h2645_parse: Allocate a single buffer per packet
[ffmpeg.git] / libavcodec / h2645_parse.c
1 /*
2  * H.264/HEVC common parsing code
3  *
4  * This file is part of FFmpeg.
5  *
6  * FFmpeg is free software; you can redistribute it and/or
7  * modify it under the terms of the GNU Lesser General Public
8  * License as published by the Free Software Foundation; either
9  * version 2.1 of the License, or (at your option) any later version.
10  *
11  * FFmpeg is distributed in the hope that it will be useful,
12  * but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
13  * MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the GNU
14  * Lesser General Public License for more details.
15  *
16  * You should have received a copy of the GNU Lesser General Public
17  * License along with FFmpeg; if not, write to the Free Software
18  * Foundation, Inc., 51 Franklin Street, Fifth Floor, Boston, MA 02110-1301 USA
19  */
20
21 #include <string.h>
22
23 #include "config.h"
24
25 #include "libavutil/intmath.h"
26 #include "libavutil/intreadwrite.h"
27 #include "libavutil/mem.h"
28
29 #include "bytestream.h"
30 #include "hevc.h"
31 #include "h2645_parse.h"
32
33 int ff_h2645_extract_rbsp(const uint8_t *src, int length,
34                           H2645RBSP *rbsp, H2645NAL *nal, int small_padding)
35 {
36     int i, si, di;
37     uint8_t *dst;
38
39     nal->skipped_bytes = 0;
40 #define STARTCODE_TEST                                                  \
41         if (i + 2 < length && src[i + 1] == 0 && src[i + 2] <= 3) {     \
42             if (src[i + 2] != 3 && src[i + 2] != 0) {                   \
43                 /* startcode, so we must be past the end */             \
44                 length = i;                                             \
45             }                                                           \
46             break;                                                      \
47         }
48 #if HAVE_FAST_UNALIGNED
49 #define FIND_FIRST_ZERO                                                 \
50         if (i > 0 && !src[i])                                           \
51             i--;                                                        \
52         while (src[i])                                                  \
53             i++
54 #if HAVE_FAST_64BIT
55     for (i = 0; i + 1 < length; i += 9) {
56         if (!((~AV_RN64A(src + i) &
57                (AV_RN64A(src + i) - 0x0100010001000101ULL)) &
58               0x8000800080008080ULL))
59             continue;
60         FIND_FIRST_ZERO;
61         STARTCODE_TEST;
62         i -= 7;
63     }
64 #else
65     for (i = 0; i + 1 < length; i += 5) {
66         if (!((~AV_RN32A(src + i) &
67                (AV_RN32A(src + i) - 0x01000101U)) &
68               0x80008080U))
69             continue;
70         FIND_FIRST_ZERO;
71         STARTCODE_TEST;
72         i -= 3;
73     }
74 #endif /* HAVE_FAST_64BIT */
75 #else
76     for (i = 0; i + 1 < length; i += 2) {
77         if (src[i])
78             continue;
79         if (i > 0 && src[i - 1] == 0)
80             i--;
81         STARTCODE_TEST;
82     }
83 #endif /* HAVE_FAST_UNALIGNED */
84
85     if (i >= length - 1 && small_padding) { // no escaped 0
86         nal->data     =
87         nal->raw_data = src;
88         nal->size     =
89         nal->raw_size = length;
90         return length;
91     } else if (i > length)
92         i = length;
93
94     nal->rbsp_buffer = &rbsp->rbsp_buffer[rbsp->rbsp_buffer_size];
95     dst = nal->rbsp_buffer;
96
97     memcpy(dst, src, i);
98     si = di = i;
99     while (si + 2 < length) {
100         // remove escapes (very rare 1:2^22)
