git.sesse.net Git - nageru/blob - x264_speed_control.cpp

   1 #include "x264_speed_control.h"
   2
   3 #include "flags.h"
   4
   5 #include <time.h>
   6
   7 #include <algorithm>
   8
   9 using namespace std;
  10
  11 X264SpeedControl::X264SpeedControl(x264_t *x264, float f_speed, int i_buffer_size, float f_buffer_init)
  12         : x264(x264), f_speed(f_speed)
  13 {
  14         x264_param_t param;
  15         x264_encoder_parameters(x264, &param);
  16
  17         float fps = (float)param.i_fps_num / param.i_fps_den;
  18         uspf = 1e6 / fps;
  19         set_buffer_size(i_buffer_size);
  20         buffer_fill = buffer_size * f_buffer_init;
  21         buffer_fill = max<int64_t>(buffer_fill, uspf);
  22         buffer_fill = min(buffer_fill, buffer_size);
  23         timestamp = mdate();
  24         preset = -1;
  25         cplx_num = 3e3; //FIXME estimate initial complexity
  26         cplx_den = .1;
  27         stat.min_buffer = buffer_size;
  28         stat.max_buffer = 0;
  29 }
  30
  31 X264SpeedControl::~X264SpeedControl()
  32 {
  33         fprintf(stderr, "speedcontrol: avg preset=%.3f  buffer min=%.3f max=%.3f\n",
  34                 stat.avg_preset / stat.den,
  35                 (float)stat.min_buffer / buffer_size,
  36                 (float)stat.max_buffer / buffer_size );
  37         //  x264_log( x264, X264_LOG_INFO, "speedcontrol: avg cplx=%.5f\n", cplx_num / cplx_den );
  38 }
  39
  40 typedef struct
  41 {
  42         float time; // relative encoding time, compared to the other presets
  43         int subme;
  44         int me;
  45         int refs;
  46         int mix;
  47         int trellis;
  48         int partitions;
  49         int badapt;
  50         int bframes;
  51         int direct;
  52         int merange;
  53 } sc_preset_t;
  54
  55 // The actual presets, including the equivalent commandline options. Note that
  56 // all presets are benchmarked with --weightp 1 --mbtree --rc-lookahead 20
  57 // on top of the given settings (equivalent settings to the "faster" preset).
  58 // Timings and SSIM measurements were done on a quadcore Haswell i5 3.2 GHz
  59 // on the first 1000 frames of "Tears of Steel" in 1080p.
  60 //
  61 // Note that the two first and the two last are also used for extrapolation
  62 // should the desired time be outside the range. Thus, it is disadvantageous if
  63 // they are chosen so that the timings are too close to each other.
  64 #define SC_PRESETS 26
  65 static const sc_preset_t presets[SC_PRESETS] = {
  66 #define I4 X264_ANALYSE_I4x4
  67 #define I8 X264_ANALYSE_I8x8
  68 #define P4 X264_ANALYSE_PSUB8x8
  69 #define P8 X264_ANALYSE_PSUB16x16
  70 #define B8 X264_ANALYSE_BSUB16x16
  71         // Preset 0: 14.179db, --preset superfast --b-adapt 0 --bframes 0
  72         { .time= 1.000, .subme=1, .me=X264_ME_DIA, .refs=1, .mix=0, .trellis=0, .partitions=I8|I4, .badapt=0, .bframes=0, .direct=0, .merange=16 },
  73
  74         // Preset 1: 14.459db, --preset superfast
  75         { .time= 1.283, .subme=1, .me=X264_ME_DIA, .refs=1, .mix=0, .trellis=0, .partitions=I8|I4, .badapt=1, .bframes=3, .direct=1, .merange=16 },
  76
  77         // Preset 2: 14.761db, --preset superfast --subme 2
  78         { .time= 1.603, .subme=2, .me=X264_ME_DIA, .refs=1, .mix=0, .trellis=0, .partitions=I8|I4, .badapt=1, .bframes=3, .direct=1, .merange=16 },
  79
  80         // Preset 3: 15.543db, --preset veryfast
  81         { .time= 1.843, .subme=2, .me=X264_ME_HEX, .refs=1, .mix=0, .trellis=0, .partitions=I8|I4|P8|B8, .badapt=1, .bframes=3, .direct=1, .merange=16 },
  82
