avcodec/mpegvideo: Use intra_scantable in dct_unquantize_h263_intra_c()
[ffmpeg.git] / libavcodec / opus_rc.c
1 /*
2  * Copyright (c) 2012 Andrew D'Addesio
3  * Copyright (c) 2013-2014 Mozilla Corporation
4  * Copyright (c) 2017 Rostislav Pehlivanov <atomnuker@gmail.com>
5  *
6  * This file is part of FFmpeg.
7  *
8  * FFmpeg is free software; you can redistribute it and/or
9  * modify it under the terms of the GNU Lesser General Public
10  * License as published by the Free Software Foundation; either
11  * version 2.1 of the License, or (at your option) any later version.
12  *
13  * FFmpeg is distributed in the hope that it will be useful,
14  * but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
15  * MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the GNU
16  * Lesser General Public License for more details.
17  *
18  * You should have received a copy of the GNU Lesser General Public
19  * License along with FFmpeg; if not, write to the Free Software
20  * Foundation, Inc., 51 Franklin Street, Fifth Floor, Boston, MA 02110-1301 USA
21  */
22
23 #include "opus_rc.h"
24
25 #define OPUS_RC_BITS 32
26 #define OPUS_RC_SYM  8
27 #define OPUS_RC_CEIL ((1 << OPUS_RC_SYM) - 1)
28 #define OPUS_RC_TOP (1u << 31)
29 #define OPUS_RC_BOT (OPUS_RC_TOP >> OPUS_RC_SYM)
30 #define OPUS_RC_SHIFT (OPUS_RC_BITS - OPUS_RC_SYM - 1)
31
32 static av_always_inline void opus_rc_enc_carryout(OpusRangeCoder *rc, int cbuf)
33 {
34     const int cb = cbuf >> OPUS_RC_SYM, mb = (OPUS_RC_CEIL + cb) & OPUS_RC_CEIL;
35     if (cbuf == OPUS_RC_CEIL) {
36         rc->ext++;
37         return;
38     }
39     rc->rng_cur[0] = rc->rem + cb;
40     rc->rng_cur += (rc->rem >= 0);
41     for (; rc->ext > 0; rc->ext--)
42         *rc->rng_cur++ = mb;
43     av_assert0(rc->rng_cur < rc->rb.position);
44     rc->rem = cbuf & OPUS_RC_CEIL; /* Propagate */
45 }
46
47 static av_always_inline void opus_rc_dec_normalize(OpusRangeCoder *rc)
48 {
49     while (rc->range <= OPUS_RC_BOT) {
50         rc->value = ((rc->value << OPUS_RC_SYM) | (get_bits(&rc->gb, OPUS_RC_SYM) ^ OPUS_RC_CEIL)) & (OPUS_RC_TOP - 1);
51         rc->range     <<= OPUS_RC_SYM;
52         rc->total_bits += OPUS_RC_SYM;
53     }
54 }
55
56 static av_always_inline void opus_rc_enc_normalize(OpusRangeCoder *rc)
57 {
58     while (rc->range <= OPUS_RC_BOT) {
59         opus_rc_enc_carryout(rc, rc->value >> OPUS_RC_SHIFT);
60         rc->value = (rc->value << OPUS_RC_SYM) & (OPUS_RC_TOP - 1);
61         rc->range     <<= OPUS_RC_SYM;
62         rc->total_bits += OPUS_RC_SYM;
63     }
64 }
65
66 static av_always_inline void opus_rc_dec_update(OpusRangeCoder *rc, uint32_t scale,
67                                                 uint32_t low, uint32_t high,
68                                                 uint32_t total)
69 {
70     rc->value -= scale * (total - high);
71     rc->range  = low ? scale * (high - low)
72                       : rc->range - scale * (total - high);
73     opus_rc_dec_normalize(rc);
74 }
75
76 /* Main encoding function, this needs to go fast */
77 static av_always_inline void opus_rc_enc_update(OpusRangeCoder *rc, uint32_t b, uint32_t p,
78                                                 uint32_t p_tot, const int ptwo)
79 {
80     uint32_t rscaled, cnd = !!b;
81     if (ptwo) /* Whole function is inlined so hopefully branch is optimized out */
82         rscaled = rc->range >> ff_log2(p_tot);
83     else