101         if (src[si + 2] > 3) {
102             dst[di++] = src[si++];
103             dst[di++] = src[si++];
104         } else if (src[si] == 0 && src[si + 1] == 0 && src[si + 2] != 0) {
105             if (src[si + 2] == 3) { // escape
106                 dst[di++] = 0;
107                 dst[di++] = 0;
108                 si       += 3;
109
110                 if (nal->skipped_bytes_pos) {
111                     nal->skipped_bytes++;
112                     if (nal->skipped_bytes_pos_size < nal->skipped_bytes) {
113                         nal->skipped_bytes_pos_size *= 2;
114                         av_assert0(nal->skipped_bytes_pos_size >= nal->skipped_bytes);
115                         av_reallocp_array(&nal->skipped_bytes_pos,
116                                 nal->skipped_bytes_pos_size,
117                                 sizeof(*nal->skipped_bytes_pos));
118                         if (!nal->skipped_bytes_pos) {
119                             nal->skipped_bytes_pos_size = 0;
120                             return AVERROR(ENOMEM);
121                         }
122                     }
123                     if (nal->skipped_bytes_pos)
124                         nal->skipped_bytes_pos[nal->skipped_bytes-1] = di - 1;
125                 }
126                 continue;
127             } else // next start code
128                 goto nsc;
129         }
130
131         dst[di++] = src[si++];
132     }
133     while (si < length)
134         dst[di++] = src[si++];
135
136 nsc:
137     memset(dst + di, 0, AV_INPUT_BUFFER_PADDING_SIZE);
138
139     nal->data = dst;
140     nal->size = di;
141     nal->raw_data = src;
142     nal->raw_size = si;
143     rbsp->rbsp_buffer_size += si;
144
145     return si;
146 }
147
148 static const char *nal_unit_name(int nal_type)
149 {
150     switch(nal_type) {
151     case HEVC_NAL_TRAIL_N    : return "TRAIL_N";
152     case HEVC_NAL_TRAIL_R    : return "TRAIL_R";
153     case HEVC_NAL_TSA_N      : return "TSA_N";
154     case HEVC_NAL_TSA_R      : return "TSA_R";
155     case HEVC_NAL_STSA_N     : return "STSA_N";
156     case HEVC_NAL_STSA_R     : return "STSA_R";
157     case HEVC_NAL_RADL_N     : return "RADL_N";
158     case HEVC_NAL_RADL_R     : return "RADL_R";
159     case HEVC_NAL_RASL_N     : return "RASL_N";
160     case HEVC_NAL_RASL_R     : return "RASL_R";
161     case HEVC_NAL_BLA_W_LP   : return "BLA_W_LP";
162     case HEVC_NAL_BLA_W_RADL : return "BLA_W_RADL";
163     case HEVC_NAL_BLA_N_LP   : return "BLA_N_LP";
164     case HEVC_NAL_IDR_W_RADL : return "IDR_W_RADL";
165     case HEVC_NAL_IDR_N_LP   : return "IDR_N_LP";
166     case HEVC_NAL_CRA_NUT    : return "CRA_NUT";
167     case HEVC_NAL_VPS        : return "VPS";
168     case HEVC_NAL_SPS        : return "SPS";
169     case HEVC_NAL_PPS        : return "PPS";
170     case HEVC_NAL_AUD        : return "AUD";
171     case HEVC_NAL_EOS_NUT    : return "EOS_NUT";
172     case HEVC_NAL_EOB_NUT    : return "EOB_NUT";
173     case HEVC_NAL_FD_NUT     : return "FD_NUT";
174     case HEVC_NAL_SEI_PREFIX : return "SEI_PREFIX";
175     case HEVC_NAL_SEI_SUFFIX : return "SEI_SUFFIX";
176     default : return "?";
177     }
178 }
179
180 static int get_bit_length(H2645NAL *nal, int skip_trailing_zeros)
181 {
182     int size = nal->size;
183     int v;
184
185     while (skip_trailing_zeros && size > 0 && nal->data[size - 1] == 0)
186         size--;
187
188     if (!size)
189         return 0;
190
191     v = nal->data[size - 1];
192
193     if (size > INT_MAX / 8)
194         return AVERROR(ERANGE);
195     size *= 8;
196
197     /* remove the stop bit and following trailing zeros,
