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 /**
  24  * @file cabac.c
  25  * Context Adaptive Binary Arithmetic Coder.
  26  */
  27
  28 #include <string.h>
  29
  30 #include "common.h"
  31 #include "bitstream.h"
  32 #include "cabac.h"
  33
  34 static const uint8_t lps_range[64][4]= {
  35 {128,176,208,240}, {128,167,197,227}, {128,158,187,216}, {123,150,178,205},
  36 {116,142,169,195}, {111,135,160,185}, {105,128,152,175}, {100,122,144,166},
  37 { 95,116,137,158}, { 90,110,130,150}, { 85,104,123,142}, { 81, 99,117,135},
  38 { 77, 94,111,128}, { 73, 89,105,122}, { 69, 85,100,116}, { 66, 80, 95,110},
  39 { 62, 76, 90,104}, { 59, 72, 86, 99}, { 56, 69, 81, 94}, { 53, 65, 77, 89},
  40 { 51, 62, 73, 85}, { 48, 59, 69, 80}, { 46, 56, 66, 76}, { 43, 53, 63, 72},
  41 { 41, 50, 59, 69}, { 39, 48, 56, 65}, { 37, 45, 54, 62}, { 35, 43, 51, 59},
  42 { 33, 41, 48, 56}, { 32, 39, 46, 53}, { 30, 37, 43, 50}, { 29, 35, 41, 48},
  43 { 27, 33, 39, 45}, { 26, 31, 37, 43}, { 24, 30, 35, 41}, { 23, 28, 33, 39},
  44 { 22, 27, 32, 37}, { 21, 26, 30, 35}, { 20, 24, 29, 33}, { 19, 23, 27, 31},
  45 { 18, 22, 26, 30}, { 17, 21, 25, 28}, { 16, 20, 23, 27}, { 15, 19, 22, 25},
  46 { 14, 18, 21, 24}, { 14, 17, 20, 23}, { 13, 16, 19, 22}, { 12, 15, 18, 21},
  47 { 12, 14, 17, 20}, { 11, 14, 16, 19}, { 11, 13, 15, 18}, { 10, 12, 15, 17},
  48 { 10, 12, 14, 16}, {  9, 11, 13, 15}, {  9, 11, 12, 14}, {  8, 10, 12, 14},
  49 {  8,  9, 11, 13}, {  7,  9, 11, 12}, {  7,  9, 10, 12}, {  7,  8, 10, 11},
  50 {  6,  8,  9, 11}, {  6,  7,  9, 10}, {  6,  7,  8,  9}, {  2,  2,  2,  2},
  51 };
  52
  53 uint8_t ff_h264_mlps_state[4*64];
  54 uint8_t ff_h264_lps_range[4*2*64];
  55 uint8_t ff_h264_lps_state[2*64];
  56 uint8_t ff_h264_mps_state[2*64];
  57
  58 static const uint8_t mps_state[64]= {
  59   1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8,
  60   9,10,11,12,13,14,15,16,
  61  17,18,19,20,21,22,23,24,
  62  25,26,27,28,29,30,31,32,
  63  33,34,35,36,37,38,39,40,
  64  41,42,43,44,45,46,47,48,
  65  49,50,51,52,53,54,55,56,
  66  57,58,59,60,61,62,62,63,
  67 };
  68
  69 static const uint8_t lps_state[64]= {
  70   0, 0, 1, 2, 2, 4, 4, 5,
  71   6, 7, 8, 9, 9,11,11,12,
  72  13,13,15,15,16,16,18,18,
  73  19,19,21,21,22,22,23,24,
  74  24,25,26,26,27,27,28,29,
  75  29,30,30,30,31,32,32,33,
  76  33,33,34,34,35,35,35,36,
  77  36,36,37,37,37,38,38,63,
  78 };
  79 #if 0
  80 const uint8_t ff_h264_norm_shift_old[128]= {
  81  7,6,5,5,4,4,4,4,3,3,3,3,3,3,3,3,
  82  2,2,2,2,2,2,2,2,2,2,2,2,2,2,2,2,
  83  1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,
  84  1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,
  85  0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,
  86  0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,
  87  0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,
  88  0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,
  89 };
  90 #endif
  91 const uint8_t ff_h264_norm_shift[512]= {
  92  9,8,7,7,6,6,6,6,5,5,5,5,5,5,5,5,
  93  4,4,4,4,4,4,4,4,4,4,4,4,4,4,4,4,
  94  3,3,3,3,3,3,3,3,3,3,3,3,3,3,3,3,
  95  3,3,3,3,3,3,3,3,3,3,3,3,3,3,3,3,
  96  2,2,2,2,2,2,2,2,2,2,2,2,2,2,2,2,
  97  2,2,2,2,2,2,2,2,2,2,2,2,2,2,2,2,
  98  2,2,2,2,2,2,2,2,2,2,2,2,2,2,2,2,
  99  2,2,2,2,2,2,2,2,2,2,2,2,2,2,2,2,
 100  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,
 101  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,
 102  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,
 103  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,
 104  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,
 105  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,
 106  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,
 107  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,
 108  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,
 109  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,
 110  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,
 111  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,
 112 };
 113
 114 /**
 115  *
 116  * @param buf_size size of buf in bits
 117  */
 118 void ff_init_cabac_encoder(CABACContext *c, uint8_t *buf, int buf_size){
 119     init_put_bits(&c->pb, buf, buf_size);