84         rscaled = rc->range/p_tot;
85     rc->value +=    cnd*(rc->range - rscaled*(p_tot - b));
86     rc->range  = (!cnd)*(rc->range - rscaled*(p_tot - p)) + cnd*rscaled*(p - b);
87     opus_rc_enc_normalize(rc);
88 }
89
90 uint32_t ff_opus_rc_dec_cdf(OpusRangeCoder *rc, const uint16_t *cdf)
91 {
92     unsigned int k, scale, total, symbol, low, high;
93
94     total = *cdf++;
95
96     scale   = rc->range / total;
97     symbol = rc->value / scale + 1;
98     symbol = total - FFMIN(symbol, total);
99
100     for (k = 0; cdf[k] <= symbol; k++);
101     high = cdf[k];
102     low  = k ? cdf[k-1] : 0;
103
104     opus_rc_dec_update(rc, scale, low, high, total);
105
106     return k;
107 }
108
109 void ff_opus_rc_enc_cdf(OpusRangeCoder *rc, int val, const uint16_t *cdf)
110 {
111     opus_rc_enc_update(rc, cdf[val], cdf[val + 1], cdf[0], 1);
112 }
113
114 uint32_t ff_opus_rc_dec_log(OpusRangeCoder *rc, uint32_t bits)
115 {
116     uint32_t k, scale;
117     scale = rc->range >> bits; // in this case, scale = symbol
118
119     if (rc->value >= scale) {
120         rc->value -= scale;
121         rc->range -= scale;
122         k = 0;
123     } else {
124         rc->range = scale;
125         k = 1;
126     }
127     opus_rc_dec_normalize(rc);
128     return k;
129 }
130
131 void ff_opus_rc_enc_log(OpusRangeCoder *rc, int val, uint32_t bits)
132 {
133     bits = (1 << bits) - 1;
134     opus_rc_enc_update(rc, (!!val)*bits, bits + !!val, bits + 1, 1);
135 }
136
137 /**
138  * CELT: read 1-25 raw bits at the end of the frame, backwards byte-wise
139  */
140 uint32_t ff_opus_rc_get_raw(OpusRangeCoder *rc, uint32_t count)
141 {
142     uint32_t value = 0;
143
144     while (rc->rb.bytes && rc->rb.cachelen < count) {
145         rc->rb.cacheval |= *--rc->rb.position << rc->rb.cachelen;
146         rc->rb.cachelen += 8;
147         rc->rb.bytes--;
148     }
149
150     value = av_mod_uintp2(rc->rb.cacheval, count);
151     rc->rb.cacheval    >>= count;
152     rc->rb.cachelen     -= count;
153     rc->total_bits      += count;
154
155     return value;
156 }
157
158 /**
159  * CELT: write 0 - 31 bits to the rawbits buffer
160  */
161 void ff_opus_rc_put_raw(OpusRangeCoder *rc, uint32_t val, uint32_t count)
162 {
163     const int to_write = FFMIN(32 - rc->rb.cachelen, count);
164
165     rc->total_bits += count;
166     rc->rb.cacheval |= av_mod_uintp2(val, to_write) << rc->rb.cachelen;
167     rc->rb.cachelen = (rc->rb.cachelen + to_write) % 32;
168
169     if (!rc->rb.cachelen && count) {
170         AV_WB32(rc->rb.position, rc->rb.cacheval);
171         rc->rb.bytes    += 4;
172         rc->rb.position -= 4;
173         rc->rb.cachelen = count - to_write;
174         rc->rb.cacheval = av_mod_uintp2(val >> to_write, rc->rb.cachelen);
175         av_assert0(rc->rng_cur < rc->rb.position);
176     }
177 }
178
179 /**
180  * CELT: read a uniform distribution
181  */
182 uint32_t ff_opus_rc_dec_uint(OpusRangeCoder *rc, uint32_t size)
183 {
184     uint32_t bits, k, scale, total;
185
186     bits  = opus_ilog(size - 1);
187     total = (bits > 8) ? ((size - 1) >> (bits - 8)) + 1 : size;
188
189     scale  = rc->range / total;
190     k      = rc->value / scale + 1;
191     k      = total - FFMIN(k, total);
192     opus_rc_dec_update(rc, scale, k, k + 1, total);
193
194     if (bits > 8) {
195         k = k << (bits - 8) | ff_opus_rc_get_raw(rc, bits - 8);
196         return FFMIN(k, size - 1);
