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 #define _ISOC99_SOURCE
  27 #include "common.h"
  28
  29 #define SHIFT(x,s) ((s)<=0 ? (x)<<-(s) : ((x)+(1<<((s)-1)))>>(s))
  30 #define DIV(n,d) (((n) + ((d)>>1)) / (d))
  31
  32 static const uint8_t dequant4_scale[6][3] =
  33 {
  34     { 10, 13, 16 },
  35     { 11, 14, 18 },
  36     { 13, 16, 20 },
  37     { 14, 18, 23 },
  38     { 16, 20, 25 },
  39     { 18, 23, 29 }
  40 };
  41 static const uint16_t quant4_scale[6][3] =
  42 {
  43     { 13107, 8066, 5243 },
  44     { 11916, 7490, 4660 },
  45     { 10082, 6554, 4194 },
  46     {  9362, 5825, 3647 },
  47     {  8192, 5243, 3355 },
  48     {  7282, 4559, 2893 },
  49 };
  50
  51 static const uint8_t quant8_scan[16] =
  52 {
  53     0,3,4,3, 3,1,5,1, 4,5,2,5, 3,1,5,1
  54 };
  55 static const uint8_t dequant8_scale[6][6] =
  56 {
  57     { 20, 18, 32, 19, 25, 24 },
  58     { 22, 19, 35, 21, 28, 26 },
  59     { 26, 23, 42, 24, 33, 31 },
  60     { 28, 25, 45, 26, 35, 33 },
  61     { 32, 28, 51, 30, 40, 38 },
  62     { 36, 32, 58, 34, 46, 43 },
  63 };
  64 static const uint16_t quant8_scale[6][6] =
  65 {
  66     { 13107, 11428, 20972, 12222, 16777, 15481 },
  67     { 11916, 10826, 19174, 11058, 14980, 14290 },
  68     { 10082,  8943, 15978,  9675, 12710, 11985 },
  69     {  9362,  8228, 14913,  8931, 11984, 11259 },
  70     {  8192,  7346, 13159,  7740, 10486,  9777 },
  71     {  7282,  6428, 11570,  6830,  9118,  8640 }
  72 };
  73
  74 int x264_cqm_init( x264_t *h )
  75 {
  76     int def_quant4[6][16];
  77     int def_quant8[6][64];
  78     int def_dequant4[6][16];
  79     int def_dequant8[6][64];
  80     int quant4_mf[4][6][16];
  81     int quant8_mf[4][6][64];
  82     int deadzone[4] = { 32 - h->param.analyse.i_luma_deadzone[1],
  83                         32 - h->param.analyse.i_luma_deadzone[0],
  84                         32 - 11, 32 - 21 };
  85     int max_qp_err = -1;
  86     int max_chroma_qp_err = -1;
  87     int min_qp_err = QP_MAX+1;
  88     int num_8x8_lists = h->sps->i_chroma_format_idc == CHROMA_444 ? 4
  89                       : h->param.analyse.b_transform_8x8 ? 2 : 0; /* Checkasm may segfault if optimized out by --chroma-format */
  90
  91 #define CQM_ALLOC( w, count )\
  92     for( int i = 0; i < count; i++ )\
  93     {\
  94         int size = w*w;\
  95         int start = w == 8 ? 4 : 0;\
  96         int j;\
  97         for( j = 0; j < i; j++ )\
  98             if( !memcmp( h->pps->scaling_list[i+start], h->pps->scaling_list[j+start], size*sizeof(uint8_t) ) )\
  99                 break;\
 100         if( j < i )\
 101         {\
 102             h->  quant##w##_mf[i] = h->  quant##w##_mf[j];\
 103             h->dequant##w##_mf[i] = h->dequant##w##_mf[j];\
 104             h->unquant##w##_mf[i] = h->unquant##w##_mf[j];\
 105         }\
 106         else\
 107         {\
 108             CHECKED_MALLOC( h->  quant##w##_mf[i], (QP_MAX_SPEC+1)*size*sizeof(udctcoef) );\
 109             CHECKED_MALLOC( h->dequant##w##_mf[i],  6*size*sizeof(int) );\
 110             CHECKED_MALLOC( h->unquant##w##_mf[i], (QP_MAX_SPEC+1)*size*sizeof(int) );\
 111         }\
 112         for( j = 0; j < i; j++ )\
 113             if( deadzone[j] == deadzone[i] &&\
 114                 !memcmp( h->pps->scaling_list[i+start], h->pps->scaling_list[j+start], size*sizeof(uint8_t) ) )\
 115                 break;\
 116         if( j < i )\
 117         {\
 118             h->quant##w##_bias[i] = h->quant##w##_bias[j];\
 119             h->quant##w##_bias0[i] = h->quant##w##_bias0[j];\
 120         }\
 121         else\
 122         {\