198      * or nothing for damaged bitstreams */
199     if (v)
200         size -= ff_ctz(v) + 1;
201
202     return size;
203 }
204
205 /**
206  * @return AVERROR_INVALIDDATA if the packet is not a valid NAL unit,
207  * 0 if the unit should be skipped, 1 otherwise
208  */
209 static int hevc_parse_nal_header(H2645NAL *nal, void *logctx)
210 {
211     GetBitContext *gb = &nal->gb;
212     int nuh_layer_id;
213
214     if (get_bits1(gb) != 0)
215         return AVERROR_INVALIDDATA;
216
217     nal->type = get_bits(gb, 6);
218
219     nuh_layer_id   = get_bits(gb, 6);
220     nal->temporal_id = get_bits(gb, 3) - 1;
221     if (nal->temporal_id < 0)
222         return AVERROR_INVALIDDATA;
223
224     av_log(logctx, AV_LOG_DEBUG,
225            "nal_unit_type: %d(%s), nuh_layer_id: %d, temporal_id: %d\n",
226            nal->type, nal_unit_name(nal->type), nuh_layer_id, nal->temporal_id);
227
228     return nuh_layer_id == 0;
229 }
230
231 static int h264_parse_nal_header(H2645NAL *nal, void *logctx)
232 {
233     GetBitContext *gb = &nal->gb;
234
235     if (get_bits1(gb) != 0)
236         return AVERROR_INVALIDDATA;
237
238     nal->ref_idc = get_bits(gb, 2);
239     nal->type    = get_bits(gb, 5);
240
241     av_log(logctx, AV_LOG_DEBUG,
242            "nal_unit_type: %d, nal_ref_idc: %d\n",
243            nal->type, nal->ref_idc);
244
245     return 1;
246 }
247
248 static int find_next_start_code(const uint8_t *buf, const uint8_t *next_avc)
249 {
250     int i = 0;
251
252     if (buf + 3 >= next_avc)
253         return next_avc - buf;
254
255     while (buf + i + 3 < next_avc) {
256         if (buf[i] == 0 && buf[i + 1] == 0 && buf[i + 2] == 1)
257             break;
258         i++;
259     }
260     return i + 3;
261 }
262
263 int ff_h2645_packet_split(H2645Packet *pkt, const uint8_t *buf, int length,
264                           void *logctx, int is_nalff, int nal_length_size,
265                           enum AVCodecID codec_id, int small_padding)
266 {
267     GetByteContext bc;
268     int consumed, ret = 0;
269     int next_avc = is_nalff ? 0 : length;
270     int64_t padding = small_padding ? 0 : MAX_MBPAIR_SIZE;
271
272     bytestream2_init(&bc, buf, length);
273     av_fast_padded_malloc(&pkt->rbsp.rbsp_buffer, &pkt->rbsp.rbsp_buffer_alloc_size, length + padding);
274     if (!pkt->rbsp.rbsp_buffer)
275         return AVERROR(ENOMEM);
276
277     pkt->rbsp.rbsp_buffer_size = 0;
278     pkt->nb_nals = 0;
279     while (bytestream2_get_bytes_left(&bc) >= 4) {
280         H2645NAL *nal;
281         int extract_length = 0;
282         int skip_trailing_zeros = 1;
283
284         if (bytestream2_tell(&bc) == next_avc) {
285             int i = 0;
286             extract_length = get_nalsize(nal_length_size,
287                                          bc.buffer, bytestream2_get_bytes_left(&bc), &i, logctx);
288             if (extract_length < 0)
289                 return extract_length;
290
291             bytestream2_skip(&bc, nal_length_size);
292
293             next_avc = bytestream2_tell(&bc) + extract_length;
294         } else {
295             int buf_index;
296
297             if (bytestream2_tell(&bc) > next_avc)
298                 av_log(logctx, AV_LOG_WARNING, "Exceeded next NALFF position, re-syncing.\n");
299
300             /* search start code */
301             buf_index = find_next_start_code(bc.buffer, buf + next_avc);
302
303             bytestream2_skip(&bc, buf_index);
304
305             if (!bytestream2_get_bytes_left(&bc)) {
306                 if (pkt->nb_nals > 0) {
307                     // No more start codes: we discarded some irrelevant
308                     // bytes at the end of the packet.
