]> wimlib.net Git - wimlib/blobdiff - src/lzms-decompress.c
lzms-decompress.c: Update comments about Huffman codes
[wimlib] / src / lzms-decompress.c
index b61b0e0fb7f25df131b519631efd13e445744105..9c78fb412d62cc770f2dc70d9dd86d95a4a36608 100644 (file)
@@ -35,7 +35,7 @@
  * is a container format from which the locations and sizes (both compressed and
  * uncompressed) of the constituent blocks can be determined.
  *
- * A LZMS-compressed block must be read in 16-bit little endian units from both
+ * An LZMS-compressed block must be read in 16-bit little endian units from both
  * directions.  One logical bitstream starts at the front of the block and
  * proceeds forwards.  Another logical bitstream starts at the end of the block
  * and proceeds backwards.  Bits read from the forwards bitstream constitute
@@ -65,7 +65,7 @@
  * offset is 1, regardless of match length.
  *
  * For LZ matches, up to 3 repeat offsets are allowed, similar to some other
- * LZ-based formats such as LZX and LZMA.  They must updated in a LRU fashion,
+ * LZ-based formats such as LZX and LZMA.  They must updated in an LRU fashion,
  * except for a quirk: updates to the queue must be delayed by one LZMS item,
  * except for the removal of a repeat match.  As a result, 4 entries are
  * actually needed in the queue, even though it is only possible to decode
  * have equal frequency.  Following that, each code must be rebuilt whenever a
  * certain number of symbols has been decoded with it.
  *
- * In general, multiple valid Huffman codes can be constructed from a set of
- * symbol frequencies.  Like other compression formats such as XPRESS, LZX, and
- * DEFLATE, the LZMS format solves this ambiguity by requiring that all Huffman
- * codes be constructed in canonical form.  This form requires that same-length
- * codewords be lexicographically ordered the same way as the corresponding
- * symbols and that all shorter codewords lexicographically precede longer
- * codewords.
+ * Like other compression formats such as XPRESS, LZX, and DEFLATE, the LZMS
+ * format requires that all Huffman codes be constructed in canonical form.
+ * This form requires that same-length codewords be lexicographically ordered
+ * the same way as the corresponding symbols and that all shorter codewords
+ * lexicographically precede longer codewords.  Such a code can be constructed
+ * directly from codeword lengths, although in LZMS this is not actually
+ * necessary because the codes are built using adaptive symbol frequencies.
  *
- * Codewords in all the LZMS Huffman codes are limited to 15 bits.  If the
- * canonical code for a given set of symbol frequencies has any codewords longer
- * than 15 bits, then all frequencies must be divided by 2, rounding up, and the
- * code construction must be attempted again.
+ * Even with the canonical code restriction, the same frequencies can be used to
+ * construct multiple valid Huffman codes.  Therefore, the decompressor needs to
+ * construct the right one.  Specifically, the LZMS format requires that the
+ * Huffman code be constructed as if the well-known priority queue algorithm is
+ * used and frequency ties are always broken in favor of leaf nodes.  See
+ * make_canonical_huffman_code() in compress_common.c for more information.
  *
- * A LZMS-compressed block seemingly cannot have a compressed size greater than
+ * Codewords in LZMS are guaranteed to not exceed 15 bits.  The format otherwise
+ * places no restrictions on codeword length.  Therefore, the Huffman code
+ * construction algorithm that a correct LZMS decompressor uses need not
+ * implement length-limited code construction.  But if it does (e.g. by virtue
+ * of being shared among multiple compression algorithms), the details of how it
+ * does so are unimportant, provided that the maximum codeword length parameter
+ * is set to at least 15 bits.
+ *
+ * An LZMS-compressed block seemingly cannot have a compressed size greater than
  * or equal to the uncompressed size.  In such cases the block must be stored
  * uncompressed.
  *
@@ -232,7 +242,7 @@ struct lzms_input_bitstream {
         * at a time, this needs to be 64 bits rather than 32 bits.  */
        u64 bitbuf;
 
-       /* Number of bits in @bitbuf that are are used.  */
+       /* Number of bits in @bitbuf that are used.  */
        unsigned num_filled_bits;
 
        /* Pointer to the one past the next little-endian 16-bit integer in the
@@ -304,7 +314,7 @@ struct lzms_huffman_decoder {
        u8 lens[LZMS_MAX_NUM_SYMS];
 
        /* The codeword of each symbol in the Huffman code.  */
-       u16 codewords[LZMS_MAX_NUM_SYMS];
+       u32 codewords[LZMS_MAX_NUM_SYMS];
 
        /* A table for quickly decoding symbols encoded using the Huffman code.
         */
@@ -568,9 +578,11 @@ lzms_rebuild_adaptive_huffman_code(struct lzms_huffman_decoder *dec)
 static u32
 lzms_huffman_decode_symbol(struct lzms_huffman_decoder *dec)
 {
-       const u8 *lens = dec->lens;
        const u16 *decode_table = dec->decode_table;
        struct lzms_input_bitstream *is = dec->is;
+       u16 entry;
+       u16 key_bits;
+       u16 sym;
 
