git.sesse.net Git - ffmpeg/blob - libavcodec/cabac.c

   1 /*
   2  * H.26L/H.264/AVC/JVT/14496-10/... encoder/decoder
   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  * Context Adaptive Binary Arithmetic Coder.
  25  */
  26
  27 #include <string.h>
  28
  29 #include "libavutil/common.h"
  30 #include "libavutil/timer.h"
  31 #include "get_bits.h"
  32 #include "cabac.h"
  33 #include "cabac_functions.h"
  34
  35 const uint8_t ff_h264_cabac_tables[512 + 4*2*64 + 4*64 + 63] = {
  36     9,8,7,7,6,6,6,6,5,5,5,5,5,5,5,5,
  37     4,4,4,4,4,4,4,4,4,4,4,4,4,4,4,4,
  38     3,3,3,3,3,3,3,3,3,3,3,3,3,3,3,3,
  39     3,3,3,3,3,3,3,3,3,3,3,3,3,3,3,3,
  40     2,2,2,2,2,2,2,2,2,2,2,2,2,2,2,2,
  41     2,2,2,2,2,2,2,2,2,2,2,2,2,2,2,2,
  42     2,2,2,2,2,2,2,2,2,2,2,2,2,2,2,2,
  43     2,2,2,2,2,2,2,2,2,2,2,2,2,2,2,2,
  44     1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,
  45     1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,
  46     1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,
  47     1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,
  48     0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,
  49     0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,
  50     0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,
  51     0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,
  52     0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,
  53     0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,
  54     0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,
  55     0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,
  56     // LPS range
  57     -128,    -128,    -128,    -128,    -128,    -128,    123,     123,
  58     116,     116,     111,     111,     105,     105,     100,     100,
  59     95,      95,      90,      90,      85,      85,      81,      81,
  60     77,      77,      73,      73,      69,      69,      66,      66,
  61     62,      62,      59,      59,      56,      56,      53,      53,
  62     51,      51,      48,      48,      46,      46,      43,      43,
  63     41,      41,      39,      39,      37,      37,      35,      35,
  64     33,      33,      32,      32,      30,      30,      29,      29,
  65     27,      27,      26,      26,      24,      24,      23,      23,
  66     22,      22,      21,      21,      20,      20,      19,      19,
  67     18,      18,      17,      17,      16,      16,      15,      15,
  68     14,      14,      14,      14,      13,      13,      12,      12,
  69     12,      12,      11,      11,      11,      11,      10,      10,
  70     10,      10,      9,       9,       9,       9,       8,       8,
  71     8,       8,       7,       7,       7,       7,       7,       7,
  72     6,       6,       6,       6,       6,       6,       2,       2,
  73     -80,     -80,     -89,     -89,     -98,     -98,     -106,    -106,
  74     -114,    -114,    -121,    -121,    -128,    -128,    122,     122,
  75     116,     116,     110,     110,     104,     104,     99,      99,
  76     94,      94,      89,      89,      85,      85,      80,      80,
  77     76,      76,      72,      72,      69,      69,      65,      65,
  78     62,      62,      59,      59,      56,      56,      53,      53,
  79     50,      50,      48,      48,      45,      45,      43,      43,
  80     41,      41,      39,      39,      37,      37,      35,      35,
  81     33,      33,      31,      31,      30,      30,      28,      28,
  82     27,      27,      26,      26,      24,      24,      23,      23,
  83     22,      22,      21,      21,      20,      20,      19,      19,
  84     18,      18,      17,      17,      16,      16,      15,      15,
  85     14,      14,      14,      14,      13,      13,      12,      12,
  86     12,      12,      11,      11,      11,      11,      10,      10,
  87     9,       9,       9,       9,       9,       9,       8,       8,
  88     8,       8,       7,       7,       7,       7,       2,       2,
  89     -48,     -48,     -59,     -59,     -69,     -69,     -78,     -78,
  90     -87,     -87,     -96,     -96,     -104,    -104,    -112,    -112,
  91     -119,    -119,    -126,    -126,    123,     123,     117,     117,
  92     111,     111,     105,     105,     100,     100,     95,      95,
  93     90,      90,      86,      86,      81,      81,      77,      77,
  94     73,      73,      69,      69,      66,      66,      63,      63,
  95     59,      59,      56,      56,      54,      54,      51,      51,
  96     48,      48,      46,      46,      43,      43,      41,      41,
