shift CABACContext.range right, this reduces the number of shifts needed in get_cabac...
[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 /**
24  * @file cabac.c
25  * Context Adaptive Binary Arithmetic Coder.
26  */
27
28 #include <string.h>
29
30 #include "common.h"
31 #include "bitstream.h"
32 #include "cabac.h"
33
34 static const uint8_t lps_range[64][4]= {
35 {128,176,208,240}, {128,167,197,227}, {128,158,187,216}, {123,150,178,205},
36 {116,142,169,195}, {111,135,160,185}, {105,128,152,175}, {100,122,144,166},
37 { 95,116,137,158}, { 90,110,130,150}, { 85,104,123,142}, { 81, 99,117,135},
38 { 77, 94,111,128}, { 73, 89,105,122}, { 69, 85,100,116}, { 66, 80, 95,110},
39 { 62, 76, 90,104}, { 59, 72, 86, 99}, { 56, 69, 81, 94}, { 53, 65, 77, 89},
40 { 51, 62, 73, 85}, { 48, 59, 69, 80}, { 46, 56, 66, 76}, { 43, 53, 63, 72},
41 { 41, 50, 59, 69}, { 39, 48, 56, 65}, { 37, 45, 54, 62}, { 35, 43, 51, 59},
42 { 33, 41, 48, 56}, { 32, 39, 46, 53}, { 30, 37, 43, 50}, { 29, 35, 41, 48},
43 { 27, 33, 39, 45}, { 26, 31, 37, 43}, { 24, 30, 35, 41}, { 23, 28, 33, 39},
44 { 22, 27, 32, 37}, { 21, 26, 30, 35}, { 20, 24, 29, 33}, { 19, 23, 27, 31},
45 { 18, 22, 26, 30}, { 17, 21, 25, 28}, { 16, 20, 23, 27}, { 15, 19, 22, 25},
46 { 14, 18, 21, 24}, { 14, 17, 20, 23}, { 13, 16, 19, 22}, { 12, 15, 18, 21},
47 { 12, 14, 17, 20}, { 11, 14, 16, 19}, { 11, 13, 15, 18}, { 10, 12, 15, 17},
48 { 10, 12, 14, 16}, {  9, 11, 13, 15}, {  9, 11, 12, 14}, {  8, 10, 12, 14},
49 {  8,  9, 11, 13}, {  7,  9, 11, 12}, {  7,  9, 10, 12}, {  7,  8, 10, 11},
50 {  6,  8,  9, 11}, {  6,  7,  9, 10}, {  6,  7,  8,  9}, {  2,  2,  2,  2},
51 };
52
53 uint8_t ff_h264_mlps_state[4*64];
54 uint8_t ff_h264_lps_range[4][2*64];
55 uint8_t ff_h264_lps_state[2*64];
56 uint8_t ff_h264_mps_state[2*64];
57
58 static const uint8_t mps_state[64]= {
59   1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8,
60   9,10,11,12,13,14,15,16,
61  17,18,19,20,21,22,23,24,
62  25,26,27,28,29,30,31,32,
63  33,34,35,36,37,38,39,40,
64  41,42,43,44,45,46,47,48,
65  49,50,51,52,53,54,55,56,
66  57,58,59,60,61,62,62,63,
67 };
68
69 static const uint8_t lps_state[64]= {
70   0, 0, 1, 2, 2, 4, 4, 5,
71   6, 7, 8, 9, 9,11,11,12,
72  13,13,15,15,16,16,18,18,
73  19,19,21,21,22,22,23,24,
74  24,25,26,26,27,27,28,29,
75  29,30,30,30,31,32,32,33,
76  33,33,34,34,35,35,35,36,
77  36,36,37,37,37,38,38,63,
78 };
79 #if 0
80 const uint8_t ff_h264_norm_shift_old[128]= {
81  7,6,5,5,4,4,4,4,3,3,3,3,3,3,3,3,
82  2,2,2,2,2,2,2,2,2,2,2,2,2,2,2,2,
83  1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,
84  1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,
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 #endif
91 const uint8_t ff_h264_norm_shift[512]= {
92  9,8,7,7,6,6,6,6,5,5,5,5,5,5,5,5,
93  4,4,4,4,4,4,4,4,4,4,4,4,4,4,4,4,
94  3,3,3,3,3,3,3,3,3,3,3,3,3,3,3,3,
95  3,3,3,3,3,3,3,3,3,3,3,3,3,3,3,3,
96  2,2,2,2,2,2,2,2,2,2,2,2,2,2,2,2,
97  2,2,2,2,2,2,2,2,2,2,2,2,2,2,2,2,
98  2,2,2,2,2,2,2,2,2,2,2,2,2,2,2,2,
99  2,2,2,2,2,2,2,2,2,2,2,2,2,2,2,2,
100  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,
101  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,
102  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,
103  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,
104  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,
105  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,
106  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,
107  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,
108  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,
109  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,
110  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,
111  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,
112 };
113
114 /**
115  *
116  * @param buf_size size of buf in bits
117  */
118 void ff_init_cabac_encoder(CABACContext *c, uint8_t *buf, int buf_size){
119     init_put_bits(&c->pb, buf, buf_size);
120
121     c->low= 0;
122     c->range= 0x1FE;
