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 int 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     // Keep our fetches on a 2-byte boundry as this should avoid ever having to
 187     // do unaligned loads if the compiler (or asm) optimises the double byte
 188     // load into a single instruction
 189     if(((uintptr_t)c->bytestream & 1) == 0) {
 190         c->low += (1 << 9);
 191     }
 192     else {
 193         c->low += ((*c->bytestream++) << 2) + 2;
 194     }
 195 #else
 196     c->low =  (*c->bytestream++)<<10;
 197     c->low+= ((*c->bytestream++)<<2) + 2;
 198 #endif
 199     c->range= 0x1FE;
 200     if ((c->range<<(CABAC_BITS+1)) < c->low)
 201         return AVERROR_INVALIDDATA;
 202     return 0;
 203 }
 204
 205 #ifdef TEST
 206 #define SIZE 10240
 207
 208 #include "libavutil/lfg.h"
 209 #include "avcodec.h"
 210
 211 static inline void put_cabac_bit(CABACContext *c, int b){
 212     put_bits(&c->pb, 1, b);
 213     for(;c->outstanding_count; c->outstanding_count--){
 214         put_bits(&c->pb, 1, 1-b);
 215     }
 216 }
 217
 218 static inline void renorm_cabac_encoder(CABACContext *c){
 219     while(c->range < 0x100){
 220         //FIXME optimize
 221         if(c->low<0x100){
 222             put_cabac_bit(c, 0);
 223         }else if(c->low<0x200){
 224             c->outstanding_count++;
 225             c->low -= 0x100;
 226         }else{
 227             put_cabac_bit(c, 1);
 228             c->low -= 0x200;
 229         }
 230
 231         c->range+= c->range;
 232         c->low += c->low;
 233     }
 234 }
 235
 236 static void put_cabac(CABACContext *c, uint8_t * const state, int bit){
 237     int RangeLPS= ff_h264_lps_range[2*(c->range&0xC0) + *state];
 238
 239     if(bit == ((*state)&1)){
 240         c->range -= RangeLPS;
 241         *state    = ff_h264_mlps_state[128 + *state];
 242     }else{
 243         c->low += c->range - RangeLPS;
 244         c->range = RangeLPS;
 245         *state= ff_h264_mlps_state[127 - *state];
 246     }
 247
 248     renorm_cabac_encoder(c);
 249 }
 250
 251 /**
 252  * @param bit 0 -> write zero bit, !=0 write one bit
 253  */
 254 static void put_cabac_bypass(CABACContext *c, int bit){
 255     c->low += c->low;
 256
 257     if(bit){
 258         c->low += c->range;
 259     }
 260 //FIXME optimize
 261     if(c->low<0x200){
 262         put_cabac_bit(c, 0);
 263     }else if(c->low<0x400){
 264         c->outstanding_count++;
 265         c->low -= 0x200;
 266     }else{
 267         put_cabac_bit(c, 1);
 268         c->low -= 0x400;
 269     }
 270 }
 271
 272 /**
 273  *
 274  * @return the number of bytes written
 275  */
 276 static int put_cabac_terminate(CABACContext *c, int bit){
 277     c->range -= 2;
 278
 279     if(!bit){
 280         renorm_cabac_encoder(c);
 281     }else{
 282         c->low += c->range;
 283         c->range= 2;
 284
 285         renorm_cabac_encoder(c);
 286
 287         av_assert0(c->low <= 0x1FF);
 288         put_cabac_bit(c, c->low>>9);
 289         put_bits(&c->pb, 2, ((c->low>>7)&3)|1);
 290
 291         flush_put_bits(&c->pb); //FIXME FIXME FIXME XXX wrong
 292     }
 293
 294     return (put_bits_count(&c->pb)+7)>>3;
 295 }
 296
 297 int main(void){
 298     CABACContext c;
 299     uint8_t b[9*SIZE];
 300     uint8_t r[9*SIZE];
 301     int i, ret = 0;
 302     uint8_t state[10]= {0};
 303     AVLFG prng;
 304
 305     av_lfg_init(&prng, 1);
 306     ff_init_cabac_encoder(&c, b, SIZE);
 307
 308     for(i=0; i<SIZE; i++){
 309         if(2*i<SIZE) r[i] = av_lfg_get(&prng) % 7;
 310         else         r[i] = (i>>8)&1;
 311     }
 312
 313     for(i=0; i<SIZE; i++){
 314         put_cabac_bypass(&c, r[i]&1);
 315     }
 316
 317     for(i=0; i<SIZE; i++){
 318         put_cabac(&c, state, r[i]&1);
 319     }
 320
 321     i= put_cabac_terminate(&c, 1);
 322     b[i++] = av_lfg_get(&prng);
 323     b[i  ] = av_lfg_get(&prng);
 324
 325     ff_init_cabac_decoder(&c, b, SIZE);
 326
 327     memset(state, 0, sizeof(state));
 328
 329     for(i=0; i<SIZE; i++){
 330         if( (r[i]&1) != get_cabac_bypass(&c) ) {
 331             av_log(NULL, AV_LOG_ERROR, "CABAC bypass failure at %d\n", i);
 332             ret = 1;
 333         }
 334     }
 335
 336     for(i=0; i<SIZE; i++){
 337         if( (r[i]&1) != get_cabac_noinline(&c, state) ) {
 338             av_log(NULL, AV_LOG_ERROR, "CABAC failure at %d\n", i);
 339             ret = 1;
 340         }
 341     }
 342     if(!get_cabac_terminate(&c)) {
 343         av_log(NULL, AV_LOG_ERROR, "where's the Terminator?\n");
 344         ret = 1;
 345     }
 346
 347     return ret;
 348 }
 349
 350 #endif /* TEST */