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 #include <chrono>
   9
  10 using namespace std;
  11 using namespace std::chrono;
  12
  13 X264SpeedControl::X264SpeedControl(x264_t *x264, float f_speed, int i_buffer_size, float f_buffer_init)
  14         : x264(x264), f_speed(f_speed)
  15 {
  16         x264_param_t param;
  17         x264_encoder_parameters(x264, &param);
  18
  19         float fps = (float)param.i_fps_num / param.i_fps_den;
  20         uspf = 1e6 / fps;
  21         set_buffer_size(i_buffer_size);
  22         buffer_fill = buffer_size * f_buffer_init;
  23         buffer_fill = max<int64_t>(buffer_fill, uspf);
  24         buffer_fill = min(buffer_fill, buffer_size);
  25         timestamp = steady_clock::now();
  26         preset = -1;
  27         cplx_num = 3e3; //FIXME estimate initial complexity
  28         cplx_den = .1;
  29         stat.min_buffer = buffer_size;
  30         stat.max_buffer = 0;
  31         stat.avg_preset = 0.0;
  32         stat.den = 0;
  33 }
  34
  35 X264SpeedControl::~X264SpeedControl()
  36 {
  37         fprintf(stderr, "speedcontrol: avg preset=%.3f  buffer min=%.3f max=%.3f\n",
  38                 stat.avg_preset / stat.den,
  39                 (float)stat.min_buffer / buffer_size,
  40                 (float)stat.max_buffer / buffer_size );
  41         //  x264_log( x264, X264_LOG_INFO, "speedcontrol: avg cplx=%.5f\n", cplx_num / cplx_den );
  42 }
  43
  44 typedef struct
  45 {
  46         float time; // relative encoding time, compared to the other presets
  47         int subme;
  48         int me;
  49         int refs;
  50         int mix;
  51         int trellis;
  52         int partitions;
  53         int badapt;
  54         int bframes;
  55         int direct;
  56         int merange;
  57 } sc_preset_t;
  58
  59 // The actual presets, including the equivalent commandline options. Note that
  60 // all presets are benchmarked with --weightp 1 --mbtree --rc-lookahead 20
  61 // on top of the given settings (equivalent settings to the "faster" preset).
  62 // Timings and SSIM measurements were done on a quadcore Haswell i5 3.2 GHz
  63 // on the first 1000 frames of "Tears of Steel" in 1080p.
  64 //
  65 // Note that the two first and the two last are also used for extrapolation
  66 // should the desired time be outside the range. Thus, it is disadvantageous if
  67 // they are chosen so that the timings are too close to each other.
  68 #define SC_PRESETS 26
  69 static const sc_preset_t presets[SC_PRESETS] = {
  70 #define I4 X264_ANALYSE_I4x4
  71 #define I8 X264_ANALYSE_I8x8
  72 #define P4 X264_ANALYSE_PSUB8x8
  73 #define P8 X264_ANALYSE_PSUB16x16
  74 #define B8 X264_ANALYSE_BSUB16x16
  75         // Preset 0: 14.179db, --preset superfast --b-adapt 0 --bframes 0
  76         { .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 },
  77
  78         // Preset 1: 14.459db, --preset superfast
  79         { .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 },
  80
  81         // Preset 2: 14.761db, --preset superfast --subme 2
  82         { .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 },
  83
  84         // Preset 3: 15.543db, --preset veryfast
  85         { .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 },
  86
  87         // Preset 4: 15.716db, --preset veryfast --subme 3
  88         { .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 },
  89
  90         // Preset 5: 15.786db, --preset veryfast --subme 3 --ref 2
  91         { .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 },
  92
  93         // Preset 6: 15.813db, --preset veryfast --subme 4 --ref 2
  94         { .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 },
  95
  96         // Preset 7: 15.849db, --preset faster
  97         { .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 },
  98
  99         // Preset 8: 15.857db, --preset faster --mixed-refs
 100         { .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 },
 101
 102         // Preset 9: 15.869db, --preset faster --mixed-refs --subme 5
 103         { .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 },
 104
 105         // Preset 10: 16.051db, --preset fast
 106         { .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 },
 107
 108         // Preset 11: 16.356db, --preset fast --subme 7
 109         { .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 },
 110
 111         // Preset 12: 16.418db, --preset fast --subme 7 --ref 3
