Merge commit 'c359d624d3efc3fd1d83210d78c4152bd329b765'
[ffmpeg.git] / 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 "hevcdec.h"
28 #include "h2645_parse.h"
29 #include "parser.h"
30
31 #define START_CODE 0x000001 ///< start_code_prefix_one_3bytes
32
33 #define IS_IRAP_NAL(nal) (nal->type >= 16 && nal->type <= 23)
34
35 #define ADVANCED_PARSER CONFIG_HEVC_DECODER
36
37 typedef struct HEVCParserContext {
38     ParseContext pc;
39
40     H2645Packet pkt;
41     HEVCParamSets ps;
42
43     int parsed_extradata;
44
45 #if ADVANCED_PARSER
46     HEVCContext h;
47 #endif
48 } HEVCParserContext;
49
50 #if !ADVANCED_PARSER
51 static int hevc_parse_slice_header(AVCodecParserContext *s, H2645NAL *nal,
52                                    AVCodecContext *avctx)
53 {
54     HEVCParserContext *ctx = s->priv_data;
55     GetBitContext *gb = &nal->gb;
56
57     HEVCPPS *pps;
58     HEVCSPS *sps;
59     unsigned int pps_id;
60
61     get_bits1(gb);          // first slice in pic
62     if (IS_IRAP_NAL(nal))
63         get_bits1(gb);      // no output of prior pics
64
65     pps_id = get_ue_golomb_long(gb);
66     if (pps_id >= HEVC_MAX_PPS_COUNT || !ctx->ps.pps_list[pps_id]) {
67         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "PPS id out of range: %d\n", pps_id);
68         return AVERROR_INVALIDDATA;
69     }
70     pps = (HEVCPPS*)ctx->ps.pps_list[pps_id]->data;
71     sps = (HEVCSPS*)ctx->ps.sps_list[pps->sps_id]->data;
72
73     /* export the stream parameters */
74     s->coded_width  = sps->width;
75     s->coded_height = sps->height;
76     s->width        = sps->output_width;
77     s->height       = sps->output_height;
78     s->format       = sps->pix_fmt;
79     avctx->profile  = sps->ptl.general_ptl.profile_idc;
80     avctx->level    = sps->ptl.general_ptl.level_idc;
81
82     /* ignore the rest for now*/
83
84     return 0;
85 }
86
87 static int parse_nal_units(AVCodecParserContext *s, const uint8_t *buf,
88                            int buf_size, AVCodecContext *avctx)
89 {
90     HEVCParserContext *ctx = s->priv_data;
91     int ret, i;
92
93     ret = ff_h2645_packet_split(&ctx->pkt, buf, buf_size, avctx, 0, 0,
94                                 AV_CODEC_ID_HEVC, 1);
95     if (ret < 0)
96         return ret;
97
98     for (i = 0; i < ctx->pkt.nb_nals; i++) {
99         H2645NAL *nal = &ctx->pkt.nals[i];
100
101         /* ignore everything except parameter sets and VCL NALUs */
102         switch (nal->type) {
103         case HEVC_NAL_VPS: ff_hevc_decode_nal_vps(&nal->gb, avctx, &ctx->ps);    break;
104         case HEVC_NAL_SPS: ff_hevc_decode_nal_sps(&nal->gb, avctx, &ctx->ps, 1); break;
105         case HEVC_NAL_PPS: ff_hevc_decode_nal_pps(&nal->gb, avctx, &ctx->ps);    break;
106         case HEVC_NAL_TRAIL_R:
107         case HEVC_NAL_TRAIL_N:
108         case HEVC_NAL_TSA_N:
109         case HEVC_NAL_TSA_R:
110         case HEVC_NAL_STSA_N:
111         case HEVC_NAL_STSA_R:
112         case HEVC_NAL_BLA_W_LP:
113         case HEVC_NAL_BLA_W_RADL:
114         case HEVC_NAL_BLA_N_LP:
115         case HEVC_NAL_IDR_W_RADL:
116         case HEVC_NAL_IDR_N_LP:
117         case HEVC_NAL_CRA_NUT:
118         case HEVC_NAL_RADL_N:
119         case HEVC_NAL_RADL_R:
120         case HEVC_NAL_RASL_N:
121         case HEVC_NAL_RASL_R:
122             if (buf == avctx->extradata) {
123                 av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "Invalid NAL unit: %d\n", nal->type);
124                 return AVERROR_INVALIDDATA;
125             }
126             hevc_parse_slice_header(s, nal, avctx);
127             break;
128         }
129     }
130
131     return 0;
132 }
133 #endif
134
135 /**
136  * Find the end of the current frame in the bitstream.
