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 Libav.
   6  *
   7  * Libav 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  * Libav 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 Libav; 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 "get_bits.h"
  31 #include "cabac.h"
  32 #include "cabac_functions.h"
  33
  34 uint8_t ff_h264_cabac_tables[512 + 4*2*64 + 4*64 + 63] = {
  35  9,8,7,7,6,6,6,6,5,5,5,5,5,5,5,5,
  36  4,4,4,4,4,4,4,4,4,4,4,4,4,4,4,4,
  37  3,3,3,3,3,3,3,3,3,3,3,3,3,3,3,3,
  38  3,3,3,3,3,3,3,3,3,3,3,3,3,3,3,3,
  39  2,2,2,2,2,2,2,2,2,2,2,2,2,2,2,2,
  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  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,
  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  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,
  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 };
  56
  57 static const uint8_t lps_range[64][4]= {
  58 {128,176,208,240}, {128,167,197,227}, {128,158,187,216}, {123,150,178,205},
  59 {116,142,169,195}, {111,135,160,185}, {105,128,152,175}, {100,122,144,166},
  60 { 95,116,137,158}, { 90,110,130,150}, { 85,104,123,142}, { 81, 99,117,135},
  61 { 77, 94,111,128}, { 73, 89,105,122}, { 69, 85,100,116}, { 66, 80, 95,110},
  62 { 62, 76, 90,104}, { 59, 72, 86, 99}, { 56, 69, 81, 94}, { 53, 65, 77, 89},
  63 { 51, 62, 73, 85}, { 48, 59, 69, 80}, { 46, 56, 66, 76}, { 43, 53, 63, 72},
  64 { 41, 50, 59, 69}, { 39, 48, 56, 65}, { 37, 45, 54, 62}, { 35, 43, 51, 59},
  65 { 33, 41, 48, 56}, { 32, 39, 46, 53}, { 30, 37, 43, 50}, { 29, 35, 41, 48},
  66 { 27, 33, 39, 45}, { 26, 31, 37, 43}, { 24, 30, 35, 41}, { 23, 28, 33, 39},
  67 { 22, 27, 32, 37}, { 21, 26, 30, 35}, { 20, 24, 29, 33}, { 19, 23, 27, 31},
  68 { 18, 22, 26, 30}, { 17, 21, 25, 28}, { 16, 20, 23, 27}, { 15, 19, 22, 25},
  69 { 14, 18, 21, 24}, { 14, 17, 20, 23}, { 13, 16, 19, 22}, { 12, 15, 18, 21},
  70 { 12, 14, 17, 20}, { 11, 14, 16, 19}, { 11, 13, 15, 18}, { 10, 12, 15, 17},
  71 { 10, 12, 14, 16}, {  9, 11, 13, 15}, {  9, 11, 12, 14}, {  8, 10, 12, 14},
  72 {  8,  9, 11, 13}, {  7,  9, 11, 12}, {  7,  9, 10, 12}, {  7,  8, 10, 11},
  73 {  6,  8,  9, 11}, {  6,  7,  9, 10}, {  6,  7,  8,  9}, {  2,  2,  2,  2},
  74 };
  75
  76 static uint8_t h264_mps_state[2 * 64];
  77
  78 static const uint8_t mps_state[64]= {
  79   1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8,
  80   9,10,11,12,13,14,15,16,
  81  17,18,19,20,21,22,23,24,
  82  25,26,27,28,29,30,31,32,
  83  33,34,35,36,37,38,39,40,
  84  41,42,43,44,45,46,47,48,
  85  49,50,51,52,53,54,55,56,
  86  57,58,59,60,61,62,62,63,
  87 };
  88
  89 static const uint8_t lps_state[64]= {
  90   0, 0, 1, 2, 2, 4, 4, 5,
  91   6, 7, 8, 9, 9,11,11,12,
  92  13,13,15,15,16,16,18,18,
  93  19,19,21,21,22,22,23,24,
  94  24,25,26,26,27,27,28,29,
  95  29,30,30,30,31,32,32,33,
  96  33,33,34,34,35,35,35,36,
  97  36,36,37,37,37,38,38,63,
  98 };
  99
 100 static const uint8_t last_coeff_flag_offset_8x8[63] = {
