avcodec/h264_parser: Avoid adding SEI to the global header
[ffmpeg.git] / libavcodec / h264_parser.c
1 /*
2  * H.26L/H.264/AVC/JVT/14496-10/... parser
3  * Copyright (c) 2003 Michael Niedermayer <michaelni@gmx.at>
4  *
5  * This file is part of FFmpeg.
6  *
7  * FFmpeg is free software; you can redistribute it and/or
8  * modify it under the terms of the GNU Lesser General Public
9  * License as published by the Free Software Foundation; either
10  * version 2.1 of the License, or (at your option) any later version.
11  *
12  * FFmpeg is distributed in the hope that it will be useful,
13  * but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
14  * MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the GNU
15  * Lesser General Public License for more details.
16  *
17  * You should have received a copy of the GNU Lesser General Public
18  * License along with FFmpeg; if not, write to the Free Software
19  * Foundation, Inc., 51 Franklin Street, Fifth Floor, Boston, MA 02110-1301 USA
20  */
21
22 /**
23  * @file
24  * H.264 / AVC / MPEG4 part10 parser.
25  * @author Michael Niedermayer <michaelni@gmx.at>
26  */
27
28 #define UNCHECKED_BITSTREAM_READER 1
29
30 #include "libavutil/attributes.h"
31 #include "parser.h"
32 #include "h264data.h"
33 #include "golomb.h"
34 #include "internal.h"
35 #include "mpegutils.h"
36
37
38 static int h264_find_frame_end(H264Context *h, const uint8_t *buf,
39                                int buf_size)
40 {
41     int i, j;
42     uint32_t state;
43     ParseContext *pc = &h->parse_context;
44     int next_avc= h->is_avc ? 0 : buf_size;
45
46 //    mb_addr= pc->mb_addr - 1;
47     state = pc->state;
48     if (state > 13)
49         state = 7;
50
51     if (h->is_avc && !h->nal_length_size)
52         av_log(h->avctx, AV_LOG_ERROR, "AVC-parser: nal length size invalid\n");
53
54     for (i = 0; i < buf_size; i++) {
55         if (i >= next_avc) {
56             int nalsize = 0;
57             i = next_avc;
58             for (j = 0; j < h->nal_length_size; j++)
59                 nalsize = (nalsize << 8) | buf[i++];
60             if (nalsize <= 0 || nalsize > buf_size - i) {
61                 av_log(h->avctx, AV_LOG_ERROR, "AVC-parser: nal size %d remaining %d\n", nalsize, buf_size - i);
62                 return buf_size;
63             }
64             next_avc = i + nalsize;
65             state    = 5;
66         }
67
68         if (state == 7) {
69             i += h->h264dsp.startcode_find_candidate(buf + i, next_avc - i);
70             if (i < next_avc)
71                 state = 2;
72         } else if (state <= 2) {
73             if (buf[i] == 1)
74                 state ^= 5;            // 2->7, 1->4, 0->5
75             else if (buf[i])
76                 state = 7;
77             else
78                 state >>= 1;           // 2->1, 1->0, 0->0
79         } else if (state <= 5) {
80             int nalu_type = buf[i] & 0x1F;
81             if (nalu_type == NAL_SEI || nalu_type == NAL_SPS ||
82                 nalu_type == NAL_PPS || nalu_type == NAL_AUD) {
83                 if (pc->frame_start_found) {
84                     i++;
85                     goto found;
86                 }
87             } else if (nalu_type == NAL_SLICE || nalu_type == NAL_DPA ||
88                        nalu_type == NAL_IDR_SLICE) {
89                 state += 8;
90                 continue;
91             }
92             state = 7;
93         } else {
94             h->parse_history[h->parse_history_count++]= buf[i];
95             if (h->parse_history_count>5) {
96                 unsigned int mb, last_mb= h->parse_last_mb;
97                 GetBitContext gb;
98
99                 init_get_bits(&gb, h->parse_history, 8*h->parse_history_count);
