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

   1 /*****************************************************************************
   2  * macroblock.h: h264 encoder library
   3  *****************************************************************************
   4  * Copyright (C) 2005-2008 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
  25 #ifndef X264_MACROBLOCK_H
  26 #define X264_MACROBLOCK_H
  27
  28 enum macroblock_position_e
  29 {
  30     MB_LEFT     = 0x01,
  31     MB_TOP      = 0x02,
  32     MB_TOPRIGHT = 0x04,
  33     MB_TOPLEFT  = 0x08,
  34
  35     MB_PRIVATE  = 0x10,
  36
  37     ALL_NEIGHBORS = 0xf,
  38 };
  39
  40 static const uint8_t x264_pred_i4x4_neighbors[12] =
  41 {
  42     MB_TOP,                         // I_PRED_4x4_V
  43     MB_LEFT,                        // I_PRED_4x4_H
  44     MB_LEFT | MB_TOP,               // I_PRED_4x4_DC
  45     MB_TOP  | MB_TOPRIGHT,          // I_PRED_4x4_DDL
  46     MB_LEFT | MB_TOPLEFT | MB_TOP,  // I_PRED_4x4_DDR
  47     MB_LEFT | MB_TOPLEFT | MB_TOP,  // I_PRED_4x4_VR
  48     MB_LEFT | MB_TOPLEFT | MB_TOP,  // I_PRED_4x4_HD
  49     MB_TOP  | MB_TOPRIGHT,          // I_PRED_4x4_VL
  50     MB_LEFT,                        // I_PRED_4x4_HU
  51     MB_LEFT,                        // I_PRED_4x4_DC_LEFT
  52     MB_TOP,                         // I_PRED_4x4_DC_TOP
  53     0                               // I_PRED_4x4_DC_128
  54 };
  55
  56
  57 /* XXX mb_type isn't the one written in the bitstream -> only internal usage */
  58 #define IS_INTRA(type) ( (type) == I_4x4 || (type) == I_8x8 || (type) == I_16x16 || (type) == I_PCM )
  59 #define IS_SKIP(type)  ( (type) == P_SKIP || (type) == B_SKIP )
  60 #define IS_DIRECT(type)  ( (type) == B_DIRECT )
  61 enum mb_class_e
  62 {
  63     I_4x4           = 0,
  64     I_8x8           = 1,
  65     I_16x16         = 2,
  66     I_PCM           = 3,
  67
  68     P_L0            = 4,
  69     P_8x8           = 5,
  70     P_SKIP          = 6,
  71
  72     B_DIRECT        = 7,
  73     B_L0_L0         = 8,
  74     B_L0_L1         = 9,
  75     B_L0_BI         = 10,
  76     B_L1_L0         = 11,
  77     B_L1_L1         = 12,
  78     B_L1_BI         = 13,
  79     B_BI_L0         = 14,
  80     B_BI_L1         = 15,
  81     B_BI_BI         = 16,
  82     B_8x8           = 17,
  83     B_SKIP          = 18,
  84
  85     X264_MBTYPE_MAX = 19
  86 };
  87 static const uint8_t x264_mb_type_fix[X264_MBTYPE_MAX] =
  88 {
  89     I_4x4, I_4x4, I_16x16, I_PCM,
  90     P_L0, P_8x8, P_SKIP,
  91     B_DIRECT, B_L0_L0, B_L0_L1, B_L0_BI, B_L1_L0, B_L1_L1,
  92     B_L1_BI, B_BI_L0, B_BI_L1, B_BI_BI, B_8x8, B_SKIP
  93 };
  94 static const uint8_t x264_mb_type_list_table[X264_MBTYPE_MAX][2][2] =
  95 {