 123             CHECKED_MALLOC( h->quant##w##_bias[i], (QP_MAX_SPEC+1)*size*sizeof(udctcoef) );\
 124             CHECKED_MALLOC( h->quant##w##_bias0[i], (QP_MAX_SPEC+1)*size*sizeof(udctcoef) );\
 125         }\
 126     }
 127
 128     CQM_ALLOC( 4, 4 )
 129     CQM_ALLOC( 8, num_8x8_lists )
 130
 131     for( int q = 0; q < 6; q++ )
 132     {
 133         for( int i = 0; i < 16; i++ )
 134         {
 135             int j = (i&1) + ((i>>2)&1);
 136             def_dequant4[q][i] = dequant4_scale[q][j];
 137             def_quant4[q][i]   =   quant4_scale[q][j];
 138         }
 139         for( int i = 0; i < 64; i++ )
 140         {
 141             int j = quant8_scan[((i>>1)&12) | (i&3)];
 142             def_dequant8[q][i] = dequant8_scale[q][j];
 143             def_quant8[q][i]   =   quant8_scale[q][j];
 144         }
 145     }
 146
 147     for( int q = 0; q < 6; q++ )
 148     {
 149         for( int i_list = 0; i_list < 4; i_list++ )
 150             for( int i = 0; i < 16; i++ )
 151             {
 152                 h->dequant4_mf[i_list][q][i] = def_dequant4[q][i] * h->pps->scaling_list[i_list][i];
 153                      quant4_mf[i_list][q][i] = DIV(def_quant4[q][i] * 16, h->pps->scaling_list[i_list][i]);
 154             }
 155         for( int i_list = 0; i_list < num_8x8_lists; i_list++ )
 156             for( int i = 0; i < 64; i++ )
 157             {
 158                 h->dequant8_mf[i_list][q][i] = def_dequant8[q][i] * h->pps->scaling_list[4+i_list][i];
 159                      quant8_mf[i_list][q][i] = DIV(def_quant8[q][i] * 16, h->pps->scaling_list[4+i_list][i]);
 160             }
 161     }
 162     for( int q = 0; q <= QP_MAX_SPEC; q++ )
 163     {
 164         int j;
 165         for( int i_list = 0; i_list < 4; i_list++ )
 166             for( int i = 0; i < 16; i++ )
 167             {
 168                 h->unquant4_mf[i_list][q][i] = (1ULL << (q/6 + 15 + 8)) / quant4_mf[i_list][q%6][i];
 169                 h->quant4_mf[i_list][q][i] = j = SHIFT(quant4_mf[i_list][q%6][i], q/6 - 1);
 170                 if( !j )
 171                 {
 172                     min_qp_err = X264_MIN( min_qp_err, q );
 173                     continue;
 174                 }
 175                 // round to nearest, unless that would cause the deadzone to be negative
 176                 h->quant4_bias[i_list][q][i] = X264_MIN( DIV(deadzone[i_list]<<10, j), (1<<15)/j );
 177                 h->quant4_bias0[i_list][q][i] = (1<<15)/j;
 178                 if( j > 0xffff && q > max_qp_err && (i_list == CQM_4IY || i_list == CQM_4PY) )
 179                     max_qp_err = q;
 180                 if( j > 0xffff && q > max_chroma_qp_err && (i_list == CQM_4IC || i_list == CQM_4PC) )
 181                     max_chroma_qp_err = q;
 182             }
 183         if( h->param.analyse.b_transform_8x8 )
 184             for( int i_list = 0; i_list < num_8x8_lists; i_list++ )
 185                 for( int i = 0; i < 64; i++ )
 186                 {
 187                     h->unquant8_mf[i_list][q][i] = (1ULL << (q/6 + 16 + 8)) / quant8_mf[i_list][q%6][i];
 188                     j = SHIFT(quant8_mf[i_list][q%6][i], q/6);
 189                     h->quant8_mf[i_list][q][i] = (uint16_t)j;
 190
 191                     if( !j )
 192                     {
 193                         min_qp_err = X264_MIN( min_qp_err, q );
 194                         continue;
 195                     }
 196                     h->quant8_bias[i_list][q][i] = X264_MIN( DIV(deadzone[i_list]<<10, j), (1<<15)/j );
 197                     h->quant8_bias0[i_list][q][i] = (1<<15)/j;