  97     39,      39,      37,      37,      35,      35,      33,      33,
  98     32,      32,      30,      30,      29,      29,      27,      27,
  99     26,      26,      25,      25,      23,      23,      22,      22,
 100     21,      21,      20,      20,      19,      19,      18,      18,
 101     17,      17,      16,      16,      15,      15,      15,      15,
 102     14,      14,      13,      13,      12,      12,      12,      12,
 103     11,      11,      11,      11,      10,      10,      10,      10,
 104     9,       9,       9,       9,       8,       8,       2,       2,
 105     -16,     -16,     -29,     -29,     -40,     -40,     -51,     -51,
 106     -61,     -61,     -71,     -71,     -81,     -81,     -90,     -90,
 107     -98,     -98,     -106,    -106,    -114,    -114,    -121,    -121,
 108     -128,    -128,    122,     122,     116,     116,     110,     110,
 109     104,     104,     99,      99,      94,      94,      89,      89,
 110     85,      85,      80,      80,      76,      76,      72,      72,
 111     69,      69,      65,      65,      62,      62,      59,      59,
 112     56,      56,      53,      53,      50,      50,      48,      48,
 113     45,      45,      43,      43,      41,      41,      39,      39,
 114     37,      37,      35,      35,      33,      33,      31,      31,
 115     30,      30,      28,      28,      27,      27,      25,      25,
 116     24,      24,      23,      23,      22,      22,      21,      21,
 117     20,      20,      19,      19,      18,      18,      17,      17,
 118     16,      16,      15,      15,      14,      14,      14,      14,
 119     13,      13,      12,      12,      12,      12,      11,      11,
 120     11,      11,      10,      10,      9,       9,       2,       2,
 121     // mlps state
 122     127,     126,     77,      76,      77,      76,      75,      74,
 123     75,      74,      75,      74,      73,      72,      73,      72,
 124     73,      72,      71,      70,      71,      70,      71,      70,
 125     69,      68,      69,      68,      67,      66,      67,      66,
 126     67,      66,      65,      64,      65,      64,      63,      62,
 127     61,      60,      61,      60,      61,      60,      59,      58,
 128     59,      58,      57,      56,      55,      54,      55,      54,
 129     53,      52,      53,      52,      51,      50,      49,      48,
 130     49,      48,      47,      46,      45,      44,      45,      44,
 131     43,      42,      43,      42,      39,      38,      39,      38,
 132     37,      36,      37,      36,      33,      32,      33,      32,
 133     31,      30,      31,      30,      27,      26,      27,      26,
 134     25,      24,      23,      22,      23,      22,      19,      18,
 135     19,      18,      17,      16,      15,      14,      13,      12,
 136     11,      10,      9,       8,       9,       8,       5,       4,
 137     5,       4,       3,       2,       1,       0,       0,       1,
 138     2,       3,       4,       5,       6,       7,       8,       9,
 139     10,      11,      12,      13,      14,      15,      16,      17,
 140     18,      19,      20,      21,      22,      23,      24,      25,
 141     26,      27,      28,      29,      30,      31,      32,      33,
 142     34,      35,      36,      37,      38,      39,      40,      41,
 143     42,      43,      44,      45,      46,      47,      48,      49,
 144     50,      51,      52,      53,      54,      55,      56,      57,
 145     58,      59,      60,      61,      62,      63,      64,      65,
 146     66,      67,      68,      69,      70,      71,      72,      73,
 147     74,      75,      76,      77,      78,      79,      80,      81,
 148     82,      83,      84,      85,      86,      87,      88,      89,
 149     90,      91,      92,      93,      94,      95,      96,      97,
 150     98,      99,      100,     101,     102,     103,     104,     105,
 151     106,     107,     108,     109,     110,     111,     112,     113,
 152     114,     115,     116,     117,     118,     119,     120,     121,
 153     122,     123,     124,     125,     124,     125,     126,     127,
 154     // last_coeff_flag_offset_8x8
 155     0, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1,
 156     2, 2, 2, 2, 2, 2, 2, 2, 2, 2, 2, 2, 2, 2, 2, 2,
 157     3, 3, 3, 3, 3, 3, 3, 3, 4, 4, 4, 4, 4, 4, 4, 4,
 158     5, 5, 5, 5, 6, 6, 6, 6, 7, 7, 7, 7, 8, 8, 8
 159 };
 160
 161 /**
 162  *
 163  * @param buf_size size of buf in bits