        /* The Huffman codes used in LZMS are adaptive and must be rebuilt
         * whenever a certain number of symbols have been read.  Each such
@@ -588,28 +600,31 @@ lzms_huffman_decode_symbol(struct lzms_huffman_decoder *dec)
                dec->num_syms_read = 0;
        }
 
-       /* In the following Huffman decoding implementation, the first
-        * LZMS_DECODE_TABLE_BITS of the input are used as an offset into a
-        * decode table.  The entry will either provide the decoded symbol
-        * directly, or else a "real" Huffman binary tree will be searched to
-        * decode the symbol.  */
-
+       /* XXX: Copied from read_huffsym() (decompress_common.h), since this
+        * uses a different input bitstream type.  Should unify the
+        * implementations.  */
        lzms_input_bitstream_ensure_bits(is, LZMS_MAX_CODEWORD_LEN);
 
-       u16 key_bits = lzms_input_bitstream_peek_bits(is, LZMS_DECODE_TABLE_BITS);
-       u16 sym = decode_table[key_bits];
-
-       if (sym < dec->num_syms) {
-               /* Fast case: The decode table directly provided the symbol.  */
-               lzms_input_bitstream_remove_bits(is, lens[sym]);
+       /* Index the decode table by the next table_bits bits of the input.  */
+       key_bits = lzms_input_bitstream_peek_bits(is, LZMS_DECODE_TABLE_BITS);
+       entry = decode_table[key_bits];
+       if (likely(entry < 0xC000)) {
+               /* Fast case: The decode table directly provided the symbol and
+                * codeword length.  The low 11 bits are the symbol, and the
+                * high 5 bits are the codeword length.  */
+               lzms_input_bitstream_remove_bits(is, entry >> 11);
+               sym = entry & 0x7FF;
        } else {
-               /* Slow case: The symbol took too many bits to include directly
-                * in the decode table, so search for it in a binary tree at the
-                * end of the decode table.  */
+               /* Slow case: The codeword for the symbol is longer than
+                * table_bits, so the symbol does not have an entry directly in
+                * the first (1 << table_bits) entries of the decode table.
+                * Traverse the appropriate binary tree bit-by-bit in order to
+                * decode the symbol.  */
                lzms_input_bitstream_remove_bits(is, LZMS_DECODE_TABLE_BITS);
                do {
-                       key_bits = sym + lzms_input_bitstream_pop_bits(is, 1);
-               } while ((sym = decode_table[key_bits]) >= dec->num_syms);
+                       key_bits = (entry & 0x3FFF) + lzms_input_bitstream_pop_bits(is, 1);
+               } while ((entry = decode_table[key_bits]) >= 0xC000);
+               sym = entry;
        }
 
        /* Tally and return the decoded symbol.  */
@@ -659,7 +674,6 @@ static int
 lzms_copy_lz_match(struct lzms_decompressor *ctx, u32 length, u32 offset)
 {
        u8 *out_next;
-       u8 *matchptr;
 
        if (length > ctx->out_end - ctx->out_next) {
                LZMS_DEBUG("Match overrun!");
@@ -671,11 +685,10 @@ lzms_copy_lz_match(struct lzms_decompressor *ctx, u32 length, u32 offset)
        }
 
        out_next = ctx->out_next;
-       matchptr = out_next - offset;
-       while (length--)
-               *out_next++ = *matchptr++;
 
-       ctx->out_next = out_next;
+       lz_copy(out_next, length, offset, ctx->out_end);
+       ctx->out_next = out_next + length;
+
        return 0;
 }
 
@@ -796,7 +809,7 @@ lzms_decode_delta_match(struct lzms_decompressor *ctx)
        return lzms_copy_delta_match(ctx, length, power, raw_offset);
 }
 
-/* Decode a LZ or delta match.  */
+/* Decode an LZ or delta match.  */
 static int
 lzms_decode_match(struct lzms_decompressor *ctx)
 {
@@ -985,7 +998,7 @@ lzms_decompress(const void *compressed_data, size_t compressed_size,
                return -1;
        }
 
-       /* A LZMS-compressed data block should be evenly divisible into 16-bit
+       /* An LZMS-compressed data block should be evenly divisible into 16-bit
         * integers.  */
        if (compressed_size % 2 != 0) {
                LZMS_DEBUG("Compressed size not divisible by 2 (got %zu)",
@@ -1027,7 +1040,7 @@ lzms_free_decompressor(void *_ctx)
 {
        struct lzms_decompressor *ctx = _ctx;
 
-       FREE(ctx);
+       ALIGNED_FREE(ctx);
 }
 
 static int
@@ -1037,7 +1050,8 @@ lzms_create_decompressor(size_t max_block_size,
 {
        struct lzms_decompressor *ctx;
 
-       ctx = MALLOC(sizeof(struct lzms_decompressor));
+       ctx = ALIGNED_MALLOC(sizeof(struct lzms_decompressor),
+                            DECODE_TABLE_ALIGNMENT);
        if (ctx == NULL)
                return WIMLIB_ERR_NOMEM;