137  * @return the position of the first byte of the next frame, or END_NOT_FOUND
138  */
139 static int hevc_find_frame_end(AVCodecParserContext *s, const uint8_t *buf,
140                                int buf_size)
141 {
142     int i;
143     ParseContext *pc = s->priv_data;
144
145     for (i = 0; i < buf_size; i++) {
146         int nut;
147
148         pc->state64 = (pc->state64 << 8) | buf[i];
149
150         if (((pc->state64 >> 3 * 8) & 0xFFFFFF) != START_CODE)
151             continue;
152
153         nut = (pc->state64 >> 2 * 8 + 1) & 0x3F;
154         // Beginning of access unit
155         if ((nut >= HEVC_NAL_VPS && nut <= HEVC_NAL_AUD) || nut == HEVC_NAL_SEI_PREFIX ||
156             (nut >= 41 && nut <= 44) || (nut >= 48 && nut <= 55)) {
157             if (pc->frame_start_found) {
158                 pc->frame_start_found = 0;
159                 return i - 5;
160             }
161         } else if (nut <= HEVC_NAL_RASL_R ||
162                    (nut >= HEVC_NAL_BLA_W_LP && nut <= HEVC_NAL_CRA_NUT)) {
163             int first_slice_segment_in_pic_flag = buf[i] >> 7;
164             if (first_slice_segment_in_pic_flag) {
165                 if (!pc->frame_start_found) {
166                     pc->frame_start_found = 1;
167                 } else { // First slice of next frame found
168                     pc->frame_start_found = 0;
169                     return i - 5;
170                 }
171             }
172         }
173     }
174
175     return END_NOT_FOUND;
176 }
177
178 #if ADVANCED_PARSER
179 /**
180  * Parse NAL units of found picture and decode some basic information.
181  *
182  * @param s parser context.
183  * @param avctx codec context.
184  * @param buf buffer with field/frame data.
185  * @param buf_size size of the buffer.
186  */
187 static inline int parse_nal_units(AVCodecParserContext *s, const uint8_t *buf,
188                            int buf_size, AVCodecContext *avctx)
189 {
190     HEVCParserContext *ctx = s->priv_data;
191     HEVCContext       *h   = &ctx->h;
192     GetBitContext      *gb;
193     SliceHeader        *sh = &h->sh;
194     HEVCParamSets *ps = &h->ps;
195     H2645Packet   *pkt = &ctx->pkt;
196     const uint8_t *buf_end = buf + buf_size;
197     int state = -1, i;
198     H2645NAL *nal;
199     int is_global = buf == avctx->extradata;
200
201     if (!h->HEVClc)
202         h->HEVClc = av_mallocz(sizeof(HEVCLocalContext));
203     if (!h->HEVClc)
204         return AVERROR(ENOMEM);
205
206     gb = &h->HEVClc->gb;
207
208     /* set some sane default values */
209     s->pict_type         = AV_PICTURE_TYPE_I;
210     s->key_frame         = 0;
211     s->picture_structure = AV_PICTURE_STRUCTURE_UNKNOWN;
212
213     h->avctx = avctx;
214
215     ff_hevc_reset_sei(h);
216
217     if (!buf_size)
218         return 0;
219
220     if (pkt->nals_allocated < 1) {
221         H2645NAL *tmp = av_realloc_array(pkt->nals, 1, sizeof(*tmp));
222         if (!tmp)
223             return AVERROR(ENOMEM);
224         pkt->nals = tmp;
225         memset(pkt->nals, 0, sizeof(*tmp));
226         pkt->nals_allocated = 1;
227     }
228
229     nal = &pkt->nals[0];
230
231     for (;;) {
232         int src_length, consumed;
233         int ret;
234         int num = 0, den = 0;
235         buf = avpriv_find_start_code(buf, buf_end, &state);
236         if (--buf + 2 >= buf_end)
237             break;
238         src_length = buf_end - buf;
239
240         h->nal_unit_type = (*buf >> 1) & 0x3f;
241         h->temporal_id   = (*(buf + 1) & 0x07) - 1;
242         if (h->nal_unit_type <= HEVC_NAL_CRA_NUT) {
243             // Do not walk the whole buffer just to decode slice segment header
244             if (src_length > 20)
245                 src_length = 20;
246         }
247
248         consumed = ff_h2645_extract_rbsp(buf, src_length, nal, 1);
249         if (consumed < 0)
250             return consumed;
251
252         ret = init_get_bits8(gb, nal->data + 2, nal->size);
