79802848d432dc50778e45aaca0a744a26af16ab
[ffmpeg.git] / libavcodec / get_bits.h
1 /*
2  * copyright (c) 2004 Michael Niedermayer <michaelni@gmx.at>
3  *
4  * This file is part of Libav.
5  *
6  * Libav is free software; you can redistribute it and/or
7  * modify it under the terms of the GNU Lesser General Public
8  * License as published by the Free Software Foundation; either
9  * version 2.1 of the License, or (at your option) any later version.
10  *
11  * Libav is distributed in the hope that it will be useful,
12  * but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
13  * MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the GNU
14  * Lesser General Public License for more details.
15  *
16  * You should have received a copy of the GNU Lesser General Public
17  * License along with Libav; if not, write to the Free Software
18  * Foundation, Inc., 51 Franklin Street, Fifth Floor, Boston, MA 02110-1301 USA
19  */
20
21 /**
22  * @file
23  * bitstream reader API header.
24  */
25
26 #ifndef AVCODEC_GET_BITS_H
27 #define AVCODEC_GET_BITS_H
28
29 #include <stdint.h>
30 #include <stdlib.h>
31 #include <assert.h>
32 #include "libavutil/bswap.h"
33 #include "libavutil/common.h"
34 #include "libavutil/intreadwrite.h"
35 #include "libavutil/log.h"
36 #include "mathops.h"
37
38 #if defined(ALT_BITSTREAM_READER_LE) && !defined(ALT_BITSTREAM_READER)
39 #   define ALT_BITSTREAM_READER
40 #endif
41
42 #if !defined(A32_BITSTREAM_READER) && !defined(ALT_BITSTREAM_READER)
43 #   if ARCH_ARM && !HAVE_FAST_UNALIGNED
44 #       define A32_BITSTREAM_READER
45 #   else
46 #       define ALT_BITSTREAM_READER
47 //#define A32_BITSTREAM_READER
48 #   endif
49 #endif
50
51 /* bit input */
52 /* buffer, buffer_end and size_in_bits must be present and used by every reader */
53 typedef struct GetBitContext {
54     const uint8_t *buffer, *buffer_end;
55 #ifdef ALT_BITSTREAM_READER
56     int index;
57 #elif defined A32_BITSTREAM_READER
58     uint32_t *buffer_ptr;
59     uint32_t cache0;
60     uint32_t cache1;
61     int bit_count;
62 #endif
63     int size_in_bits;
64 } GetBitContext;
65
66 #define VLC_TYPE int16_t
67
68 typedef struct VLC {
69     int bits;
70     VLC_TYPE (*table)[2]; ///< code, bits
71     int table_size, table_allocated;
72 } VLC;
73
74 typedef struct RL_VLC_ELEM {
75     int16_t level;
76     int8_t len;
77     uint8_t run;
78 } RL_VLC_ELEM;
79
80 /* Bitstream reader API docs:
81 name
82     arbitrary name which is used as prefix for the internal variables
83
84 gb
85     getbitcontext
86
87 OPEN_READER(name, gb)
88     load gb into local variables
89
90 CLOSE_READER(name, gb)
91     store local vars in gb
92
93 UPDATE_CACHE(name, gb)
94     refill the internal cache from the bitstream
95     after this call at least MIN_CACHE_BITS will be available,
96
97 GET_CACHE(name, gb)
98     will output the contents of the internal cache, next bit is MSB of 32 or 64 bit (FIXME 64bit)
99
100 SHOW_UBITS(name, gb, num)
101     will return the next num bits
102
103 SHOW_SBITS(name, gb, num)
104     will return the next num bits and do sign extension
105
106 SKIP_BITS(name, gb, num)
107     will skip over the next num bits