  83         // Preset 4: 15.716db, --preset veryfast --subme 3
  84         { .time= 2.452, .subme=3, .me=X264_ME_HEX, .refs=1, .mix=0, .trellis=0, .partitions=I8|I4|P8|B8, .badapt=1, .bframes=3, .direct=1, .merange=16 },
  85
  86         // Preset 5: 15.786db, --preset veryfast --subme 3 --ref 2
  87         { .time= 2.733, .subme=3, .me=X264_ME_HEX, .refs=2, .mix=0, .trellis=0, .partitions=I8|I4|P8|B8, .badapt=1, .bframes=3, .direct=1, .merange=16 },
  88
  89         // Preset 6: 15.813db, --preset veryfast --subme 4 --ref 2
  90         { .time= 3.085, .subme=4, .me=X264_ME_HEX, .refs=2, .mix=0, .trellis=0, .partitions=I8|I4|P8|B8, .badapt=1, .bframes=3, .direct=1, .merange=16 },
  91
  92         // Preset 7: 15.849db, --preset faster
  93         { .time= 3.101, .subme=4, .me=X264_ME_HEX, .refs=2, .mix=0, .trellis=1, .partitions=I8|I4|P8|B8, .badapt=1, .bframes=3, .direct=1, .merange=16 },
  94
  95         // Preset 8: 15.857db, --preset faster --mixed-refs
  96         { .time= 3.284, .subme=4, .me=X264_ME_HEX, .refs=2, .mix=1, .trellis=1, .partitions=I8|I4|P8|B8, .badapt=1, .bframes=3, .direct=1, .merange=16 },
  97
  98         // Preset 9: 15.869db, --preset faster --mixed-refs --subme 5
  99         { .time= 3.587, .subme=5, .me=X264_ME_HEX, .refs=2, .mix=1, .trellis=1, .partitions=I8|I4|P8|B8, .badapt=1, .bframes=3, .direct=1, .merange=16 },
 100
 101         // Preset 10: 16.051db, --preset fast
 102         { .time= 3.947, .subme=6, .me=X264_ME_HEX, .refs=2, .mix=1, .trellis=1, .partitions=I8|I4|P8|B8, .badapt=1, .bframes=3, .direct=1, .merange=16 },
 103
 104         // Preset 11: 16.356db, --preset fast --subme 7
 105         { .time= 4.041, .subme=7, .me=X264_ME_HEX, .refs=2, .mix=1, .trellis=1, .partitions=I8|I4|P8|B8, .badapt=1, .bframes=3, .direct=1, .merange=16 },
 106
 107         // Preset 12: 16.418db, --preset fast --subme 7 --ref 3
 108         { .time= 4.406, .subme=7, .me=X264_ME_HEX, .refs=3, .mix=1, .trellis=1, .partitions=I8|I4|P8|B8, .badapt=1, .bframes=3, .direct=1, .merange=16 },
 109
 110         // Preset 13: 16.460db, --preset medium
 111         { .time= 4.707, .subme=7, .me=X264_ME_HEX, .refs=3, .mix=1, .trellis=1, .partitions=I8|I4|P8|B8, .badapt=1, .bframes=3, .direct=1, .merange=16 },
 112
 113         // Preset 14: 16.517db, --preset medium --subme 8
 114         { .time= 5.133, .subme=8, .me=X264_ME_HEX, .refs=3, .mix=1, .trellis=1, .partitions=I8|I4|P8|B8, .badapt=1, .bframes=3, .direct=1, .merange=16 },
 115
 116         // Preset 15: 16.523db, --preset medium --subme 8 --me umh
 117         { .time= 6.050, .subme=8, .me=X264_ME_UMH, .refs=3, .mix=1, .trellis=1, .partitions=I8|I4|P8|B8, .badapt=1, .bframes=3, .direct=1, .merange=16 },
 118
 119         // Preset 16: 16.543db, --preset medium --subme 8 --me umh --direct auto --b-adapt 2
 120         { .time= 6.849, .subme=8, .me=X264_ME_UMH, .refs=3, .mix=1, .trellis=1, .partitions=I8|I4|P8|B8, .badapt=2, .bframes=3, .direct=3, .merange=16 },
 121
 122         // Preset 17: 16.613db, --preset slow
 123         { .time= 8.042, .subme=8, .me=X264_ME_UMH, .refs=5, .mix=1, .trellis=1, .partitions=I8|I4|P8|B8, .badapt=2, .bframes=3, .direct=3, .merange=16 },
 124
 125         // Preset 18: 16.641db, --preset slow --subme 9
 126         { .time= 8.972, .subme=9, .me=X264_ME_UMH, .refs=5, .mix=1, .trellis=1, .partitions=I8|I4|P8|B8, .badapt=2, .bframes=3, .direct=3, .merange=16 },
 127
 128         // Preset 19: 16.895db, --preset slow --subme 9 --trellis 2
 129         { .time=10.073, .subme=9, .me=X264_ME_UMH, .refs=5, .mix=1, .trellis=2, .partitions=I8|I4|P8|B8, .badapt=2, .bframes=3, .direct=3, .merange=16 },
