git.sesse.net Git - x264/blob - common/common.h

   1 /*****************************************************************************
   2  * common.h: h264 encoder
   3  *****************************************************************************
   4  * Copyright (C) 2003 Laurent Aimar
   5  * $Id: common.h,v 1.1 2004/06/03 19:27:06 fenrir Exp $
   6  *
   7  * Authors: Laurent Aimar <fenrir@via.ecp.fr>
   8  *
   9  * This program is free software; you can redistribute it and/or modify
  10  * it under the terms of the GNU General Public License as published by
  11  * the Free Software Foundation; either version 2 of the License, or
  12  * (at your option) any later version.
  13  *
  14  * This program is distributed in the hope that it will be useful,
  15  * but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
  16  * MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the
  17  * GNU General Public License for more details.
  18  *
  19  * You should have received a copy of the GNU General Public License
  20  * along with this program; if not, write to the Free Software
  21  * Foundation, Inc., 59 Temple Place - Suite 330, Boston, MA  02111, USA.
  22  *****************************************************************************/
  23
  24 #ifndef _COMMON_H
  25 #define _COMMON_H 1
  26
  27 /****************************************************************************
  28  * Macros
  29  ****************************************************************************/
  30 #define X264_MIN(a,b) ( (a)<(b) ? (a) : (b) )
  31 #define X264_MAX(a,b) ( (a)>(b) ? (a) : (b) )
  32 #define X264_MIN3(a,b,c) X264_MIN((a),X264_MIN((b),(c)))
  33 #define X264_MAX3(a,b,c) X264_MAX((a),X264_MAX((b),(c)))
  34 #define X264_MIN4(a,b,c,d) X264_MIN((a),X264_MIN3((b),(c),(d)))
  35 #define X264_MAX4(a,b,c,d) X264_MAX((a),X264_MAX3((b),(c),(d)))
  36 #define XCHG(type,a,b) { type t = a; a = b; b = t; }
  37 #define FIX8(f) ((int)(f*(1<<8)+.5))
  38
  39 #define CHECKED_MALLOC( var, size )\
  40 {\
  41     var = x264_malloc( size );\
  42     if( !var )\
  43     {\
  44         x264_log( h, X264_LOG_ERROR, "malloc failed\n" );\
  45         goto fail;\
  46     }\
  47 }
  48
  49 #define X264_BFRAME_MAX 16
  50 #define X264_THREAD_MAX 128
  51 #define X264_SLICE_MAX 4
  52 #define X264_NAL_MAX (4 + X264_SLICE_MAX)
  53
  54 // number of pixels (per thread) in progress at any given time.
  55 // 16 for the macroblock in progress + 3 for deblocking + 3 for motion compensation filter + 2 for extra safety
  56 #define X264_THREAD_HEIGHT 24
  57
  58 /****************************************************************************
  59  * Includes
  60  ****************************************************************************/
  61 #include "osdep.h"
  62 #include <stdarg.h>
  63 #include <stddef.h>
  64 #include <stdlib.h>
  65 #include <string.h>
  66 #include <assert.h>
  67 #include "x264.h"
  68 #include "bs.h"
  69 #include "set.h"
  70 #include "predict.h"
  71 #include "pixel.h"
  72 #include "mc.h"
  73 #include "frame.h"
  74 #include "dct.h"
  75 #include "cabac.h"
  76 #include "quant.h"
  77
  78 /****************************************************************************
  79  * Generals functions
  80  ****************************************************************************/
  81 /* x264_malloc : will do or emulate a memalign
  82  * you have to use x264_free for buffers allocated with x264_malloc */
  83 void *x264_malloc( int );
  84 void *x264_realloc( void *p, int i_size );
  85 void  x264_free( void * );
  86
  87 /* x264_slurp_file: malloc space for the whole file and read it */
  88 char *x264_slurp_file( const char *filename );
  89
  90 /* mdate: return the current date in microsecond */
  91 int64_t x264_mdate( void );
  92
  93 /* x264_param2string: return a (malloced) string containing most of