 198                     if( j > 0xffff && q > max_qp_err && (i_list == CQM_8IY || i_list == CQM_8PY) )
 199                         max_qp_err = q;
 200                     if( j > 0xffff && q > max_chroma_qp_err && (i_list == CQM_8IC || i_list == CQM_8PC) )
 201                         max_chroma_qp_err = q;
 202                 }
 203     }
 204
 205     /* Emergency mode denoising. */
 206     x264_emms();
 207     CHECKED_MALLOC( h->nr_offset_emergency, sizeof(*h->nr_offset_emergency)*(QP_MAX-QP_MAX_SPEC) );
 208     for( int q = 0; q < QP_MAX - QP_MAX_SPEC; q++ )
 209         for( int cat = 0; cat < 3 + CHROMA444; cat++ )
 210         {
 211             int dct8x8 = cat&1;
 212             if( !h->param.analyse.b_transform_8x8 && dct8x8 )
 213                 continue;
 214
 215             int size = dct8x8 ? 64 : 16;
 216             udctcoef *nr_offset = h->nr_offset_emergency[q][cat];
 217             /* Denoise chroma first (due to h264's chroma QP offset), then luma, then DC. */
 218             int dc_threshold =    (QP_MAX-QP_MAX_SPEC)*2/3;
 219             int luma_threshold =  (QP_MAX-QP_MAX_SPEC)*2/3;
 220             int chroma_threshold = 0;
 221
 222             for( int i = 0; i < size; i++ )
 223             {
 224                 int max = (1 << (7 + BIT_DEPTH)) - 1;
 225                 /* True "emergency mode": remove all DCT coefficients */
 226                 if( q == QP_MAX - QP_MAX_SPEC - 1 )
 227                 {
 228                     nr_offset[i] = max;
 229                     continue;
 230                 }
 231
 232                 int thresh = i == 0 ? dc_threshold : cat >= 2 ? chroma_threshold : luma_threshold;
 233                 if( q < thresh )
 234                 {
 235                     nr_offset[i] = 0;
 236                     continue;
 237                 }
 238                 double pos = (double)(q-thresh+1) / (QP_MAX - QP_MAX_SPEC - thresh);
 239
 240                 /* XXX: this math is largely tuned for /dev/random input. */
 241                 double start = dct8x8 ? h->unquant8_mf[CQM_8PY][QP_MAX_SPEC][i]
 242                                       : h->unquant4_mf[CQM_4PY][QP_MAX_SPEC][i];
 243                 /* Formula chosen as an exponential scale to vaguely mimic the effects
 244                  * of a higher quantizer. */
 245                 double bias = (pow( 2, pos*(QP_MAX - QP_MAX_SPEC)/10. )*0.003-0.003) * start;
 246                 nr_offset[i] = X264_MIN( bias + 0.5, max );
 247             }
 248         }
 249
 250     if( !h->mb.b_lossless )
 251     {
 252         while( h->chroma_qp_table[SPEC_QP(h->param.rc.i_qp_min)] <= max_chroma_qp_err )
 253             h->param.rc.i_qp_min++;
 254         if( min_qp_err <= h->param.rc.i_qp_max )
 255             h->param.rc.i_qp_max = min_qp_err-1;
 256         if( max_qp_err >= h->param.rc.i_qp_min )
 257             h->param.rc.i_qp_min = max_qp_err+1;
 258         /* If long level-codes aren't allowed, we need to allow QP high enough to avoid them. */
 259         if( !h->param.b_cabac && h->sps->i_profile_idc < PROFILE_HIGH )
 260             while( h->chroma_qp_table[SPEC_QP(h->param.rc.i_qp_max)] <= 12 || h->param.rc.i_qp_max <= 12 )
 261                 h->param.rc.i_qp_max++;
 262         if( h->param.rc.i_qp_min > h->param.rc.i_qp_max )
 263         {
 264             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 );
 265             return -1;
 266         }
 267     }
 268     return 0;
 269 fail:
 270     x264_cqm_delete( h );
 271     return -1;
 272 }
 273
 274 #define CQM_DELETE( n, max )\
 275     for( int i = 0; i < (max); i++ )\
 276     {\