 130
 131         // Preset 20: 16.918db, --preset slow --subme 9 --trellis 2 --ref 6
 132         { .time=11.147, .subme=9, .me=X264_ME_UMH, .refs=6, .mix=1, .trellis=2, .partitions=I8|I4|P8|B8, .badapt=2, .bframes=3, .direct=3, .merange=16 },
 133
 134         // Preset 21: 16.934db, --preset slow --subme 9 --trellis 2 --ref 7
 135         { .time=12.267, .subme=9, .me=X264_ME_UMH, .refs=7, .mix=1, .trellis=2, .partitions=I8|I4|P8|B8, .badapt=2, .bframes=3, .direct=3, .merange=16 },
 136
 137         // Preset 22: 16.948db, --preset slower
 138         { .time=13.829, .subme=9, .me=X264_ME_UMH, .refs=8, .mix=1, .trellis=2, .partitions=I8|I4|P8|B8|P4, .badapt=2, .bframes=3, .direct=3, .merange=16 },
 139
 140         // Preset 23: 17.058db, --preset slower --subme 10
 141         { .time=14.831, .subme=10, .me=X264_ME_UMH, .refs=8, .mix=1, .trellis=2, .partitions=I8|I4|P8|B8|P4, .badapt=2, .bframes=3, .direct=3, .merange=16 },
 142
 143         // Preset 24: 17.268db, --preset slower --subme 10 --bframes 8
 144         { .time=18.705, .subme=10, .me=X264_ME_UMH, .refs=8, .mix=1, .trellis=2, .partitions=I8|I4|P8|B8|P4, .badapt=2, .bframes=8, .direct=3, .merange=16 },
 145
 146         // Preset 25: 17.297db, --preset veryslow
 147         { .time=31.419, .subme=10, .me=X264_ME_UMH, .refs=16, .mix=1, .trellis=2, .partitions=I8|I4|P8|B8|P4, .badapt=2, .bframes=8, .direct=3, .merange=24 },
 148 #undef I4
 149 #undef I8
 150 #undef P4
 151 #undef P8
 152 #undef B8
 153 };
 154
 155 void X264SpeedControl::before_frame(float new_buffer_fill, int new_buffer_size, float new_uspf)
 156 {
 157         if (new_uspf > 0.0) {
 158                 uspf = new_uspf;
 159         }
 160         if (new_buffer_size) {
 161                 set_buffer_size(new_buffer_size);
 162         }
 163         buffer_fill = buffer_size * new_buffer_fill;
 164
 165         int64_t t, delta_t;
 166
 167         // update buffer state after encoding and outputting the previous frame(s)
 168         if (first) {
 169                 t = timestamp = mdate();
 170                 first = false;
 171         } else {
 172                 t = mdate();
 173         }
 174
 175         delta_t = t - timestamp;
 176         timestamp = t;
 177
 178         // update the time predictor
 179         int cpu_time = cpu_time_last_frame;
 180         cplx_num *= cplx_decay;
 181         cplx_den *= cplx_decay;
 182         cplx_num += cpu_time / presets[preset].time;
 183         ++cplx_den;
 184
 185         stat.avg_preset += preset;
 186         ++stat.den;
 187
 188         stat.min_buffer = min(buffer_fill, stat.min_buffer);
 189         stat.max_buffer = max(buffer_fill, stat.max_buffer);
 190
 191         if (buffer_fill >= buffer_size) { // oops, cpu was idle
 192                 // not really an error, but we'll warn for debugging purposes
 193                 static int64_t idle_t = 0, print_interval = 0;
 194                 idle_t += buffer_fill - buffer_size;
 195                 if (t - print_interval > 1e6) {
 196                         //fprintf(stderr, "speedcontrol idle (%.6f sec)\n", idle_t/1e6);
 197                         print_interval = t;
 198                         idle_t = 0;
 199                 }
 200                 buffer_fill = buffer_size;
 201         } else if (buffer_fill <= 0) {  // oops, we're late
 202                 // fprintf(stderr, "speedcontrol underflow (%.6f sec)\n", buffer_fill/1e6);
 203         }
 204
 205         {
 206                 // Pick the preset that should return the buffer to 3/4-full within a time
 207                 // specified by compensation_period.
