git.sesse.net Git - x264/blob - common/set.c

   1 /*****************************************************************************
   2  * set.c: quantization init
   3  *****************************************************************************
   4  * Copyright (C) 2005-2016 x264 project
   5  *
   6  * Authors: Loren Merritt <lorenm@u.washington.edu>
   7  *
   8  * This program is free software; you can redistribute it and/or modify
   9  * it under the terms of the GNU General Public License as published by
  10  * the Free Software Foundation; either version 2 of the License, or
  11  * (at your option) any later version.
  12  *
  13  * This program 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
  16  * GNU General Public License for more details.
  17  *
  18  * You should have received a copy of the GNU General Public License
  19  * along with this program; if not, write to the Free Software
  20  * Foundation, Inc., 51 Franklin Street, Fifth Floor, Boston, MA  02111, USA.
  21  *
  22  * This program is also available under a commercial proprietary license.
  23  * For more information, contact us at licensing@x264.com.
  24  *****************************************************************************/
  25
  26 #include "common.h"
  27
  28 #define SHIFT(x,s) ((s)<=0 ? (x)<<-(s) : ((x)+(1<<((s)-1)))>>(s))
  29 #define DIV(n,d) (((n) + ((d)>>1)) / (d))
  30
  31 static const uint8_t dequant4_scale[6][3] =
  32 {
  33     { 10, 13, 16 },
  34     { 11, 14, 18 },
  35     { 13, 16, 20 },
  36     { 14, 18, 23 },
  37     { 16, 20, 25 },
  38     { 18, 23, 29 }
  39 };
  40 static const uint16_t quant4_scale[6][3] =
  41 {
  42     { 13107, 8066, 5243 },
  43     { 11916, 7490, 4660 },
  44     { 10082, 6554, 4194 },
  45     {  9362, 5825, 3647 },
  46     {  8192, 5243, 3355 },
  47     {  7282, 4559, 2893 },
  48 };
  49
  50 static const uint8_t quant8_scan[16] =
  51 {
  52     0,3,4,3, 3,1,5,1, 4,5,2,5, 3,1,5,1
  53 };
  54 static const uint8_t dequant8_scale[6][6] =
  55 {
  56     { 20, 18, 32, 19, 25, 24 },
  57     { 22, 19, 35, 21, 28, 26 },
  58     { 26, 23, 42, 24, 33, 31 },
  59     { 28, 25, 45, 26, 35, 33 },
  60     { 32, 28, 51, 30, 40, 38 },
  61     { 36, 32, 58, 34, 46, 43 },
  62 };
  63 static const uint16_t quant8_scale[6][6] =
  64 {
  65     { 13107, 11428, 20972, 12222, 16777, 15481 },
  66     { 11916, 10826, 19174, 11058, 14980, 14290 },
  67     { 10082,  8943, 15978,  9675, 12710, 11985 },
  68     {  9362,  8228, 14913,  8931, 11984, 11259 },
  69     {  8192,  7346, 13159,  7740, 10486,  9777 },
  70     {  7282,  6428, 11570,  6830,  9118,  8640 }
  71 };
  72
  73 int x264_cqm_init( x264_t *h )
  74 {
  75     int def_quant4[6][16];
  76     int def_quant8[6][64];
  77     int def_dequant4[6][16];
  78     int def_dequant8[6][64];
  79     int quant4_mf[4][6][16];
  80     int quant8_mf[4][6][64];
  81     int deadzone[4] = { 32 - h->param.analyse.i_luma_deadzone[1],
  82                         32 - h->param.analyse.i_luma_deadzone[0],
  83                         32 - 11, 32 - 21 };
  84     int max_qp_err = -1;
  85     int max_chroma_qp_err = -1;
  86     int min_qp_err = QP_MAX+1;
  87     int num_8x8_lists = h->sps->i_chroma_format_idc == CHROMA_444 ? 4
  88                       : h->param.analyse.b_transform_8x8 ? 2 : 0; /* Checkasm may segfault if optimized out by --chroma-format */
  89
  90 #define CQM_ALLOC( w, count )\
  91     for( int i = 0; i < count; i++ )\
  92     {\
  93         int size = w*w;\
  94         int start = w == 8 ? 4 : 0;\
  95         int j;\
  96         for( j = 0; j < i; j++ )\
  97             if( !memcmp( h->pps->scaling_list[i+start], h->pps->scaling_list[j+start], size*sizeof(uint8_t) ) )\
  98                 break;\
  99         if( j < i )\
 100         {\
 101             h->  quant##w##_mf[i] = h->  quant##w##_mf[j];\
 102             h->dequant##w##_mf[i] = h->dequant##w##_mf[j];\