 101  0, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1,
 102  2, 2, 2, 2, 2, 2, 2, 2, 2, 2, 2, 2, 2, 2, 2, 2,
 103  3, 3, 3, 3, 3, 3, 3, 3, 4, 4, 4, 4, 4, 4, 4, 4,
 104  5, 5, 5, 5, 6, 6, 6, 6, 7, 7, 7, 7, 8, 8, 8
 105 };
 106
 107 /**
 108  *
 109  * @param buf_size size of buf in bits
 110  */
 111 void ff_init_cabac_encoder(CABACContext *c, uint8_t *buf, int buf_size){
 112     init_put_bits(&c->pb, buf, buf_size);
 113
 114     c->low= 0;
 115     c->range= 0x1FE;
 116     c->outstanding_count= 0;
 117     c->pb.bit_left++; //avoids firstBitFlag
 118 }
 119
 120 /**
 121  *
 122  * @param buf_size size of buf in bits
 123  */
 124 void ff_init_cabac_decoder(CABACContext *c, const uint8_t *buf, int buf_size){
 125     c->bytestream_start=
 126     c->bytestream= buf;
 127     c->bytestream_end= buf + buf_size;
 128
 129 #if CABAC_BITS == 16
 130     c->low =  (*c->bytestream++)<<18;
 131     c->low+=  (*c->bytestream++)<<10;
 132 #else
 133     c->low =  (*c->bytestream++)<<10;
 134 #endif
 135     c->low+= ((*c->bytestream++)<<2) + 2;
 136     c->range= 0x1FE;
 137 }
 138
 139 void ff_init_cabac_states(CABACContext *c){
 140     int i, j;
 141
 142     for(i=0; i<64; i++){
 143         for(j=0; j<4; j++){ //FIXME check if this is worth the 1 shift we save
 144             ff_h264_lps_range[j*2*64+2*i+0]=
 145             ff_h264_lps_range[j*2*64+2*i+1]= lps_range[i][j];
 146         }
 147
 148         ff_h264_mlps_state[128+2*i+0]=
 149         h264_mps_state[2 * i + 0] = 2 * mps_state[i] + 0;
 150         ff_h264_mlps_state[128+2*i+1]=
 151         h264_mps_state[2 * i + 1] = 2 * mps_state[i] + 1;
 152
 153         if( i ){
 154             ff_h264_mlps_state[128-2*i-1]= 2*lps_state[i]+0;
 155             ff_h264_mlps_state[128-2*i-2]= 2*lps_state[i]+1;
 156         }else{
 157             ff_h264_mlps_state[128-2*i-1]= 1;
 158             ff_h264_mlps_state[128-2*i-2]= 0;
 159         }
 160     }
 161     for(i=0; i< 63; i++){
 162       ff_h264_last_coeff_flag_offset_8x8[i] = last_coeff_flag_offset_8x8[i];
 163     }
 164 }
 165
 166 #ifdef TEST
 167 #define SIZE 10240
 168
 169 #include "libavutil/lfg.h"
 170 #include "avcodec.h"
 171 #include "cabac.h"
 172
 173 static inline void put_cabac_bit(CABACContext *c, int b){
 174     put_bits(&c->pb, 1, b);
 175     for(;c->outstanding_count; c->outstanding_count--){
 176         put_bits(&c->pb, 1, 1-b);
 177     }
 178 }
 179
 180 static inline void renorm_cabac_encoder(CABACContext *c){
 181     while(c->range < 0x100){
 182         //FIXME optimize
 183         if(c->low<0x100){
 184             put_cabac_bit(c, 0);
 185         }else if(c->low<0x200){
 186             c->outstanding_count++;
 187             c->low -= 0x100;
 188         }else{
 189             put_cabac_bit(c, 1);
 190             c->low -= 0x200;
 191         }
 192
 193         c->range+= c->range;
 194         c->low += c->low;
 195     }
 196 }
 197
