huangcm
2025-02-28 b45e871a67cd1272e3da9ba5bd383f832b0f1824
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
43
44
45
46
47
48
49
50
51
52
53
54
55
56
57
58
59
60
61
62
63
64
65
66
67
68
69
70
71
72
73
74
75
76
77
78
79
80
81
82
83
84
85
86
87
88
89
90
91
92
93
94
95
96
97
98
99
100
101
102
103
104
105
106
107
108
109
110
111
112
113
114
115
116
117
118
119
120
121
122
123
124
125
126
127
128
129
130
131
132
133
134
135
136
137
138
139
140
141
142
143
144
145
146
147
148
149
150
151
152
153
154
155
156
157
158
159
160
161
162
163
164
165
166
167
168
169
170
171
172
173
174
175
176
177
178
179
180
181
182
183
184
185
186
187
188
189
190
191
192
193
194
195
196
197
198
199
200
201
202
203
204
205
206
207
208
209
210
211
212
213
214
215
216
217
218
219
220
221
222
223
224
225
226
227
228
229
230
231
232
233
234
235
236
237
238
239
240
241
242
243
244
245
246
247
248
249
250
251
252
253
254
255
256
257
258
259
260
261
262
263
264
265
266
267
268
269
270
271
272
273
274
275
276
277
278
279
280
281
282
283
284
285
286
287
288
289
290
291
292
293
294
295
296
297
298
299
300
301
302
303
304
305
306
307
308
309
310
311
312
313
314
315
316
317
318
319
320
321
322
323
324
325
326
327
328
329
330
331
332
333
334
335
336
337
338
339
340
341
342
343
344
345
346
347
348
349
350
351
352
353
354
355
356
357
358
359
360
361
362
363
364
365
366
367
368
369
370
371
372
373
374
375
376
377
378
379
380
381
382
383
384
385
386
387
388
389
390
391
392
393
394
395
396
397
398
399
400
401
402
403
404
405
406
407
408
409
410
411
412
413
414
415
416
417
418
419
420
421
422
423
424
425
426
427
428
429
430
431
432
433
434
435
436
437
438
439
440
441
442
443
444
445
446
447
448
449
450
451
452
453
454
455
456
457
458
459
460
461
462
463
464
465
466
467
468
469
470
471
472
473
474
475
476
477
478
479
480
481
482
483
484
485
486
487
488
489
490
491
492
493
494
495
496
497
498
499
500
501
502
503
504
505
506
507
508
509
510
511
512
513
514
515
516
517
518
519
520
521
522
523
524
525
526
527
528
529
530
531
532
533
534
535
536
537
538
// Copyright 2017 The Chromium OS Authors. All rights reserved.
// Use of this source code is governed by a BSD-style license that can be
// found in the LICENSE file.
 
#include "puffin/src/huffman_table.h"
 
#include <algorithm>
#include <vector>
 
#include "puffin/src/logging.h"
 
using std::string;
using std::vector;
 
namespace puffin {
 
// Permutations of input Huffman code lengths (used only to read code lengths
// necessary for reading Huffman table.)
const uint8_t kPermutations[19] = {16, 17, 18, 0, 8,  7, 9,  6, 10, 5,
                                   11, 4,  12, 3, 13, 2, 14, 1, 15};
 
// The bases of each alphabet which is added to the integer value of extra
// bits that comes after the Huffman code in the input to create the given
// length value. The last element is a guard.
const uint16_t kLengthBases[30] = {
    3,  4,  5,  6,  7,  8,  9,  10, 11,  13,  15,  17,  19,  23,  27,
    31, 35, 43, 51, 59, 67, 83, 99, 115, 131, 163, 195, 227, 258, 0xFFFF};
 
// Number of extra bits that comes after the associating Huffman code.
const uint8_t kLengthExtraBits[29] = {0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 1, 1,
                                      1, 1, 2, 2, 2, 2, 3, 3, 3, 3,
                                      4, 4, 4, 4, 5, 5, 5, 5, 0};
 
// Same as |kLengthBases| but for the distances instead of lengths. The last
// element is a guard.
const uint16_t kDistanceBases[31] = {
    1,    2,    3,    4,    5,    7,     9,     13,    17,    25,   33,
    49,   65,   97,   129,  193,  257,   385,   513,   769,   1025, 1537,
    2049, 3073, 4097, 6145, 8193, 12289, 16385, 24577, 0xFFFF};
 
// Same as |kLengthExtraBits| but for distances instead of lengths.
const uint8_t kDistanceExtraBits[30] = {0, 0, 0,  0,  1,  1,  2,  2,  3,  3,
                                        4, 4, 5,  5,  6,  6,  7,  7,  8,  8,
                                        9, 9, 10, 10, 11, 11, 12, 12, 13, 13};
 