100                 h->parse_history_count=0;
101                 mb= get_ue_golomb_long(&gb);
102                 h->parse_last_mb= mb;
103                 if (pc->frame_start_found) {
104                     if (mb <= last_mb)
105                         goto found;
106                 } else
107                     pc->frame_start_found = 1;
108                 state = 7;
109             }
110         }
111     }
112     pc->state = state;
113     if (h->is_avc)
114         return next_avc;
115     return END_NOT_FOUND;
116
117 found:
118     pc->state             = 7;
119     pc->frame_start_found = 0;
120     if (h->is_avc)
121         return next_avc;
122     return i - (state & 5) - 5 * (state > 7);
123 }
124
125 static int scan_mmco_reset(AVCodecParserContext *s)
126 {
127     H264Context *h = s->priv_data;
128
129     h->slice_type_nos = s->pict_type & 3;
130
131     if (h->pps.redundant_pic_cnt_present)
132         get_ue_golomb(&h->gb); // redundant_pic_count
133
134     if (ff_set_ref_count(h) < 0)
135         return AVERROR_INVALIDDATA;
136
137     if (h->slice_type_nos != AV_PICTURE_TYPE_I) {
138         int list;
139         for (list = 0; list < h->list_count; list++) {
140             if (get_bits1(&h->gb)) {
141                 int index;
142                 for (index = 0; ; index++) {
143                     unsigned int reordering_of_pic_nums_idc = get_ue_golomb_31(&h->gb);
144
145                     if (reordering_of_pic_nums_idc < 3)
146                         get_ue_golomb(&h->gb);
147                     else if (reordering_of_pic_nums_idc > 3) {
148                         av_log(h->avctx, AV_LOG_ERROR,
149                                "illegal reordering_of_pic_nums_idc %d\n",
150                                reordering_of_pic_nums_idc);
151                         return AVERROR_INVALIDDATA;
152                     } else
153                         break;
154
155                     if (index >= h->ref_count[list]) {
156                         av_log(h->avctx, AV_LOG_ERROR,
157                                "reference count %d overflow\n", index);
158                         return AVERROR_INVALIDDATA;
159                     }
160                 }
161             }
162         }
163     }
164
165     if ((h->pps.weighted_pred && h->slice_type_nos == AV_PICTURE_TYPE_P) ||
166         (h->pps.weighted_bipred_idc == 1 && h->slice_type_nos == AV_PICTURE_TYPE_B))
167         ff_pred_weight_table(h);
168
169     if (get_bits1(&h->gb)) { // adaptive_ref_pic_marking_mode_flag
170         int i;
171         for (i = 0; i < MAX_MMCO_COUNT; i++) {
172             MMCOOpcode opcode = get_ue_golomb_31(&h->gb);
173             if (opcode > (unsigned) MMCO_LONG) {
174                 av_log(h->avctx, AV_LOG_ERROR,
175                        "illegal memory management control operation %d\n",
176                        opcode);
177                 return AVERROR_INVALIDDATA;
178             }
179             if (opcode == MMCO_END)
180                return 0;
181             else if (opcode == MMCO_RESET)
182                 return 1;
183
184             if (opcode == MMCO_SHORT2UNUSED || opcode == MMCO_SHORT2LONG)
185                 get_ue_golomb(&h->gb);
186             if (opcode == MMCO_SHORT2LONG || opcode == MMCO_LONG2UNUSED ||
187                 opcode == MMCO_LONG || opcode == MMCO_SET_MAX_LONG)
188                 get_ue_golomb_31(&h->gb);
189         }
190     }
191
192     return 0;
193 }
194
195 /**
196  * Parse NAL units of found picture and decode some basic information.
197  *
198  * @param s parser context.
199  * @param avctx codec context.
200  * @param buf buffer with field/frame data.
201  * @param buf_size size of the buffer.