 164  */
 165 void ff_init_cabac_encoder(CABACContext *c, uint8_t *buf, int buf_size){
 166     init_put_bits(&c->pb, buf, buf_size);
 167
 168     c->low= 0;
 169     c->range= 0x1FE;
 170     c->outstanding_count= 0;
 171     c->pb.bit_left++; //avoids firstBitFlag
 172 }
 173
 174 /**
 175  *
 176  * @param buf_size size of buf in bits
 177  */
 178 void ff_init_cabac_decoder(CABACContext *c, const uint8_t *buf, int buf_size){
 179     c->bytestream_start=
 180     c->bytestream= buf;
 181     c->bytestream_end= buf + buf_size;
 182
 183 #if CABAC_BITS == 16
 184     c->low =  (*c->bytestream++)<<18;
 185     c->low+=  (*c->bytestream++)<<10;
 186 #else
 187     c->low =  (*c->bytestream++)<<10;
 188 #endif
 189     c->low+= ((*c->bytestream++)<<2) + 2;
 190     c->range= 0x1FE;
 191 }
 192
 193 #ifdef TEST
 194 #define SIZE 10240
 195
 196 #include "libavutil/lfg.h"
 197 #include "avcodec.h"
 198
 199 static inline void put_cabac_bit(CABACContext *c, int b){
 200     put_bits(&c->pb, 1, b);
 201     for(;c->outstanding_count; c->outstanding_count--){
 202         put_bits(&c->pb, 1, 1-b);
 203     }
 204 }
 205
 206 static inline void renorm_cabac_encoder(CABACContext *c){
 207     while(c->range < 0x100){
 208         //FIXME optimize
 209         if(c->low<0x100){
 210             put_cabac_bit(c, 0);
 211         }else if(c->low<0x200){
 212             c->outstanding_count++;
 213             c->low -= 0x100;
 214         }else{
 215             put_cabac_bit(c, 1);
 216             c->low -= 0x200;
 217         }
 218
 219         c->range+= c->range;
 220         c->low += c->low;
 221     }
 222 }
 223
 224 static void put_cabac(CABACContext *c, uint8_t * const state, int bit){
 225     int RangeLPS= ff_h264_lps_range[2*(c->range&0xC0) + *state];
 226
 227     if(bit == ((*state)&1)){
 228         c->range -= RangeLPS;
 229         *state    = ff_h264_mlps_state[128 + *state];
 230     }else{
 231         c->low += c->range - RangeLPS;
 232         c->range = RangeLPS;
 233         *state= ff_h264_mlps_state[127 - *state];
 234     }
 235
 236     renorm_cabac_encoder(c);
 237 }
 238
 239 /**
 240  * @param bit 0 -> write zero bit, !=0 write one bit
 241  */
 242 static void put_cabac_bypass(CABACContext *c, int bit){
 243     c->low += c->low;
 244
 245     if(bit){
 246         c->low += c->range;
 247     }
 248 //FIXME optimize
 249     if(c->low<0x200){
 250         put_cabac_bit(c, 0);
 251     }else if(c->low<0x400){
 252         c->outstanding_count++;
 253         c->low -= 0x200;
 254     }else{
 255         put_cabac_bit(c, 1);
 256         c->low -= 0x400;
 257     }
 258 }
 259
 260 /**
 261  *
 262  * @return the number of bytes written
 263  */
 264 static int put_cabac_terminate(CABACContext *c, int bit){
 265     c->range -= 2;
 266
 267     if(!bit){
 268         renorm_cabac_encoder(c);
 269     }else{
 270         c->low += c->range;
 271         c->range= 2;
 272
 273         renorm_cabac_encoder(c);
 274
 275         av_assert0(c->low <= 0x1FF);
 276         put_cabac_bit(c, c->low>>9);
 277         put_bits(&c->pb, 2, ((c->low>>7)&3)|1);
 278
 279         flush_put_bits(&c->pb); //FIXME FIXME FIXME XXX wrong
 280     }
 281
 282     return (put_bits_count(&c->pb)+7)>>3;
 283 }
 284
 285 int main(void){
 286     CABACContext c;
 287     uint8_t b[9*SIZE];
 288     uint8_t r[9*SIZE];
 289     int i, ret = 0;
 290     uint8_t state[10]= {0};
 291     AVLFG prng;
 292
 293     av_lfg_init(&prng, 1);
 294     ff_init_cabac_encoder(&c, b, SIZE);
 295
 296     for(i=0; i<SIZE; i++){
 297         if(2*i<SIZE) r[i] = av_lfg_get(&prng) % 7;
 298         else         r[i] = (i>>8)&1;
 299     }
 300
 301     for(i=0; i<SIZE; i++){
 302         put_cabac_bypass(&c, r[i]&1);
 303     }
 304
 305     for(i=0; i<SIZE; i++){
 306         put_cabac(&c, state, r[i]&1);
 307     }
 308
 309     put_cabac_terminate(&c, 1);
 310
 311     ff_init_cabac_decoder(&c, b, SIZE);
 312
 313     memset(state, 0, sizeof(state));
 314
 315     for(i=0; i<SIZE; i++){
 316         if( (r[i]&1) != get_cabac_bypass(&c) ) {
 317             av_log(NULL, AV_LOG_ERROR, "CABAC bypass failure at %d\n", i);
 318             ret = 1;
 319         }
 320     }
 321
 322     for(i=0; i<SIZE; i++){
 323         if( (r[i]&1) != get_cabac_noinline(&c, state) ) {
 324             av_log(NULL, AV_LOG_ERROR, "CABAC failure at %d\n", i);
 325             ret = 1;
 326         }
 327     }
 328     if(!get_cabac_terminate(&c)) {
 329         av_log(NULL, AV_LOG_ERROR, "where's the Terminator?\n");
 330         ret = 1;
 331     }
 332
 333     return ret;
 334 }
 335
 336 #endif /* TEST */