 103             h->unquant##w##_mf[i] = h->unquant##w##_mf[j];\
 104         }\
 105         else\
 106         {\
 107             CHECKED_MALLOC( h->  quant##w##_mf[i], (QP_MAX_SPEC+1)*size*sizeof(udctcoef) );\
 108             CHECKED_MALLOC( h->dequant##w##_mf[i],  6*size*sizeof(int) );\
 109             CHECKED_MALLOC( h->unquant##w##_mf[i], (QP_MAX_SPEC+1)*size*sizeof(int) );\
 110         }\
 111         for( j = 0; j < i; j++ )\
 112             if( deadzone[j] == deadzone[i] &&\
 113                 !memcmp( h->pps->scaling_list[i+start], h->pps->scaling_list[j+start], size*sizeof(uint8_t) ) )\
 114                 break;\
 115         if( j < i )\
 116         {\
 117             h->quant##w##_bias[i] = h->quant##w##_bias[j];\
 118             h->quant##w##_bias0[i] = h->quant##w##_bias0[j];\
 119         }\
 120         else\
 121         {\
 122             CHECKED_MALLOC( h->quant##w##_bias[i], (QP_MAX_SPEC+1)*size*sizeof(udctcoef) );\
 123             CHECKED_MALLOC( h->quant##w##_bias0[i], (QP_MAX_SPEC+1)*size*sizeof(udctcoef) );\
 124         }\
 125     }
 126
 127     CQM_ALLOC( 4, 4 )
 128     CQM_ALLOC( 8, num_8x8_lists )
 129
 130     for( int q = 0; q < 6; q++ )
 131     {
 132         for( int i = 0; i < 16; i++ )
 133         {
 134             int j = (i&1) + ((i>>2)&1);
 135             def_dequant4[q][i] = dequant4_scale[q][j];
 136             def_quant4[q][i]   =   quant4_scale[q][j];
 137         }
 138         for( int i = 0; i < 64; i++ )
 139         {
 140             int j = quant8_scan[((i>>1)&12) | (i&3)];
 141             def_dequant8[q][i] = dequant8_scale[q][j];
 142             def_quant8[q][i]   =   quant8_scale[q][j];
 143         }
 144     }
 145
 146     for( int q = 0; q < 6; q++ )
 147     {
 148         for( int i_list = 0; i_list < 4; i_list++ )
 149             for( int i = 0; i < 16; i++ )
 150             {
 151                 h->dequant4_mf[i_list][q][i] = def_dequant4[q][i] * h->pps->scaling_list[i_list][i];
 152                      quant4_mf[i_list][q][i] = DIV(def_quant4[q][i] * 16, h->pps->scaling_list[i_list][i]);
 153             }
 154         for( int i_list = 0; i_list < num_8x8_lists; i_list++ )
 155             for( int i = 0; i < 64; i++ )
 156             {
 157                 h->dequant8_mf[i_list][q][i] = def_dequant8[q][i] * h->pps->scaling_list[4+i_list][i];
 158                      quant8_mf[i_list][q][i] = DIV(def_quant8[q][i] * 16, h->pps->scaling_list[4+i_list][i]);
 159             }
 160     }
 161     for( int q = 0; q <= QP_MAX_SPEC; q++ )
 162     {
 163         int j;
 164         for( int i_list = 0; i_list < 4; i_list++ )
 165             for( int i = 0; i < 16; i++ )
 166             {
 167                 h->unquant4_mf[i_list][q][i] = (1ULL << (q/6 + 15 + 8)) / quant4_mf[i_list][q%6][i];
 168                 h->quant4_mf[i_list][q][i] = j = SHIFT(quant4_mf[i_list][q%6][i], q/6 - 1);
 169                 if( !j )
 170                 {
 171                     min_qp_err = X264_MIN( min_qp_err, q );
 172                     continue;
 173                 }
 174                 // round to nearest, unless that would cause the deadzone to be negative
 175                 h->quant4_bias[i_list][q][i] = X264_MIN( DIV(deadzone[i_list]<<10, j), (1<<15)/j );
 176                 h->quant4_bias0[i_list][q][i] = (1<<15)/j;
 177                 if( j > 0xffff && q > max_qp_err && (i_list == CQM_4IY || i_list == CQM_4PY) )
 178                     max_qp_err = q;
 179                 if( j > 0xffff && q > max_chroma_qp_err && (i_list == CQM_4IC || i_list == CQM_4PC) )
 180                     max_chroma_qp_err = q;
 181             }
 182         if( h->param.analyse.b_transform_8x8 )
 183             for( int i_list = 0; i_list < num_8x8_lists; i_list++ )
 184                 for( int i = 0; i < 64; i++ )
 185                 {
 186                     h->unquant8_mf[i_list][q][i] = (1ULL << (q/6 + 16 + 8)) / quant8_mf[i_list][q%6][i];