// 288 is the maximum number of needed huffman codes for an alphabet. Fixed
// huffman table needs 288 and dynamic huffman table needs maximum 286.
// 286 = 256 (coding a byte) +
//         1 (coding the end of block symbole) +
//        29 (coding the lengths)
HuffmanTable::HuffmanTable() : codeindexpairs_(288), initialized_(false) {}
 
bool HuffmanTable::InitHuffmanCodes(const Buffer& lens, size_t* max_bits) {
  // Temporary buffers used in |InitHuffmanCodes|.
  uint16_t len_count_[kMaxHuffmanBits + 1] = {0};
  uint16_t next_code_[kMaxHuffmanBits + 1] = {0};
 
  // 1. Count the number of codes for each length;
  for (auto len : lens) {
    len_count_[len]++;
  }
 
  for (*max_bits = kMaxHuffmanBits; *max_bits >= 1; (*max_bits)--) {
    if (len_count_[*max_bits] != 0) {
      break;
    }
  }
 
  // Check for oversubscribed code lengths. (A code with length 'L' cannot have
  // more than 2^L items.
  for (size_t idx = 1; idx <= *max_bits; idx++) {
    if (len_count_[idx] > (1 << idx)) {
      LOG(ERROR) << "Oversubscribed code lengths error!";
      return false;
    }
  }
 
  // 2. Compute the coding of the first element for each length.
  uint16_t code = 0;
  len_count_[0] = 0;
  for (size_t bits = 1; bits <= kMaxHuffmanBits; bits++) {
    code = (code + len_count_[bits - 1]) << 1;
    next_code_[bits] = code;
  }
 
  codeindexpairs_.clear();
  // 3. Calculate all the code values.
  for (size_t idx = 0; idx < lens.size(); idx++) {
    auto len = lens[idx];
    if (len == 0) {
      continue;
    }
 
    // Reverse the code
    CodeIndexPair cip;
    cip.code = 0;
    auto tmp_code = next_code_[len];
    for (size_t r = 0; r < len; r++) {
      cip.code <<= 1;
      cip.code |= tmp_code & 1U;
      tmp_code >>= 1;
    }
    cip.index = idx;
    codeindexpairs_.push_back(cip);
    next_code_[len]++;
  }
  return true;
}
 
bool HuffmanTable::BuildHuffmanCodes(const Buffer& lens,
                                     vector<uint16_t>* hcodes,
                                     size_t* max_bits) {
  TEST_AND_RETURN_FALSE(InitHuffmanCodes(lens, max_bits));
  // Sort descending based on the bit-length of the code.
  std::sort(codeindexpairs_.begin(), codeindexpairs_.end(),
            [&lens](const CodeIndexPair& a, const CodeIndexPair& b) {
              return lens[a.index] > lens[b.index];
            });
 
  // Only zero out the part of hcodes which is valuable.
  memset(hcodes->data(), 0, (1 << *max_bits) * sizeof(uint16_t));
  for (const auto& cip : codeindexpairs_) {
    // The MSB bit of the code in hcodes is set if it is a valid code and its
    // code exists in the input Huffman table.
    (*hcodes)[cip.code] = cip.index | 0x8000;
    auto fill_bits = *max_bits - lens[cip.index];
    for (auto idx = 1; idx < (1 << fill_bits); idx++) {
      auto location = (idx << lens[cip.index]) | cip.code;
      if (!((*hcodes)[location] & 0x8000)) {
        (*hcodes)[location] = cip.index | 0x8000;
      }
    }
  }
  return true;
}
 
bool HuffmanTable::BuildHuffmanReverseCodes(const Buffer& lens,
                                            vector<uint16_t>* rcodes,
                                            size_t* max_bits) {
  TEST_AND_RETURN_FALSE(InitHuffmanCodes(lens, max_bits));
  // Sort ascending based on the index.
  std::sort(codeindexpairs_.begin(), codeindexpairs_.end(),
            [](const CodeIndexPair& a, const CodeIndexPair& b) -> bool {
              return a.index < b.index;
            });
 
  size_t index = 0;
  for (size_t idx = 0; idx < rcodes->size(); idx++) {
    if (index < codeindexpairs_.size() && idx == codeindexpairs_[index].index) {
      (*rcodes)[idx] = codeindexpairs_[index].code;
      index++;
    } else {
      (*rcodes)[idx] = 0;
    }
  }
  return true;
}
 
