optimization
[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 library is free software; you can redistribute it and/or
6  * modify it under the terms of the GNU Lesser General Public
7  * License as published by the Free Software Foundation; either
8  * version 2 of the License, or (at your option) any later version.
9  *
10  * This library is distributed in the hope that it will be useful,
11  * but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
12  * MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the GNU
13  * Lesser General Public License for more details.
14  *
15  * You should have received a copy of the GNU Lesser General Public
16  * License along with this library; if not, write to the Free Software
17  * Foundation, Inc., 59 Temple Place, Suite 330, Boston, MA  02111-1307  USA
18  *
19  */
20
21 /**
22  * @file cabac.c
23  * Context Adaptive Binary Arithmetic Coder.
24  */
25
26 #include <string.h>
27
28 #include "common.h"
29 #include "cabac.h"
30
31 const uint8_t ff_h264_lps_range[64][4]= {
32 {128,176,208,240}, {128,167,197,227}, {128,158,187,216}, {123,150,178,205},
33 {116,142,169,195}, {111,135,160,185}, {105,128,152,175}, {100,122,144,166},
34 { 95,116,137,158}, { 90,110,130,150}, { 85,104,123,142}, { 81, 99,117,135},
35 { 77, 94,111,128}, { 73, 89,105,122}, { 69, 85,100,116}, { 66, 80, 95,110},
36 { 62, 76, 90,104}, { 59, 72, 86, 99}, { 56, 69, 81, 94}, { 53, 65, 77, 89},
37 { 51, 62, 73, 85}, { 48, 59, 69, 80}, { 46, 56, 66, 76}, { 43, 53, 63, 72},
38 { 41, 50, 59, 69}, { 39, 48, 56, 65}, { 37, 45, 54, 62}, { 35, 43, 51, 59},
39 { 33, 41, 48, 56}, { 32, 39, 46, 53}, { 30, 37, 43, 50}, { 29, 35, 41, 48},
40 { 27, 33, 39, 45}, { 26, 31, 37, 43}, { 24, 30, 35, 41}, { 23, 28, 33, 39},
41 { 22, 27, 32, 37}, { 21, 26, 30, 35}, { 20, 24, 29, 33}, { 19, 23, 27, 31},
42 { 18, 22, 26, 30}, { 17, 21, 25, 28}, { 16, 20, 23, 27}, { 15, 19, 22, 25},
43 { 14, 18, 21, 24}, { 14, 17, 20, 23}, { 13, 16, 19, 22}, { 12, 15, 18, 21},
44 { 12, 14, 17, 20}, { 11, 14, 16, 19}, { 11, 13, 15, 18}, { 10, 12, 15, 17},
45 { 10, 12, 14, 16}, {  9, 11, 13, 15}, {  9, 11, 12, 14}, {  8, 10, 12, 14},
46 {  8,  9, 11, 13}, {  7,  9, 11, 12}, {  7,  9, 10, 12}, {  7,  8, 10, 11},
47 {  6,  8,  9, 11}, {  6,  7,  9, 10}, {  6,  7,  8,  9}, {  2,  2,  2,  2},
48 };
49
50 const uint8_t ff_h264_mps_state[64]= {
51   1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8,
52   9,10,11,12,13,14,15,16,
53  17,18,19,20,21,22,23,24,
54  25,26,27,28,29,30,31,32,
55  33,34,35,36,37,38,39,40,
56  41,42,43,44,45,46,47,48,
57  49,50,51,52,53,54,55,56,
58  57,58,59,60,61,62,62,63,
59 };
60
61 const uint8_t ff_h264_lps_state[64]= {
62   0, 0, 1, 2, 2, 4, 4, 5,
63   6, 7, 8, 9, 9,11,11,12,
64  13,13,15,15,16,16,18,18,
65  19,19,21,21,22,22,23,24,
66  24,25,26,26,27,27,28,29,
67  29,30,30,30,31,32,32,33,
68  33,33,34,34,35,35,35,36,
69  36,36,37,37,37,38,38,63,
70 };
71
72 const uint8_t ff_h264_norm_shift[256]= {
73  8,7,6,6,5,5,5,5,4,4,4,4,4,4,4,4,
74  3,3,3,3,3,3,3,3,3,3,3,3,3,3,3,3,
75  2,2,2,2,2,2,2,2,2,2,2,2,2,2,2,2,
76  2,2,2,2,2,2,2,2,2,2,2,2,2,2,2,2,
77  1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,
78  1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,
79  1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,
80  1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,
81  0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0, 
82  0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0, 
83  0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0, 
84  0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0, 
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
91 /**
92  *
93  * @param buf_size size of buf in bits
94  */
95 void ff_init_cabac_encoder(CABACContext *c, uint8_t *buf, int buf_size){