 187                     j = SHIFT(quant8_mf[i_list][q%6][i], q/6);
 188                     h->quant8_mf[i_list][q][i] = (uint16_t)j;
 189
 190                     if( !j )
 191                     {
 192                         min_qp_err = X264_MIN( min_qp_err, q );
 193                         continue;
 194                     }
 195                     h->quant8_bias[i_list][q][i] = X264_MIN( DIV(deadzone[i_list]<<10, j), (1<<15)/j );
 196                     h->quant8_bias0[i_list][q][i] = (1<<15)/j;
 197                     if( j > 0xffff && q > max_qp_err && (i_list == CQM_8IY || i_list == CQM_8PY) )
 198                         max_qp_err = q;
 199                     if( j > 0xffff && q > max_chroma_qp_err && (i_list == CQM_8IC || i_list == CQM_8PC) )
 200                         max_chroma_qp_err = q;
 201                 }
 202     }
 203
 204     /* Emergency mode denoising. */
 205     x264_emms();
 206     CHECKED_MALLOC( h->nr_offset_emergency, sizeof(*h->nr_offset_emergency)*(QP_MAX-QP_MAX_SPEC) );
 207     for( int q = 0; q < QP_MAX - QP_MAX_SPEC; q++ )
 208         for( int cat = 0; cat < 3 + CHROMA444; cat++ )
 209         {
 210             int dct8x8 = cat&1;
 211             if( !h->param.analyse.b_transform_8x8 && dct8x8 )
 212                 continue;
 213
 214             int size = dct8x8 ? 64 : 16;
 215             udctcoef *nr_offset = h->nr_offset_emergency[q][cat];
 216             /* Denoise chroma first (due to h264's chroma QP offset), then luma, then DC. */
 217             int dc_threshold =    (QP_MAX-QP_MAX_SPEC)*2/3;
 218             int luma_threshold =  (QP_MAX-QP_MAX_SPEC)*2/3;
 219             int chroma_threshold = 0;
 220
 221             for( int i = 0; i < size; i++ )
 222             {
 223                 int max = (1 << (7 + BIT_DEPTH)) - 1;
 224                 /* True "emergency mode": remove all DCT coefficients */
 225                 if( q == QP_MAX - QP_MAX_SPEC - 1 )
 226                 {
 227                     nr_offset[i] = max;
 228                     continue;
 229                 }
 230
 231                 int thresh = i == 0 ? dc_threshold : cat >= 2 ? chroma_threshold : luma_threshold;
 232                 if( q < thresh )
 233                 {
 234                     nr_offset[i] = 0;
 235                     continue;
 236                 }
 237                 double pos = (double)(q-thresh+1) / (QP_MAX - QP_MAX_SPEC - thresh);
 238
 239                 /* XXX: this math is largely tuned for /dev/random input. */
 240                 double start = dct8x8 ? h->unquant8_mf[CQM_8PY][QP_MAX_SPEC][i]
 241                                       : h->unquant4_mf[CQM_4PY][QP_MAX_SPEC][i];
 242                 /* Formula chosen as an exponential scale to vaguely mimic the effects
 243                  * of a higher quantizer. */
 244                 double bias = (pow( 2, pos*(QP_MAX - QP_MAX_SPEC)/10. )*0.003-0.003) * start;
 245                 nr_offset[i] = X264_MIN( bias + 0.5, max );
 246             }
 247         }
 248
 249     if( !h->mb.b_lossless )
 250     {
 251         while( h->chroma_qp_table[SPEC_QP(h->param.rc.i_qp_min)] <= max_chroma_qp_err )
 252             h->param.rc.i_qp_min++;
 253         if( min_qp_err <= h->param.rc.i_qp_max )
 254             h->param.rc.i_qp_max = min_qp_err-1;
 255         if( max_qp_err >= h->param.rc.i_qp_min )
 256             h->param.rc.i_qp_min = max_qp_err+1;
 257         /* If long level-codes aren't allowed, we need to allow QP high enough to avoid them. */
 258         if( !h->param.b_cabac && h->sps->i_profile_idc < PROFILE_HIGH )
 259             while( h->chroma_qp_table[SPEC_QP(h->param.rc.i_qp_max)] <= 12 || h->param.rc.i_qp_max <= 12 )
 260                 h->param.rc.i_qp_max++;
 261         if( h->param.rc.i_qp_min > h->param.rc.i_qp_max )
 262         {
