libavcodec/cabac.h

   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 Libav.
   6  *
   7  * Libav 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  * Libav 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 Libav; 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 #ifndef AVCODEC_CABAC_H
  28 #define AVCODEC_CABAC_H
  29
  30 #include <stddef.h>
  31
  32 #include "put_bits.h"
  33
  34 //#undef NDEBUG
  35 #include <assert.h>
  36
  37 #define CABAC_BITS 16
  38 #define CABAC_MASK ((1<<CABAC_BITS)-1)
  39
  40 typedef struct CABACContext{
  41     int low;
  42     int range;
  43     int outstanding_count;
  44 #ifdef STRICT_LIMITS
  45     int symCount;
  46 #endif
  47     const uint8_t *bytestream_start;
  48     const uint8_t *bytestream;
  49     const uint8_t *bytestream_end;
  50     PutBitContext pb;
  51 }CABACContext;
  52
  53 extern uint8_t ff_h264_mlps_state[4*64];
  54 extern uint8_t ff_h264_lps_range[4*2*64];  ///< rangeTabLPS
  55 extern uint8_t ff_h264_mps_state[2*64];     ///< transIdxMPS
  56 extern uint8_t ff_h264_lps_state[2*64];     ///< transIdxLPS
  57 extern const uint8_t ff_h264_norm_shift[512];
  58
  59 #if ARCH_X86
  60 #   include "x86/cabac.h"
  61 #endif
  62
  63 void ff_init_cabac_encoder(CABACContext *c, uint8_t *buf, int buf_size);
  64 void ff_init_cabac_decoder(CABACContext *c, const uint8_t *buf, int buf_size);
  65 void ff_init_cabac_states(CABACContext *c);
  66
  67
  68 static inline void put_cabac_bit(CABACContext *c, int b){
  69     put_bits(&c->pb, 1, b);
  70     for(;c->outstanding_count; c->outstanding_count--){
  71         put_bits(&c->pb, 1, 1-b);
  72     }
  73 }
  74
  75 static inline void renorm_cabac_encoder(CABACContext *c){
  76     while(c->range < 0x100){
  77         //FIXME optimize
  78         if(c->low<0x100){
  79             put_cabac_bit(c, 0);
  80         }else if(c->low<0x200){
  81             c->outstanding_count++;
  82             c->low -= 0x100;
  83         }else{
  84             put_cabac_bit(c, 1);
  85             c->low -= 0x200;
  86         }
  87
  88         c->range+= c->range;
  89         c->low += c->low;
  90     }
  91 }
  92
  93 static void refill(CABACContext *c){
  94 #if CABAC_BITS == 16
  95         c->low+= (c->bytestream[0]<<9) + (c->bytestream[1]<<1);
  96 #else
  97         c->low+= c->bytestream[0]<<1;
  98 #endif
  99     c->low -= CABAC_MASK;
 100     c->bytestream+= CABAC_BITS/8;
 101 }
 102
 103 static inline void renorm_cabac_decoder(CABACContext *c){
 104     while(c->range < 0x100){
 105         c->range+= c->range;
 106         c->low+= c->low;
 107         if(!(c->low & CABAC_MASK))
 108             refill(c);
 109     }
 110 }
 111
 112 static inline void renorm_cabac_decoder_once(CABACContext *c){
 113     int shift= (uint32_t)(c->range - 0x100)>>31;
 114     c->range<<= shift;
 115     c->low  <<= shift;
 116     if(!(c->low & CABAC_MASK))
 117         refill(c);
 118 }
 119
 120 #ifndef get_cabac_inline
 121 static void refill2(CABACContext *c){
 122     int i, x;
 123
 124     x= c->low ^ (c->low-1);
 125     i= 7 - ff_h264_norm_shift[x>>(CABAC_BITS-1)];
 126
 127     x= -CABAC_MASK;
 128
 129 #if CABAC_BITS == 16
 130         x+= (c->bytestream[0]<<9) + (c->bytestream[1]<<1);
 131 #else
 132         x+= c->bytestream[0]<<1;
 133 #endif
 134
 135     c->low += x<<i;
 136     c->bytestream+= CABAC_BITS/8;
 137 }
 138
 139 static av_always_inline int get_cabac_inline(CABACContext *c, uint8_t * const state){