108     note, this is equivalent to SKIP_CACHE; SKIP_COUNTER
109
110 SKIP_CACHE(name, gb, num)
111     will remove the next num bits from the cache (note SKIP_COUNTER MUST be called before UPDATE_CACHE / CLOSE_READER)
112
113 SKIP_COUNTER(name, gb, num)
114     will increment the internal bit counter (see SKIP_CACHE & SKIP_BITS)
115
116 LAST_SKIP_CACHE(name, gb, num)
117     will remove the next num bits from the cache if it is needed for UPDATE_CACHE otherwise it will do nothing
118
119 LAST_SKIP_BITS(name, gb, num)
120     is equivalent to LAST_SKIP_CACHE; SKIP_COUNTER
121
122 for examples see get_bits, show_bits, skip_bits, get_vlc
123 */
124
125 #ifdef ALT_BITSTREAM_READER
126 #   define MIN_CACHE_BITS 25
127
128 #   define OPEN_READER(name, gb)                \
129     unsigned int name##_index = (gb)->index;    \
130     unsigned int av_unused name##_cache = 0
131
132 #   define CLOSE_READER(name, gb) (gb)->index = name##_index
133
134 # ifdef ALT_BITSTREAM_READER_LE
135 #   define UPDATE_CACHE(name, gb) \
136     name##_cache = AV_RL32(((const uint8_t *)(gb)->buffer)+(name##_index>>3)) >> (name##_index&0x07)
137
138 #   define SKIP_CACHE(name, gb, num) name##_cache >>= (num)
139 # else
140 #   define UPDATE_CACHE(name, gb) \
141     name##_cache = AV_RB32(((const uint8_t *)(gb)->buffer)+(name##_index>>3)) << (name##_index&0x07)
142
143 #   define SKIP_CACHE(name, gb, num) name##_cache <<= (num)
144 # endif
145
146 // FIXME name?
147 #   define SKIP_COUNTER(name, gb, num) name##_index += (num)
148
149 #   define SKIP_BITS(name, gb, num) do {        \
150         SKIP_CACHE(name, gb, num);              \
151         SKIP_COUNTER(name, gb, num);            \
152     } while (0)
153
154 #   define LAST_SKIP_BITS(name, gb, num) SKIP_COUNTER(name, gb, num)
155 #   define LAST_SKIP_CACHE(name, gb, num)
156
157 # ifdef ALT_BITSTREAM_READER_LE
158 #   define SHOW_UBITS(name, gb, num) zero_extend(name##_cache, num)
159
160 #   define SHOW_SBITS(name, gb, num) sign_extend(name##_cache, num)
161 # else
162 #   define SHOW_UBITS(name, gb, num) NEG_USR32(name##_cache, num)
163
164 #   define SHOW_SBITS(name, gb, num) NEG_SSR32(name##_cache, num)
165 # endif
166
167 #   define GET_CACHE(name, gb) ((uint32_t)name##_cache)
168
169 static inline int get_bits_count(const GetBitContext *s){
170     return s->index;
171 }
172
173 static inline void skip_bits_long(GetBitContext *s, int n){
174     s->index += n;
175 }
176
177 #elif defined A32_BITSTREAM_READER
178
179 #   define MIN_CACHE_BITS 32
180
181 #   define OPEN_READER(name, gb)                        \
182     int name##_bit_count        = (gb)->bit_count;      \
183     uint32_t name##_cache0      = (gb)->cache0;         \
184     uint32_t name##_cache1      = (gb)->cache1;         \
185     uint32_t *name##_buffer_ptr = (gb)->buffer_ptr
186
187 #   define CLOSE_READER(name, gb) do {          \
188         (gb)->bit_count  = name##_bit_count;    \
189         (gb)->cache0     = name##_cache0;       \
190         (gb)->cache1     = name##_cache1;       \
191         (gb)->buffer_ptr = name##_buffer_ptr;   \
192     } while (0)
193