 263             x264_log( h, X264_LOG_ERROR, "Impossible QP constraints for CQM (min=%d, max=%d)\n", h->param.rc.i_qp_min, h->param.rc.i_qp_max );
 264             return -1;
 265         }
 266     }
 267     return 0;
 268 fail:
 269     x264_cqm_delete( h );
 270     return -1;
 271 }
 272
 273 #define CQM_DELETE( n, max )\
 274     for( int i = 0; i < (max); i++ )\
 275     {\
 276         int j;\
 277         for( j = 0; j < i; j++ )\
 278             if( h->quant##n##_mf[i] == h->quant##n##_mf[j] )\
 279                 break;\
 280         if( j == i )\
 281         {\
 282             x264_free( h->  quant##n##_mf[i] );\
 283             x264_free( h->dequant##n##_mf[i] );\
 284             x264_free( h->unquant##n##_mf[i] );\
 285         }\
 286         for( j = 0; j < i; j++ )\
 287             if( h->quant##n##_bias[i] == h->quant##n##_bias[j] )\
 288                 break;\
 289         if( j == i )\
 290         {\
 291             x264_free( h->quant##n##_bias[i] );\
 292             x264_free( h->quant##n##_bias0[i] );\
 293         }\
 294     }
 295
 296 void x264_cqm_delete( x264_t *h )
 297 {
 298     CQM_DELETE( 4, 4 );
 299     CQM_DELETE( 8, CHROMA444 ? 4 : 2 );
 300     x264_free( h->nr_offset_emergency );
 301 }
 302
 303 static int x264_cqm_parse_jmlist( x264_t *h, const char *buf, const char *name,
 304                                   uint8_t *cqm, const uint8_t *jvt, int length )
 305 {
 306     int i;
 307
 308     char *p = strstr( buf, name );
 309     if( !p )
 310     {
 311         memset( cqm, 16, length );
 312         return 0;
 313     }
 314
 315     p += strlen( name );
 316     if( *p == 'U' || *p == 'V' )
 317         p++;
 318
 319     char *nextvar = strstr( p, "INT" );
 320
 321     for( i = 0; i < length && (p = strpbrk( p, " \t\n," )) && (p = strpbrk( p, "0123456789" )); i++ )
 322     {
 323         int coef = -1;
 324         sscanf( p, "%d", &coef );
 325         if( i == 0 && coef == 0 )
 326         {
 327             memcpy( cqm, jvt, length );
 328             return 0;
 329         }
 330         if( coef < 1 || coef > 255 )
 331         {
 332             x264_log( h, X264_LOG_ERROR, "bad coefficient in list '%s'\n", name );
 333             return -1;
 334         }
 335         cqm[i] = coef;
 336     }
 337
 338     if( (nextvar && p > nextvar) || i != length )
 339     {
 340         x264_log( h, X264_LOG_ERROR, "not enough coefficients in list '%s'\n", name );
 341         return -1;
 342     }
 343
 344     return 0;
 345 }
 346
 347 int x264_cqm_parse_file( x264_t *h, const char *filename )
 348 {
 349     char *p;
 350     int b_error = 0;
 351
 352     h->param.i_cqm_preset = X264_CQM_CUSTOM;
 353
 354     char *buf = x264_slurp_file( filename );
 355     if( !buf )
 356     {
 357         x264_log( h, X264_LOG_ERROR, "can't open file '%s'\n", filename );
 358         return -1;
 359     }
 360
 361     while( (p = strchr( buf, '#' )) != NULL )
 362         memset( p, ' ', strcspn( p, "\n" ) );
 363
 364     b_error |= x264_cqm_parse_jmlist( h, buf, "INTRA4X4_LUMA",   h->param.cqm_4iy, x264_cqm_jvt4i, 16 );
 365     b_error |= x264_cqm_parse_jmlist( h, buf, "INTER4X4_LUMA",   h->param.cqm_4py, x264_cqm_jvt4p, 16 );
 366     b_error |= x264_cqm_parse_jmlist( h, buf, "INTRA4X4_CHROMA", h->param.cqm_4ic, x264_cqm_jvt4i, 16 );
 367     b_error |= x264_cqm_parse_jmlist( h, buf, "INTER4X4_CHROMA", h->param.cqm_4pc, x264_cqm_jvt4p, 16 );
 368     b_error |= x264_cqm_parse_jmlist( h, buf, "INTRA8X8_LUMA",   h->param.cqm_8iy, x264_cqm_jvt8i, 64 );
 369     b_error |= x264_cqm_parse_jmlist( h, buf, "INTER8X8_LUMA",   h->param.cqm_8py, x264_cqm_jvt8p, 64 );
 370     if( CHROMA444 )
 371     {
 372         b_error |= x264_cqm_parse_jmlist( h, buf, "INTRA8X8_CHROMA", h->param.cqm_8ic, x264_cqm_jvt8i, 64 );
 373         b_error |= x264_cqm_parse_jmlist( h, buf, "INTER8X8_CHROMA", h->param.cqm_8pc, x264_cqm_jvt8p, 64 );
 374     }
 375
 376     x264_free( buf );
 377     return b_error;
 378 }
 379