3c7c3c377d4efa01df180e220d538050357eef53
[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 "parser.h"
26 #include "hevc.h"
27 #include "golomb.h"
28
29 #define START_CODE 0x000001 ///< start_code_prefix_one_3bytes
30
31 typedef struct HEVCParseContext {
32     HEVCContext  h;
33     ParseContext pc;
34 } HEVCParseContext;
35
36 /**
37  * Find the end of the current frame in the bitstream.
38  * @return the position of the first byte of the next frame, or END_NOT_FOUND
39  */
40 static int hevc_find_frame_end(AVCodecParserContext *s, const uint8_t *buf,
41                                int buf_size)
42 {
43     int i;
44     ParseContext *pc = &((HEVCParseContext *)s->priv_data)->pc;
45
46     for (i = 0; i < buf_size; i++) {
47         int nut;
48
49         pc->state64 = (pc->state64 << 8) | buf[i];
50
51         if (((pc->state64 >> 3 * 8) & 0xFFFFFF) != START_CODE)
52             continue;
53
54         nut = (pc->state64 >> 2 * 8 + 1) & 0x3F;
55         // Beginning of access unit
56         if ((nut >= NAL_VPS && nut <= NAL_AUD) || nut == NAL_SEI_PREFIX ||
57             (nut >= 41 && nut <= 44) || (nut >= 48 && nut <= 55)) {
58             if (pc->frame_start_found) {
59                 pc->frame_start_found = 0;
60                 return i - 5;
61             }
62         } else if (nut <= NAL_RASL_R ||
63                    (nut >= NAL_BLA_W_LP && nut <= NAL_CRA_NUT)) {
64             int first_slice_segment_in_pic_flag = buf[i] >> 7;
65             if (first_slice_segment_in_pic_flag) {
66                 if (!pc->frame_start_found) {
67                     pc->frame_start_found = 1;
68                 } else { // First slice of next frame found
69                     pc->frame_start_found = 0;
70                     return i - 5;
71                 }
72             }
73         }
74     }
75
76     return END_NOT_FOUND;
77 }
78
79 /**
80  * Parse NAL units of found picture and decode some basic information.
81  *
82  * @param s parser context.
83  * @param avctx codec context.
84  * @param buf buffer with field/frame data.
85  * @param buf_size size of the buffer.
86  */
87 static inline int parse_nal_units(AVCodecParserContext *s, AVCodecContext *avctx,
88                       const uint8_t *buf, int buf_size)
89 {
90     HEVCContext   *h  = &((HEVCParseContext *)s->priv_data)->h;
91     GetBitContext *gb = &h->HEVClc->gb;
92     SliceHeader   *sh = &h->sh;
93     const uint8_t *buf_end = buf + buf_size;
94     int state = -1, i;
95     HEVCNAL *nal;
96
97     /* set some sane default values */
98     s->pict_type         = AV_PICTURE_TYPE_I;
99     s->key_frame         = 0;
100     s->picture_structure = AV_PICTURE_STRUCTURE_UNKNOWN;
101
102     h->avctx = avctx;
103
104     if (!buf_size)
105         return 0;
106
107     if (h->nals_allocated < 1) {
108         HEVCNAL *tmp = av_realloc_array(h->nals, 1, sizeof(*tmp));
109         if (!tmp)
110             return AVERROR(ENOMEM);
111         h->nals = tmp;
112         memset(h->nals, 0, sizeof(*tmp));
113         h->nals_allocated = 1;
114     }
115
116     nal = &h->nals[0];
117
118     for (;;) {
119         int src_length, consumed;
120         buf = avpriv_find_start_code(buf, buf_end, &state);
121         if (--buf + 2 >= buf_end)
122             break;
123         src_length = buf_end - buf;
124
125         h->nal_unit_type = (*buf >> 1) & 0x3f;
126         h->temporal_id   = (*(buf + 1) & 0x07) - 1;
127         if (h->nal_unit_type <= NAL_CRA_NUT) {
128             // Do not walk the whole buffer just to decode slice segment header
129             if (src_length > 20)
130                 src_length = 20;
131         }
132
133         consumed = ff_hevc_extract_rbsp(h, buf, src_length, nal);
134         if (consumed < 0)
135             return consumed;
136
137         init_get_bits8(gb, nal->data + 2, nal->size);
138         switch (h->nal_unit_type) {
139         case NAL_VPS:
140             ff_hevc_decode_nal_vps(h);
141             break;
142         case NAL_SPS:
143             ff_hevc_decode_nal_sps(h);
144             break;
145         case NAL_PPS:
146             ff_hevc_decode_nal_pps(h);
147             break;
148         case NAL_SEI_PREFIX:
149         case NAL_SEI_SUFFIX:
150             ff_hevc_decode_nal_sei(h);
151             break;
152         case NAL_TRAIL_N:
153         case NAL_TRAIL_R:
154         case NAL_TSA_N:
155         case NAL_TSA_R:
156         case NAL_STSA_N:
157         case NAL_STSA_R:
158         case NAL_RADL_N:
159         case NAL_RADL_R:
160         case NAL_RASL_N:
161         case NAL_RASL_R:
162         case NAL_BLA_W_LP:
163         case NAL_BLA_W_RADL:
164         case NAL_BLA_N_LP:
165         case NAL_IDR_W_RADL:
166         case NAL_IDR_N_LP:
167         case NAL_CRA_NUT:
168             sh->first_slice_in_pic_flag = get_bits1(gb);
169             s->picture_structure = h->picture_struct;
170             s->field_order = h->picture_struct;
171
172             if (IS_IRAP(h)) {
173                 s->key_frame = 1;
174                 sh->no_output_of_prior_pics_flag = get_bits1(gb);
175             }
176
177             sh->pps_id = get_ue_golomb(gb);
178             if (sh->pps_id >= MAX_PPS_COUNT || !h->pps_list[sh->pps_id]) {
179                 av_log(h->avctx, AV_LOG_ERROR, "PPS id out of range: %d\n", sh->pps_id);
180                 return AVERROR_INVALIDDATA;
181             }
182             h->pps = (HEVCPPS*)h->pps_list[sh->pps_id]->data;
183
184             if (h->pps->sps_id >= MAX_SPS_COUNT || !h->sps_list[h->pps->sps_id]) {
185                 av_log(h->avctx, AV_LOG_ERROR, "SPS id out of range: %d\n", h->pps->sps_id);
186                 return AVERROR_INVALIDDATA;
187             }
188             if (h->sps != (HEVCSPS*)h->sps_list[h->pps->sps_id]->data) {
189                 h->sps = (HEVCSPS*)h->sps_list[h->pps->sps_id]->data;
190                 h->vps = (HEVCVPS*)h->vps_list[h->sps->vps_id]->data;
191             }
192
193             if (!sh->first_slice_in_pic_flag) {
194                 int slice_address_length;
195
196                 if (h->pps->dependent_slice_segments_enabled_flag)
197                     sh->dependent_slice_segment_flag = get_bits1(gb);
198                 else
199                     sh->dependent_slice_segment_flag = 0;
200
201                 slice_address_length = av_ceil_log2_c(h->sps->ctb_width *
202                                                       h->sps->ctb_height);
203                 sh->slice_segment_addr = get_bits(gb, slice_address_length);
204                 if (sh->slice_segment_addr >= h->sps->ctb_width * h->sps->ctb_height) {
205                     av_log(h->avctx, AV_LOG_ERROR, "Invalid slice segment address: %u.\n",
206                            sh->slice_segment_addr);
207                     return AVERROR_INVALIDDATA;
208                 }
209             } else
210                 sh->dependent_slice_segment_flag = 0;
211
212             if (sh->dependent_slice_segment_flag)
213                 break;
214
215             for (i = 0; i < h->pps->num_extra_slice_header_bits; i++)
216                 skip_bits(gb, 1); // slice_reserved_undetermined_flag[]
217
218             sh->slice_type = get_ue_golomb(gb);
219             if (!(sh->slice_type == I_SLICE || sh->slice_type == P_SLICE ||
220                   sh->slice_type == B_SLICE)) {
221                 av_log(h->avctx, AV_LOG_ERROR, "Unknown slice type: %d.\n",
222                        sh->slice_type);
223                 return AVERROR_INVALIDDATA;
224             }
225             s->pict_type = sh->slice_type == B_SLICE ? AV_PICTURE_TYPE_B :
226                            sh->slice_type == P_SLICE ? AV_PICTURE_TYPE_P :
227                                                        AV_PICTURE_TYPE_I;
228
229             if (h->pps->output_flag_present_flag)
230                 sh->pic_output_flag = get_bits1(gb);
231
232             if (h->sps->separate_colour_plane_flag)
233                 sh->colour_plane_id = get_bits(gb, 2);
234
235             if (!IS_IDR(h)) {
