Merge commit 'e0c16e4e3259cf50b5bac4c23bb6e517f397c74b'
[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.h264_find_start_code_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>3) {
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                 last_mb= h->parse_last_mb;
103                 h->parse_last_mb= mb;
104                 if (pc->frame_start_found) {
105                     if (mb <= last_mb)
106                         goto found;
107                 } else
108                     pc->frame_start_found = 1;
109                 state = 7;
110             }
111         }
112     }
113     pc->state = state;
114     if (h->is_avc)
115         return next_avc;
116     return END_NOT_FOUND;
117
118 found:
119     pc->state             = 7;
120     pc->frame_start_found = 0;
121     if (h->is_avc)
122         return next_avc;
123     return i - (state & 5) - 3 * (state > 7);
124 }
125
126 static int scan_mmco_reset(AVCodecParserContext *s)
127 {
128     H264Context *h = s->priv_data;
129
130     h->slice_type_nos = s->pict_type & 3;
131
132     if (h->pps.redundant_pic_cnt_present)
133         get_ue_golomb(&h->gb); // redundant_pic_count
134
135     if (ff_set_ref_count(h) < 0)
136         return AVERROR_INVALIDDATA;
137
138     if (h->slice_type_nos != AV_PICTURE_TYPE_I) {
139         int list;
140         for (list = 0; list < h->list_count; list++) {
141             if (get_bits1(&h->gb)) {
142                 int index;
143                 for (index = 0; ; index++) {
144                     unsigned int reordering_of_pic_nums_idc = get_ue_golomb_31(&h->gb);
145
146                     if (reordering_of_pic_nums_idc < 3)
147                         get_ue_golomb(&h->gb);
148                     else if (reordering_of_pic_nums_idc > 3) {
149                         av_log(h->avctx, AV_LOG_ERROR,
150                                "illegal reordering_of_pic_nums_idc %d\n",
151                                reordering_of_pic_nums_idc);
152                         return AVERROR_INVALIDDATA;
153                     } else
154                         break;
155
156                     if (index >= h->ref_count[list]) {
157                         av_log(h->avctx, AV_LOG_ERROR,
158                                "reference count %d overflow\n", index);
159                         return AVERROR_INVALIDDATA;
160                     }
161                 }
162             }
163         }
164     }
165
166     if ((h->pps.weighted_pred && h->slice_type_nos == AV_PICTURE_TYPE_P) ||
167         (h->pps.weighted_bipred_idc == 1 && h->slice_type_nos == AV_PICTURE_TYPE_B))
168         ff_pred_weight_table(h);
169
170     if (get_bits1(&h->gb)) { // adaptive_ref_pic_marking_mode_flag
171         int i;
172         for (i = 0; i < MAX_MMCO_COUNT; i++) {
173             MMCOOpcode opcode = get_ue_golomb_31(&h->gb);
174             if (opcode > (unsigned) MMCO_LONG) {
175                 av_log(h->avctx, AV_LOG_ERROR,
176                        "illegal memory management control operation %d\n",
177                        opcode);
178                 return AVERROR_INVALIDDATA;
179             }
180             if (opcode == MMCO_END)
181                return 0;
182             else if (opcode == MMCO_RESET)
183                 return 1;
184
185             if (opcode == MMCO_SHORT2UNUSED || opcode == MMCO_SHORT2LONG)
186                 get_ue_golomb(&h->gb);
187             if (opcode == MMCO_SHORT2LONG || opcode == MMCO_LONG2UNUSED ||
188                 opcode == MMCO_LONG || opcode == MMCO_SET_MAX_LONG)
189                 get_ue_golomb_31(&h->gb);
190         }
191     }
192
193     return 0;
194 }
195
196 /**
197  * Parse NAL units of found picture and decode some basic information.
198  *
199  * @param s parser context.
200  * @param avctx codec context.
201  * @param buf buffer with field/frame data.
202  * @param buf_size size of the buffer.