 120
 121     c->low= 0;
 122     c->range= 0x1FE;
 123     c->outstanding_count= 0;
 124 #ifdef STRICT_LIMITS
 125     c->sym_count =0;
 126 #endif
 127
 128     c->pb.bit_left++; //avoids firstBitFlag
 129 }
 130
 131 /**
 132  *
 133  * @param buf_size size of buf in bits
 134  */
 135 void ff_init_cabac_decoder(CABACContext *c, const uint8_t *buf, int buf_size){
 136     c->bytestream_start=
 137     c->bytestream= buf;
 138     c->bytestream_end= buf + buf_size;
 139
 140 #if CABAC_BITS == 16
 141     c->low =  (*c->bytestream++)<<18;
 142     c->low+=  (*c->bytestream++)<<10;
 143 #else
 144     c->low =  (*c->bytestream++)<<10;
 145 #endif
 146     c->low+= ((*c->bytestream++)<<2) + 2;
 147     c->range= 0x1FE;
 148 }
 149
 150 void ff_init_cabac_states(CABACContext *c){
 151     int i, j;
 152
 153     for(i=0; i<64; i++){
 154         for(j=0; j<4; j++){ //FIXME check if this is worth the 1 shift we save
 155             ff_h264_lps_range[j*2*64+2*i+0]=
 156             ff_h264_lps_range[j*2*64+2*i+1]= lps_range[i][j];
 157         }
 158
 159         ff_h264_mlps_state[128+2*i+0]=
 160         ff_h264_mps_state[2*i+0]= 2*mps_state[i]+0;
 161         ff_h264_mlps_state[128+2*i+1]=
 162         ff_h264_mps_state[2*i+1]= 2*mps_state[i]+1;
 163
 164         if( i ){
 165 #ifdef BRANCHLESS_CABAC_DECODER
 166             ff_h264_mlps_state[128-2*i-1]= 2*lps_state[i]+0;
 167             ff_h264_mlps_state[128-2*i-2]= 2*lps_state[i]+1;
 168         }else{
 169             ff_h264_mlps_state[128-2*i-1]= 1;
 170             ff_h264_mlps_state[128-2*i-2]= 0;
 171 #else
 172             ff_h264_lps_state[2*i+0]= 2*lps_state[i]+0;
 173             ff_h264_lps_state[2*i+1]= 2*lps_state[i]+1;
 174         }else{
 175             ff_h264_lps_state[2*i+0]= 1;
 176             ff_h264_lps_state[2*i+1]= 0;
 177 #endif
 178         }
 179     }
 180 }
 181
 182 #if 0 //selftest
 183 #define SIZE 10240
 184
 185 #include "avcodec.h"
 186
 187 int main(){
 188     CABACContext c;
 189     uint8_t b[9*SIZE];
 190     uint8_t r[9*SIZE];
 191     int i;
 192     uint8_t state[10]= {0};
 193
 194     ff_init_cabac_encoder(&c, b, SIZE);
 195     ff_init_cabac_states(&c, ff_h264_lps_range, ff_h264_mps_state, ff_h264_lps_state, 64);
 196
 197     for(i=0; i<SIZE; i++){
 198         r[i]= random()%7;
 199     }
 200
 201     for(i=0; i<SIZE; i++){
 202 START_TIMER
 203         put_cabac_bypass(&c, r[i]&1);
 204 STOP_TIMER("put_cabac_bypass")
 205     }
 206
 207     for(i=0; i<SIZE; i++){
 208 START_TIMER
 209         put_cabac(&c, state, r[i]&1);
 210 STOP_TIMER("put_cabac")
 211     }
 212
 213     for(i=0; i<SIZE; i++){
 214 START_TIMER
 215         put_cabac_u(&c, state, r[i], 6, 3, i&1);
 216 STOP_TIMER("put_cabac_u")
 217     }
 218
 219     for(i=0; i<SIZE; i++){
 220 START_TIMER
 221         put_cabac_ueg(&c, state, r[i], 3, 0, 1, 2);
 222 STOP_TIMER("put_cabac_ueg")
 223     }
 224
 225     put_cabac_terminate(&c, 1);
 226
 227     ff_init_cabac_decoder(&c, b, SIZE);
 228
 229     memset(state, 0, sizeof(state));
 230
 231     for(i=0; i<SIZE; i++){
 232 START_TIMER
 233         if( (r[i]&1) != get_cabac_bypass(&c) )
 234             av_log(NULL, AV_LOG_ERROR, "CABAC bypass failure at %d\n", i);
 235 STOP_TIMER("get_cabac_bypass")
 236     }
 237
 238     for(i=0; i<SIZE; i++){
 239 START_TIMER
 240         if( (r[i]&1) != get_cabac(&c, state) )
 241             av_log(NULL, AV_LOG_ERROR, "CABAC failure at %d\n", i);
 242 STOP_TIMER("get_cabac")
 243     }
 244 #if 0
 245     for(i=0; i<SIZE; i++){
 246 START_TIMER
 247         if( r[i] != get_cabac_u(&c, state, (i&1) ? 6 : 7, 3, i&1) )
 248             av_log(NULL, AV_LOG_ERROR, "CABAC unary (truncated) binarization failure at %d\n", i);
 249 STOP_TIMER("get_cabac_u")
 250     }
 251
 252     for(i=0; i<SIZE; i++){
 253 START_TIMER
 254         if( r[i] != get_cabac_ueg(&c, state, 3, 0, 1, 2))
 255             av_log(NULL, AV_LOG_ERROR, "CABAC unary (truncated) binarization failure at %d\n", i);
 256 STOP_TIMER("get_cabac_ueg")
 257     }
 258 #endif
 259     if(!get_cabac_terminate(&c))
 260         av_log(NULL, AV_LOG_ERROR, "where's the Terminator?\n");
 261
 262     return 0;
 263 }
 264
 265 #endif