  94  * the encoding options */
  95 char *x264_param2string( x264_param_t *p, int b_res );
  96
  97 /* log */
  98 void x264_log( x264_t *h, int i_level, const char *psz_fmt, ... );
  99
 100 void x264_reduce_fraction( int *n, int *d );
 101
 102 static inline uint8_t x264_clip_uint8( int x )
 103 {
 104     return x&(~255) ? (-x)>>31 : x;
 105 }
 106
 107 static inline int x264_clip3( int v, int i_min, int i_max )
 108 {
 109     return ( (v < i_min) ? i_min : (v > i_max) ? i_max : v );
 110 }
 111
 112 static inline double x264_clip3f( double v, double f_min, double f_max )
 113 {
 114     return ( (v < f_min) ? f_min : (v > f_max) ? f_max : v );
 115 }
 116
 117 static inline int x264_median( int a, int b, int c )
 118 {
 119     int min = a, max =a;
 120     if( b < min )
 121         min = b;
 122     else
 123         max = b;    /* no need to do 'b > max' (more consuming than always doing affectation) */
 124
 125     if( c < min )
 126         min = c;
 127     else if( c > max )
 128         max = c;
 129
 130     return a + b + c - min - max;
 131 }
 132
 133
 134 /****************************************************************************
 135  *
 136  ****************************************************************************/
 137 enum slice_type_e
 138 {
 139     SLICE_TYPE_P  = 0,
 140     SLICE_TYPE_B  = 1,
 141     SLICE_TYPE_I  = 2,
 142     SLICE_TYPE_SP = 3,
 143     SLICE_TYPE_SI = 4
 144 };
 145
 146 static const char slice_type_to_char[] = { 'P', 'B', 'I', 'S', 'S' };
 147
 148 typedef struct
 149 {
 150     x264_sps_t *sps;
 151     x264_pps_t *pps;
 152
 153     int i_type;
 154     int i_first_mb;
 155     int i_last_mb;
 156
 157     int i_pps_id;
 158
 159     int i_frame_num;
 160
 161     int b_mbaff;
 162     int b_field_pic;
 163     int b_bottom_field;
 164
 165     int i_idr_pic_id;   /* -1 if nal_type != 5 */
 166
 167     int i_poc_lsb;
 168     int i_delta_poc_bottom;
 169
 170     int i_delta_poc[2];
 171     int i_redundant_pic_cnt;
 172
 173     int b_direct_spatial_mv_pred;
 174
 175     int b_num_ref_idx_override;
 176     int i_num_ref_idx_l0_active;
 177     int i_num_ref_idx_l1_active;
 178
 179     int b_ref_pic_list_reordering_l0;
 180     int b_ref_pic_list_reordering_l1;
 181     struct {
 182         int idc;
 183         int arg;
 184     } ref_pic_list_order[2][16];
 185
 186     int i_cabac_init_idc;
 187
 188     int i_qp;
 189     int i_qp_delta;
 190     int b_sp_for_swidth;
 191     int i_qs_delta;
 192
 193     /* deblocking filter */
 194     int i_disable_deblocking_filter_idc;
 195     int i_alpha_c0_offset;
 196     int i_beta_offset;
 197
 198 } x264_slice_header_t;
 199
 200 /* From ffmpeg
 201  */
 202 #define X264_SCAN8_SIZE (6*8)
 203 #define X264_SCAN8_0 (4+1*8)
 204
 205 static const int x264_scan8[16+2*4] =
 206 {
 207     /* Luma */
 208     4+1*8, 5+1*8, 4+2*8, 5+2*8,
 209     6+1*8, 7+1*8, 6+2*8, 7+2*8,
 210     4+3*8, 5+3*8, 4+4*8, 5+4*8,
 211     6+3*8, 7+3*8, 6+4*8, 7+4*8,
 212
 213     /* Cb */
 214     1+1*8, 2+1*8,
 215     1+2*8, 2+2*8,
 216
 217     /* Cr */
 218     1+4*8, 2+4*8,
 219     1+5*8, 2+5*8,
 220 };
 221 /*
 222    0 1 2 3 4 5 6 7
 223  0
 224  1   B B   L L L L
 225  2   B B   L L L L
 226  3         L L L L
 227  4   R R   L L L L
 228  5   R R
 229 */
 230
 231 typedef struct x264_ratecontrol_t   x264_ratecontrol_t;
 232 typedef struct x264_vlc_table_t     x264_vlc_table_t;
 233
 234 struct x264_t
 235 {
 236     /* encoder parameters */
 237     x264_param_t    param;
 238
 239     x264_t          *thread[X264_THREAD_MAX];
 240     x264_pthread_t  thread_handle;
 241     int             b_thread_active;
 242     int             i_thread_phase; /* which thread to use for the next frame */
 243
 244     /* bitstream output */
 245     struct
 246     {
 247         int         i_nal;