197     } else
198         return k;
199 }
200
201 /**
202  * CELT: write a uniformly distributed integer
203  */
204 void ff_opus_rc_enc_uint(OpusRangeCoder *rc, uint32_t val, uint32_t size)
205 {
206     const int ps = FFMAX(opus_ilog(size - 1) - 8, 0);
207     opus_rc_enc_update(rc, val >> ps, (val >> ps) + 1, ((size - 1) >> ps) + 1, 0);
208     ff_opus_rc_put_raw(rc, val, ps);
209 }
210
211 uint32_t ff_opus_rc_dec_uint_step(OpusRangeCoder *rc, int k0)
212 {
213     /* Use a probability of 3 up to itheta=8192 and then use 1 after */
214     uint32_t k, scale, symbol, total = (k0+1)*3 + k0;
215     scale  = rc->range / total;
216     symbol = rc->value / scale + 1;
217     symbol = total - FFMIN(symbol, total);
218
219     k = (symbol < (k0+1)*3) ? symbol/3 : symbol - (k0+1)*2;
220
221     opus_rc_dec_update(rc, scale, (k <= k0) ? 3*(k+0) : (k-1-k0) + 3*(k0+1),
222                        (k <= k0) ? 3*(k+1) : (k-0-k0) + 3*(k0+1), total);
223     return k;
224 }
225
226 void ff_opus_rc_enc_uint_step(OpusRangeCoder *rc, uint32_t val, int k0)
227 {
228     const uint32_t a = val <= k0, b = 2*a + 1;
229     k0 = (k0 + 1) << 1;
230     val = b*(val + k0) - 3*a*k0;
231     opus_rc_enc_update(rc, val, val + b, (k0 << 1) - 1, 0);
232 }
233
234 uint32_t ff_opus_rc_dec_uint_tri(OpusRangeCoder *rc, int qn)
235 {
236     uint32_t k, scale, symbol, total, low, center;
237
238     total = ((qn>>1) + 1) * ((qn>>1) + 1);
239     scale   = rc->range / total;
240     center = rc->value / scale + 1;
241     center = total - FFMIN(center, total);
242
243     if (center < total >> 1) {
244         k      = (ff_sqrt(8 * center + 1) - 1) >> 1;
245         low    = k * (k + 1) >> 1;
246         symbol = k + 1;
247     } else {
248         k      = (2*(qn + 1) - ff_sqrt(8*(total - center - 1) + 1)) >> 1;
249         low    = total - ((qn + 1 - k) * (qn + 2 - k) >> 1);
250         symbol = qn + 1 - k;
251     }
252
253     opus_rc_dec_update(rc, scale, low, low + symbol, total);
254
255     return k;
256 }
257
258 void ff_opus_rc_enc_uint_tri(OpusRangeCoder *rc, uint32_t k, int qn)
259 {
260     uint32_t symbol, low, total;
261
262     total = ((qn>>1) + 1) * ((qn>>1) + 1);
263
264     if (k <= qn >> 1) {
265         low    = k * (k + 1) >> 1;
266         symbol = k + 1;
267     } else {
268         low    = total - ((qn + 1 - k) * (qn + 2 - k) >> 1);
269         symbol = qn + 1 - k;
270     }
271
272     opus_rc_enc_update(rc, low, low + symbol, total, 0);
273 }
274
275 int ff_opus_rc_dec_laplace(OpusRangeCoder *rc, uint32_t symbol, int decay)
276 {
277     /* extends the range coder to model a Laplace distribution */
278     int value = 0;
279     uint32_t scale, low = 0, center;
280
281     scale  = rc->range >> 15;
282     center = rc->value / scale + 1;
283     center = (1 << 15) - FFMIN(center, 1 << 15);
284
285     if (center >= symbol) {
286         value++;
287         low = symbol;
288         symbol = 1 + ((32768 - 32 - symbol) * (16384-decay) >> 15);
289
290         while (symbol > 1 && center >= low + 2 * symbol) {
291             value++;
292             symbol *= 2;
293             low    += symbol;
294             symbol  = (((symbol - 2) * decay) >> 15) + 1;
295         }
296
297         if (symbol <= 1) {
298             int distance = (center - low) >> 1;
299             value += distance;
300             low   += 2 * distance;
301         }
302
303         if (center < low + symbol)