253         if (ret < 0)
254             return ret;
255
256         switch (h->nal_unit_type) {
257         case HEVC_NAL_VPS:
258             ff_hevc_decode_nal_vps(gb, avctx, ps);
259             break;
260         case HEVC_NAL_SPS:
261             ff_hevc_decode_nal_sps(gb, avctx, ps, 1);
262             break;
263         case HEVC_NAL_PPS:
264             ff_hevc_decode_nal_pps(gb, avctx, ps);
265             break;
266         case HEVC_NAL_SEI_PREFIX:
267         case HEVC_NAL_SEI_SUFFIX:
268             ff_hevc_decode_nal_sei(h);
269             break;
270         case HEVC_NAL_TRAIL_N:
271         case HEVC_NAL_TRAIL_R:
272         case HEVC_NAL_TSA_N:
273         case HEVC_NAL_TSA_R:
274         case HEVC_NAL_STSA_N:
275         case HEVC_NAL_STSA_R:
276         case HEVC_NAL_RADL_N:
277         case HEVC_NAL_RADL_R:
278         case HEVC_NAL_RASL_N:
279         case HEVC_NAL_RASL_R:
280         case HEVC_NAL_BLA_W_LP:
281         case HEVC_NAL_BLA_W_RADL:
282         case HEVC_NAL_BLA_N_LP:
283         case HEVC_NAL_IDR_W_RADL:
284         case HEVC_NAL_IDR_N_LP:
285         case HEVC_NAL_CRA_NUT:
286
287             if (is_global) {
288                 av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "Invalid NAL unit: %d\n", h->nal_unit_type);
289                 return AVERROR_INVALIDDATA;
290             }
291
292             sh->first_slice_in_pic_flag = get_bits1(gb);
293             s->picture_structure = h->picture_struct;
294             s->field_order = h->picture_struct;
295
296             if (IS_IRAP(h)) {
297                 s->key_frame = 1;
298                 sh->no_output_of_prior_pics_flag = get_bits1(gb);
299             }
300
301             sh->pps_id = get_ue_golomb(gb);
302             if (sh->pps_id >= HEVC_MAX_PPS_COUNT || !ps->pps_list[sh->pps_id]) {
303                 av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "PPS id out of range: %d\n", sh->pps_id);
304                 return AVERROR_INVALIDDATA;
305             }
306             ps->pps = (HEVCPPS*)ps->pps_list[sh->pps_id]->data;
307
308             if (ps->pps->sps_id >= HEVC_MAX_SPS_COUNT || !ps->sps_list[ps->pps->sps_id]) {
309                 av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "SPS id out of range: %d\n", ps->pps->sps_id);
310                 return AVERROR_INVALIDDATA;
311             }
312             if (ps->sps != (HEVCSPS*)ps->sps_list[ps->pps->sps_id]->data) {
313                 ps->sps = (HEVCSPS*)ps->sps_list[ps->pps->sps_id]->data;
314                 ps->vps = (HEVCVPS*)ps->vps_list[ps->sps->vps_id]->data;
315             }
316
317             s->coded_width  = ps->sps->width;
318             s->coded_height = ps->sps->height;
319             s->width        = ps->sps->output_width;
320             s->height       = ps->sps->output_height;
321             s->format       = ps->sps->pix_fmt;
322             avctx->profile  = ps->sps->ptl.general_ptl.profile_idc;
323             avctx->level    = ps->sps->ptl.general_ptl.level_idc;
324
325             if (ps->vps->vps_timing_info_present_flag) {
326                 num = ps->vps->vps_num_units_in_tick;
327                 den = ps->vps->vps_time_scale;
328             } else if (ps->sps->vui.vui_timing_info_present_flag) {
329                 num = ps->sps->vui.vui_num_units_in_tick;
330                 den = ps->sps->vui.vui_time_scale;
331             }
332
333             if (num != 0 && den != 0)
334                 av_reduce(&avctx->framerate.den, &avctx->framerate.num,
335                           num, den, 1 << 30);
336
337             if (!sh->first_slice_in_pic_flag) {
338                 int slice_address_length;
339
340                 if (ps->pps->dependent_slice_segments_enabled_flag)
341                     sh->dependent_slice_segment_flag = get_bits1(gb);
342                 else
343                     sh->dependent_slice_segment_flag = 0;
344