96     init_put_bits(&c->pb, buf, buf_size);
97
98     c->low= 0;
99     c->range= 0x1FE;
100     c->outstanding_count= 0;
101 #ifdef STRICT_LIMITS
102     c->sym_count =0;
103 #endif
104     
105     c->pb.bit_left++; //avoids firstBitFlag
106 }
107
108 /**
109  *
110  * @param buf_size size of buf in bits
111  */
112 void ff_init_cabac_decoder(CABACContext *c, const uint8_t *buf, int buf_size){
113     c->bytestream_start= 
114     c->bytestream= buf;
115     c->bytestream_end= buf + buf_size;
116
117 #if CABAC_BITS == 16
118     c->low =  (*c->bytestream++)<<18;
119     c->low+=  (*c->bytestream++)<<10;
120 #else
121     c->low =  (*c->bytestream++)<<10;
122 #endif
123     c->low+= ((*c->bytestream++)<<2) + 2;
124     c->range= 0x1FE<<(CABAC_BITS + 1);
125 }
126
127 void ff_init_cabac_states(CABACContext *c, uint8_t const (*lps_range)[4], 
128                           uint8_t const *mps_state, uint8_t const *lps_state, int state_count){
129     int i, j;
130     
131     for(i=0; i<state_count; i++){
132         for(j=0; j<4; j++){ //FIXME check if this is worth the 1 shift we save
133             c->lps_range[2*i+0][j+4]=
134             c->lps_range[2*i+1][j+4]= lps_range[i][j];
135         }
136
137         c->mps_state[2*i+0]= 2*mps_state[i];
138         c->mps_state[2*i+1]= 2*mps_state[i]+1;
139
140         if( i ){
141             c->lps_state[2*i+0]= 2*lps_state[i];
142             c->lps_state[2*i+1]= 2*lps_state[i]+1;
143         }else{
144             c->lps_state[2*i+0]= 1;
145             c->lps_state[2*i+1]= 0;
146         }
147     }
148 }
149
150 #if 0 //selftest
151 #define SIZE 10240
152 int main(){
153     CABACContext c;
154     uint8_t b[9*SIZE];
155     uint8_t r[9*SIZE];
156     int i;
157     uint8_t state[10]= {0};
158     
159     ff_init_cabac_encoder(&c, b, SIZE);
160     ff_init_cabac_states(&c, ff_h264_lps_range, ff_h264_mps_state, ff_h264_lps_state, 64);
161     
162     for(i=0; i<SIZE; i++){
163         r[i]= random()%7;
164     }
165     
166     for(i=0; i<SIZE; i++){
167 START_TIMER
168         put_cabac_bypass(&c, r[i]&1);
169 STOP_TIMER("put_cabac_bypass")
170     }
171     
172     for(i=0; i<SIZE; i++){
173 START_TIMER
174         put_cabac(&c, state, r[i]&1);
175 STOP_TIMER("put_cabac")
176     }
177
178     for(i=0; i<SIZE; i++){
179 START_TIMER
180         put_cabac_u(&c, state, r[i], 6, 3, i&1);
181 STOP_TIMER("put_cabac_u")
182     }    
183
184     for(i=0; i<SIZE; i++){
185 START_TIMER
186         put_cabac_ueg(&c, state, r[i], 3, 0, 1, 2);
187 STOP_TIMER("put_cabac_ueg")
188     }    
189    
190     put_cabac_terminate(&c, 1);
191     
192     ff_init_cabac_decoder(&c, b, SIZE);
193     
194     memset(state, 0, sizeof(state));
195     
196     for(i=0; i<SIZE; i++){
197 START_TIMER
198         if( (r[i]&1) != get_cabac_bypass(&c) )
199             printf("CABAC bypass failure at %d\n", i);
200 STOP_TIMER("get_cabac_bypass")
201     }
202     
203     for(i=0; i<SIZE; i++){
204 START_TIMER
205         if( (r[i]&1) != get_cabac(&c, state) )
206             printf("CABAC failure at %d\n", i);
207 STOP_TIMER("get_cabac")
208     }
209
210     for(i=0; i<SIZE; i++){
211 START_TIMER
212         if( r[i] != get_cabac_u(&c, state, (i&1) ? 6 : 7, 3, i&1) )
213             printf("CABAC unary (truncated) binarization failure at %d\n", i);
214 STOP_TIMER("get_cabac_u")
215     }
216
217     for(i=0; i<SIZE; i++){
218 START_TIMER
219         if( r[i] != get_cabac_ueg(&c, state, 3, 0, 1, 2))
220             printf("CABAC unary (truncated) binarization failure at %d\n", i);
221 STOP_TIMER("get_cabac_ueg")
222     }
223
224     if(!get_cabac_terminate(&c))
225         printf("where's the Terminator?\n");
226     
227     return 0;
228 }
229
230 #endif