  96     {{0,0},{0,0}}, {{0,0},{0,0}}, {{0,0},{0,0}}, {{0,0},{0,0}}, /* INTRA */
  97     {{1,1},{0,0}},                                              /* P_L0 */
  98     {{0,0},{0,0}},                                              /* P_8x8 */
  99     {{1,1},{0,0}},                                              /* P_SKIP */
 100     {{0,0},{0,0}},                                              /* B_DIRECT */
 101     {{1,1},{0,0}}, {{1,0},{0,1}}, {{1,1},{0,1}},                /* B_L0_* */
 102     {{0,1},{1,0}}, {{0,0},{1,1}}, {{0,1},{1,1}},                /* B_L1_* */
 103     {{1,1},{1,0}}, {{1,0},{1,1}}, {{1,1},{1,1}},                /* B_BI_* */
 104     {{0,0},{0,0}},                                              /* B_8x8 */
 105     {{0,0},{0,0}}                                               /* B_SKIP */
 106 };
 107
 108 #define IS_SUB4x4(type) ( (type ==D_L0_4x4)||(type ==D_L1_4x4)||(type ==D_BI_4x4))
 109 #define IS_SUB4x8(type) ( (type ==D_L0_4x8)||(type ==D_L1_4x8)||(type ==D_BI_4x8))
 110 #define IS_SUB8x4(type) ( (type ==D_L0_8x4)||(type ==D_L1_8x4)||(type ==D_BI_8x4))
 111 #define IS_SUB8x8(type) ( (type ==D_L0_8x8)||(type ==D_L1_8x8)||(type ==D_BI_8x8)||(type ==D_DIRECT_8x8))
 112 enum mb_partition_e
 113 {
 114     /* sub partition type for P_8x8 and B_8x8 */
 115     D_L0_4x4          = 0,
 116     D_L0_8x4          = 1,
 117     D_L0_4x8          = 2,
 118     D_L0_8x8          = 3,
 119
 120     /* sub partition type for B_8x8 only */
 121     D_L1_4x4          = 4,
 122     D_L1_8x4          = 5,
 123     D_L1_4x8          = 6,
 124     D_L1_8x8          = 7,
 125
 126     D_BI_4x4          = 8,
 127     D_BI_8x4          = 9,
 128     D_BI_4x8          = 10,
 129     D_BI_8x8          = 11,
 130     D_DIRECT_8x8      = 12,
 131
 132     /* partition */
 133     D_8x8             = 13,
 134     D_16x8            = 14,
 135     D_8x16            = 15,
 136     D_16x16           = 16,
 137     X264_PARTTYPE_MAX = 17,
 138 };
 139
 140 static const uint8_t x264_mb_partition_listX_table[2][17] =
 141 {{
 142     1, 1, 1, 1, /* D_L0_* */
 143     0, 0, 0, 0, /* D_L1_* */
 144     1, 1, 1, 1, /* D_BI_* */
 145     0,          /* D_DIRECT_8x8 */
 146     0, 0, 0, 0  /* 8x8 .. 16x16 */
 147 },
 148 {
 149     0, 0, 0, 0, /* D_L0_* */
 150     1, 1, 1, 1, /* D_L1_* */
 151     1, 1, 1, 1, /* D_BI_* */
 152     0,          /* D_DIRECT_8x8 */
 153     0, 0, 0, 0  /* 8x8 .. 16x16 */
 154 }};
 155 static const uint8_t x264_mb_partition_count_table[17] =
 156 {
 157     /* sub L0 */
 158     4, 2, 2, 1,
 159     /* sub L1 */
 160     4, 2, 2, 1,
 161     /* sub BI */
 162     4, 2, 2, 1,
 163     /* Direct */
 164     1,
 165     /* Partition */
 166     4, 2, 2, 1
 167 };
 168 static const uint8_t x264_mb_partition_pixel_table[17] =