345                 slice_address_length = av_ceil_log2_c(ps->sps->ctb_width *
346                                                       ps->sps->ctb_height);
347                 sh->slice_segment_addr = get_bitsz(gb, slice_address_length);
348                 if (sh->slice_segment_addr >= ps->sps->ctb_width * ps->sps->ctb_height) {
349                     av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "Invalid slice segment address: %u.\n",
350                            sh->slice_segment_addr);
351                     return AVERROR_INVALIDDATA;
352                 }
353             } else
354                 sh->dependent_slice_segment_flag = 0;
355
356             if (sh->dependent_slice_segment_flag)
357                 break;
358
359             for (i = 0; i < ps->pps->num_extra_slice_header_bits; i++)
360                 skip_bits(gb, 1); // slice_reserved_undetermined_flag[]
361
362             sh->slice_type = get_ue_golomb(gb);
363             if (!(sh->slice_type == I_SLICE || sh->slice_type == P_SLICE ||
364                   sh->slice_type == B_SLICE)) {
365                 av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "Unknown slice type: %d.\n",
366                        sh->slice_type);
367                 return AVERROR_INVALIDDATA;
368             }
369             s->pict_type = sh->slice_type == B_SLICE ? AV_PICTURE_TYPE_B :
370                            sh->slice_type == P_SLICE ? AV_PICTURE_TYPE_P :
371                                                        AV_PICTURE_TYPE_I;
372
373             if (ps->pps->output_flag_present_flag)
374                 sh->pic_output_flag = get_bits1(gb);
375
376             if (ps->sps->separate_colour_plane_flag)
377                 sh->colour_plane_id = get_bits(gb, 2);
378
379             if (!IS_IDR(h)) {
380                 sh->pic_order_cnt_lsb = get_bits(gb, ps->sps->log2_max_poc_lsb);
381                 s->output_picture_number = h->poc = ff_hevc_compute_poc(h, sh->pic_order_cnt_lsb);
382             } else
383                 s->output_picture_number = h->poc = 0;
384
385             if (h->temporal_id == 0 &&
386                 h->nal_unit_type != HEVC_NAL_TRAIL_N &&
387                 h->nal_unit_type != HEVC_NAL_TSA_N &&
388                 h->nal_unit_type != HEVC_NAL_STSA_N &&
389                 h->nal_unit_type != HEVC_NAL_RADL_N &&
390                 h->nal_unit_type != HEVC_NAL_RASL_N &&
391                 h->nal_unit_type != HEVC_NAL_RADL_R &&
392                 h->nal_unit_type != HEVC_NAL_RASL_R)
393                 h->pocTid0 = h->poc;
394
395             return 0; /* no need to evaluate the rest */
396         }
397         buf += consumed;
398     }
399     /* didn't find a picture! */
400     if (!is_global)
401         av_log(h->avctx, AV_LOG_ERROR, "missing picture in access unit\n");
402     return -1;
403 }
404 #endif
405
406 static int hevc_parse(AVCodecParserContext *s,
407                       AVCodecContext *avctx,
408                       const uint8_t **poutbuf, int *poutbuf_size,
409                       const uint8_t *buf, int buf_size)
410 {
411     int next;
412     HEVCParserContext *ctx = s->priv_data;
413     ParseContext *pc = &ctx->pc;
414
415     if (avctx->extradata && !ctx->parsed_extradata) {
416         parse_nal_units(s, avctx->extradata, avctx->extradata_size, avctx);
417         ctx->parsed_extradata = 1;
418     }
419
420     if (s->flags & PARSER_FLAG_COMPLETE_FRAMES) {
421         next = buf_size;
422     } else {
423         next = hevc_find_frame_end(s, buf, buf_size);
424         if (ff_combine_frame(pc, next, &buf, &buf_size) < 0) {
425             *poutbuf      = NULL;
426             *poutbuf_size = 0;
427             return buf_size;
428         }
429     }
430
431     parse_nal_units(s, buf, buf_size, avctx);
432
433     *poutbuf      = buf;
434     *poutbuf_size = buf_size;
435     return next;
436 }
437
438 // Split after the parameter sets at the beginning of the stream if they exist.