bool HuffmanTable::BuildFixedHuffmanTable() {
  if (!initialized_) {
    // For all the vectors used in this class, we set the size in the
    // constructor and we do not change the size later. This is for optimization
    // purposes. The total size of data in this class is approximately
    // 2KB. Because it is a constructor return values cannot be checked.
    lit_len_lens_.resize(288);
    lit_len_rcodes_.resize(288);
    lit_len_hcodes_.resize(1 << 9);
 
    distance_lens_.resize(30);
    distance_rcodes_.resize(30);
    distance_hcodes_.resize(1 << 5);
 
    size_t i = 0;
    while (i < 144) {
      lit_len_lens_[i++] = 8;
    }
    while (i < 256) {
      lit_len_lens_[i++] = 9;
    }
    while (i < 280) {
      lit_len_lens_[i++] = 7;
    }
    while (i < 288) {
      lit_len_lens_[i++] = 8;
    }
 
    i = 0;
    while (i < 30) {
      distance_lens_[i++] = 5;
    }
 
    TEST_AND_RETURN_FALSE(
        BuildHuffmanCodes(lit_len_lens_, &lit_len_hcodes_, &lit_len_max_bits_));
 
    TEST_AND_RETURN_FALSE(BuildHuffmanCodes(distance_lens_, &distance_hcodes_,
                                            &distance_max_bits_));
 
    TEST_AND_RETURN_FALSE(BuildHuffmanReverseCodes(
        lit_len_lens_, &lit_len_rcodes_, &lit_len_max_bits_));
 
    TEST_AND_RETURN_FALSE(BuildHuffmanReverseCodes(
        distance_lens_, &distance_rcodes_, &distance_max_bits_));
 
    initialized_ = true;
  }
  return true;
}
 
bool HuffmanTable::BuildDynamicHuffmanTable(BitReaderInterface* br,
                                            uint8_t* buffer,
                                            size_t* length) {
  // Initilize only once and reuse.
  if (!initialized_) {
    // Only resizing the arrays needed.
    code_lens_.resize(19);
    code_hcodes_.resize(1 << 7);
 
    lit_len_lens_.resize(286);
    lit_len_hcodes_.resize(1 << 15);
 
    distance_lens_.resize(30);
    distance_hcodes_.resize(1 << 15);
 
    // 286: Maximum number of literal/lengths symbols.
    // 30: Maximum number of distance symbols.
    // The reason we reserve this to the sum of both maximum sizes is that we
    // need to calculate both huffman codes contiguously. See b/72815313.
    tmp_lens_.resize(286 + 30);
    initialized_ = true;
  }
 
  // Read the header. Reads the first portion of the Huffman data from input and
  // writes it into the puff |buffer|. The first portion includes the size
  // (|num_lit_len|) of the literals/lengths Huffman code length array
  // (|dynamic_lit_len_lens_|), the size (|num_distance|) of distance Huffman
  // code length array (|dynamic_distance_lens_|), and the size (|num_codes|) of
  // Huffman code length array (dynamic_code_lens_) for reading
  // |dynamic_lit_len_lens_| and |dynamic_distance_lens_|. Then it follows by
  // reading |dynamic_code_lens_|.
 
  TEST_AND_RETURN_FALSE(*length >= 3);
  size_t index = 0;
  TEST_AND_RETURN_FALSE(br->CacheBits(14));
  buffer[index++] = br->ReadBits(5);  // HLIST
  auto num_lit_len = br->ReadBits(5) + 257;
  br->DropBits(5);
 
  buffer[index++] = br->ReadBits(5);  // HDIST
  auto num_distance = br->ReadBits(5) + 1;
  br->DropBits(5);
 
  buffer[index++] = br->ReadBits(4);  // HCLEN
  auto num_codes = br->ReadBits(4) + 4;
  br->DropBits(4);
 
  TEST_AND_RETURN_FALSE(
      CheckHuffmanArrayLengths(num_lit_len, num_distance, num_codes));
 
  bool checked = false;
  size_t idx = 0;
  TEST_AND_RETURN_FALSE(*length - index >= (num_codes + 1) / 2);
  // Two codes per byte
  for (; idx < num_codes; idx++) {
    TEST_AND_RETURN_FALSE(br->CacheBits(3));
    code_lens_[kPermutations[idx]] = br->ReadBits(3);
    if (checked) {
      buffer[index++] |= br->ReadBits(3);
    } else {
      buffer[index] = br->ReadBits(3) << 4;
    }
    checked = !checked;
    br->DropBits(3);
  }
  // Pad the last byte if odd number of codes.
  if (checked) {
    index++;
  }
  for (; idx < 19; idx++) {
    code_lens_[kPermutations[idx]] = 0;
  }
 