236                 sh->pic_order_cnt_lsb = get_bits(gb, h->sps->log2_max_poc_lsb);
237                 s->output_picture_number = h->poc = ff_hevc_compute_poc(h, sh->pic_order_cnt_lsb);
238             } else
239                 s->output_picture_number = h->poc = 0;
240
241             if (h->temporal_id == 0 &&
242                 h->nal_unit_type != NAL_TRAIL_N &&
243                 h->nal_unit_type != NAL_TSA_N &&
244                 h->nal_unit_type != NAL_STSA_N &&
245                 h->nal_unit_type != NAL_RADL_N &&
246                 h->nal_unit_type != NAL_RASL_N &&
247                 h->nal_unit_type != NAL_RADL_R &&
248                 h->nal_unit_type != NAL_RASL_R)
249                 h->pocTid0 = h->poc;
250
251             return 0; /* no need to evaluate the rest */
252         }
253         buf += consumed;
254     }
255     /* didn't find a picture! */
256     av_log(h->avctx, AV_LOG_ERROR, "missing picture in access unit\n");
257     return -1;
258 }
259
260 static int hevc_parse(AVCodecParserContext *s,
261                       AVCodecContext *avctx,
262                       const uint8_t **poutbuf, int *poutbuf_size,
263                       const uint8_t *buf, int buf_size)
264 {
265     int next;
266     ParseContext *pc = &((HEVCParseContext *)s->priv_data)->pc;
267
268     if (s->flags & PARSER_FLAG_COMPLETE_FRAMES) {
269         next = buf_size;
270     } else {
271         next = hevc_find_frame_end(s, buf, buf_size);
272         if (ff_combine_frame(pc, next, &buf, &buf_size) < 0) {
273             *poutbuf      = NULL;
274             *poutbuf_size = 0;
275             return buf_size;
276         }
277     }
278
279     parse_nal_units(s, avctx, buf, buf_size);
280
281     *poutbuf      = buf;
282     *poutbuf_size = buf_size;
283     return next;
284 }
285
286 // Split after the parameter sets at the beginning of the stream if they exist.
287 static int hevc_split(AVCodecContext *avctx, const uint8_t *buf, int buf_size)
288 {
289     const uint8_t *ptr = buf, *end = buf + buf_size;
290     uint32_t state = -1;
291     int has_ps = 0, nut;
292
293     while (ptr < end) {
294         ptr = avpriv_find_start_code(ptr, end, &state);
295         if ((state >> 8) != START_CODE)
296             break;
297         nut = (state >> 1) & 0x3F;
298         if (nut >= NAL_VPS && nut <= NAL_PPS)
299             has_ps = 1;
300         else if (has_ps)
301             return ptr - 4 - buf;
302         else // no parameter set at the beginning of the stream
303             return 0;
304     }
305     return 0;
306 }
307
308 static int hevc_init(AVCodecParserContext *s)
309 {
310     HEVCContext  *h  = &((HEVCParseContext *)s->priv_data)->h;
311     h->HEVClc = av_mallocz(sizeof(HEVCLocalContext));
312     if (!h->HEVClc)
313         return AVERROR(ENOMEM);
314     h->skipped_bytes_pos_size = INT_MAX;
315
316     return 0;
317 }
318
319 static void hevc_close(AVCodecParserContext *s)
320 {
321     int i;
322     HEVCContext  *h  = &((HEVCParseContext *)s->priv_data)->h;
323     ParseContext *pc = &((HEVCParseContext *)s->priv_data)->pc;
324
325     av_freep(&h->skipped_bytes_pos);
326     av_freep(&h->HEVClc);
327     av_freep(&pc->buffer);
328
329     for (i = 0; i < FF_ARRAY_ELEMS(h->vps_list); i++)
330         av_buffer_unref(&h->vps_list[i]);
331     for (i = 0; i < FF_ARRAY_ELEMS(h->sps_list); i++)
332         av_buffer_unref(&h->sps_list[i]);
333     for (i = 0; i < FF_ARRAY_ELEMS(h->pps_list); i++)
334         av_buffer_unref(&h->pps_list[i]);
335
336     h->sps = NULL;
337
338     for (i = 0; i < h->nals_allocated; i++)
339         av_freep(&h->nals[i].rbsp_buffer);
340     av_freep(&h->nals);
341     h->nals_allocated = 0;
342 }
343
344 AVCodecParser ff_hevc_parser = {
345     .codec_ids      = { AV_CODEC_ID_HEVC },
346     .priv_data_size = sizeof(HEVCParseContext),
347     .parser_init    = hevc_init,
348     .parser_parse   = hevc_parse,
349     .parser_close   = hevc_close,
350     .split          = hevc_split,
351 };