202  */
203 static inline int parse_nal_units(AVCodecParserContext *s,
204                                   AVCodecContext *avctx,
205                                   const uint8_t * const buf, int buf_size)
206 {
207     H264Context *h         = s->priv_data;
208     int buf_index, next_avc;
209     unsigned int pps_id;
210     unsigned int slice_type;
211     int state = -1, got_reset = 0;
212     const uint8_t *ptr;
213     int q264 = buf_size >=4 && !memcmp("Q264", buf, 4);
214     int field_poc[2];
215
216     /* set some sane default values */
217     s->pict_type         = AV_PICTURE_TYPE_I;
218     s->key_frame         = 0;
219     s->picture_structure = AV_PICTURE_STRUCTURE_UNKNOWN;
220
221     h->avctx = avctx;
222     ff_h264_reset_sei(h);
223     h->sei_fpa.frame_packing_arrangement_cancel_flag = -1;
224
225     if (!buf_size)
226         return 0;
227
228     buf_index     = 0;
229     next_avc      = h->is_avc ? 0 : buf_size;
230     for (;;) {
231         int src_length, dst_length, consumed, nalsize = 0;
232
233         if (buf_index >= next_avc) {
234             nalsize = get_avc_nalsize(h, buf, buf_size, &buf_index);
235             if (nalsize < 0)
236                 break;
237             next_avc = buf_index + nalsize;
238         } else {
239             buf_index = find_start_code(buf, buf_size, buf_index, next_avc);
240             if (buf_index >= buf_size)
241                 break;
242             if (buf_index >= next_avc)
243                 continue;
244         }
245         src_length = next_avc - buf_index;
246
247         state = buf[buf_index];
248         switch (state & 0x1f) {
249         case NAL_SLICE:
250         case NAL_IDR_SLICE:
251             // Do not walk the whole buffer just to decode slice header
252             if ((state & 0x1f) == NAL_IDR_SLICE || ((state >> 5) & 0x3) == 0) {
253                 /* IDR or disposable slice
254                  * No need to decode many bytes because MMCOs shall not be present. */
255                 if (src_length > 60)
256                     src_length = 60;
257             } else {
258                 /* To decode up to MMCOs */
259                 if (src_length > 1000)
260                     src_length = 1000;
261             }
262             break;
263         }
264         ptr = ff_h264_decode_nal(h, buf + buf_index, &dst_length,
265                                  &consumed, src_length);
266         if (!ptr || dst_length < 0)
267             break;
268
269         buf_index += consumed;
270
271         init_get_bits(&h->gb, ptr, 8 * dst_length);
272         switch (h->nal_unit_type) {
273         case NAL_SPS:
274             ff_h264_decode_seq_parameter_set(h);
275             break;
276         case NAL_PPS:
277             ff_h264_decode_picture_parameter_set(h, h->gb.size_in_bits);
278             break;
279         case NAL_SEI:
280             ff_h264_decode_sei(h);
281             break;
282         case NAL_IDR_SLICE:
283             s->key_frame = 1;
284
285             h->prev_frame_num        = 0;
286             h->prev_frame_num_offset = 0;
287             h->prev_poc_msb          =
288             h->prev_poc_lsb          = 0;
289         /* fall through */
290         case NAL_SLICE:
291             get_ue_golomb_long(&h->gb);  // skip first_mb_in_slice
292             slice_type   = get_ue_golomb_31(&h->gb);
293             s->pict_type = golomb_to_pict_type[slice_type % 5];
294             if (h->sei_recovery_frame_cnt >= 0) {
295                 /* key frame, since recovery_frame_cnt is set */
296                 s->key_frame = 1;
297             }
298             pps_id = get_ue_golomb(&h->gb);
299             if (pps_id >= MAX_PPS_COUNT) {
300                 av_log(h->avctx, AV_LOG_ERROR,
