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

   1 /*****************************************************************************
   2  * macroblock.h: macroblock common functions
   3  *****************************************************************************
   4  * Copyright (C) 2005-2010 x264 project
   5  *
   6  * Authors: Loren Merritt <lorenm@u.washington.edu>
   7  *          Laurent Aimar <fenrir@via.ecp.fr>
   8  *          Fiona Glaser <fiona@x264.com>
   9  *
  10  * This program is free software; you can redistribute it and/or modify
  11  * it under the terms of the GNU General Public License as published by
  12  * the Free Software Foundation; either version 2 of the License, or
  13  * (at your option) any later version.
  14  *
  15  * This program is distributed in the hope that it will be useful,
  16  * but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
  17  * MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the
  18  * GNU General Public License for more details.
  19  *
  20  * You should have received a copy of the GNU General Public License
  21  * along with this program; if not, write to the Free Software
  22  * Foundation, Inc., 51 Franklin Street, Fifth Floor, Boston, MA  02111, USA.
  23  *
  24  * This program is also available under a commercial proprietary license.
  25  * For more information, contact us at licensing@x264.com.
  26  *****************************************************************************/
  27
  28 #ifndef X264_MACROBLOCK_H
  29 #define X264_MACROBLOCK_H
  30
  31 enum macroblock_position_e
  32 {
  33     MB_LEFT     = 0x01,
  34     MB_TOP      = 0x02,
  35     MB_TOPRIGHT = 0x04,
  36     MB_TOPLEFT  = 0x08,
  37
  38     MB_PRIVATE  = 0x10,
  39
  40     ALL_NEIGHBORS = 0xf,
  41 };
  42
  43 static const uint8_t x264_pred_i4x4_neighbors[12] =
  44 {
  45     MB_TOP,                         // I_PRED_4x4_V
  46     MB_LEFT,                        // I_PRED_4x4_H
  47     MB_LEFT | MB_TOP,               // I_PRED_4x4_DC
  48     MB_TOP  | MB_TOPRIGHT,          // I_PRED_4x4_DDL
  49     MB_LEFT | MB_TOPLEFT | MB_TOP,  // I_PRED_4x4_DDR
  50     MB_LEFT | MB_TOPLEFT | MB_TOP,  // I_PRED_4x4_VR
  51     MB_LEFT | MB_TOPLEFT | MB_TOP,  // I_PRED_4x4_HD
  52     MB_TOP  | MB_TOPRIGHT,          // I_PRED_4x4_VL
  53     MB_LEFT,                        // I_PRED_4x4_HU
  54     MB_LEFT,                        // I_PRED_4x4_DC_LEFT
  55     MB_TOP,                         // I_PRED_4x4_DC_TOP
  56     0                               // I_PRED_4x4_DC_128
  57 };
  58
  59
  60 /* XXX mb_type isn't the one written in the bitstream -> only internal usage */