304             value *= -1;
305         else
306             low += symbol;
307     }
308
309     opus_rc_dec_update(rc, scale, low, FFMIN(low + symbol, 32768), 32768);
310
311     return value;
312 }
313
314 void ff_opus_rc_enc_laplace(OpusRangeCoder *rc, int *value, uint32_t symbol, int decay)
315 {
316     uint32_t low = symbol;
317     int i = 1, val = FFABS(*value), pos = *value > 0;
318     if (!val) {
319         opus_rc_enc_update(rc, 0, symbol, 1 << 15, 1);
320         return;
321     }
322     symbol = ((32768 - 32 - symbol)*(16384 - decay)) >> 15;
323     for (; i < val && symbol; i++) {
324         low   += (symbol << 1) + 2;
325         symbol = (symbol*decay) >> 14;
326     }
327     if (symbol) {
328         low += (++symbol)*pos;
329     } else {
330         const int distance = FFMIN(val - i, (((32768 - low) - !pos) >> 1) - 1);
331         low   += pos + (distance << 1);
332         symbol = FFMIN(1, 32768 - low);
333         *value = FFSIGN(*value)*(distance + i);
334     }
335     opus_rc_enc_update(rc, low, low + symbol, 1 << 15, 1);
336 }
337
338 int ff_opus_rc_dec_init(OpusRangeCoder *rc, const uint8_t *data, int size)
339 {
340     int ret = init_get_bits8(&rc->gb, data, size);
341     if (ret < 0)
342         return ret;
343
344     rc->range = 128;
345     rc->value = 127 - get_bits(&rc->gb, 7);
346     rc->total_bits = 9;
347     opus_rc_dec_normalize(rc);
348
349     return 0;
350 }
351
352 void ff_opus_rc_dec_raw_init(OpusRangeCoder *rc, const uint8_t *rightend, uint32_t bytes)
353 {
354     rc->rb.position = rightend;
355     rc->rb.bytes    = bytes;
356     rc->rb.cachelen = 0;
357     rc->rb.cacheval = 0;
358 }
359
360 void ff_opus_rc_enc_end(OpusRangeCoder *rc, uint8_t *dst, int size)
361 {
362     int rng_bytes, bits = OPUS_RC_BITS - opus_ilog(rc->range);
363     uint32_t mask = (OPUS_RC_TOP - 1) >> bits;
364     uint32_t end = (rc->value + mask) & ~mask;
365
366     if ((end | mask) >= rc->value + rc->range) {
367         bits++;
368         mask >>= 1;
369         end = (rc->value + mask) & ~mask;
370     }
371
372     /* Finish what's left */
373     while (bits > 0) {
374         opus_rc_enc_carryout(rc, end >> OPUS_RC_SHIFT);
375         end = (end << OPUS_RC_SYM) & (OPUS_RC_TOP - 1);
376         bits -= OPUS_RC_SYM;
377     }
378
379     /* Flush out anything left or marked */
380     if (rc->rem >= 0 || rc->ext > 0)
381         opus_rc_enc_carryout(rc, 0);
382
383     rng_bytes = rc->rng_cur - rc->buf;
384     rc->waste = (size - (rc->rb.bytes + rng_bytes)) << 3;
385     memcpy(dst, rc->buf, rng_bytes);
386     memset(dst + rng_bytes, 0, FFMAX(rc->waste >> 3, 0) + 1);
387
388     /* Put the rawbits part, if any */
389     if (rc->rb.bytes || rc->rb.cachelen) {
390         int rawbytes = FFALIGN(rc->rb.bytes*8 + rc->rb.cachelen, 8) >> 3;
391         int dst_loc = FFMAX(size - rawbytes, 0);
392         uint8_t *src = rc->buf + OPUS_MAX_PACKET_SIZE + 12 - rawbytes;
393         ff_opus_rc_put_raw(rc, 0, 32 - rc->rb.cachelen);
394         dst[dst_loc] |= *src++;
395         memcpy(&dst[dst_loc + 1], src, rawbytes - 1);
396     }
397 }
398
399 void ff_opus_rc_enc_init(OpusRangeCoder *rc)
400 {
401     rc->value = 0;
402     rc->range = OPUS_RC_TOP;
403     rc->total_bits = OPUS_RC_BITS + 1;
404     rc->rem = -1;
405     rc->ext =  0;
406     rc->rng_cur = rc->buf;
407     ff_opus_rc_dec_raw_init(rc, rc->buf + OPUS_MAX_PACKET_SIZE + 8, 0);
408 }