 169 {
 170     6, 4, 5, 3, 6, 4, 5, 3, 6, 4, 5, 3, 3, 3, 1, 2, 0
 171 };
 172
 173 /* zigzags are transposed with respect to the tables in the standard */
 174 static const uint8_t x264_zigzag_scan4[2][16] =
 175 {{ // frame
 176     0,  4,  1,  2,  5,  8, 12,  9,  6,  3,  7, 10, 13, 14, 11, 15
 177 },
 178 {  // field
 179     0,  1,  4,  2,  3,  5,  6,  7,  8,  9, 10, 11, 12, 13, 14, 15
 180 }};
 181 static const uint8_t x264_zigzag_scan8[2][64] =
 182 {{
 183     0,  8,  1,  2,  9, 16, 24, 17, 10,  3,  4, 11, 18, 25, 32, 40,
 184    33, 26, 19, 12,  5,  6, 13, 20, 27, 34, 41, 48, 56, 49, 42, 35,
 185    28, 21, 14,  7, 15, 22, 29, 36, 43, 50, 57, 58, 51, 44, 37, 30,
 186    23, 31, 38, 45, 52, 59, 60, 53, 46, 39, 47, 54, 61, 62, 55, 63
 187 },
 188 {
 189     0,  1,  2,  8,  9,  3,  4, 10, 16, 11,  5,  6,  7, 12, 17, 24,
 190    18, 13, 14, 15, 19, 25, 32, 26, 20, 21, 22, 23, 27, 33, 40, 34,
 191    28, 29, 30, 31, 35, 41, 48, 42, 36, 37, 38, 39, 43, 49, 50, 44,
 192    45, 46, 47, 51, 56, 57, 52, 53, 54, 55, 58, 59, 60, 61, 62, 63
 193 }};
 194
 195 static const uint8_t block_idx_x[16] =
 196 {
 197     0, 1, 0, 1, 2, 3, 2, 3, 0, 1, 0, 1, 2, 3, 2, 3
 198 };
 199 static const uint8_t block_idx_y[16] =
 200 {
 201     0, 0, 1, 1, 0, 0, 1, 1, 2, 2, 3, 3, 2, 2, 3, 3
 202 };
 203 static const uint8_t block_idx_xy[4][4] =
 204 {
 205     { 0, 2, 8,  10 },
 206     { 1, 3, 9,  11 },
 207     { 4, 6, 12, 14 },
 208     { 5, 7, 13, 15 }
 209 };
 210 static const uint8_t block_idx_xy_1d[16] =
 211 {
 212     0, 1, 4, 5, 2, 3, 6, 7, 8, 9, 12, 13, 10, 11, 14, 15
 213 };
 214 static const uint8_t block_idx_yx_1d[16] =
 215 {
 216     0, 4, 1, 5, 8, 12, 9, 13, 2, 6, 3, 7, 10, 14, 11, 15
 217 };
 218 static const uint8_t block_idx_xy_fenc[16] =
 219 {
 220     0*4 + 0*4*FENC_STRIDE, 1*4 + 0*4*FENC_STRIDE,
 221     0*4 + 1*4*FENC_STRIDE, 1*4 + 1*4*FENC_STRIDE,
 222     2*4 + 0*4*FENC_STRIDE, 3*4 + 0*4*FENC_STRIDE,
 223     2*4 + 1*4*FENC_STRIDE, 3*4 + 1*4*FENC_STRIDE,
 224     0*4 + 2*4*FENC_STRIDE, 1*4 + 2*4*FENC_STRIDE,
 225     0*4 + 3*4*FENC_STRIDE, 1*4 + 3*4*FENC_STRIDE,
 226     2*4 + 2*4*FENC_STRIDE, 3*4 + 2*4*FENC_STRIDE,
 227     2*4 + 3*4*FENC_STRIDE, 3*4 + 3*4*FENC_STRIDE
 228 };
 229 static const uint16_t block_idx_xy_fdec[16] =
 230 {
 231     0*4 + 0*4*FDEC_STRIDE, 1*4 + 0*4*FDEC_STRIDE,
 232     0*4 + 1*4*FDEC_STRIDE, 1*4 + 1*4*FDEC_STRIDE,
 233     2*4 + 0*4*FDEC_STRIDE, 3*4 + 0*4*FDEC_STRIDE,
 234     2*4 + 1*4*FDEC_STRIDE, 3*4 + 1*4*FDEC_STRIDE,
 235     0*4 + 2*4*FDEC_STRIDE, 1*4 + 2*4*FDEC_STRIDE,
 236     0*4 + 3*4*FDEC_STRIDE, 1*4 + 3*4*FDEC_STRIDE,
 237     2*4 + 2*4*FDEC_STRIDE, 3*4 + 2*4*FDEC_STRIDE,
 238     2*4 + 3*4*FDEC_STRIDE, 3*4 + 3*4*FDEC_STRIDE
 239 };
 240
 241 static const uint8_t i_chroma_qp_table[52+12*2] =