 277         int j;\
 278         for( j = 0; j < i; j++ )\
 279             if( h->quant##n##_mf[i] == h->quant##n##_mf[j] )\
 280                 break;\
 281         if( j == i )\
 282         {\
 283             x264_free( h->  quant##n##_mf[i] );\
 284             x264_free( h->dequant##n##_mf[i] );\
 285             x264_free( h->unquant##n##_mf[i] );\
 286         }\
 287         for( j = 0; j < i; j++ )\
 288             if( h->quant##n##_bias[i] == h->quant##n##_bias[j] )\
 289                 break;\
 290         if( j == i )\
 291         {\
 292             x264_free( h->quant##n##_bias[i] );\
 293             x264_free( h->quant##n##_bias0[i] );\
 294         }\
 295     }
 296
 297 void x264_cqm_delete( x264_t *h )
 298 {
 299     CQM_DELETE( 4, 4 );
 300     CQM_DELETE( 8, CHROMA444 ? 4 : 2 );
 301     x264_free( h->nr_offset_emergency );
 302 }
 303
 304 static int x264_cqm_parse_jmlist( x264_t *h, const char *buf, const char *name,
 305                                   uint8_t *cqm, const uint8_t *jvt, int length )
 306 {
 307     int i;
 308
 309     char *p = strstr( buf, name );
 310     if( !p )
 311     {
 312         memset( cqm, 16, length );
 313         return 0;
 314     }
 315
 316     p += strlen( name );
 317     if( *p == 'U' || *p == 'V' )
 318         p++;
 319
 320     char *nextvar = strstr( p, "INT" );
 321
 322     for( i = 0; i < length && (p = strpbrk( p, " \t\n," )) && (p = strpbrk( p, "0123456789" )); i++ )
 323     {
 324         int coef = -1;
 325         sscanf( p, "%d", &coef );
 326         if( i == 0 && coef == 0 )
 327         {
 328             memcpy( cqm, jvt, length );
 329             return 0;
 330         }
 331         if( coef < 1 || coef > 255 )
 332         {
 333             x264_log( h, X264_LOG_ERROR, "bad coefficient in list '%s'\n", name );
 334             return -1;
 335         }
 336         cqm[i] = coef;
 337     }
 338
 339     if( (nextvar && p > nextvar) || i != length )
 340     {
 341         x264_log( h, X264_LOG_ERROR, "not enough coefficients in list '%s'\n", name );
 342         return -1;
 343     }
 344
 345     return 0;
 346 }
 347
 348 int x264_cqm_parse_file( x264_t *h, const char *filename )
 349 {
 350     char *p;
 351     int b_error = 0;
 352
 353     h->param.i_cqm_preset = X264_CQM_CUSTOM;
 354
 355     char *buf = x264_slurp_file( filename );
 356     if( !buf )
 357     {
 358         x264_log( h, X264_LOG_ERROR, "can't open file '%s'\n", filename );
 359         return -1;
 360     }
 361
 362     while( (p = strchr( buf, '#' )) != NULL )
 363         memset( p, ' ', strcspn( p, "\n" ) );
 364
 365     b_error |= x264_cqm_parse_jmlist( h, buf, "INTRA4X4_LUMA",   h->param.cqm_4iy, x264_cqm_jvt4i, 16 );
 366     b_error |= x264_cqm_parse_jmlist( h, buf, "INTER4X4_LUMA",   h->param.cqm_4py, x264_cqm_jvt4p, 16 );
 367     b_error |= x264_cqm_parse_jmlist( h, buf, "INTRA4X4_CHROMA", h->param.cqm_4ic, x264_cqm_jvt4i, 16 );
 368     b_error |= x264_cqm_parse_jmlist( h, buf, "INTER4X4_CHROMA", h->param.cqm_4pc, x264_cqm_jvt4p, 16 );
 369     b_error |= x264_cqm_parse_jmlist( h, buf, "INTRA8X8_LUMA",   h->param.cqm_8iy, x264_cqm_jvt8i, 64 );
 370     b_error |= x264_cqm_parse_jmlist( h, buf, "INTER8X8_LUMA",   h->param.cqm_8py, x264_cqm_jvt8p, 64 );
 371     if( CHROMA444 )
 372     {
 373         b_error |= x264_cqm_parse_jmlist( h, buf, "INTRA8X8_CHROMA", h->param.cqm_8ic, x264_cqm_jvt8i, 64 );
 374         b_error |= x264_cqm_parse_jmlist( h, buf, "INTER8X8_CHROMA", h->param.cqm_8pc, x264_cqm_jvt8p, 64 );
 375     }
 376
 377     x264_free( buf );
 378     return b_error;
 379 }
 380