 248         x264_nal_t  nal[X264_NAL_MAX];
 249         int         i_bitstream;    /* size of p_bitstream */
 250         uint8_t     *p_bitstream;   /* will hold data for all nal */
 251         bs_t        bs;
 252         int         i_frame_size;
 253     } out;
 254
 255     /* frame number/poc */
 256     int             i_frame;
 257
 258     int             i_frame_offset; /* decoding only */
 259     int             i_frame_num;    /* decoding only */
 260     int             i_poc_msb;      /* decoding only */
 261     int             i_poc_lsb;      /* decoding only */
 262     int             i_poc;          /* decoding only */
 263
 264     int             i_thread_num;   /* threads only */
 265     int             i_nal_type;     /* threads only */
 266     int             i_nal_ref_idc;  /* threads only */
 267
 268     /* We use only one SPS and one PPS */
 269     x264_sps_t      sps_array[1];
 270     x264_sps_t      *sps;
 271     x264_pps_t      pps_array[1];
 272     x264_pps_t      *pps;
 273     int             i_idr_pic_id;
 274
 275     /* quantization matrix for decoding, [cqm][qp%6][coef_y][coef_x] */
 276     int             (*dequant4_mf[4])[4][4]; /* [4][6][4][4] */
 277     int             (*dequant8_mf[2])[8][8]; /* [2][6][8][8] */
 278     /* quantization matrix for trellis, [cqm][qp][coef] */
 279     int             (*unquant4_mf[4])[16];   /* [4][52][16] */
 280     int             (*unquant8_mf[2])[64];   /* [2][52][64] */
 281     /* quantization matrix for deadzone */
 282     uint16_t        (*quant4_mf[4])[16];     /* [4][52][16] */
 283     uint16_t        (*quant8_mf[2])[64];     /* [2][52][64] */
 284     uint16_t        (*quant4_bias[4])[16];   /* [4][52][16] */
 285     uint16_t        (*quant8_bias[2])[64];   /* [2][52][64] */
 286
 287     uint32_t        nr_residual_sum[2][64];
 288     uint32_t        nr_offset[2][64];
 289     uint32_t        nr_count[2];
 290
 291     /* Slice header */
 292     x264_slice_header_t sh;
 293
 294     /* cabac context */
 295     x264_cabac_t    cabac;
 296
 297     struct
 298     {
 299         /* Frames to be encoded (whose types have been decided) */
 300         x264_frame_t *current[X264_BFRAME_MAX+3];
 301         /* Temporary buffer (frames types not yet decided) */
 302         x264_frame_t *next[X264_BFRAME_MAX+3];
 303         /* Unused frames */
 304         x264_frame_t *unused[X264_BFRAME_MAX + X264_THREAD_MAX*2 + 16+4];
 305         /* For adaptive B decision */
 306         x264_frame_t *last_nonb;
 307
 308         /* frames used for reference + sentinels */
 309         x264_frame_t *reference[16+2];
 310
 311         int i_last_idr; /* Frame number of the last IDR */
 312
 313         int i_input;    /* Number of input frames already accepted */
 314
 315         int i_max_dpb;  /* Number of frames allocated in the decoded picture buffer */
 316         int i_max_ref0;
 317         int i_max_ref1;
 318         int i_delay;    /* Number of frames buffered for B reordering */
 319         int b_have_lowres;  /* Whether 1/2 resolution luma planes are being used */
 320     } frames;
 321
 322     /* current frame being encoded */
 323     x264_frame_t    *fenc;
 324
 325     /* frame being reconstructed */
 326     x264_frame_t    *fdec;
 327
 328     /* references lists */
 329     int             i_ref0;
 330     x264_frame_t    *fref0[16+3];     /* ref list 0 */
 331     int             i_ref1;
 332     x264_frame_t    *fref1[16+3];     /* ref list 1 */
 333     int             b_ref_reorder[2];
 334
 335
 336
 337     /* Current MB DCT coeffs */
 338     struct
 339     {
 340         DECLARE_ALIGNED( int, luma16x16_dc[16], 16 );
 341         DECLARE_ALIGNED( int, chroma_dc[2][4], 16 );
 342         // FIXME merge with union
 343         DECLARE_ALIGNED( int, luma8x8[4][64], 16 );