203  */
204 static inline int parse_nal_units(AVCodecParserContext *s,
205                                   AVCodecContext *avctx,
206                                   const uint8_t *buf, int buf_size)
207 {
208     H264Context *h         = s->priv_data;
209     const uint8_t *buf_end = buf + buf_size;
210     unsigned int pps_id;
211     unsigned int slice_type;
212     int state = -1, got_reset = 0;
213     const uint8_t *ptr;
214     int q264 = buf_size >=4 && !memcmp("Q264", buf, 4);
215     int field_poc[2];
216
217     /* set some sane default values */
218     s->pict_type         = AV_PICTURE_TYPE_I;
219     s->key_frame         = 0;
220     s->picture_structure = AV_PICTURE_STRUCTURE_UNKNOWN;
221
222     h->avctx = avctx;
223     ff_h264_reset_sei(h);
224     h->sei_fpa.frame_packing_arrangement_cancel_flag = -1;
225
226     if (!buf_size)
227         return 0;
228
229     for (;;) {
230         int src_length, dst_length, consumed, nalsize = 0;
231         if (h->is_avc) {
232             int i;
233             if (h->nal_length_size >= buf_end - buf) break;
234             nalsize = 0;
235             for (i = 0; i < h->nal_length_size; i++)
236                 nalsize = (nalsize << 8) | *buf++;
237             if (nalsize <= 0 || nalsize > buf_end - buf) {
238                 av_log(h->avctx, AV_LOG_ERROR, "AVC: nal size %d\n", nalsize);
239                 break;
240             }
241             src_length = nalsize;
242         } else {
243         buf = avpriv_find_start_code(buf, buf_end, &state);
244         if (buf >= buf_end)
245             break;
246         --buf;
247         src_length = buf_end - buf;
248         }
249         switch (state & 0x1f) {
250         case NAL_SLICE:
251         case NAL_IDR_SLICE:
252             // Do not walk the whole buffer just to decode slice header
253             if ((state & 0x1f) == NAL_IDR_SLICE || ((state >> 5) & 0x3) == 0) {
254                 /* IDR or disposable slice
255                  * No need to decode many bytes because MMCOs shall not be present. */
256                 if (src_length > 60)
257                     src_length = 60;
258             } else {
259                 /* To decode up to MMCOs */
260                 if (src_length > 1000)
261                     src_length = 1000;
262             }
263             break;
264         }
265         ptr = ff_h264_decode_nal(h, buf, &dst_length, &consumed, src_length);
266         if (ptr == NULL || dst_length < 0)
267             break;
268
269         init_get_bits(&h->gb, ptr, 8 * dst_length);
270         switch (h->nal_unit_type) {
271         case NAL_SPS:
272             ff_h264_decode_seq_parameter_set(h);
273             break;
274         case NAL_PPS:
275             ff_h264_decode_picture_parameter_set(h, h->gb.size_in_bits);
276             break;
277         case NAL_SEI:
278             ff_h264_decode_sei(h);
279             break;
280         case NAL_IDR_SLICE:
281             s->key_frame = 1;
282
283             h->prev_frame_num        = 0;
284             h->prev_frame_num_offset = 0;
285             h->prev_poc_msb          =
286             h->prev_poc_lsb          = 0;
287         /* fall through */
288         case NAL_SLICE:
289             get_ue_golomb_long(&h->gb);  // skip first_mb_in_slice
290             slice_type   = get_ue_golomb_31(&h->gb);
291             s->pict_type = golomb_to_pict_type[slice_type % 5];
292             if (h->sei_recovery_frame_cnt >= 0) {
293                 /* key frame, since recovery_frame_cnt is set */
294                 s->key_frame = 1;
295             }
296             pps_id = get_ue_golomb(&h->gb);
297             if (pps_id >= MAX_PPS_COUNT) {
298                 av_log(h->avctx, AV_LOG_ERROR,
299                        "pps_id %u out of range\n", pps_id);
300                 return -1;
301             }
302             if (!h->pps_buffers[pps_id]) {
303                 av_log(h->avctx, AV_LOG_ERROR,
304                        "non-existing PPS %u referenced\n", pps_id);
305                 return -1;
306             }
307             h->pps = *h->pps_buffers[pps_id];
308             if (!h->sps_buffers[h->pps.sps_id]) {
309                 av_log(h->avctx, AV_LOG_ERROR,
310                        "non-existing SPS %u referenced\n", h->pps.sps_id);
311                 return -1;
312             }
313             h->sps       = *h->sps_buffers[h->pps.sps_id];
314             h->frame_num = get_bits(&h->gb, h->sps.log2_max_frame_num);
315
316             if(h->sps.ref_frame_count <= 1 && h->pps.ref_count[0] <= 1 && s->pict_type == AV_PICTURE_TYPE_I)
317                 s->key_frame = 1;
318
319             avctx->profile = ff_h264_get_profile(&h->sps);
320             avctx->level   = h->sps.level_idc;
321
322             if (h->sps.frame_mbs_only_flag) {
323                 h->picture_structure = PICT_FRAME;
324             } else {
325                 if (get_bits1(&h->gb)) { // field_pic_flag
326                     h->picture_structure = PICT_TOP_FIELD + get_bits1(&h->gb); // bottom_field_flag
327                 } else {
328                     h->picture_structure = PICT_FRAME;
329                 }
330             }
331
332             if (h->nal_unit_type == NAL_IDR_SLICE)
333                 get_ue_golomb(&h->gb); /* idr_pic_id */
334             if (h->sps.poc_type == 0) {
335                 h->poc_lsb = get_bits(&h->gb, h->sps.log2_max_poc_lsb);
336
337                 if (h->pps.pic_order_present == 1 &&
338                     h->picture_structure == PICT_FRAME)
339                     h->delta_poc_bottom = get_se_golomb(&h->gb);
340             }
341
342             if (h->sps.poc_type == 1 &&
343                 !h->sps.delta_pic_order_always_zero_flag) {
344                 h->delta_poc[0] = get_se_golomb(&h->gb);
345
346                 if (h->pps.pic_order_present == 1 &&
347                     h->picture_structure == PICT_FRAME)
348                     h->delta_poc[1] = get_se_golomb(&h->gb);
349             }
350
351             /* Decode POC of this picture.