194 #   define UPDATE_CACHE(name, gb) do {                                  \
195         if(name##_bit_count > 0){                                       \
196             const uint32_t next = av_be2ne32(*name##_buffer_ptr);       \
197             name##_cache0 |= NEG_USR32(next, name##_bit_count);         \
198             name##_cache1 |= next << name##_bit_count;                  \
199             name##_buffer_ptr++;                                        \
200             name##_bit_count -= 32;                                     \
201         }                                                               \
202     } while (0)
203
204 #   define SKIP_CACHE(name, gb, num) do {               \
205         name##_cache0 <<= (num);                        \
206         name##_cache0 |= NEG_USR32(name##_cache1,num);  \
207         name##_cache1 <<= (num);                        \
208     } while (0)
209
210 #   define SKIP_COUNTER(name, gb, num) name##_bit_count += (num)
211
212 #   define SKIP_BITS(name, gb, num) do {        \
213         SKIP_CACHE(name, gb, num);              \
214         SKIP_COUNTER(name, gb, num);            \
215     } while (0)
216
217 #   define LAST_SKIP_BITS(name, gb, num)  SKIP_BITS(name, gb, num)
218 #   define LAST_SKIP_CACHE(name, gb, num) SKIP_CACHE(name, gb, num)
219
220 #   define SHOW_UBITS(name, gb, num) NEG_USR32(name##_cache0, num)
221
222 #   define SHOW_SBITS(name, gb, num) NEG_SSR32(name##_cache0, num)
223
224 #   define GET_CACHE(name, gb) name##_cache0
225
226 static inline int get_bits_count(const GetBitContext *s) {
227     return ((uint8_t*)s->buffer_ptr - s->buffer)*8 - 32 + s->bit_count;
228 }
229
230 static inline void skip_bits_long(GetBitContext *s, int n){
231     OPEN_READER(re, s);
232     re_bit_count += n;
233     re_buffer_ptr += re_bit_count>>5;
234     re_bit_count &= 31;
235     re_cache0 = av_be2ne32(re_buffer_ptr[-1]) << re_bit_count;
236     re_cache1 = 0;
237     UPDATE_CACHE(re, s);
238     CLOSE_READER(re, s);
239 }
240
241 #endif
242
243 /**
244  * read mpeg1 dc style vlc (sign bit + mantisse with no MSB).
245  * if MSB not set it is negative
246  * @param n length in bits
247  * @author BERO
248  */
249 static inline int get_xbits(GetBitContext *s, int n){
250     register int sign;
251     register int32_t cache;
252     OPEN_READER(re, s);
253     UPDATE_CACHE(re, s);
254     cache = GET_CACHE(re, s);
255     sign = ~cache >> 31;
256     LAST_SKIP_BITS(re, s, n);
257     CLOSE_READER(re, s);
258     return (NEG_USR32(sign ^ cache, n) ^ sign) - sign;
259 }
260
261 static inline int get_sbits(GetBitContext *s, int n){
262     register int tmp;
263     OPEN_READER(re, s);
264     UPDATE_CACHE(re, s);
265     tmp = SHOW_SBITS(re, s, n);
266     LAST_SKIP_BITS(re, s, n);
267     CLOSE_READER(re, s);
268     return tmp;
269 }
270
271 /**
272  * Read 1-25 bits.
273  */
274 static inline unsigned int get_bits(GetBitContext *s, int n){
275     register int tmp;
276     OPEN_READER(re, s);
277     UPDATE_CACHE(re, s);
278     tmp = SHOW_UBITS(re, s, n);
279     LAST_SKIP_BITS(re, s, n);
280     CLOSE_READER(re, s);
281     return tmp;
282 }
283
284 /**
285  * Show 1-25 bits.