  61 #define IS_INTRA(type) ( (type) == I_4x4 || (type) == I_8x8 || (type) == I_16x16 || (type) == I_PCM )
  62 #define IS_SKIP(type)  ( (type) == P_SKIP || (type) == B_SKIP )
  63 #define IS_DIRECT(type)  ( (type) == B_DIRECT )
  64 enum mb_class_e
  65 {
  66     I_4x4           = 0,
  67     I_8x8           = 1,
  68     I_16x16         = 2,
  69     I_PCM           = 3,
  70
  71     P_L0            = 4,
  72     P_8x8           = 5,
  73     P_SKIP          = 6,
  74
  75     B_DIRECT        = 7,
  76     B_L0_L0         = 8,
  77     B_L0_L1         = 9,
  78     B_L0_BI         = 10,
  79     B_L1_L0         = 11,
  80     B_L1_L1         = 12,
  81     B_L1_BI         = 13,
  82     B_BI_L0         = 14,
  83     B_BI_L1         = 15,
  84     B_BI_BI         = 16,
  85     B_8x8           = 17,
  86     B_SKIP          = 18,
  87
  88     X264_MBTYPE_MAX = 19
  89 };
  90 static const uint8_t x264_mb_type_fix[X264_MBTYPE_MAX] =
  91 {
  92     I_4x4, I_4x4, I_16x16, I_PCM,
  93     P_L0, P_8x8, P_SKIP,
  94     B_DIRECT, B_L0_L0, B_L0_L1, B_L0_BI, B_L1_L0, B_L1_L1,
  95     B_L1_BI, B_BI_L0, B_BI_L1, B_BI_BI, B_8x8, B_SKIP
  96 };
  97 static const uint8_t x264_mb_type_list_table[X264_MBTYPE_MAX][2][2] =
  98 {
  99     {{0,0},{0,0}}, {{0,0},{0,0}}, {{0,0},{0,0}}, {{0,0},{0,0}}, /* INTRA */
 100     {{1,1},{0,0}},                                              /* P_L0 */
 101     {{0,0},{0,0}},                                              /* P_8x8 */
 102     {{1,1},{0,0}},                                              /* P_SKIP */
 103     {{0,0},{0,0}},                                              /* B_DIRECT */
 104     {{1,1},{0,0}}, {{1,0},{0,1}}, {{1,1},{0,1}},                /* B_L0_* */
 105     {{0,1},{1,0}}, {{0,0},{1,1}}, {{0,1},{1,1}},                /* B_L1_* */
 106     {{1,1},{1,0}}, {{1,0},{1,1}}, {{1,1},{1,1}},                /* B_BI_* */
 107     {{0,0},{0,0}},                                              /* B_8x8 */
 108     {{0,0},{0,0}}                                               /* B_SKIP */
 109 };
 110
 111 #define IS_SUB4x4(type) ( (type ==D_L0_4x4)||(type ==D_L1_4x4)||(type ==D_BI_4x4))
 112 #define IS_SUB4x8(type) ( (type ==D_L0_4x8)||(type ==D_L1_4x8)||(type ==D_BI_4x8))
 113 #define IS_SUB8x4(type) ( (type ==D_L0_8x4)||(type ==D_L1_8x4)||(type ==D_BI_8x4))
 114 #define IS_SUB8x8(type) ( (type ==D_L0_8x8)||(type ==D_L1_8x8)||(type ==D_BI_8x8)||(type ==D_DIRECT_8x8))
 115 enum mb_partition_e
 116 {
 117     /* sub partition type for P_8x8 and B_8x8 */
 118     D_L0_4x4          = 0,
 119     D_L0_8x4          = 1,
 120     D_L0_4x8          = 2,
 121     D_L0_8x8          = 3,
 122