 242 {
 243      0,  0,  0,  0,  0,  0,  0,  0,  0,  0,  0,  0,
 244      0,  1,  2,  3,  4,  5,  6,  7,  8,  9,
 245     10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19,
 246     20, 21, 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28, 29,
 247     29, 30, 31, 32, 32, 33, 34, 34, 35, 35,
 248     36, 36, 37, 37, 37, 38, 38, 38, 39, 39,
 249     39, 39,
 250     39, 39, 39, 39, 39, 39, 39, 39, 39, 39, 39, 39,
 251 };
 252
 253 enum cabac_ctx_block_cat_e
 254 {
 255     DCT_LUMA_DC   = 0,
 256     DCT_LUMA_AC   = 1,
 257     DCT_LUMA_4x4  = 2,
 258     DCT_CHROMA_DC = 3,
 259     DCT_CHROMA_AC = 4,
 260     DCT_LUMA_8x8  = 5,
 261 };
 262
 263
 264 int  x264_macroblock_cache_init( x264_t *h );
 265 void x264_macroblock_slice_init( x264_t *h );
 266 void x264_macroblock_thread_init( x264_t *h );
 267 void x264_macroblock_cache_load( x264_t *h, int i_mb_x, int i_mb_y );
 268 void x264_macroblock_cache_save( x264_t *h );
 269 void x264_macroblock_cache_end( x264_t *h );
 270
 271 void x264_macroblock_bipred_init( x264_t *h );
 272
 273 void x264_prefetch_fenc( x264_t *h, x264_frame_t *fenc, int i_mb_x, int i_mb_y );
 274
 275 /* x264_mb_predict_mv_16x16:
 276  *      set mvp with predicted mv for D_16x16 block
 277  *      h->mb. need only valid values from other blocks */
 278 void x264_mb_predict_mv_16x16( x264_t *h, int i_list, int i_ref, int16_t mvp[2] );
 279 /* x264_mb_predict_mv_pskip:
 280  *      set mvp with predicted mv for P_SKIP
 281  *      h->mb. need only valid values from other blocks */
 282 void x264_mb_predict_mv_pskip( x264_t *h, int16_t mv[2] );
 283 /* x264_mb_predict_mv:
 284  *      set mvp with predicted mv for all blocks except SKIP and DIRECT
 285  *      h->mb. need valid ref/partition/sub of current block to be valid
 286  *      and valid mv/ref from other blocks. */
 287 void x264_mb_predict_mv( x264_t *h, int i_list, int idx, int i_width, int16_t mvp[2] );
 288 /* x264_mb_predict_mv_direct16x16:
 289  *      set h->mb.cache.mv and h->mb.cache.ref for B_SKIP or B_DIRECT
 290  *      h->mb. need only valid values from other blocks.
 291  *      return 1 on success, 0 on failure.
 292  *      if b_changed != NULL, set it to whether refs or mvs differ from
 293  *      before this functioncall. */
 294 int x264_mb_predict_mv_direct16x16( x264_t *h, int *b_changed );
 295 /* x264_mb_load_mv_direct8x8:
 296  *      set h->mb.cache.mv and h->mb.cache.ref for B_DIRECT
 297  *      must be called only after x264_mb_predict_mv_direct16x16 */
 298 void x264_mb_load_mv_direct8x8( x264_t *h, int idx );
 299 /* x264_mb_predict_mv_ref16x16:
 300  *      set mvc with D_16x16 prediction.
 301  *      uses all neighbors, even those that didn't end up using this ref.