286  */
287 static inline unsigned int show_bits(GetBitContext *s, int n){
288     register int tmp;
289     OPEN_READER(re, s);
290     UPDATE_CACHE(re, s);
291     tmp = SHOW_UBITS(re, s, n);
292     return tmp;
293 }
294
295 static inline void skip_bits(GetBitContext *s, int n){
296  //Note gcc seems to optimize this to s->index+=n for the ALT_READER :))
297     OPEN_READER(re, s);
298     UPDATE_CACHE(re, s);
299     LAST_SKIP_BITS(re, s, n);
300     CLOSE_READER(re, s);
301 }
302
303 static inline unsigned int get_bits1(GetBitContext *s){
304 #ifdef ALT_BITSTREAM_READER
305     unsigned int index = s->index;
306     uint8_t result = s->buffer[index>>3];
307 #ifdef ALT_BITSTREAM_READER_LE
308     result >>= index & 7;
309     result &= 1;
310 #else
311     result <<= index & 7;
312     result >>= 8 - 1;
313 #endif
314     index++;
315     s->index = index;
316
317     return result;
318 #else
319     return get_bits(s, 1);
320 #endif
321 }
322
323 static inline unsigned int show_bits1(GetBitContext *s){
324     return show_bits(s, 1);
325 }
326
327 static inline void skip_bits1(GetBitContext *s){
328     skip_bits(s, 1);
329 }
330
331 /**
332  * Read 0-32 bits.
333  */
334 static inline unsigned int get_bits_long(GetBitContext *s, int n){
335     if (n <= MIN_CACHE_BITS) return get_bits(s, n);
336     else {
337 #ifdef ALT_BITSTREAM_READER_LE
338         int ret = get_bits(s, 16);
339         return ret | (get_bits(s, n-16) << 16);
340 #else
341         int ret = get_bits(s, 16) << (n-16);
342         return ret | get_bits(s, n-16);
343 #endif
344     }
345 }
346
347 /**
348  * Read 0-32 bits as a signed integer.
349  */
350 static inline int get_sbits_long(GetBitContext *s, int n) {
351     return sign_extend(get_bits_long(s, n), n);
352 }
353
354 /**
355  * Show 0-32 bits.
356  */
357 static inline unsigned int show_bits_long(GetBitContext *s, int n){
358     if (n <= MIN_CACHE_BITS) return show_bits(s, n);
359     else {
360         GetBitContext gb = *s;
361         return get_bits_long(&gb, n);
362     }
363 }
364
365 static inline int check_marker(GetBitContext *s, const char *msg)
366 {
367     int bit = get_bits1(s);
368     if (!bit)
369         av_log(NULL, AV_LOG_INFO, "Marker bit missing %s\n", msg);
370
371     return bit;
372 }
373
374 /**
375  * Inititalize GetBitContext.
376  * @param buffer bitstream buffer, must be FF_INPUT_BUFFER_PADDING_SIZE bytes larger than the actual read bits
377  * because some optimized bitstream readers read 32 or 64 bit at once and could read over the end
378  * @param bit_size the size of the buffer in bits
379  *
380  * While GetBitContext stores the buffer size, for performance reasons you are
381  * responsible for checking for the buffer end yourself (take advantage of the padding)!
382  */
383 static inline void init_get_bits(GetBitContext *s,
384                    const uint8_t *buffer, int bit_size)
385 {
386     int buffer_size = (bit_size+7)>>3;
387     if (buffer_size < 0 || bit_size < 0) {
388         buffer_size = bit_size = 0;
389         buffer = NULL;
390     }
391
392     s->buffer       = buffer;
393     s->size_in_bits = bit_size;
394     s->buffer_end   = buffer + buffer_size;
395 #ifdef ALT_BITSTREAM_READER
396     s->index        = 0;
397 #elif defined A32_BITSTREAM_READER
398     s->buffer_ptr   = (uint32_t*)((intptr_t)buffer & ~3);
399     s->bit_count    = 32 +     8*((intptr_t)buffer &  3);
400     skip_bits_long(s, 0);
401 #endif
402 }
403
404 static inline void align_get_bits(GetBitContext *s)
405 {
406     int n = -get_bits_count(s) & 7;
407     if (n) skip_bits(s, n);
408 }
409
410 #define init_vlc(vlc, nb_bits, nb_codes,                \
411                  bits, bits_wrap, bits_size,            \
412                  codes, codes_wrap, codes_size,         \
413                  flags)                                 \
414         init_vlc_sparse(vlc, nb_bits, nb_codes,         \
415                         bits, bits_wrap, bits_size,     \
416                         codes, codes_wrap, codes_size,  \
417                         NULL, 0, 0, flags)
418
419 int init_vlc_sparse(VLC *vlc, int nb_bits, int nb_codes,
420              const void *bits, int bits_wrap, int bits_size,
421              const void *codes, int codes_wrap, int codes_size,
422              const void *symbols, int symbols_wrap, int symbols_size,
423              int flags);
424 #define INIT_VLC_LE         2
425 #define INIT_VLC_USE_NEW_STATIC 4
426 void free_vlc(VLC *vlc);