 123     /* sub partition type for B_8x8 only */
 124     D_L1_4x4          = 4,
 125     D_L1_8x4          = 5,
 126     D_L1_4x8          = 6,
 127     D_L1_8x8          = 7,
 128
 129     D_BI_4x4          = 8,
 130     D_BI_8x4          = 9,
 131     D_BI_4x8          = 10,
 132     D_BI_8x8          = 11,
 133     D_DIRECT_8x8      = 12,
 134
 135     /* partition */
 136     D_8x8             = 13,
 137     D_16x8            = 14,
 138     D_8x16            = 15,
 139     D_16x16           = 16,
 140     X264_PARTTYPE_MAX = 17,
 141 };
 142
 143 static const uint8_t x264_mb_partition_listX_table[2][17] =
 144 {{
 145     1, 1, 1, 1, /* D_L0_* */
 146     0, 0, 0, 0, /* D_L1_* */
 147     1, 1, 1, 1, /* D_BI_* */
 148     0,          /* D_DIRECT_8x8 */
 149     0, 0, 0, 0  /* 8x8 .. 16x16 */
 150 },
 151 {
 152     0, 0, 0, 0, /* D_L0_* */
 153     1, 1, 1, 1, /* D_L1_* */
 154     1, 1, 1, 1, /* D_BI_* */
 155     0,          /* D_DIRECT_8x8 */
 156     0, 0, 0, 0  /* 8x8 .. 16x16 */
 157 }};
 158 static const uint8_t x264_mb_partition_count_table[17] =
 159 {
 160     /* sub L0 */
 161     4, 2, 2, 1,
 162     /* sub L1 */
 163     4, 2, 2, 1,
 164     /* sub BI */
 165     4, 2, 2, 1,
 166     /* Direct */
 167     1,
 168     /* Partition */
 169     4, 2, 2, 1
 170 };
 171 static const uint8_t x264_mb_partition_pixel_table[17] =
 172 {
 173     PIXEL_4x4, PIXEL_8x4,  PIXEL_4x8,  PIXEL_8x8,   /* D_L0_* */
 174     PIXEL_4x4, PIXEL_8x4,  PIXEL_4x8,  PIXEL_8x8,   /* D_L1_* */
 175     PIXEL_4x4, PIXEL_8x4,  PIXEL_4x8,  PIXEL_8x8,   /* D_BI_* */
 176     PIXEL_8x8,                                      /* D_DIRECT_8x8 */
 177     PIXEL_8x8, PIXEL_16x8, PIXEL_8x16, PIXEL_16x16, /* 8x8 .. 16x16 */
 178 };
 179
 180 /* zigzags are transposed with respect to the tables in the standard */
 181 static const uint8_t x264_zigzag_scan4[2][16] =
 182 {{ // frame
 183     0,  4,  1,  2,  5,  8, 12,  9,  6,  3,  7, 10, 13, 14, 11, 15
 184 },
 185 {  // field
 186     0,  1,  4,  2,  3,  5,  6,  7,  8,  9, 10, 11, 12, 13, 14, 15
 187 }};
 188 static const uint8_t x264_zigzag_scan8[2][64] =
 189 {{
 190     0,  8,  1,  2,  9, 16, 24, 17, 10,  3,  4, 11, 18, 25, 32, 40,
 191    33, 26, 19, 12,  5,  6, 13, 20, 27, 34, 41, 48, 56, 49, 42, 35,
 192    28, 21, 14,  7, 15, 22, 29, 36, 43, 50, 57, 58, 51, 44, 37, 30,
 193    23, 31, 38, 45, 52, 59, 60, 53, 46, 39, 47, 54, 61, 62, 55, 63
 194 },
 195 {
 196     0,  1,  2,  8,  9,  3,  4, 10, 16, 11,  5,  6,  7, 12, 17, 24,
 197    18, 13, 14, 15, 19, 25, 32, 26, 20, 21, 22, 23, 27, 33, 40, 34,
 198    28, 29, 30, 31, 35, 41, 48, 42, 36, 37, 38, 39, 43, 49, 50, 44,
 199    45, 46, 47, 51, 56, 57, 52, 53, 54, 55, 58, 59, 60, 61, 62, 63
