Revert "cabac: Allow hardcoding CABAC table."
[ffmpeg.git] / 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 uint8_t ff_h264_cabac_tables[512 + 4*2*64 + 4*64 + 63];
36
37 static const uint8_t lps_range[64][4]= {
38 {128,176,208,240}, {128,167,197,227}, {128,158,187,216}, {123,150,178,205},
39 {116,142,169,195}, {111,135,160,185}, {105,128,152,175}, {100,122,144,166},
40 { 95,116,137,158}, { 90,110,130,150}, { 85,104,123,142}, { 81, 99,117,135},
41 { 77, 94,111,128}, { 73, 89,105,122}, { 69, 85,100,116}, { 66, 80, 95,110},
42 { 62, 76, 90,104}, { 59, 72, 86, 99}, { 56, 69, 81, 94}, { 53, 65, 77, 89},
43 { 51, 62, 73, 85}, { 48, 59, 69, 80}, { 46, 56, 66, 76}, { 43, 53, 63, 72},
44 { 41, 50, 59, 69}, { 39, 48, 56, 65}, { 37, 45, 54, 62}, { 35, 43, 51, 59},
45 { 33, 41, 48, 56}, { 32, 39, 46, 53}, { 30, 37, 43, 50}, { 29, 35, 41, 48},
46 { 27, 33, 39, 45}, { 26, 31, 37, 43}, { 24, 30, 35, 41}, { 23, 28, 33, 39},
47 { 22, 27, 32, 37}, { 21, 26, 30, 35}, { 20, 24, 29, 33}, { 19, 23, 27, 31},
48 { 18, 22, 26, 30}, { 17, 21, 25, 28}, { 16, 20, 23, 27}, { 15, 19, 22, 25},
49 { 14, 18, 21, 24}, { 14, 17, 20, 23}, { 13, 16, 19, 22}, { 12, 15, 18, 21},
50 { 12, 14, 17, 20}, { 11, 14, 16, 19}, { 11, 13, 15, 18}, { 10, 12, 15, 17},
51 { 10, 12, 14, 16}, {  9, 11, 13, 15}, {  9, 11, 12, 14}, {  8, 10, 12, 14},
52 {  8,  9, 11, 13}, {  7,  9, 11, 12}, {  7,  9, 10, 12}, {  7,  8, 10, 11},
53 {  6,  8,  9, 11}, {  6,  7,  9, 10}, {  6,  7,  8,  9}, {  2,  2,  2,  2},
54 };
55
56 static const uint8_t mps_state[64]= {
57   1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8,
58   9,10,11,12,13,14,15,16,
59  17,18,19,20,21,22,23,24,
60  25,26,27,28,29,30,31,32,
61  33,34,35,36,37,38,39,40,
62  41,42,43,44,45,46,47,48,
63  49,50,51,52,53,54,55,56,
64  57,58,59,60,61,62,62,63,
65 };
66
67 static const uint8_t lps_state[64]= {
68   0, 0, 1, 2, 2, 4, 4, 5,
69   6, 7, 8, 9, 9,11,11,12,
70  13,13,15,15,16,16,18,18,
71  19,19,21,21,22,22,23,24,
72  24,25,26,26,27,27,28,29,
73  29,30,30,30,31,32,32,33,
74  33,33,34,34,35,35,35,36,
75  36,36,37,37,37,38,38,63,
76 };
77
78 static const uint8_t last_coeff_flag_offset_8x8[63] = {
79  0, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1,
80  2, 2, 2, 2, 2, 2, 2, 2, 2, 2, 2, 2, 2, 2, 2, 2,
81  3, 3, 3, 3, 3, 3, 3, 3, 4, 4, 4, 4, 4, 4, 4, 4,
82  5, 5, 5, 5, 6, 6, 6, 6, 7, 7, 7, 7, 8, 8, 8
83 };
84
85 /**
86  *
87  * @param buf_size size of buf in bits
88  */
89 void ff_init_cabac_encoder(CABACContext *c, uint8_t *buf, int buf_size){
90     init_put_bits(&c->pb, buf, buf_size);
91
92     c->low= 0;
93     c->range= 0x1FE;
94     c->outstanding_count= 0;
95     c->pb.bit_left++; //avoids firstBitFlag
96 }
97
98 /**
99  *
100  * @param buf_size size of buf in bits
101  */
102 void ff_init_cabac_decoder(CABACContext *c, const uint8_t *buf, int buf_size){
103     c->bytestream_start=
104     c->bytestream= buf;
105     c->bytestream_end= buf + buf_size;
106
107 #if CABAC_BITS == 16
108     c->low =  (*c->bytestream++)<<18;
109     c->low+=  (*c->bytestream++)<<10;
110 #else
111     c->low =  (*c->bytestream++)<<10;
112 #endif
113     c->low+= ((*c->bytestream++)<<2) + 2;
114     c->range= 0x1FE;
115 }
116
117 void ff_init_cabac_states(void)
118 {
119     int i, j;
120     static int initialized = 0;
121
122     if (initialized)
123         return;
124
125     for (i = 0; i < 512; i++)
126         ff_h264_norm_shift[i] = i ? 8 - av_log2(i) : 9;
127
128     for(i=0; i<64; i++){
129         for(j=0; j<4; j++){ //FIXME check if this is worth the 1 shift we save
130             ff_h264_lps_range[j*2*64+2*i+0]=
131             ff_h264_lps_range[j*2*64+2*i+1]= lps_range[i][j];
132         }
133         ff_h264_mlps_state[128 + 2 * i + 0] = 2 * mps_state[i] + 0;
134         ff_h264_mlps_state[128 + 2 * i + 1] = 2 * mps_state[i] + 1;
135
136         if( i ){
137             ff_h264_mlps_state[128-2*i-1]= 2*lps_state[i]+0;
138             ff_h264_mlps_state[128-2*i-2]= 2*lps_state[i]+1;
139         }else{