 112         { .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 },
 113
 114         // Preset 13: 16.460db, --preset medium
 115         { .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 },
 116
 117         // Preset 14: 16.517db, --preset medium --subme 8
 118         { .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 },
 119
 120         // Preset 15: 16.523db, --preset medium --subme 8 --me umh
 121         { .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 },
 122
 123         // Preset 16: 16.543db, --preset medium --subme 8 --me umh --direct auto --b-adapt 2
 124         { .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 },
 125
 126         // Preset 17: 16.613db, --preset slow
 127         { .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 },
 128
 129         // Preset 18: 16.641db, --preset slow --subme 9
 130         { .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 },
 131
 132         // Preset 19: 16.895db, --preset slow --subme 9 --trellis 2
 133         { .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 },
 134
 135         // Preset 20: 16.918db, --preset slow --subme 9 --trellis 2 --ref 6
 136         { .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 },
 137
 138         // Preset 21: 16.934db, --preset slow --subme 9 --trellis 2 --ref 7
 139         { .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 },
 140
 141         // Preset 22: 16.948db, --preset slower
 142         { .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 },
 143
 144         // Preset 23: 17.058db, --preset slower --subme 10
 145         { .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 },
 146
 147         // Preset 24: 17.268db, --preset slower --subme 10 --bframes 8
 148         { .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 },
 149
 150         // Preset 25: 17.297db, --preset veryslow
 151         { .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 },
 152 #undef I4
 153 #undef I8
 154 #undef P4
 155 #undef P8
 156 #undef B8
 157 };
 158
 159 void X264SpeedControl::before_frame(float new_buffer_fill, int new_buffer_size, float new_uspf)
 160 {
 161         if (new_uspf > 0.0) {
 162                 uspf = new_uspf;
 163         }
 164         if (new_buffer_size) {
 165                 set_buffer_size(new_buffer_size);
 166         }
 167         buffer_fill = buffer_size * new_buffer_fill;
 168
 169         steady_clock::time_point t;
 170
 171         // update buffer state after encoding and outputting the previous frame(s)
 172         if (first) {
 173                 t = timestamp = steady_clock::now();
 174                 first = false;
 175         } else {
 176                 t = steady_clock::now();
 177         }
 178
 179         auto delta_t = t - timestamp;
 180         timestamp = t;
 181
 182         // update the time predictor
 183         if (preset >= 0) {
 184                 int cpu_time = duration_cast<microseconds>(cpu_time_last_frame).count();
 185                 cplx_num *= cplx_decay;
 186                 cplx_den *= cplx_decay;
 187                 cplx_num += cpu_time / presets[preset].time;
 188                 ++cplx_den;
 189
 190                 stat.avg_preset += preset;
 191                 ++stat.den;
 192         }
 193
 194         stat.min_buffer = min(buffer_fill, stat.min_buffer);
 195         stat.max_buffer = max(buffer_fill, stat.max_buffer);
 196
 197         if (buffer_fill >= buffer_size) { // oops, cpu was idle
 198                 // not really an error, but we'll warn for debugging purposes
 199                 static int64_t idle_t = 0;
 200                 static steady_clock::time_point print_interval;
 201                 static bool first = false;
 202                 idle_t += buffer_fill - buffer_size;
 203                 if (first || duration<double>(t - print_interval).count() > 0.1) {
 204                         //fprintf(stderr, "speedcontrol idle (%.6f sec)\n", idle_t/1e6);
 205                         print_interval = t;
 206                         idle_t = 0;
 207                         first = false;
 208                 }
 209                 buffer_fill = buffer_size;
 210         } else if (buffer_fill <= 0) {  // oops, we're late
 211                 // fprintf(stderr, "speedcontrol underflow (%.6f sec)\n", buffer_fill/1e6);
 212         }
 213
 214         {
 215                 // Pick the preset that should return the buffer to 3/4-full within a time
 216                 // specified by compensation_period.