352              * The prev_ values needed for decoding POC of the next picture are not set here. */
353             field_poc[0] = field_poc[1] = INT_MAX;
354             ff_init_poc(h, field_poc, &s->output_picture_number);
355
356             /* Continue parsing to check if MMCO_RESET is present.
357              * FIXME: MMCO_RESET could appear in non-first slice.
358              *        Maybe, we should parse all undisposable non-IDR slice of this
359              *        picture until encountering MMCO_RESET in a slice of it. */
360             if (h->nal_ref_idc && h->nal_unit_type != NAL_IDR_SLICE) {
361                 got_reset = scan_mmco_reset(s);
362                 if (got_reset < 0)
363                     return got_reset;
364             }
365
366             /* Set up the prev_ values for decoding POC of the next picture. */
367             h->prev_frame_num        = got_reset ? 0 : h->frame_num;
368             h->prev_frame_num_offset = got_reset ? 0 : h->frame_num_offset;
369             if (h->nal_ref_idc != 0) {
370                 if (!got_reset) {
371                     h->prev_poc_msb = h->poc_msb;
372                     h->prev_poc_lsb = h->poc_lsb;
373                 } else {
374                     h->prev_poc_msb = 0;
375                     h->prev_poc_lsb =
376                         h->picture_structure == PICT_BOTTOM_FIELD ? 0 : field_poc[0];
377                 }
378             }
379
380             if (h->sps.pic_struct_present_flag) {
381                 switch (h->sei_pic_struct) {
382                 case SEI_PIC_STRUCT_TOP_FIELD:
383                 case SEI_PIC_STRUCT_BOTTOM_FIELD:
384                     s->repeat_pict = 0;
385                     break;
386                 case SEI_PIC_STRUCT_FRAME:
387                 case SEI_PIC_STRUCT_TOP_BOTTOM:
388                 case SEI_PIC_STRUCT_BOTTOM_TOP:
389                     s->repeat_pict = 1;
390                     break;
391                 case SEI_PIC_STRUCT_TOP_BOTTOM_TOP:
392                 case SEI_PIC_STRUCT_BOTTOM_TOP_BOTTOM:
393                     s->repeat_pict = 2;
394                     break;
395                 case SEI_PIC_STRUCT_FRAME_DOUBLING:
396                     s->repeat_pict = 3;
397                     break;
398                 case SEI_PIC_STRUCT_FRAME_TRIPLING:
399                     s->repeat_pict = 5;
400                     break;
401                 default:
402                     s->repeat_pict = h->picture_structure == PICT_FRAME ? 1 : 0;
403                     break;
404                 }
405             } else {
406                 s->repeat_pict = h->picture_structure == PICT_FRAME ? 1 : 0;
407             }
408
409             if (h->picture_structure == PICT_FRAME) {
410                 s->picture_structure = AV_PICTURE_STRUCTURE_FRAME;
411                 if (h->sps.pic_struct_present_flag) {
412                     switch (h->sei_pic_struct) {
413                     case SEI_PIC_STRUCT_TOP_BOTTOM:
414                     case SEI_PIC_STRUCT_TOP_BOTTOM_TOP:
415                         s->field_order = AV_FIELD_TT;
416                         break;
417                     case SEI_PIC_STRUCT_BOTTOM_TOP:
418                     case SEI_PIC_STRUCT_BOTTOM_TOP_BOTTOM:
419                         s->field_order = AV_FIELD_BB;
420                         break;
421                     default:
422                         s->field_order = AV_FIELD_PROGRESSIVE;
423                         break;
424                     }
425                 } else {
426                     if (field_poc[0] < field_poc[1])
427                         s->field_order = AV_FIELD_TT;
428                     else if (field_poc[0] > field_poc[1])
429                         s->field_order = AV_FIELD_BB;
430                     else
431                         s->field_order = AV_FIELD_PROGRESSIVE;
432                 }
433             } else {
434                 if (h->picture_structure == PICT_TOP_FIELD)
435                     s->picture_structure = AV_PICTURE_STRUCTURE_TOP_FIELD;
436                 else
437                     s->picture_structure = AV_PICTURE_STRUCTURE_BOTTOM_FIELD;
438                 s->field_order = AV_FIELD_UNKNOWN;
439             }
440
441             return 0; /* no need to evaluate the rest */
442         }
443         buf += h->is_avc ? nalsize : consumed;
444     }
445     if (q264)
446         return 0;
447     /* didn't find a picture! */
448     av_log(h->avctx, AV_LOG_ERROR, "missing picture in access unit with size %d\n", buf_size);
449     return -1;
450 }
451
452 static int h264_parse(AVCodecParserContext *s,
453                       AVCodecContext *avctx,
454                       const uint8_t **poutbuf, int *poutbuf_size,
455                       const uint8_t *buf, int buf_size)
456 {
457     H264Context *h   = s->priv_data;
458     ParseContext *pc = &h->parse_context;
459     int next;
460
461     if (!h->got_first) {
462         h->got_first = 1;
463         if (avctx->extradata_size) {
464             h->avctx = avctx;
465             // must be done like in decoder, otherwise opening the parser,
466             // letting it create extradata and then closing and opening again
467             // will cause has_b_frames to be always set.