  TEST_AND_RETURN_FALSE(
      BuildHuffmanCodes(code_lens_, &code_hcodes_, &code_max_bits_));
 
  // Build literals/lengths and distance Huffman code length arrays.
  auto bytes_available = (*length - index);
  tmp_lens_.clear();
  TEST_AND_RETURN_FALSE(BuildHuffmanCodeLengths(
      br, buffer + index, &bytes_available, code_max_bits_,
      num_lit_len + num_distance, &tmp_lens_));
  index += bytes_available;
 
  // TODO(ahassani): Optimize this so the memcpy is not needed anymore.
  lit_len_lens_.clear();
  lit_len_lens_.insert(lit_len_lens_.begin(), tmp_lens_.begin(),
                       tmp_lens_.begin() + num_lit_len);
 
  distance_lens_.clear();
  distance_lens_.insert(distance_lens_.begin(), tmp_lens_.begin() + num_lit_len,
                        tmp_lens_.end());
 
  TEST_AND_RETURN_FALSE(
      BuildHuffmanCodes(lit_len_lens_, &lit_len_hcodes_, &lit_len_max_bits_));
 
  // Build distance Huffman codes.
  TEST_AND_RETURN_FALSE(BuildHuffmanCodes(distance_lens_, &distance_hcodes_,
                                          &distance_max_bits_));
 
  *length = index;
  return true;
}
 
bool HuffmanTable::BuildHuffmanCodeLengths(BitReaderInterface* br,
                                           uint8_t* buffer,
                                           size_t* length,
                                           size_t max_bits,
                                           size_t num_codes,
                                           Buffer* lens) {
  size_t index = 0;
  lens->clear();
  for (size_t idx = 0; idx < num_codes;) {
    TEST_AND_RETURN_FALSE(br->CacheBits(max_bits));
    auto bits = br->ReadBits(max_bits);
    uint16_t code;
    size_t nbits;
    TEST_AND_RETURN_FALSE(CodeAlphabet(bits, &code, &nbits));
    TEST_AND_RETURN_FALSE(index < *length);
    br->DropBits(nbits);
    if (code < 16) {
      buffer[index++] = code;
      lens->push_back(code);
      idx++;
    } else {
      TEST_AND_RETURN_FALSE(code < 19);
      size_t copy_num = 0;
      uint8_t copy_val;
      switch (code) {
        case 16:
          TEST_AND_RETURN_FALSE(idx != 0);
          TEST_AND_RETURN_FALSE(br->CacheBits(2));
          copy_num = 3 + br->ReadBits(2);
          buffer[index++] = 16 + br->ReadBits(2);  // 3 - 6 times
          copy_val = (*lens)[idx - 1];
          br->DropBits(2);
          break;
 
        case 17:
          TEST_AND_RETURN_FALSE(br->CacheBits(3));
          copy_num = 3 + br->ReadBits(3);
          buffer[index++] = 20 + br->ReadBits(3);  // 3 - 10 times
          copy_val = 0;
          br->DropBits(3);
          break;
 
        case 18:
          TEST_AND_RETURN_FALSE(br->CacheBits(7));
          copy_num = 11 + br->ReadBits(7);
          buffer[index++] = 28 + br->ReadBits(7);  // 11 - 138 times
          copy_val = 0;
          br->DropBits(7);
          break;
 
        default:
          LOG(ERROR) << "Invalid code!";
          return false;
      }
      idx += copy_num;
      while (copy_num--) {
        lens->push_back(copy_val);
      }
    }
  }
  TEST_AND_RETURN_FALSE(lens->size() == num_codes);
  *length = index;
  return true;
}
 
bool HuffmanTable::BuildDynamicHuffmanTable(const uint8_t* buffer,
                                            size_t length,
                                            BitWriterInterface* bw) {
  if (!initialized_) {
    // Only resizing the arrays needed.
    code_lens_.resize(19);
    code_rcodes_.resize(19);
 
    lit_len_lens_.resize(286);
    lit_len_rcodes_.resize(286);
 
    distance_lens_.resize(30);
    distance_rcodes_.resize(30);
 
    tmp_lens_.resize(286 + 30);
 
    initialized_ = true;
  }
 
  TEST_AND_RETURN_FALSE(length >= 3);
  size_t index = 0;
  // Write the header.
  size_t num_lit_len = buffer[index] + 257;
  TEST_AND_RETURN_FALSE(bw->WriteBits(5, buffer[index++]));
 
  size_t num_distance = buffer[index] + 1;
  TEST_AND_RETURN_FALSE(bw->WriteBits(5, buffer[index++]));
 
  size_t num_codes = buffer[index] + 4;
  TEST_AND_RETURN_FALSE(bw->WriteBits(4, buffer[index++]));
 