427
428 #define INIT_VLC_STATIC(vlc, bits, a,b,c,d,e,f,g, static_size) do {     \
429         static VLC_TYPE table[static_size][2];                          \
430         (vlc)->table = table;                                           \
431         (vlc)->table_allocated = static_size;                           \
432         init_vlc(vlc, bits, a,b,c,d,e,f,g, INIT_VLC_USE_NEW_STATIC);    \
433     } while (0)
434
435
436 /**
437  * If the vlc code is invalid and max_depth=1, then no bits will be removed.
438  * If the vlc code is invalid and max_depth>1, then the number of bits removed
439  * is undefined.
440  */
441 #define GET_VLC(code, name, gb, table, bits, max_depth) do {    \
442         int n, nb_bits;                                         \
443         unsigned int index;                                     \
444                                                                 \
445         index = SHOW_UBITS(name, gb, bits);                     \
446         code  = table[index][0];                                \
447         n     = table[index][1];                                \
448                                                                 \
449         if (max_depth > 1 && n < 0) {                           \
450             LAST_SKIP_BITS(name, gb, bits);                     \
451             UPDATE_CACHE(name, gb);                             \
452                                                                 \
453             nb_bits = -n;                                       \
454                                                                 \
455             index = SHOW_UBITS(name, gb, nb_bits) + code;       \
456             code  = table[index][0];                            \
457             n     = table[index][1];                            \
458             if (max_depth > 2 && n < 0) {                       \
459                 LAST_SKIP_BITS(name, gb, nb_bits);              \
460                 UPDATE_CACHE(name, gb);                         \
461                                                                 \
462                 nb_bits = -n;                                   \
463                                                                 \
464                 index = SHOW_UBITS(name, gb, nb_bits) + code;   \
465                 code  = table[index][0];                        \
466                 n     = table[index][1];                        \
467             }                                                   \
468         }                                                       \
469         SKIP_BITS(name, gb, n);                                 \
470     } while (0)
471
472 #define GET_RL_VLC(level, run, name, gb, table, bits, max_depth, need_update) do { \
473         int n, nb_bits;                                                 \
474         unsigned int index;                                             \
475                                                                         \
476         index = SHOW_UBITS(name, gb, bits);                             \
477         level = table[index].level;                                     \
478         n     = table[index].len;                                       \
479                                                                         \
480         if (max_depth > 1 && n < 0) {                                   \
481             SKIP_BITS(name, gb, bits);                                  \
482             if (need_update) {                                          \
483                 UPDATE_CACHE(name, gb);                                 \
484             }                                                           \
485                                                                         \
486             nb_bits = -n;                                               \
487                                                                         \
488             index = SHOW_UBITS(name, gb, nb_bits) + level;              \
489             level = table[index].level;                                 \
490             n     = table[index].len;                                   \
491         }                                                               \
492         run = table[index].run;                                         \
493         SKIP_BITS(name, gb, n);                                         \
494     } while (0)
495
496
497 /**
498  * Parse a vlc code, faster than get_vlc().