301                        "pps_id %u out of range\n", pps_id);
302                 return -1;
303             }
304             if (!h->pps_buffers[pps_id]) {
305                 av_log(h->avctx, AV_LOG_ERROR,
306                        "non-existing PPS %u referenced\n", pps_id);
307                 return -1;
308             }
309             h->pps = *h->pps_buffers[pps_id];
310             if (!h->sps_buffers[h->pps.sps_id]) {
311                 av_log(h->avctx, AV_LOG_ERROR,
312                        "non-existing SPS %u referenced\n", h->pps.sps_id);
313                 return -1;
314             }
315             h->sps       = *h->sps_buffers[h->pps.sps_id];
316             h->frame_num = get_bits(&h->gb, h->sps.log2_max_frame_num);
317
318             if(h->sps.ref_frame_count <= 1 && h->pps.ref_count[0] <= 1 && s->pict_type == AV_PICTURE_TYPE_I)
319                 s->key_frame = 1;
320
321             avctx->profile = ff_h264_get_profile(&h->sps);
322             avctx->level   = h->sps.level_idc;
323
324             if (h->sps.frame_mbs_only_flag) {
325                 h->picture_structure = PICT_FRAME;
326             } else {
327                 if (get_bits1(&h->gb)) { // field_pic_flag
328                     h->picture_structure = PICT_TOP_FIELD + get_bits1(&h->gb); // bottom_field_flag
329                 } else {
330                     h->picture_structure = PICT_FRAME;
331                 }
332             }
333
334             if (h->nal_unit_type == NAL_IDR_SLICE)
335                 get_ue_golomb(&h->gb); /* idr_pic_id */
336             if (h->sps.poc_type == 0) {
337                 h->poc_lsb = get_bits(&h->gb, h->sps.log2_max_poc_lsb);
338
339                 if (h->pps.pic_order_present == 1 &&
340                     h->picture_structure == PICT_FRAME)
341                     h->delta_poc_bottom = get_se_golomb(&h->gb);
342             }
343
344             if (h->sps.poc_type == 1 &&
345                 !h->sps.delta_pic_order_always_zero_flag) {
346                 h->delta_poc[0] = get_se_golomb(&h->gb);
347
348                 if (h->pps.pic_order_present == 1 &&
349                     h->picture_structure == PICT_FRAME)
350                     h->delta_poc[1] = get_se_golomb(&h->gb);
351             }
352
353             /* Decode POC of this picture.
354              * The prev_ values needed for decoding POC of the next picture are not set here. */
355             field_poc[0] = field_poc[1] = INT_MAX;
356             ff_init_poc(h, field_poc, &s->output_picture_number);
357
358             /* Continue parsing to check if MMCO_RESET is present.
359              * FIXME: MMCO_RESET could appear in non-first slice.
360              *        Maybe, we should parse all undisposable non-IDR slice of this
361              *        picture until encountering MMCO_RESET in a slice of it. */
362             if (h->nal_ref_idc && h->nal_unit_type != NAL_IDR_SLICE) {
363                 got_reset = scan_mmco_reset(s);
364                 if (got_reset < 0)
365                     return got_reset;
366             }
367
368             /* Set up the prev_ values for decoding POC of the next picture. */
369             h->prev_frame_num        = got_reset ? 0 : h->frame_num;
370             h->prev_frame_num_offset = got_reset ? 0 : h->frame_num_offset;
371             if (h->nal_ref_idc != 0) {
372                 if (!got_reset) {
373                     h->prev_poc_msb = h->poc_msb;
374                     h->prev_poc_lsb = h->poc_lsb;
375                 } else {
376                     h->prev_poc_msb = 0;
377                     h->prev_poc_lsb =
378                         h->picture_structure == PICT_BOTTOM_FIELD ? 0 : field_poc[0];
379                 }
380             }
381
382             if (h->sps.pic_struct_present_flag) {