123     c->outstanding_count= 0;
124 #ifdef STRICT_LIMITS
125     c->sym_count =0;
126 #endif
127
128     c->pb.bit_left++; //avoids firstBitFlag
129 }
130
131 /**
132  *
133  * @param buf_size size of buf in bits
134  */
135 void ff_init_cabac_decoder(CABACContext *c, const uint8_t *buf, int buf_size){
136     c->bytestream_start=
137     c->bytestream= buf;
138     c->bytestream_end= buf + buf_size;
139
140 #if CABAC_BITS == 16
141     c->low =  (*c->bytestream++)<<18;
142     c->low+=  (*c->bytestream++)<<10;
143 #else
144     c->low =  (*c->bytestream++)<<10;
145 #endif
146     c->low+= ((*c->bytestream++)<<2) + 2;
147     c->range= 0x1FE;
148 }
149
150 void ff_init_cabac_states(CABACContext *c){
151     int i, j;
152
153     for(i=0; i<64; i++){
154         for(j=0; j<4; j++){ //FIXME check if this is worth the 1 shift we save
155             ff_h264_lps_range[j][2*i+0]=
156             ff_h264_lps_range[j][2*i+1]= lps_range[i][j];
157         }
158
159         ff_h264_mlps_state[128+2*i+0]=
160         ff_h264_mps_state[2*i+0]= 2*mps_state[i]+0;
161         ff_h264_mlps_state[128+2*i+1]=
162         ff_h264_mps_state[2*i+1]= 2*mps_state[i]+1;
163
164         if( i ){
165 #ifdef BRANCHLESS_CABAC_DECODER
166             ff_h264_mlps_state[128-2*i-1]= 2*lps_state[i]+0;
167             ff_h264_mlps_state[128-2*i-2]= 2*lps_state[i]+1;
168         }else{
169             ff_h264_mlps_state[128-2*i-1]= 1;
170             ff_h264_mlps_state[128-2*i-2]= 0;
171 #else
172             ff_h264_lps_state[2*i+0]= 2*lps_state[i]+0;
173             ff_h264_lps_state[2*i+1]= 2*lps_state[i]+1;
174         }else{
175             ff_h264_lps_state[2*i+0]= 1;
176             ff_h264_lps_state[2*i+1]= 0;
177 #endif
178         }
179     }
180 }
181
182 #if 0 //selftest
183 #define SIZE 10240
184
185 #include "avcodec.h"
186
187 int main(){
188     CABACContext c;
189     uint8_t b[9*SIZE];
190     uint8_t r[9*SIZE];
191     int i;
192     uint8_t state[10]= {0};
193
194     ff_init_cabac_encoder(&c, b, SIZE);
195     ff_init_cabac_states(&c, ff_h264_lps_range, ff_h264_mps_state, ff_h264_lps_state, 64);
196
197     for(i=0; i<SIZE; i++){
198         r[i]= random()%7;
199     }
200
201     for(i=0; i<SIZE; i++){
202 START_TIMER
203         put_cabac_bypass(&c, r[i]&1);
204 STOP_TIMER("put_cabac_bypass")
205     }
206
207     for(i=0; i<SIZE; i++){
208 START_TIMER
209         put_cabac(&c, state, r[i]&1);
210 STOP_TIMER("put_cabac")
211     }
212
213     for(i=0; i<SIZE; i++){
214 START_TIMER
215         put_cabac_u(&c, state, r[i], 6, 3, i&1);
216 STOP_TIMER("put_cabac_u")
217     }
218
219     for(i=0; i<SIZE; i++){
220 START_TIMER
221         put_cabac_ueg(&c, state, r[i], 3, 0, 1, 2);
222 STOP_TIMER("put_cabac_ueg")
223     }
224
225     put_cabac_terminate(&c, 1);
226
227     ff_init_cabac_decoder(&c, b, SIZE);
228
229     memset(state, 0, sizeof(state));
230
231     for(i=0; i<SIZE; i++){
232 START_TIMER
233         if( (r[i]&1) != get_cabac_bypass(&c) )
234             av_log(NULL, AV_LOG_ERROR, "CABAC bypass failure at %d\n", i);
235 STOP_TIMER("get_cabac_bypass")
236     }
237
238     for(i=0; i<SIZE; i++){
239 START_TIMER
240         if( (r[i]&1) != get_cabac(&c, state) )
241             av_log(NULL, AV_LOG_ERROR, "CABAC failure at %d\n", i);
242 STOP_TIMER("get_cabac")
243     }
244 #if 0
245     for(i=0; i<SIZE; i++){
246 START_TIMER
247         if( r[i] != get_cabac_u(&c, state, (i&1) ? 6 : 7, 3, i&1) )
248             av_log(NULL, AV_LOG_ERROR, "CABAC unary (truncated) binarization failure at %d\n", i);
249 STOP_TIMER("get_cabac_u")
250     }
251
252     for(i=0; i<SIZE; i++){
253 START_TIMER
254         if( r[i] != get_cabac_ueg(&c, state, 3, 0, 1, 2))
255             av_log(NULL, AV_LOG_ERROR, "CABAC unary (truncated) binarization failure at %d\n", i);
256 STOP_TIMER("get_cabac_ueg")
257     }
258 #endif
259     if(!get_cabac_terminate(&c))
260         av_log(NULL, AV_LOG_ERROR, "where's the Terminator?\n");
261
262     return 0;
263 }
264
265 #endif