 200 }};
 201
 202 static const uint8_t block_idx_x[16] =
 203 {
 204     0, 1, 0, 1, 2, 3, 2, 3, 0, 1, 0, 1, 2, 3, 2, 3
 205 };
 206 static const uint8_t block_idx_y[16] =
 207 {
 208     0, 0, 1, 1, 0, 0, 1, 1, 2, 2, 3, 3, 2, 2, 3, 3
 209 };
 210 static const uint8_t block_idx_xy[4][4] =
 211 {
 212     { 0, 2, 8,  10 },
 213     { 1, 3, 9,  11 },
 214     { 4, 6, 12, 14 },
 215     { 5, 7, 13, 15 }
 216 };
 217 static const uint8_t block_idx_xy_1d[16] =
 218 {
 219     0, 1, 4, 5, 2, 3, 6, 7, 8, 9, 12, 13, 10, 11, 14, 15
 220 };
 221 static const uint8_t block_idx_yx_1d[16] =
 222 {
 223     0, 4, 1, 5, 8, 12, 9, 13, 2, 6, 3, 7, 10, 14, 11, 15
 224 };
 225 static const uint8_t block_idx_xy_fenc[16] =
 226 {
 227     0*4 + 0*4*FENC_STRIDE, 1*4 + 0*4*FENC_STRIDE,
 228     0*4 + 1*4*FENC_STRIDE, 1*4 + 1*4*FENC_STRIDE,
 229     2*4 + 0*4*FENC_STRIDE, 3*4 + 0*4*FENC_STRIDE,
 230     2*4 + 1*4*FENC_STRIDE, 3*4 + 1*4*FENC_STRIDE,
 231     0*4 + 2*4*FENC_STRIDE, 1*4 + 2*4*FENC_STRIDE,
 232     0*4 + 3*4*FENC_STRIDE, 1*4 + 3*4*FENC_STRIDE,
 233     2*4 + 2*4*FENC_STRIDE, 3*4 + 2*4*FENC_STRIDE,
 234     2*4 + 3*4*FENC_STRIDE, 3*4 + 3*4*FENC_STRIDE
 235 };
 236 static const uint16_t block_idx_xy_fdec[16] =
 237 {
 238     0*4 + 0*4*FDEC_STRIDE, 1*4 + 0*4*FDEC_STRIDE,
 239     0*4 + 1*4*FDEC_STRIDE, 1*4 + 1*4*FDEC_STRIDE,
 240     2*4 + 0*4*FDEC_STRIDE, 3*4 + 0*4*FDEC_STRIDE,
 241     2*4 + 1*4*FDEC_STRIDE, 3*4 + 1*4*FDEC_STRIDE,
 242     0*4 + 2*4*FDEC_STRIDE, 1*4 + 2*4*FDEC_STRIDE,
 243     0*4 + 3*4*FDEC_STRIDE, 1*4 + 3*4*FDEC_STRIDE,
 244     2*4 + 2*4*FDEC_STRIDE, 3*4 + 2*4*FDEC_STRIDE,
 245     2*4 + 3*4*FDEC_STRIDE, 3*4 + 3*4*FDEC_STRIDE
 246 };
 247
 248 #define QP(qP) ( (qP)+QP_BD_OFFSET )
 249 static const uint8_t i_chroma_qp_table[QP_MAX+1+12*2] =
 250 {
 251          0,      0,      0,      0,      0,      0,
 252          0,      0,      0,      0,      0,      0,
 253 #if BIT_DEPTH > 9
 254    QP(-12),QP(-11),QP(-10), QP(-9), QP(-8), QP(-7),
 255 #endif
 256 #if BIT_DEPTH > 8
 257     QP(-6), QP(-5), QP(-4), QP(-3), QP(-2), QP(-1),
 258 #endif
 259      QP(0),  QP(1),  QP(2),  QP(3),  QP(4),  QP(5),
 260      QP(6),  QP(7),  QP(8),  QP(9), QP(10), QP(11),
 261     QP(12), QP(13), QP(14), QP(15), QP(16), QP(17),
 262     QP(18), QP(19), QP(20), QP(21), QP(22), QP(23),
 263     QP(24), QP(25), QP(26), QP(27), QP(28), QP(29),
 264     QP(29), QP(30), QP(31), QP(32), QP(32), QP(33),
 265     QP(34), QP(34), QP(35), QP(35), QP(36), QP(36),
 266     QP(37), QP(37), QP(37), QP(38), QP(38), QP(38),
 267     QP(39), QP(39), QP(39), QP(39),
 268     QP(39), QP(39), QP(39), QP(39), QP(39), QP(39),