383                 switch (h->sei_pic_struct) {
384                 case SEI_PIC_STRUCT_TOP_FIELD:
385                 case SEI_PIC_STRUCT_BOTTOM_FIELD:
386                     s->repeat_pict = 0;
387                     break;
388                 case SEI_PIC_STRUCT_FRAME:
389                 case SEI_PIC_STRUCT_TOP_BOTTOM:
390                 case SEI_PIC_STRUCT_BOTTOM_TOP:
391                     s->repeat_pict = 1;
392                     break;
393                 case SEI_PIC_STRUCT_TOP_BOTTOM_TOP:
394                 case SEI_PIC_STRUCT_BOTTOM_TOP_BOTTOM:
395                     s->repeat_pict = 2;
396                     break;
397                 case SEI_PIC_STRUCT_FRAME_DOUBLING:
398                     s->repeat_pict = 3;
399                     break;
400                 case SEI_PIC_STRUCT_FRAME_TRIPLING:
401                     s->repeat_pict = 5;
402                     break;
403                 default:
404                     s->repeat_pict = h->picture_structure == PICT_FRAME ? 1 : 0;
405                     break;
406                 }
407             } else {
408                 s->repeat_pict = h->picture_structure == PICT_FRAME ? 1 : 0;
409             }
410
411             if (h->picture_structure == PICT_FRAME) {
412                 s->picture_structure = AV_PICTURE_STRUCTURE_FRAME;
413                 if (h->sps.pic_struct_present_flag) {
414                     switch (h->sei_pic_struct) {
415                     case SEI_PIC_STRUCT_TOP_BOTTOM:
416                     case SEI_PIC_STRUCT_TOP_BOTTOM_TOP:
417                         s->field_order = AV_FIELD_TT;
418                         break;
419                     case SEI_PIC_STRUCT_BOTTOM_TOP:
420                     case SEI_PIC_STRUCT_BOTTOM_TOP_BOTTOM:
421                         s->field_order = AV_FIELD_BB;
422                         break;
423                     default:
424                         s->field_order = AV_FIELD_PROGRESSIVE;
425                         break;
426                     }
427                 } else {
428                     if (field_poc[0] < field_poc[1])
429                         s->field_order = AV_FIELD_TT;
430                     else if (field_poc[0] > field_poc[1])
431                         s->field_order = AV_FIELD_BB;
432                     else
433                         s->field_order = AV_FIELD_PROGRESSIVE;
434                 }
435             } else {
436                 if (h->picture_structure == PICT_TOP_FIELD)
437                     s->picture_structure = AV_PICTURE_STRUCTURE_TOP_FIELD;
438                 else
439                     s->picture_structure = AV_PICTURE_STRUCTURE_BOTTOM_FIELD;
440                 s->field_order = AV_FIELD_UNKNOWN;
441             }
442
443             return 0; /* no need to evaluate the rest */
444         }
445     }
446     if (q264)
447         return 0;
448     /* didn't find a picture! */
449     av_log(h->avctx, AV_LOG_ERROR, "missing picture in access unit with size %d\n", buf_size);
450     return -1;
451 }
452
453 static int h264_parse(AVCodecParserContext *s,
454                       AVCodecContext *avctx,
455                       const uint8_t **poutbuf, int *poutbuf_size,
456                       const uint8_t *buf, int buf_size)
457 {
458     H264Context *h   = s->priv_data;
459     ParseContext *pc = &h->parse_context;
460     int next;
461
462     if (!h->got_first) {
463         h->got_first = 1;
464         if (avctx->extradata_size) {
465             h->avctx = avctx;
466             // must be done like in decoder, otherwise opening the parser,
467             // letting it create extradata and then closing and opening again
468             // will cause has_b_frames to be always set.
469             // Note that estimate_timings_from_pts does exactly this.
