx, ps);
 261             break;
 262         case NAL_SEI_PREFIX:
 263         case NAL_SEI_SUFFIX:
 264             ff_hevc_decode_nal_sei(h);
 265             break;
 266         case NAL_TRAIL_N:
 267         case NAL_TRAIL_R:
 268         case NAL_TSA_N:
 269         case NAL_TSA_R:
 270         case NAL_STSA_N:
 271         case NAL_STSA_R:
 272         case NAL_RADL_N:
 273         case NAL_RADL_R:
 274         case NAL_RASL_N:
 275         case NAL_RASL_R:
 276         case NAL_BLA_W_LP:
 277         case NAL_BLA_W_RADL:
 278         case NAL_BLA_N_LP:
 279         case NAL_IDR_W_RADL:
 280         case NAL_IDR_N_LP:
 281         case NAL_CRA_NUT:
 282
 283             if (is_global) {
 284                 av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "Invalid NAL unit: %d\n", h->nal_unit_type);
 285                 return AVERROR_INVALIDDATA;
 286             }
 287
 288             sh->first_slice_in_pic_flag = get_bits1(gb);
 289             s->picture_structure = h->picture_struct;
 290             s->field_order = h->picture_struct;
 291
 292             if (IS_IRAP(h)) {
 293                 s->key_frame = 1;
 294                 sh->no_output_of_prior_pics_flag = get_bits1(gb);
 295             }
 296
 297             sh->pps_id = get_ue_golomb(gb);
 298             if (sh->pps_id >= MAX_PPS_COUNT || !ps->pps_list[sh->pps_id]) {
 299                 av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "PPS id out of range: %d\n", sh->pps_id);
 300                 return AVERROR_INVALIDDATA;
 301             }
 302             ps->pps = (HEVCPPS*)ps->pps_list[sh->pps_id]->data;
 303
 304             if (ps->pps->sps_id >= MAX_SPS_COUNT || !ps->sps_list[ps->pps->sps_id]) {
 305                 av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "SPS id out of range: %d\n", ps->pps->sps_id);
 306                 return AVERROR_INVALIDDATA;
 307             }
 308             if (ps->sps != (HEVCSPS*)ps->sps_list[ps->pps->sps_id]->data) {
 309                 ps->sps = (HEVCSPS*)ps->sps_list[ps->pps->sps_id]->data;
 310                 ps->vps = (HEVCVPS*)ps->vps_list[ps->sps->vps_id]->data;
 311             }
 312
 313             if (!sh->first_slice_in_pic_flag) {
 314                 int slice_address_length;
 315
 316                 if (ps->pps->dependent_slice_segments_enabled_flag)
 317                     sh->dependent_slice_segment_flag = get_bits1(gb);
 318                 else
 319                     sh->dependent_slice_segment_flag = 0;
 320
 321                 slice_address_length = av_ceil_log2_c(ps->sps->ctb_width *
 322                                                       ps->sps->ctb_height);
 323                 sh->slice_segment_addr = get_bitsz(gb, slice_address_length);
 324                 if (sh->slice_segment_addr >= ps->sps->ctb_width * ps->sps->ctb_height) {
 325                     av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "Invalid slice segment address: %u.\n",
 326                            sh->slice_segment_addr);
 327                     return AVERROR_INVALIDDATA;
 328                 }
 329             } else
 330                 sh->dependent_slice_segment_flag = 0;
 331
 332             if (sh->dependent_slice_segment_flag)
 333                 break;
 334
 335             for (i = 0; i < ps->pps->num_extra_slice_header_bits; i++)
 336                 skip_bits(gb, 1); // slice_reserved_undetermined_flag[]
 337
 338             sh->slice_type = get_ue_golomb(gb);
 339             if (!(sh->slice_type == I_SLICE || sh->slice_type == P_SLICE ||
 340                   sh->slice_type == B_SLICE)) {
 341                 av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "Unknown slice type: %d.\n",
 342                        sh->slice_type);
 343                 return AVERROR_INVALIDDATA;
 344             }
 345             s->pict_type = sh->slice_type == B_SLICE ? AV_PICTURE_TYPE_B :
 346                            sh->slice_type == P_SLICE ? AV_PICTURE_TYPE_P :
 347                                                        AV_PICTURE_TYPE_I;
 348
 349             if (ps->pps->output_flag_present_flag)
 350                 sh->pic_output_flag = get_bits1(gb);
 351
 352             if (ps->sps->separate_colour_plane_flag)
 353                 sh->colour_plane_id = get_bits(gb, 2);
 354
 355             if (!IS_IDR(h)) {
 356                 sh->pic_order_cnt_lsb = get_bits(gb, ps->sps->log2_max_poc_lsb);