 140     int s = *state;
 141     int RangeLPS= ff_h264_lps_range[2*(c->range&0xC0) + s];
 142     int bit, lps_mask;
 143
 144     c->range -= RangeLPS;
 145     lps_mask= ((c->range<<(CABAC_BITS+1)) - c->low)>>31;
 146
 147     c->low -= (c->range<<(CABAC_BITS+1)) & lps_mask;
 148     c->range += (RangeLPS - c->range) & lps_mask;
 149
 150     s^=lps_mask;
 151     *state= (ff_h264_mlps_state+128)[s];
 152     bit= s&1;
 153
 154     lps_mask= ff_h264_norm_shift[c->range];
 155     c->range<<= lps_mask;
 156     c->low  <<= lps_mask;
 157     if(!(c->low & CABAC_MASK))
 158         refill2(c);
 159     return bit;
 160 }
 161 #endif
 162
 163 static int av_noinline av_unused get_cabac_noinline(CABACContext *c, uint8_t * const state){
 164     return get_cabac_inline(c,state);
 165 }
 166
 167 static int av_unused get_cabac(CABACContext *c, uint8_t * const state){
 168     return get_cabac_inline(c,state);
 169 }
 170
 171 static int av_unused get_cabac_bypass(CABACContext *c){
 172     int range;
 173     c->low += c->low;
 174
 175     if(!(c->low & CABAC_MASK))
 176         refill(c);
 177
 178     range= c->range<<(CABAC_BITS+1);
 179     if(c->low < range){
 180         return 0;
 181     }else{
 182         c->low -= range;
 183         return 1;
 184     }
 185 }
 186
 187
 188 #ifndef get_cabac_bypass_sign
 189 static av_always_inline int get_cabac_bypass_sign(CABACContext *c, int val){
 190     int range, mask;
 191     c->low += c->low;
 192
 193     if(!(c->low & CABAC_MASK))
 194         refill(c);
 195
 196     range= c->range<<(CABAC_BITS+1);
 197     c->low -= range;
 198     mask= c->low >> 31;
 199     range &= mask;
 200     c->low += range;
 201     return (val^mask)-mask;
 202 }
 203 #endif
 204
 205 /**
 206  *
 207  * @return the number of bytes read or 0 if no end
 208  */
 209 static int av_unused get_cabac_terminate(CABACContext *c){
 210     c->range -= 2;
 211     if(c->low < c->range<<(CABAC_BITS+1)){
 212         renorm_cabac_decoder_once(c);
 213         return 0;
 214     }else{
 215         return c->bytestream - c->bytestream_start;
 216     }
 217 }
 218
 219 #if 0
 220 /**
 221  * Get (truncated) unary binarization.
 222  */
 223 static int get_cabac_u(CABACContext *c, uint8_t * state, int max, int max_index, int truncated){
 224     int i;
 225
 226     for(i=0; i<max; i++){
 227         if(get_cabac(c, state)==0)
 228             return i;
 229
 230         if(i< max_index) state++;
 231     }
 232
 233     return truncated ? max : -1;
 234 }
 235
 236 /**
 237  * get unary exp golomb k-th order binarization.
 238  */
 239 static int get_cabac_ueg(CABACContext *c, uint8_t * state, int max, int is_signed, int k, int max_index){
 240     int i, v;
 241     int m= 1<<k;
 242
 243     if(get_cabac(c, state)==0)
 244         return 0;
 245
 246     if(0 < max_index) state++;
 247
 248     for(i=1; i<max; i++){
 249         if(get_cabac(c, state)==0){
 250             if(is_signed && get_cabac_bypass(c)){
 251                 return -i;
 252             }else
 253                 return i;
 254         }
 255
 256         if(i < max_index) state++;
 257     }
 258
 259     while(get_cabac_bypass(c)){
 260         i+= m;
 261         m+= m;
 262     }
 263
 264     v=0;
 265     while(m>>=1){
 266         v+= v + get_cabac_bypass(c);
 267     }
 268     i += v;
 269
 270     if(is_signed && get_cabac_bypass(c)){
 271         return -i;
 272     }else
 273         return i;
 274 }
 275 #endif /* 0 */
 276
 277 #endif /* AVCODEC_CABAC_H */