470             if (!avctx->has_b_frames)
471                 h->low_delay = 1;
472             ff_h264_decode_extradata(h, avctx->extradata, avctx->extradata_size);
473         }
474     }
475
476     if (s->flags & PARSER_FLAG_COMPLETE_FRAMES) {
477         next = buf_size;
478     } else {
479         next = h264_find_frame_end(h, buf, buf_size);
480
481         if (ff_combine_frame(pc, next, &buf, &buf_size) < 0) {
482             *poutbuf      = NULL;
483             *poutbuf_size = 0;
484             return buf_size;
485         }
486
487         if (next < 0 && next != END_NOT_FOUND) {
488             av_assert1(pc->last_index + next >= 0);
489             h264_find_frame_end(h, &pc->buffer[pc->last_index + next], -next); // update state
490         }
491     }
492
493     parse_nal_units(s, avctx, buf, buf_size);
494
495     if (avctx->framerate.num)
496         avctx->time_base = av_inv_q(av_mul_q(avctx->framerate, (AVRational){avctx->ticks_per_frame, 1}));
497     if (h->sei_cpb_removal_delay >= 0) {
498         s->dts_sync_point    = h->sei_buffering_period_present;
499         s->dts_ref_dts_delta = h->sei_cpb_removal_delay;
500         s->pts_dts_delta     = h->sei_dpb_output_delay;
501     } else {
502         s->dts_sync_point    = INT_MIN;
503         s->dts_ref_dts_delta = INT_MIN;
504         s->pts_dts_delta     = INT_MIN;
505     }
506
507     if (s->flags & PARSER_FLAG_ONCE) {
508         s->flags &= PARSER_FLAG_COMPLETE_FRAMES;
509     }
510
511     *poutbuf      = buf;
512     *poutbuf_size = buf_size;
513     return next;
514 }
515
516 static int h264_split(AVCodecContext *avctx,
517                       const uint8_t *buf, int buf_size)
518 {
519     int i;
520     uint32_t state = -1;
521     int has_sps    = 0;
522     int has_pps    = 0;
523
524     for (i = 0; i <= buf_size; i++) {
525         if ((state & 0xFFFFFF1F) == 0x107)
526             has_sps = 1;
527         if ((state & 0xFFFFFF1F) == 0x108)
528             has_pps = 1;
529         /*  if ((state&0xFFFFFF1F) == 0x101 ||
530          *     (state&0xFFFFFF1F) == 0x102 ||
531          *     (state&0xFFFFFF1F) == 0x105) {
532          *  }
533          */
534         if ((state & 0xFFFFFF00) == 0x100 && ((state & 0xFFFFFF1F) != 0x106 || has_pps) &&
535             (state & 0xFFFFFF1F) != 0x107 && (state & 0xFFFFFF1F) != 0x108 &&
536             (state & 0xFFFFFF1F) != 0x109 && (state & 0xFFFFFF1F) != 0x10d &&
537             (state & 0xFFFFFF1F) != 0x10f) {
538             if (has_sps) {
539                 while (i > 4 && buf[i - 5] == 0)
540                     i--;
541                 return i - 4;
542             }
543         }
544         if (i < buf_size)
545             state = (state << 8) | buf[i];
546     }
547     return 0;
548 }
549
550 static void close(AVCodecParserContext *s)
551 {
552     H264Context *h   = s->priv_data;
553     ParseContext *pc = &h->parse_context;
554
555     av_freep(&pc->buffer);
556     ff_h264_free_context(h);
557 }
558
559 static av_cold int init(AVCodecParserContext *s)
560 {
561     H264Context *h = s->priv_data;
562     h->thread_context[0]   = h;
563     h->slice_context_count = 1;
564     ff_h264dsp_init(&h->h264dsp, 8, 1);
565     return 0;
566 }
567
568 AVCodecParser ff_h264_parser = {
569     .codec_ids      = { AV_CODEC_ID_H264 },
570     .priv_data_size = sizeof(H264Context),
571     .parser_init    = init,
572     .parser_parse   = h264_parse,
573     .parser_close   = close,
574     .split          = h264_split,
575 };