 344         union
 345         {
 346             DECLARE_ALIGNED( int, residual_ac[15], 16 );
 347             DECLARE_ALIGNED( int, luma4x4[16], 16 );
 348         } block[16+8];
 349     } dct;
 350
 351     /* MB table and cache for current frame/mb */
 352     struct
 353     {
 354         int     i_mb_count;                 /* number of mbs in a frame */
 355
 356         /* Strides */
 357         int     i_mb_stride;
 358         int     i_b8_stride;
 359         int     i_b4_stride;
 360
 361         /* Current index */
 362         int     i_mb_x;
 363         int     i_mb_y;
 364         int     i_mb_xy;
 365         int     i_b8_xy;
 366         int     i_b4_xy;
 367
 368         /* Search parameters */
 369         int     i_me_method;
 370         int     i_subpel_refine;
 371         int     b_chroma_me;
 372         int     b_trellis;
 373         int     b_noise_reduction;
 374
 375         int     b_interlaced;
 376
 377         /* Allowed qpel MV range to stay within the picture + emulated edge pixels */
 378         int     mv_min[2];
 379         int     mv_max[2];
 380         /* Subpel MV range for motion search.
 381          * same mv_min/max but includes levels' i_mv_range. */
 382         int     mv_min_spel[2];
 383         int     mv_max_spel[2];
 384         /* Fullpel MV range for motion search */
 385         int     mv_min_fpel[2];
 386         int     mv_max_fpel[2];
 387
 388         /* neighboring MBs */
 389         unsigned int i_neighbour;
 390         unsigned int i_neighbour8[4];       /* neighbours of each 8x8 or 4x4 block that are available */
 391         unsigned int i_neighbour4[16];      /* at the time the block is coded */
 392         int     i_mb_type_top;
 393         int     i_mb_type_left;
 394         int     i_mb_type_topleft;
 395         int     i_mb_type_topright;
 396         int     i_mb_prev_xy;
 397         int     i_mb_top_xy;
 398
 399         /* mb table */
 400         int8_t  *type;                      /* mb type */
 401         int8_t  *qp;                        /* mb qp */
 402         int16_t *cbp;                       /* mb cbp: 0x0?: luma, 0x?0: chroma, 0x100: luma dc, 0x0200 and 0x0400: chroma dc  (all set for PCM)*/
 403         int8_t  (*intra4x4_pred_mode)[7];   /* intra4x4 pred mode. for non I4x4 set to I_PRED_4x4_DC(2) */
 404         uint8_t (*non_zero_count)[16+4+4];  /* nzc. for I_PCM set to 16 */
 405         int8_t  *chroma_pred_mode;          /* chroma_pred_mode. cabac only. for non intra I_PRED_CHROMA_DC(0) */
 406         int16_t (*mv[2])[2];                /* mb mv. set to 0 for intra mb */
 407         int16_t (*mvd[2])[2];               /* mb mv difference with predict. set to 0 if intra. cabac only */
 408         int8_t   *ref[2];                   /* mb ref. set to -1 if non used (intra or Lx only) */
 409         int16_t (*mvr[2][32])[2];           /* 16x16 mv for each possible ref */
 410         int8_t  *skipbp;                    /* block pattern for SKIP or DIRECT (sub)mbs. B-frames + cabac only */
 411         int8_t  *mb_transform_size;         /* transform_size_8x8_flag of each mb */
 412         uint8_t *intra_border_backup[2][3]; /* bottom pixels of the previous mb row, used for intra prediction after the framebuffer has been deblocked */
 413         uint8_t (*nnz_backup)[16];          /* when using cavlc + 8x8dct, the deblocker uses a modified nnz */
 414
 415         /* current value */
 416         int     i_type;
 417         int     i_partition;
 418         int     i_sub_partition[4];
 419         int     b_transform_8x8;
 420
 421         int     i_cbp_luma;
 422         int     i_cbp_chroma;
 423
 424         int     i_intra16x16_pred_mode;
 425         int     i_chroma_pred_mode;
 426
 427         /* skip flags for i4x4 and i8x8
 428          * 0 = encode as normal.