  TEST_AND_RETURN_FALSE(
      CheckHuffmanArrayLengths(num_lit_len, num_distance, num_codes));
 
  TEST_AND_RETURN_FALSE(length - index >= (num_codes + 1) / 2);
  bool checked = false;
  size_t idx = 0;
  for (; idx < num_codes; idx++) {
    uint8_t len;
    if (checked) {
      len = buffer[index++] & 0x0F;
    } else {
      len = buffer[index] >> 4;
    }
    checked = !checked;
    code_lens_[kPermutations[idx]] = len;
    TEST_AND_RETURN_FALSE(bw->WriteBits(3, len));
  }
  if (checked) {
    index++;
  }
  for (; idx < 19; idx++) {
    code_lens_[kPermutations[idx]] = 0;
  }
 
  TEST_AND_RETURN_FALSE(
      BuildHuffmanReverseCodes(code_lens_, &code_rcodes_, &code_max_bits_));
 
  // Build literal/lengths and distance Huffman code length arrays.
  auto bytes_available = length - index;
  TEST_AND_RETURN_FALSE(
      BuildHuffmanCodeLengths(buffer + index, &bytes_available, bw,
                              num_lit_len + num_distance, &tmp_lens_));
  index += bytes_available;
 
  lit_len_lens_.clear();
  lit_len_lens_.insert(lit_len_lens_.begin(), tmp_lens_.begin(),
                       tmp_lens_.begin() + num_lit_len);
 
  distance_lens_.clear();
  distance_lens_.insert(distance_lens_.begin(), tmp_lens_.begin() + num_lit_len,
                        tmp_lens_.end());
 
  // Build literal/lengths Huffman reverse codes.
  TEST_AND_RETURN_FALSE(BuildHuffmanReverseCodes(
      lit_len_lens_, &lit_len_rcodes_, &lit_len_max_bits_));
 
  // Build distance Huffman reverse codes.
  TEST_AND_RETURN_FALSE(BuildHuffmanReverseCodes(
      distance_lens_, &distance_rcodes_, &distance_max_bits_));
 
  TEST_AND_RETURN_FALSE(length == index);
 
  return true;
}
 
bool HuffmanTable::BuildHuffmanCodeLengths(const uint8_t* buffer,
                                           size_t* length,
                                           BitWriterInterface* bw,
                                           size_t num_codes,
                                           Buffer* lens) {
  lens->clear();
  uint16_t hcode;
  size_t nbits;
  size_t index = 0;
  for (size_t idx = 0; idx < num_codes;) {
    TEST_AND_RETURN_FALSE(index < *length);
    auto pcode = buffer[index++];
    TEST_AND_RETURN_FALSE(pcode <= 155);
 
    auto code = pcode < 16 ? pcode : pcode < 20 ? 16 : pcode < 28 ? 17 : 18;
    TEST_AND_RETURN_FALSE(CodeHuffman(code, &hcode, &nbits));
    TEST_AND_RETURN_FALSE(bw->WriteBits(nbits, hcode));
    if (code < 16) {
      lens->push_back(code);
      idx++;
    } else {
      size_t copy_num = 0;
      uint8_t copy_val;
      switch (code) {
        case 16:
          // Cannot repeat a non-existent last code if idx == 0.
          TEST_AND_RETURN_FALSE(idx != 0);
          TEST_AND_RETURN_FALSE(bw->WriteBits(2, pcode - 16));
          copy_num = 3 + pcode - 16;
          copy_val = (*lens)[idx - 1];
          break;
 
        case 17:
          TEST_AND_RETURN_FALSE(bw->WriteBits(3, pcode - 20));
          copy_num = 3 + pcode - 20;
          copy_val = 0;
          break;
 
        case 18:
          TEST_AND_RETURN_FALSE(bw->WriteBits(7, pcode - 28));
          copy_num = 11 + pcode - 28;
          copy_val = 0;
          break;
 
        default:
          break;
      }
      idx += copy_num;
      while (copy_num--) {
        lens->push_back(copy_val);
      }
    }
  }
  TEST_AND_RETURN_FALSE(lens->size() == num_codes);
  *length = index;
  return true;
}
 
string BlockTypeToString(BlockType type) {
  switch (type) {
    case BlockType::kUncompressed:
      return "Uncompressed";
 
    case BlockType::kFixed:
      return "Fixed";
 
    case BlockType::kDynamic:
      return "Dynamic";
 
    default:
      return "Unknown";
  }
}
 
}  // namespace puffin