 269     QP(39), QP(39), QP(39), QP(39), QP(39), QP(39),
 270 };
 271 #undef QP
 272
 273 enum cabac_ctx_block_cat_e
 274 {
 275     DCT_LUMA_DC   = 0,
 276     DCT_LUMA_AC   = 1,
 277     DCT_LUMA_4x4  = 2,
 278     DCT_CHROMA_DC = 3,
 279     DCT_CHROMA_AC = 4,
 280     DCT_LUMA_8x8  = 5,
 281 };
 282
 283 /* Per-frame allocation: is allocated per-thread only in frame-threads mode. */
 284 int  x264_macroblock_cache_allocate( x264_t *h );
 285 void x264_macroblock_cache_free( x264_t *h );
 286
 287 /* Per-thread allocation: is allocated per-thread even in sliced-threads mode. */
 288 int  x264_macroblock_thread_allocate( x264_t *h, int b_lookahead );
 289 void x264_macroblock_thread_free( x264_t *h, int b_lookahead );
 290
 291 void x264_macroblock_slice_init( x264_t *h );
 292 void x264_macroblock_thread_init( x264_t *h );
 293 void x264_macroblock_cache_load( x264_t *h, int mb_x, int mb_y );
 294 void x264_macroblock_cache_load_deblock( x264_t *h );
 295 void x264_macroblock_cache_load_neighbours_deblock( x264_t *h, int mb_x, int mb_y );
 296 void x264_macroblock_cache_save( x264_t *h );
 297
 298 void x264_macroblock_bipred_init( x264_t *h );
 299
 300 void x264_prefetch_fenc( x264_t *h, x264_frame_t *fenc, int i_mb_x, int i_mb_y );
 301
 302 void x264_copy_column8( pixel *dst, pixel *src );
 303
 304 /* x264_mb_predict_mv_16x16:
 305  *      set mvp with predicted mv for D_16x16 block
 306  *      h->mb. need only valid values from other blocks */
 307 void x264_mb_predict_mv_16x16( x264_t *h, int i_list, int i_ref, int16_t mvp[2] );
 308 /* x264_mb_predict_mv_pskip:
 309  *      set mvp with predicted mv for P_SKIP
 310  *      h->mb. need only valid values from other blocks */
 311 void x264_mb_predict_mv_pskip( x264_t *h, int16_t mv[2] );
 312 /* x264_mb_predict_mv:
 313  *      set mvp with predicted mv for all blocks except SKIP and DIRECT
 314  *      h->mb. need valid ref/partition/sub of current block to be valid
 315  *      and valid mv/ref from other blocks. */
 316 void x264_mb_predict_mv( x264_t *h, int i_list, int idx, int i_width, int16_t mvp[2] );
 317 /* x264_mb_predict_mv_direct16x16:
 318  *      set h->mb.cache.mv and h->mb.cache.ref for B_SKIP or B_DIRECT
 319  *      h->mb. need only valid values from other blocks.
 320  *      return 1 on success, 0 on failure.
 321  *      if b_changed != NULL, set it to whether refs or mvs differ from
 322  *      before this functioncall. */
 323 int x264_mb_predict_mv_direct16x16( x264_t *h, int *b_changed );
 324 /* x264_mb_predict_mv_ref16x16:
 325  *      set mvc with D_16x16 prediction.
 326  *      uses all neighbors, even those that didn't end up using this ref.