 217                 //
 218                 // NOTE: This doesn't actually do that, at least assuming the same target is
 219                 // chosen for every frame; exactly what it does is unclear to me. It seems
 220                 // to consistently undershoot a bit, so it needs to be saved by the second
 221                 // predictor below. However, fixing the formula seems to yield somewhat less
 222                 // stable results in practice; in particular, once the buffer is half-full
 223                 // or so, it would give us a negative target. Perhaps increasing
 224                 // compensation_period would be a good idea, but initial (very brief) tests
 225                 // did not yield good results.
 226                 float target = uspf / f_speed
 227                         * (buffer_fill + compensation_period)
 228                         / (buffer_size*3/4 + compensation_period);
 229                 float cplx = cplx_num / cplx_den;
 230                 float set, t0, t1;
 231                 float filled = (float) buffer_fill / buffer_size;
 232                 int i;
 233                 t0 = presets[0].time * cplx;
 234                 for (i = 1; ; i++) {
 235                         t1 = presets[i].time * cplx;
 236                         if (t1 >= target || i == SC_PRESETS - 1)
 237                                 break;
 238                         t0 = t1;
 239                 }
 240                 // exponential interpolation between states
 241                 set = i-1 + (log(target) - log(t0)) / (log(t1) - log(t0));
 242                 set = max<float>(set, -5);
 243                 set = min<float>(set, (SC_PRESETS-1) + 5);
 244                 // Even if our time estimations in the SC_PRESETS array are off
 245                 // this will push us towards our target fullness
 246                 float s1 = set;
 247                 set += (40 * (filled-0.75));
 248                 float s2 = (40 * (filled-0.75));
 249                 set = min<float>(max<float>(set, 0), SC_PRESETS - 1);
 250                 apply_preset(dither_preset(set));
 251
 252                 if (global_flags.x264_speedcontrol_verbose) {
 253                         static float cpu, wall, tgt, den;
 254                         const float decay = 1-1/100.;
 255                         cpu = cpu*decay + duration_cast<microseconds>(cpu_time_last_frame).count();
 256                         wall = wall*decay + duration_cast<microseconds>(delta_t).count();
 257                         tgt = tgt*decay + target;
 258                         den = den*decay + 1;
 259                         fprintf(stderr, "speed: %.2f+%.2f %d[%.5f] (t/c/w: %6.0f/%6.0f/%6.0f = %.4f) fps=%.2f\r",
 260                                         s1, s2, preset, (float)buffer_fill / buffer_size,
 261                                         tgt/den, cpu/den, wall/den, cpu/wall, 1e6*den/wall );
 262                 }
 263         }
 264
 265 }
 266
 267 void X264SpeedControl::after_frame()
 268 {
 269         cpu_time_last_frame = steady_clock::now() - timestamp;
 270 }
 271
 272 void X264SpeedControl::set_buffer_size(int new_buffer_size)
 273 {
 274         new_buffer_size = max(3, new_buffer_size);
 275         buffer_size = new_buffer_size * uspf;
 276         cplx_decay = 1 - 1./new_buffer_size;
 277         compensation_period = buffer_size/4;
 278 }
 279
 280 int X264SpeedControl::dither_preset(float f)
 281 {
 282         int i = f;
 283         if (f < 0) {
 284                 i--;
 285         }
 286         dither += f - i;
 287         if (dither >= 1.0) {
 288                 dither--;
 289                 i++;
 290         }
 291         return i;
 292 }
 293
 294 void X264SpeedControl::apply_preset(int new_preset)
 295 {
 296         new_preset = max(new_preset, 0);
 297         new_preset = min(new_preset, SC_PRESETS - 1);
 298
 299         const sc_preset_t *s = &presets[new_preset];
 300         x264_param_t p;
 301         x264_encoder_parameters(x264, &p);
 302
 303         p.i_frame_reference = s->refs;
 304         p.i_bframe_adaptive = s->badapt;
 305         p.i_bframe = s->bframes;
 306         p.analyse.inter = s->partitions;
 307         p.analyse.i_subpel_refine = s->subme;
 308         p.analyse.i_me_method = s->me;
 309         p.analyse.i_trellis = s->trellis;
 310         p.analyse.b_mixed_references = s->mix;
 311         p.analyse.i_direct_mv_pred = s->direct;
 312         p.analyse.i_me_range = s->merange;
 313         if (override_func) {
 314                 override_func(&p);
 315         }
 316         x264_encoder_reconfig(x264, &p);
 317         preset = new_preset;
 318 }