 429          * 1 (non-RD only) = the DCT is still in h->dct, restore fdec and skip reconstruction.
 430          * 2 (RD only) = the DCT has since been overwritten by RD; restore that too. */
 431         int i_skip_intra;
 432
 433         struct
 434         {
 435             /* space for p_fenc and p_fdec */
 436 #define FENC_STRIDE 16
 437 #define FDEC_STRIDE 32
 438             DECLARE_ALIGNED( uint8_t, fenc_buf[24*FENC_STRIDE], 16 );
 439             DECLARE_ALIGNED( uint8_t, fdec_buf[27*FDEC_STRIDE], 16 );
 440
 441             /* i4x4 and i8x8 backup data, for skipping the encode stage when possible */
 442             DECLARE_ALIGNED( uint8_t, i4x4_fdec_buf[16*16], 16 );
 443             DECLARE_ALIGNED( uint8_t, i8x8_fdec_buf[16*16], 16 );
 444             DECLARE_ALIGNED( int, i8x8_dct_buf[3][64], 16 );
 445             DECLARE_ALIGNED( int, i4x4_dct_buf[15][16], 16 );
 446
 447             /* pointer over mb of the frame to be compressed */
 448             uint8_t *p_fenc[3];
 449
 450             /* pointer over mb of the frame to be reconstructed  */
 451             uint8_t *p_fdec[3];
 452
 453             /* pointer over mb of the references */
 454             int i_fref[2];
 455             uint8_t *p_fref[2][32][4+2]; /* last: lN, lH, lV, lHV, cU, cV */
 456             uint16_t *p_integral[2][16];
 457
 458             /* fref stride */
 459             int     i_stride[3];
 460         } pic;
 461
 462         /* cache */
 463         struct
 464         {
 465             /* real intra4x4_pred_mode if I_4X4 or I_8X8, I_PRED_4x4_DC if mb available, -1 if not */
 466             int     intra4x4_pred_mode[X264_SCAN8_SIZE];
 467
 468             /* i_non_zero_count if available else 0x80 */
 469             int     non_zero_count[X264_SCAN8_SIZE];
 470
 471             /* -1 if unused, -2 if unavailable */
 472             DECLARE_ALIGNED( int8_t, ref[2][X264_SCAN8_SIZE], 4 );
 473
 474             /* 0 if not available */
 475             DECLARE_ALIGNED( int16_t, mv[2][X264_SCAN8_SIZE][2], 16 );
 476             DECLARE_ALIGNED( int16_t, mvd[2][X264_SCAN8_SIZE][2], 4 );
 477
 478             /* 1 if SKIP or DIRECT. set only for B-frames + CABAC */
 479             DECLARE_ALIGNED( int8_t, skip[X264_SCAN8_SIZE], 4 );
 480
 481             DECLARE_ALIGNED( int16_t, direct_mv[2][X264_SCAN8_SIZE][2], 16 ) ;
 482             int8_t  direct_ref[2][X264_SCAN8_SIZE];
 483             int     pskip_mv[2];
 484
 485             /* number of neighbors (top and left) that used 8x8 dct */
 486             int     i_neighbour_transform_size;
 487             int     i_neighbour_interlaced;
 488         } cache;
 489
 490         /* */
 491         int     i_qp;       /* current qp */
 492         int     i_chroma_qp;
 493         int     i_last_qp;  /* last qp */
 494         int     i_last_dqp; /* last delta qp */
 495         int     b_variable_qp; /* whether qp is allowed to vary per macroblock */
 496         int     b_lossless;
 497         int     b_direct_auto_read; /* take stats for --direct auto from the 2pass log */
 498         int     b_direct_auto_write; /* analyse direct modes, to use and/or save */
 499