 302  *      h->mb. need only valid values from other blocks */
 303 void x264_mb_predict_mv_ref16x16( x264_t *h, int i_list, int i_ref, int16_t mvc[8][2], int *i_mvc );
 304
 305 void x264_mb_mc( x264_t *h );
 306 void x264_mb_mc_8x8( x264_t *h, int i8 );
 307
 308 static ALWAYS_INLINE uint32_t pack16to32( int a, int b )
 309 {
 310 #ifdef WORDS_BIGENDIAN
 311    return b + (a<<16);
 312 #else
 313    return a + (b<<16);
 314 #endif
 315 }
 316 static ALWAYS_INLINE uint32_t pack8to16( int a, int b )
 317 {
 318 #ifdef WORDS_BIGENDIAN
 319    return b + (a<<8);
 320 #else
 321    return a + (b<<8);
 322 #endif
 323 }
 324 static ALWAYS_INLINE uint32_t pack8to32( int a, int b, int c, int d )
 325 {
 326 #ifdef WORDS_BIGENDIAN
 327    return d + (c<<8) + (b<<16) + (a<<24);
 328 #else
 329    return a + (b<<8) + (c<<16) + (d<<24);
 330 #endif
 331 }
 332 static ALWAYS_INLINE uint32_t pack16to32_mask( int a, int b )
 333 {
 334 #ifdef WORDS_BIGENDIAN
 335    return (b&0xFFFF) + (a<<16);
 336 #else
 337    return (a&0xFFFF) + (b<<16);
 338 #endif
 339 }
 340 static ALWAYS_INLINE void x264_macroblock_cache_rect1( void *dst, int width, int height, uint8_t val )
 341 {
 342     uint32_t *d = dst;
 343     if( width == 4 )
 344     {
 345         uint32_t val2 = val * 0x01010101;
 346                           M32( d+0 ) = val2;
 347         if( height >= 2 ) M32( d+2 ) = val2;
 348         if( height == 4 ) M32( d+4 ) = val2;
 349         if( height == 4 ) M32( d+6 ) = val2;
 350     }
 351     else // 2
 352     {
 353         uint32_t val2 = val * 0x0101;
 354                           M16( d+0 ) = val2;
 355         if( height >= 2 ) M16( d+2 ) = val2;
 356         if( height == 4 ) M16( d+4 ) = val2;
 357         if( height == 4 ) M16( d+6 ) = val2;
 358     }
 359 }
 360 static ALWAYS_INLINE void x264_macroblock_cache_rect4( void *dst, int width, int height, uint32_t val )
 361 {
 362     int dy;
 363     if( width == 1 || WORD_SIZE < 8 )
 364     {
 365         uint32_t *d = dst;
 366         for( dy = 0; dy < height; dy++ )
 367         {
 368                              M32( d+8*dy+0 ) = val;
 369             if( width >= 2 ) M32( d+8*dy+1 ) = val;
 370             if( width == 4 ) M32( d+8*dy+2 ) = val;
 371             if( width == 4 ) M32( d+8*dy+3 ) = val;
 372         }
 373     }
 374     else
 375     {
 376         uint64_t val64 = val + ((uint64_t)val<<32);
 377         uint64_t *d = dst;
 378         for( dy = 0; dy < height; dy++ )
 379         {
 380                              M64( d+4*dy+0 ) = val64;
 381             if( width == 4 ) M64( d+4*dy+1 ) = val64;
 382         }
 383     }
 384 }
 385 #define x264_macroblock_cache_mv_ptr( a, x, y, w, h, l, mv ) x264_macroblock_cache_mv( a, x, y, w, h, l, M32( mv ) )
 386 static ALWAYS_INLINE void x264_macroblock_cache_mv( x264_t *h, int x, int y, int width, int height, int i_list, uint32_t mv )
 387 {
 388     x264_macroblock_cache_rect4( &h->mb.cache.mv[i_list][X264_SCAN8_0+x+8*y], width, height, mv );
 389 }
 390 static ALWAYS_INLINE void x264_macroblock_cache_mvd( x264_t *h, int x, int y, int width, int height, int i_list, uint32_t mv )
 391 {