499  * @param bits is the number of bits which will be read at once, must be
500  *             identical to nb_bits in init_vlc()
501  * @param max_depth is the number of times bits bits must be read to completely
502  *                  read the longest vlc code
503  *                  = (max_vlc_length + bits - 1) / bits
504  */
505 static av_always_inline int get_vlc2(GetBitContext *s, VLC_TYPE (*table)[2],
506                                   int bits, int max_depth)
507 {
508     int code;
509
510     OPEN_READER(re, s);
511     UPDATE_CACHE(re, s);
512
513     GET_VLC(code, re, s, table, bits, max_depth);
514
515     CLOSE_READER(re, s);
516     return code;
517 }
518
519 static inline int decode012(GetBitContext *gb){
520     int n;
521     n = get_bits1(gb);
522     if (n == 0)
523         return 0;
524     else
525         return get_bits1(gb) + 1;
526 }
527
528 static inline int decode210(GetBitContext *gb){
529     if (get_bits1(gb))
530         return 0;
531     else
532         return 2 - get_bits1(gb);
533 }
534
535 static inline int get_bits_left(GetBitContext *gb)
536 {
537     return gb->size_in_bits - get_bits_count(gb);
538 }
539
540 //#define TRACE
541
542 #ifdef TRACE
543 static inline void print_bin(int bits, int n){
544     int i;
545
546     for (i = n-1; i >= 0; i--) {
547         av_log(NULL, AV_LOG_DEBUG, "%d", (bits>>i)&1);
548     }
549     for (i = n; i < 24; i++)
550         av_log(NULL, AV_LOG_DEBUG, " ");
551 }
552
553 static inline int get_bits_trace(GetBitContext *s, int n, char *file,
554                                  const char *func, int line){
555     int r = get_bits(s, n);
556
557     print_bin(r, n);
558     av_log(NULL, AV_LOG_DEBUG, "%5d %2d %3d bit @%5d in %s %s:%d\n",
559            r, n, r, get_bits_count(s)-n, file, func, line);
560     return r;
561 }
562 static inline int get_vlc_trace(GetBitContext *s, VLC_TYPE (*table)[2],
563                                 int bits, int max_depth, char *file,
564                                 const char *func, int line){
565     int show  = show_bits(s, 24);
566     int pos   = get_bits_count(s);
567     int r     = get_vlc2(s, table, bits, max_depth);
568     int len   = get_bits_count(s) - pos;
569     int bits2 = show >> (24-len);
570
571     print_bin(bits2, len);
572
573     av_log(NULL, AV_LOG_DEBUG, "%5d %2d %3d vlc @%5d in %s %s:%d\n",
574            bits2, len, r, pos, file, func, line);
575     return r;
576 }
577 static inline int get_xbits_trace(GetBitContext *s, int n, char *file,
578                                   const char *func, int line){
579     int show = show_bits(s, n);
580     int r    = get_xbits(s, n);
581
582     print_bin(show, n);
583     av_log(NULL, AV_LOG_DEBUG, "%5d %2d %3d xbt @%5d in %s %s:%d\n",
584            show, n, r, get_bits_count(s)-n, file, func, line);
585     return r;
586 }
587
588 #define get_bits(s, n)  get_bits_trace(s, n, __FILE__, __PRETTY_FUNCTION__, __LINE__)
589 #define get_bits1(s)    get_bits_trace(s, 1, __FILE__, __PRETTY_FUNCTION__, __LINE__)
590 #define get_xbits(s, n) get_xbits_trace(s, n, __FILE__, __PRETTY_FUNCTION__, __LINE__)
591 #define get_vlc(s, vlc)            get_vlc_trace(s, (vlc)->table, (vlc)->bits, 3, __FILE__, __PRETTY_FUNCTION__, __LINE__)
592 #define get_vlc2(s, tab, bits, max) get_vlc_trace(s, tab, bits, max, __FILE__, __PRETTY_FUNCTION__, __LINE__)
593
594 #define tprintf(p, ...) av_log(p, AV_LOG_DEBUG, __VA_ARGS__)
595
596 #else //TRACE
597 #define tprintf(p, ...) {}
598 #endif
599
600 #endif /* AVCODEC_GET_BITS_H */