 357                 s->output_picture_number = h->poc = ff_hevc_compute_poc(h, sh->pic_order_cnt_lsb);
 358             } else
 359                 s->output_picture_number = h->poc = 0;
 360
 361             if (h->temporal_id == 0 &&
 362                 h->nal_unit_type != NAL_TRAIL_N &&
 363                 h->nal_unit_type != NAL_TSA_N &&
 364                 h->nal_unit_type != NAL_STSA_N &&
 365                 h->nal_unit_type != NAL_RADL_N &&
 366                 h->nal_unit_type != NAL_RASL_N &&
 367                 h->nal_unit_type != NAL_RADL_R &&
 368                 h->nal_unit_type != NAL_RASL_R)
 369                 h->pocTid0 = h->poc;
 370
 371             return 0; /* no need to evaluate the rest */
 372         }
 373         buf += consumed;
 374     }
 375     /* didn't find a picture! */
 376     if (!is_global)
 377         av_log(h->avctx, AV_LOG_ERROR, "missing picture in access unit\n");
 378     return -1;
 379 }
 380 #endif
 381
 382 static int hevc_parse(AVCodecParserContext *s,
 383                       AVCodecContext *avctx,
 384                       const uint8_t **poutbuf, int *poutbuf_size,
 385                       const uint8_t *buf, int buf_size)
 386 {
 387     int next;
 388     HEVCParserContext *ctx = s->priv_data;
 389     ParseContext *pc = &ctx->pc;
 390
 391     if (avctx->extradata && !ctx->parsed_extradata) {
 392         parse_nal_units(s, avctx->extradata, avctx->extradata_size, avctx);
 393         ctx->parsed_extradata = 1;
 394     }
 395
 396     if (s->flags & PARSER_FLAG_COMPLETE_FRAMES) {
 397         next = buf_size;
 398     } else {
 399         next = hevc_find_frame_end(s, buf, buf_size);
 400         if (ff_combine_frame(pc, next, &buf, &buf_size) < 0) {
 401             *poutbuf      = NULL;
 402             *poutbuf_size = 0;
 403             return buf_size;
 404         }
 405     }
 406
 407     parse_nal_units(s, buf, buf_size, avctx);
 408
 409     *poutbuf      = buf;
 410     *poutbuf_size = buf_size;
 411     return next;
 412 }
 413
 414 // Split after the parameter sets at the beginning of the stream if they exist.
 415 static int hevc_split(AVCodecContext *avctx, const uint8_t *buf, int buf_size)
 416 {
 417     const uint8_t *ptr = buf, *end = buf + buf_size;
 418     uint32_t state = -1;
 419     int has_vps = 0;
 420     int has_sps = 0;
 421     int has_pps = 0;
 422     int nut;
 423
 424     while (ptr < end) {
 425         ptr = avpriv_find_start_code(ptr, end, &state);
 426         if ((state >> 8) != START_CODE)
 427             break;
 428         nut = (state >> 1) & 0x3F;
 429         if (nut == NAL_VPS)
 430             has_vps = 1;
 431         else if (nut == NAL_SPS)
 432             has_sps = 1;
 433         else if (nut == NAL_PPS)
 434             has_pps = 1;
 435         else if ((nut != NAL_SEI_PREFIX || has_pps) &&
 436                   nut != NAL_AUD) {
 437             if (has_vps && has_sps) {
 438                 while (ptr - 4 > buf && ptr[-5] == 0)
 439                     ptr--;
 440                 return ptr - 4 - buf;
 441             }
 442         }
 443     }
 444     return 0;
 445 }
 446
 447 static void hevc_parser_close(AVCodecParserContext *s)
 448 {
 449     HEVCParserContext *ctx = s->priv_data;
 450     int i;
 451
 452 #if ADVANCED_PARSER
 453     HEVCContext  *h  = &ctx->h;
 454
 455     for (i = 0; i < FF_ARRAY_ELEMS(h->ps.vps_list); i++)
 456         av_buffer_unref(&h->ps.vps_list[i]);
 457     for (i = 0; i < FF_ARRAY_ELEMS(h->ps.sps_list); i++)
 458         av_buffer_unref(&h->ps.sps_list[i]);
 459     for (i = 0; i < FF_ARRAY_ELEMS(h->ps.pps_list); i++)
 460         av_buffer_unref(&h->ps.pps_list[i]);
 461
 462     h->ps.sps = NULL;
 463
 464     av_freep(&h->HEVClc);
 465 #endif
 466
 467     for (i = 0; i < FF_ARRAY_ELEMS(ctx->ps.vps_list); i++)
 468         av_buffer_unref(&ctx->ps.vps_list[i]);
 469     for (i = 0; i < FF_ARRAY_ELEMS(ctx->ps.sps_list); i++)
 470         av_buffer_unref(&ctx->ps.sps_list[i]);
 471     for (i = 0; i < FF_ARRAY_ELEMS(ctx->ps.pps_list); i++)
 472         av_buffer_unref(&ctx->ps.pps_list[i]);
 473
 474     ctx->ps.sps = NULL;
 475
 476     ff_h2645_packet_uninit(&ctx->pkt);
 477
 478     av_freep(&ctx->pc.buffer);
 479 }
 480
 481 AVCodecParser ff_hevc_parser = {
 482     .codec_ids      = { AV_CODEC_ID_HEVC },
 483     .priv_data_size = sizeof(HEVCParserContext),
 484     .parser_parse   = hevc_parse,
 485     .parser_close   = hevc_parser_close,
 486     .split          = hevc_split,
 487 };