 392     x264_macroblock_cache_rect4( &h->mb.cache.mvd[i_list][X264_SCAN8_0+x+8*y], width, height, mv );
 393 }
 394 static ALWAYS_INLINE void x264_macroblock_cache_ref( x264_t *h, int x, int y, int width, int height, int i_list, uint8_t ref )
 395 {
 396     x264_macroblock_cache_rect1( &h->mb.cache.ref[i_list][X264_SCAN8_0+x+8*y], width, height, ref );
 397 }
 398 static ALWAYS_INLINE void x264_macroblock_cache_skip( x264_t *h, int x, int y, int width, int height, int b_skip )
 399 {
 400     x264_macroblock_cache_rect1( &h->mb.cache.skip[X264_SCAN8_0+x+8*y], width, height, b_skip );
 401 }
 402 static ALWAYS_INLINE void x264_macroblock_cache_intra8x8_pred( x264_t *h, int x, int y, int i_mode )
 403 {
 404     int8_t *cache = &h->mb.cache.intra4x4_pred_mode[X264_SCAN8_0+x+8*y];
 405     cache[0] = cache[1] = cache[8] = cache[9] = i_mode;
 406 }
 407 #define array_non_zero(a) array_non_zero_int(a, sizeof(a))
 408 #define array_non_zero_int array_non_zero_int
 409 static ALWAYS_INLINE int array_non_zero_int( int16_t *v, int i_count )
 410 {
 411     if(i_count == 8)
 412         return !!M64( &v[0] );
 413     else if(i_count == 16)
 414         return !!(M64( &v[0] ) | M64( &v[4] ));
 415     else if(i_count == 32)
 416         return !!(M64( &v[0] ) | M64( &v[4] ) | M64( &v[8] ) | M64( &v[12] ));
 417     else
 418     {
 419         int i;
 420         for( i = 0; i < i_count; i+=4 )
 421             if( M64( &v[i] ) ) return 1;
 422         return 0;
 423     }
 424 }
 425 static inline int x264_mb_predict_intra4x4_mode( x264_t *h, int idx )
 426 {
 427     const int ma = h->mb.cache.intra4x4_pred_mode[x264_scan8[idx] - 1];
 428     const int mb = h->mb.cache.intra4x4_pred_mode[x264_scan8[idx] - 8];
 429     const int m  = X264_MIN( x264_mb_pred_mode4x4_fix(ma),
 430                              x264_mb_pred_mode4x4_fix(mb) );
 431
 432     if( m < 0 )
 433         return I_PRED_4x4_DC;
 434
 435     return m;
 436 }
 437 static inline int x264_mb_predict_non_zero_code( x264_t *h, int idx )
 438 {
 439     const int za = h->mb.cache.non_zero_count[x264_scan8[idx] - 1];
 440     const int zb = h->mb.cache.non_zero_count[x264_scan8[idx] - 8];
 441
 442     int i_ret = za + zb;
 443
 444     if( i_ret < 0x80 )
 445     {
 446         i_ret = ( i_ret + 1 ) >> 1;
 447     }
 448     return i_ret & 0x7f;
 449 }
 450 /* x264_mb_transform_8x8_allowed:
 451  *      check whether any partition is smaller than 8x8 (or at least
 452  *      might be, according to just partition type.)
 453  *      doesn't check for cbp */
 454 static inline int x264_mb_transform_8x8_allowed( x264_t *h )
 455 {
 456     // intra and skip are disallowed
 457     // large partitions are allowed
 458     // direct and 8x8 are conditional
 459     static const uint8_t partition_tab[X264_MBTYPE_MAX] = {
 460         0,0,0,0,1,2,0,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,0,
 461     };
 462
 463     if( !h->pps->b_transform_8x8_mode )
 464         return 0;
 465     if( h->mb.i_type != P_8x8 )
 466         return partition_tab[h->mb.i_type];
 467     return M32( h->mb.i_sub_partition ) == D_L0_8x8*0x01010101;
 468 }
 469
 470 #endif
 471