 198 static void put_cabac(CABACContext *c, uint8_t * const state, int bit){
 199     int RangeLPS= ff_h264_lps_range[2*(c->range&0xC0) + *state];
 200
 201     if(bit == ((*state)&1)){
 202         c->range -= RangeLPS;
 203         *state    = h264_mps_state[*state];
 204     }else{
 205         c->low += c->range - RangeLPS;
 206         c->range = RangeLPS;
 207     }
 208
 209     renorm_cabac_encoder(c);
 210 }
 211
 212 /**
 213  * @param bit 0 -> write zero bit, !=0 write one bit
 214  */
 215 static void put_cabac_bypass(CABACContext *c, int bit){
 216     c->low += c->low;
 217
 218     if(bit){
 219         c->low += c->range;
 220     }
 221 //FIXME optimize
 222     if(c->low<0x200){
 223         put_cabac_bit(c, 0);
 224     }else if(c->low<0x400){
 225         c->outstanding_count++;
 226         c->low -= 0x200;
 227     }else{
 228         put_cabac_bit(c, 1);
 229         c->low -= 0x400;
 230     }
 231 }
 232
 233 /**
 234  *
 235  * @return the number of bytes written
 236  */
 237 static int put_cabac_terminate(CABACContext *c, int bit){
 238     c->range -= 2;
 239
 240     if(!bit){
 241         renorm_cabac_encoder(c);
 242     }else{
 243         c->low += c->range;
 244         c->range= 2;
 245
 246         renorm_cabac_encoder(c);
 247
 248         assert(c->low <= 0x1FF);
 249         put_cabac_bit(c, c->low>>9);
 250         put_bits(&c->pb, 2, ((c->low>>7)&3)|1);
 251
 252         flush_put_bits(&c->pb); //FIXME FIXME FIXME XXX wrong
 253     }
 254
 255     return (put_bits_count(&c->pb)+7)>>3;
 256 }
 257
 258 int main(void){
 259     CABACContext c;
 260     uint8_t b[9*SIZE];
 261     uint8_t r[9*SIZE];
 262     int i;
 263     uint8_t state[10]= {0};
 264     AVLFG prng;
 265
 266     av_lfg_init(&prng, 1);
 267     ff_init_cabac_encoder(&c, b, SIZE);
 268     ff_init_cabac_states(&c);
 269
 270     for(i=0; i<SIZE; i++){
 271         r[i] = av_lfg_get(&prng) % 7;
 272     }
 273
 274     for(i=0; i<SIZE; i++){
 275 START_TIMER
 276         put_cabac_bypass(&c, r[i]&1);
 277 STOP_TIMER("put_cabac_bypass")
 278     }
 279
 280     for(i=0; i<SIZE; i++){
 281 START_TIMER
 282         put_cabac(&c, state, r[i]&1);
 283 STOP_TIMER("put_cabac")
 284     }
 285
 286     put_cabac_terminate(&c, 1);
 287
 288     ff_init_cabac_decoder(&c, b, SIZE);
 289
 290     memset(state, 0, sizeof(state));
 291
 292     for(i=0; i<SIZE; i++){
 293 START_TIMER
 294         if( (r[i]&1) != get_cabac_bypass(&c) )
 295             av_log(NULL, AV_LOG_ERROR, "CABAC bypass failure at %d\n", i);
 296 STOP_TIMER("get_cabac_bypass")
 297     }
 298
 299     for(i=0; i<SIZE; i++){
 300 START_TIMER
 301         if( (r[i]&1) != get_cabac(&c, state) )
 302             av_log(NULL, AV_LOG_ERROR, "CABAC failure at %d\n", i);
 303 STOP_TIMER("get_cabac")
 304     }
 305     if(!get_cabac_terminate(&c))
 306         av_log(NULL, AV_LOG_ERROR, "where's the Terminator?\n");
 307
 308     return 0;
 309 }
 310
 311 #endif /* TEST */