439 static int hevc_split(AVCodecContext *avctx, const uint8_t *buf, int buf_size)
440 {
441     const uint8_t *ptr = buf, *end = buf + buf_size;
442     uint32_t state = -1;
443     int has_vps = 0;
444     int has_sps = 0;
445     int has_pps = 0;
446     int nut;
447
448     while (ptr < end) {
449         ptr = avpriv_find_start_code(ptr, end, &state);
450         if ((state >> 8) != START_CODE)
451             break;
452         nut = (state >> 1) & 0x3F;
453         if (nut == HEVC_NAL_VPS)
454             has_vps = 1;
455         else if (nut == HEVC_NAL_SPS)
456             has_sps = 1;
457         else if (nut == HEVC_NAL_PPS)
458             has_pps = 1;
459         else if ((nut != HEVC_NAL_SEI_PREFIX || has_pps) &&
460                   nut != HEVC_NAL_AUD) {
461             if (has_vps && has_sps) {
462                 while (ptr - 4 > buf && ptr[-5] == 0)
463                     ptr--;
464                 return ptr - 4 - buf;
465             }
466         }
467     }
468     return 0;
469 }
470
471 static void hevc_parser_close(AVCodecParserContext *s)
472 {
473     HEVCParserContext *ctx = s->priv_data;
474     int i;
475
476 #if ADVANCED_PARSER
477     HEVCContext  *h  = &ctx->h;
478
479     for (i = 0; i < FF_ARRAY_ELEMS(h->ps.vps_list); i++)
480         av_buffer_unref(&h->ps.vps_list[i]);
481     for (i = 0; i < FF_ARRAY_ELEMS(h->ps.sps_list); i++)
482         av_buffer_unref(&h->ps.sps_list[i]);
483     for (i = 0; i < FF_ARRAY_ELEMS(h->ps.pps_list); i++)
484         av_buffer_unref(&h->ps.pps_list[i]);
485
486     h->ps.sps = NULL;
487
488     av_freep(&h->HEVClc);
489 #endif
490
491     for (i = 0; i < FF_ARRAY_ELEMS(ctx->ps.vps_list); i++)
492         av_buffer_unref(&ctx->ps.vps_list[i]);
493     for (i = 0; i < FF_ARRAY_ELEMS(ctx->ps.sps_list); i++)
494         av_buffer_unref(&ctx->ps.sps_list[i]);
495     for (i = 0; i < FF_ARRAY_ELEMS(ctx->ps.pps_list); i++)
496         av_buffer_unref(&ctx->ps.pps_list[i]);
497
498     ctx->ps.sps = NULL;
499
500     ff_h2645_packet_uninit(&ctx->pkt);
501
502     av_freep(&ctx->pc.buffer);
503 }
504
505 AVCodecParser ff_hevc_parser = {
506     .codec_ids      = { AV_CODEC_ID_HEVC },
507     .priv_data_size = sizeof(HEVCParserContext),
508     .parser_parse   = hevc_parse,
509     .parser_close   = hevc_parser_close,
510     .split          = hevc_split,
511 };