468             // Note that estimate_timings_from_pts does exactly this.
469             if (!avctx->has_b_frames)
470                 h->low_delay = 1;
471             ff_h264_decode_extradata(h, avctx->extradata, avctx->extradata_size);
472         }
473     }
474
475     if (s->flags & PARSER_FLAG_COMPLETE_FRAMES) {
476         next = buf_size;
477     } else {
478         next = h264_find_frame_end(h, buf, buf_size);
479
480         if (ff_combine_frame(pc, next, &buf, &buf_size) < 0) {
481             *poutbuf      = NULL;
482             *poutbuf_size = 0;
483             return buf_size;
484         }
485
486         if (next < 0 && next != END_NOT_FOUND) {
487             av_assert1(pc->last_index + next >= 0);
488             h264_find_frame_end(h, &pc->buffer[pc->last_index + next], -next); // update state
489         }
490     }
491
492     parse_nal_units(s, avctx, buf, buf_size);
493
494     if (h->sei_cpb_removal_delay >= 0) {
495         s->dts_sync_point    = h->sei_buffering_period_present;
496         s->dts_ref_dts_delta = h->sei_cpb_removal_delay;
497         s->pts_dts_delta     = h->sei_dpb_output_delay;
498     } else {
499         s->dts_sync_point    = INT_MIN;
500         s->dts_ref_dts_delta = INT_MIN;
501         s->pts_dts_delta     = INT_MIN;
502     }
503
504     if (s->flags & PARSER_FLAG_ONCE) {
505         s->flags &= PARSER_FLAG_COMPLETE_FRAMES;
506     }
507
508     *poutbuf      = buf;
509     *poutbuf_size = buf_size;
510     return next;
511 }
512
513 static int h264_split(AVCodecContext *avctx,
514                       const uint8_t *buf, int buf_size)
515 {
516     int i;
517     uint32_t state = -1;
518     int has_sps    = 0;
519
520     for (i = 0; i <= buf_size; i++) {
521         if ((state & 0xFFFFFF1F) == 0x107)
522             has_sps = 1;
523         /*  if ((state&0xFFFFFF1F) == 0x101 ||
524          *     (state&0xFFFFFF1F) == 0x102 ||
525          *     (state&0xFFFFFF1F) == 0x105) {
526          *  }
527          */
528         if ((state & 0xFFFFFF00) == 0x100 && (state & 0xFFFFFF1F) != 0x107 &&
529             (state & 0xFFFFFF1F) != 0x108 && (state & 0xFFFFFF1F) != 0x109) {
530             if (has_sps) {
531                 while (i > 4 && buf[i - 5] == 0)
532                     i--;
533                 return i - 4;
534             }
535         }
536         if (i < buf_size)
537             state = (state << 8) | buf[i];
538     }
539     return 0;
540 }
541
542 static void close(AVCodecParserContext *s)
543 {
544     H264Context *h   = s->priv_data;
545     ParseContext *pc = &h->parse_context;
546
547     av_free(pc->buffer);
548     ff_h264_free_context(h);
549 }
550
551 static av_cold int init(AVCodecParserContext *s)
552 {
553     H264Context *h = s->priv_data;
554     h->thread_context[0]   = h;
555     h->slice_context_count = 1;
556     ff_h264dsp_init(&h->h264dsp, 8, 1);
557     return 0;
558 }
559
560 AVCodecParser ff_h264_parser = {
561     .codec_ids      = { AV_CODEC_ID_H264 },
562     .priv_data_size = sizeof(H264Context),
563     .parser_init    = init,
564     .parser_parse   = h264_parse,
565     .parser_close   = close,
566     .split          = h264_split,
567 };