140             ff_h264_mlps_state[128-2*i-1]= 1;
141             ff_h264_mlps_state[128-2*i-2]= 0;
142         }
143     }
144     for(i=0; i< 63; i++){
145       ff_h264_last_coeff_flag_offset_8x8[i] = last_coeff_flag_offset_8x8[i];
146     }
147
148     initialized = 1;
149 }
150
151 #ifdef TEST
152 #define SIZE 10240
153
154 #include "libavutil/lfg.h"
155 #include "avcodec.h"
156
157 static inline void put_cabac_bit(CABACContext *c, int b){
158     put_bits(&c->pb, 1, b);
159     for(;c->outstanding_count; c->outstanding_count--){
160         put_bits(&c->pb, 1, 1-b);
161     }
162 }
163
164 static inline void renorm_cabac_encoder(CABACContext *c){
165     while(c->range < 0x100){
166         //FIXME optimize
167         if(c->low<0x100){
168             put_cabac_bit(c, 0);
169         }else if(c->low<0x200){
170             c->outstanding_count++;
171             c->low -= 0x100;
172         }else{
173             put_cabac_bit(c, 1);
174             c->low -= 0x200;
175         }
176
177         c->range+= c->range;
178         c->low += c->low;
179     }
180 }
181
182 static void put_cabac(CABACContext *c, uint8_t * const state, int bit){
183     int RangeLPS= ff_h264_lps_range[2*(c->range&0xC0) + *state];
184
185     if(bit == ((*state)&1)){
186         c->range -= RangeLPS;
187         *state    = ff_h264_mlps_state[128 + *state];
188     }else{
189         c->low += c->range - RangeLPS;
190         c->range = RangeLPS;
191         *state= ff_h264_mlps_state[127 - *state];
192     }
193
194     renorm_cabac_encoder(c);
195 }
196
197 /**
198  * @param bit 0 -> write zero bit, !=0 write one bit
199  */
200 static void put_cabac_bypass(CABACContext *c, int bit){
201     c->low += c->low;
202
203     if(bit){
204         c->low += c->range;
205     }
206 //FIXME optimize
207     if(c->low<0x200){
208         put_cabac_bit(c, 0);
209     }else if(c->low<0x400){
210         c->outstanding_count++;
211         c->low -= 0x200;
212     }else{
213         put_cabac_bit(c, 1);
214         c->low -= 0x400;
215     }
216 }
217
218 /**
219  *
220  * @return the number of bytes written
221  */
222 static int put_cabac_terminate(CABACContext *c, int bit){
223     c->range -= 2;
224
225     if(!bit){
226         renorm_cabac_encoder(c);
227     }else{
228         c->low += c->range;
229         c->range= 2;
230
231         renorm_cabac_encoder(c);
232
233         av_assert0(c->low <= 0x1FF);
234         put_cabac_bit(c, c->low>>9);
235         put_bits(&c->pb, 2, ((c->low>>7)&3)|1);
236
237         flush_put_bits(&c->pb); //FIXME FIXME FIXME XXX wrong
238     }
239
240     return (put_bits_count(&c->pb)+7)>>3;
241 }
242
243 int main(void){
244     CABACContext c;
245     uint8_t b[9*SIZE];
246     uint8_t r[9*SIZE];
247     int i, ret = 0;
248     uint8_t state[10]= {0};
249     AVLFG prng;
250
251     av_lfg_init(&prng, 1);
252     ff_init_cabac_encoder(&c, b, SIZE);
253     ff_init_cabac_states();
254
255     for(i=0; i<SIZE; i++){
256         if(2*i<SIZE) r[i] = av_lfg_get(&prng) % 7;
257         else         r[i] = (i>>8)&1;
258     }
259
260     for(i=0; i<SIZE; i++){
261         put_cabac_bypass(&c, r[i]&1);
262     }
263
264     for(i=0; i<SIZE; i++){
265         put_cabac(&c, state, r[i]&1);
266     }
267
268     put_cabac_terminate(&c, 1);
269
270     ff_init_cabac_decoder(&c, b, SIZE);
271
272     memset(state, 0, sizeof(state));
273
274     for(i=0; i<SIZE; i++){
275         if( (r[i]&1) != get_cabac_bypass(&c) ) {
276             av_log(NULL, AV_LOG_ERROR, "CABAC bypass failure at %d\n", i);
277             ret = 1;
278         }
279     }
280
281     for(i=0; i<SIZE; i++){
282         if( (r[i]&1) != get_cabac_noinline(&c, state) ) {
283             av_log(NULL, AV_LOG_ERROR, "CABAC failure at %d\n", i);
284             ret = 1;
285         }
286     }
287     if(!get_cabac_terminate(&c)) {
288         av_log(NULL, AV_LOG_ERROR, "where's the Terminator?\n");
289         ret = 1;
290     }
291
292     return ret;
293 }
294
295 #endif /* TEST */