309                     return 0;
310                 } else {
311                     av_log(logctx, AV_LOG_ERROR, "No start code is found.\n");
312                     return AVERROR_INVALIDDATA;
313                 }
314             }
315
316             extract_length = FFMIN(bytestream2_get_bytes_left(&bc), next_avc - bytestream2_tell(&bc));
317
318             if (bytestream2_tell(&bc) >= next_avc) {
319                 /* skip to the start of the next NAL */
320                 bytestream2_skip(&bc, next_avc - bytestream2_tell(&bc));
321                 continue;
322             }
323         }
324
325         if (pkt->nals_allocated < pkt->nb_nals + 1) {
326             int new_size = pkt->nals_allocated + 1;
327             void *tmp = av_realloc_array(pkt->nals, new_size, sizeof(*pkt->nals));
328
329             if (!tmp)
330                 return AVERROR(ENOMEM);
331
332             pkt->nals = tmp;
333             memset(pkt->nals + pkt->nals_allocated, 0,
334                    (new_size - pkt->nals_allocated) * sizeof(*pkt->nals));
335
336             nal = &pkt->nals[pkt->nb_nals];
337             nal->skipped_bytes_pos_size = 1024; // initial buffer size
338             nal->skipped_bytes_pos = av_malloc_array(nal->skipped_bytes_pos_size, sizeof(*nal->skipped_bytes_pos));
339             if (!nal->skipped_bytes_pos)
340                 return AVERROR(ENOMEM);
341
342             pkt->nals_allocated = new_size;
343         }
344         nal = &pkt->nals[pkt->nb_nals];
345
346         consumed = ff_h2645_extract_rbsp(bc.buffer, extract_length, &pkt->rbsp, nal, small_padding);
347         if (consumed < 0)
348             return consumed;
349
350         if (is_nalff && (extract_length != consumed) && extract_length)
351             av_log(logctx, AV_LOG_DEBUG,
352                    "NALFF: Consumed only %d bytes instead of %d\n",
353                    consumed, extract_length);
354
355         pkt->nb_nals++;
356
357         bytestream2_skip(&bc, consumed);
358
359         /* see commit 3566042a0 */
360         if (bytestream2_get_bytes_left(&bc) >= 4 &&
361             bytestream2_peek_be32(&bc) == 0x000001E0)
362             skip_trailing_zeros = 0;
363
364         nal->size_bits = get_bit_length(nal, skip_trailing_zeros);
365
366         ret = init_get_bits(&nal->gb, nal->data, nal->size_bits);
367         if (ret < 0)
368             return ret;
369
370         if (codec_id == AV_CODEC_ID_HEVC)
371             ret = hevc_parse_nal_header(nal, logctx);
372         else
373             ret = h264_parse_nal_header(nal, logctx);
374         if (ret <= 0 || nal->size <= 0) {
375             if (ret < 0) {
376                 av_log(logctx, AV_LOG_ERROR, "Invalid NAL unit %d, skipping.\n",
377                        nal->type);
378             }
379             pkt->nb_nals--;
380         }
381     }
382
383     return 0;
384 }
385
386 void ff_h2645_packet_uninit(H2645Packet *pkt)
387 {
388     int i;
389     for (i = 0; i < pkt->nals_allocated; i++) {
390         av_freep(&pkt->nals[i].skipped_bytes_pos);
391     }
392     av_freep(&pkt->nals);
393     pkt->nals_allocated = 0;
394     av_freep(&pkt->rbsp.rbsp_buffer);
395     pkt->rbsp.rbsp_buffer_alloc_size = pkt->rbsp.rbsp_buffer_size = 0;
396 }