 500         /* B_direct and weighted prediction */
 501         int     dist_scale_factor[16][2];
 502         int     bipred_weight[32][4];
 503         /* maps fref1[0]'s ref indices into the current list0 */
 504         int     map_col_to_list0_buf[2]; // for negative indices
 505         int     map_col_to_list0[16];
 506     } mb;
 507
 508     /* rate control encoding only */
 509     x264_ratecontrol_t *rc;
 510
 511     /* stats */
 512     struct
 513     {
 514         /* Current frame stats */
 515         struct
 516         {
 517             /* Headers bits (MV+Ref+MB Block Type */
 518             int i_hdr_bits;
 519             /* Texture bits (Intra/Predicted) */
 520             int i_itex_bits;
 521             int i_ptex_bits;
 522             /* ? */
 523             int i_misc_bits;
 524             /* MB type counts */
 525             int i_mb_count[19];
 526             int i_mb_count_i;
 527             int i_mb_count_p;
 528             int i_mb_count_skip;
 529             int i_mb_count_8x8dct[2];
 530             int i_mb_count_size[7];
 531             int i_mb_count_ref[32];
 532             /* Estimated (SATD) cost as Intra/Predicted frame */
 533             /* XXX: both omit the cost of MBs coded as P_SKIP */
 534             int i_intra_cost;
 535             int i_inter_cost;
 536             int i_mbs_analysed;
 537             /* Adaptive direct mv pred */
 538             int i_direct_score[2];
 539         } frame;
 540
 541         /* Cumulated stats */
 542
 543         /* per slice info */
 544         int     i_slice_count[5];
 545         int64_t i_slice_size[5];
 546         double  f_slice_qp[5];
 547         /* */
 548         int64_t i_sqe_global[5];
 549         double  f_psnr_average[5];
 550         double  f_psnr_mean_y[5];
 551         double  f_psnr_mean_u[5];
 552         double  f_psnr_mean_v[5];
 553         double  f_ssim_mean_y[5];
 554         /* */
 555         int64_t i_mb_count[5][19];
 556         int64_t i_mb_count_8x8dct[2];
 557         int64_t i_mb_count_size[2][7];
 558         int64_t i_mb_count_ref[2][32];
 559         /* */
 560         int     i_direct_score[2];
 561         int     i_direct_frames[2];
 562
 563     } stat;
 564
 565     /* CPU functions dependents */
 566     x264_predict_t      predict_16x16[4+3];
 567     x264_predict_t      predict_8x8c[4+3];
 568     x264_predict8x8_t   predict_8x8[9+3];
 569     x264_predict_t      predict_4x4[9+3];
 570
 571     x264_pixel_function_t pixf;
 572     x264_mc_functions_t   mc;
 573     x264_dct_function_t   dctf;
 574     x264_zigzag_function_t zigzagf;
 575     x264_quant_function_t quantf;
 576     x264_deblock_function_t loopf;
 577
 578     /* vlc table for decoding purpose only */
 579     x264_vlc_table_t *x264_coeff_token_lookup[5];
 580     x264_vlc_table_t *x264_level_prefix_lookup;
 581     x264_vlc_table_t *x264_total_zeros_lookup[15];
 582     x264_vlc_table_t *x264_total_zeros_dc_lookup[3];
 583     x264_vlc_table_t *x264_run_before_lookup[7];
 584
 585 #if VISUALIZE
 586     struct visualize_t *visualize;
 587 #endif
 588 };
 589
 590 // included at the end because it needs x264_t
 591 #include "macroblock.h"
 592
 593 #endif
 594