 208                 //
 209                 // NOTE: This doesn't actually do that, at least assuming the same target is
 210                 // chosen for every frame; exactly what it does is unclear to me. It seems
 211                 // to consistently undershoot a bit, so it needs to be saved by the second
 212                 // predictor below. However, fixing the formula seems to yield somewhat less
 213                 // stable results in practice; in particular, once the buffer is half-full
 214                 // or so, it would give us a negative target. Perhaps increasing
 215                 // compensation_period would be a good idea, but initial (very brief) tests
 216                 // did not yield good results.
 217                 float target = uspf / f_speed
 218                         * (buffer_fill + compensation_period)
 219                         / (buffer_size*3/4 + compensation_period);
 220                 float cplx = cplx_num / cplx_den;
 221                 float set, t0, t1;
 222                 float filled = (float) buffer_fill / buffer_size;
 223                 int i;
 224                 t0 = presets[0].time * cplx;
 225                 for (i = 1; ; i++) {
 226                         t1 = presets[i].time * cplx;
 227                         if (t1 >= target || i == SC_PRESETS - 1)
 228                                 break;
 229                         t0 = t1;
 230                 }
 231                 // exponential interpolation between states
 232                 set = i-1 + (log(target) - log(t0)) / (log(t1) - log(t0));
 233                 set = max<float>(set, -5);
 234                 set = min<float>(set, (SC_PRESETS-1) + 5);
 235                 // Even if our time estimations in the SC_PRESETS array are off
 236                 // this will push us towards our target fullness
 237                 float s1 = set;
 238                 set += (40 * (filled-0.75));
 239                 float s2 = (40 * (filled-0.75));
 240                 set = min<float>(max<float>(set, 0), SC_PRESETS - 1);
 241                 apply_preset(dither_preset(set));
 242
 243                 if (global_flags.x264_speedcontrol_verbose) {
 244                         static float cpu, wall, tgt, den;
 245                         const float decay = 1-1/100.;
 246                         cpu = cpu*decay + cpu_time_last_frame;
 247                         wall = wall*decay + delta_t;
 248                         tgt = tgt*decay + target;
 249                         den = den*decay + 1;
 250                         fprintf(stderr, "speed: %.2f+%.2f %d[%.5f] (t/c/w: %6.0f/%6.0f/%6.0f = %.4f) fps=%.2f\r",
 251                                         s1, s2, preset, (float)buffer_fill / buffer_size,
 252                                         tgt/den, cpu/den, wall/den, cpu/wall, 1e6*den/wall );
 253                 }
 254         }
 255
 256 }
 257
 258 void X264SpeedControl::after_frame()
 259 {
 260         cpu_time_last_frame = mdate() - timestamp;
 261 }
 262
 263 void X264SpeedControl::set_buffer_size(int new_buffer_size)
 264 {
 265         new_buffer_size = max(3, new_buffer_size);
 266         buffer_size = new_buffer_size * uspf;
 267         cplx_decay = 1 - 1./new_buffer_size;
 268         compensation_period = buffer_size/4;
 269 }
 270
 271 int X264SpeedControl::dither_preset(float f)
 272 {
 273         int i = f;
 274         if (f < 0) {
 275                 i--;
 276         }
 277         dither += f - i;
 278         if (dither >= 1.0) {
 279                 dither--;
 280                 i++;
 281         }
 282         return i;
 283 }
 284
 285 void X264SpeedControl::apply_preset(int new_preset)
 286 {
 287         new_preset = max(new_preset, 0);
 288         new_preset = min(new_preset, SC_PRESETS - 1);
 289
 290         const sc_preset_t *s = &presets[new_preset];
 291         x264_param_t p;
 292         x264_encoder_parameters(x264, &p);
 293
 294         p.i_frame_reference = s->refs;
 295         p.i_bframe_adaptive = s->badapt;
 296         p.i_bframe = s->bframes;
 297         p.analyse.inter = s->partitions;
 298         p.analyse.i_subpel_refine = s->subme;
 299         p.analyse.i_me_method = s->me;
 300         p.analyse.i_trellis = s->trellis;
 301         p.analyse.b_mixed_references = s->mix;
 302         p.analyse.i_direct_mv_pred = s->direct;
 303         p.analyse.i_me_range = s->merange;
 304         x264_encoder_reconfig(x264, &p);
 305         preset = new_preset;
 306 }
 307
 308 int64_t X264SpeedControl::mdate()
 309 {
 310         timespec now;
 311         clock_gettime(CLOCK_MONOTONIC, &now);
 312         return now.tv_sec * 1000000 + now.tv_nsec / 1000;
 313 }