 327  *      h->mb. need only valid values from other blocks */
 328 void x264_mb_predict_mv_ref16x16( x264_t *h, int i_list, int i_ref, int16_t mvc[8][2], int *i_mvc );
 329
 330 void x264_mb_mc( x264_t *h );
 331 void x264_mb_mc_8x8( x264_t *h, int i8 );
 332
 333 static ALWAYS_INLINE uint32_t pack16to32( int a, int b )
 334 {
 335 #if WORDS_BIGENDIAN
 336    return b + (a<<16);
 337 #else
 338    return a + (b<<16);
 339 #endif
 340 }
 341 static ALWAYS_INLINE uint32_t pack8to16( int a, int b )
 342 {
 343 #if WORDS_BIGENDIAN
 344    return b + (a<<8);
 345 #else
 346    return a + (b<<8);
 347 #endif
 348 }
 349 static ALWAYS_INLINE uint32_t pack8to32( int a, int b, int c, int d )
 350 {
 351 #if WORDS_BIGENDIAN
 352    return d + (c<<8) + (b<<16) + (a<<24);
 353 #else
 354    return a + (b<<8) + (c<<16) + (d<<24);
 355 #endif
 356 }
 357 static ALWAYS_INLINE uint32_t pack16to32_mask( int a, int b )
 358 {
 359 #if WORDS_BIGENDIAN
 360    return (b&0xFFFF) + (a<<16);
 361 #else
 362    return (a&0xFFFF) + (b<<16);
 363 #endif
 364 }
 365 static ALWAYS_INLINE uint64_t pack32to64( uint32_t a, uint32_t b )
 366 {
 367 #ifdef WORDS_BIGENDIAN
 368    return b + ((uint64_t)a<<32);
 369 #else
 370    return a + ((uint64_t)b<<32);
 371 #endif
 372 }
 373
 374 #if X264_HIGH_BIT_DEPTH
 375 #   define pack_pixel_1to2 pack16to32
 376 #   define pack_pixel_2to4 pack32to64
 377 #else
 378 #   define pack_pixel_1to2 pack8to16
 379 #   define pack_pixel_2to4 pack16to32
 380 #endif
 381
 382 #define array_non_zero(a) array_non_zero_int(a, sizeof(a)/sizeof(dctcoef))
 383 #define array_non_zero_int array_non_zero_int
 384 static ALWAYS_INLINE int array_non_zero_int( dctcoef *v, int i_count )
 385 {
 386     for( int i = 0; i < i_count; i++ )
 387         if( v[i] )
 388             return 1;
 389     return 0;
 390 }
 391 static ALWAYS_INLINE int x264_mb_predict_intra4x4_mode( x264_t *h, int idx )
 392 {
 393     const int ma = h->mb.cache.intra4x4_pred_mode[x264_scan8[idx] - 1];
 394     const int mb = h->mb.cache.intra4x4_pred_mode[x264_scan8[idx] - 8];
 395     const int m  = X264_MIN( x264_mb_pred_mode4x4_fix(ma),
 396                              x264_mb_pred_mode4x4_fix(mb) );
 397
 398     if( m < 0 )
 399         return I_PRED_4x4_DC;
 400
 401     return m;
 402 }
 403 static ALWAYS_INLINE int x264_mb_predict_non_zero_code( x264_t *h, int idx )
 404 {
 405     const int za = h->mb.cache.non_zero_count[x264_scan8[idx] - 1];
 406     const int zb = h->mb.cache.non_zero_count[x264_scan8[idx] - 8];
 407
 408     int i_ret = za + zb;
 409
 410     if( i_ret < 0x80 )
 411         i_ret = ( i_ret + 1 ) >> 1;
 412     return i_ret & 0x7f;
 413 }
 414 /* x264_mb_transform_8x8_allowed:
 415  *      check whether any partition is smaller than 8x8 (or at least
 416  *      might be, according to just partition type.)
 417  *      doesn't check for cbp */
 418 static ALWAYS_INLINE int x264_mb_transform_8x8_allowed( x264_t *h )
 419 {
 420     // intra and skip are disallowed
 421     // large partitions are allowed
 422     // direct and 8x8 are conditional
 423     static const uint8_t partition_tab[X264_MBTYPE_MAX] = {
 424         0,0,0,0,1,2,0,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,0,
 425     };
 426
 427     if( !h->pps->b_transform_8x8_mode )
 428         return 0;
 429     if( h->mb.i_type != P_8x8 )
 430         return partition_tab[h->mb.i_type];
 431     return M32( h->mb.i_sub_partition ) == D_L0_8x8*0x01010101;
 432 }
 433
 434 #endif
 435