git.sesse.net Git - x264/blob - common/mc.c

   1 /*****************************************************************************
   2  * mc.c: h264 encoder library (Motion Compensation)
   3  *****************************************************************************
   4  * Copyright (C) 2003 Laurent Aimar
   5  * $Id: mc.c,v 1.1 2004/06/03 19:27:07 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 #include <stdio.h>
  25 #include <string.h>
  26
  27 #include "common.h"
  28 #include "clip1.h"
  29
  30 #ifdef HAVE_MMXEXT
  31 #include "i386/mc.h"
  32 #endif
  33 #ifdef ARCH_PPC
  34 #include "ppc/mc.h"
  35 #endif
  36
  37
  38 static inline int x264_tapfilter( uint8_t *pix, int i_pix_next )
  39 {
  40     return pix[-2*i_pix_next] - 5*pix[-1*i_pix_next] + 20*(pix[0] + pix[1*i_pix_next]) - 5*pix[ 2*i_pix_next] + pix[ 3*i_pix_next];
  41 }
  42 static inline int x264_tapfilter1( uint8_t *pix )
  43 {
  44     return pix[-2] - 5*pix[-1] + 20*(pix[0] + pix[1]) - 5*pix[ 2] + pix[ 3];
  45 }
  46
  47 static inline void pixel_avg( uint8_t *dst,  int i_dst_stride,
  48                               uint8_t *src1, int i_src1_stride,
  49                               uint8_t *src2, int i_src2_stride,
  50                               int i_width, int i_height )
  51 {
  52     int x, y;
  53     for( y = 0; y < i_height; y++ )
  54     {
  55         for( x = 0; x < i_width; x++ )
  56         {
  57             dst[x] = ( src1[x] + src2[x] + 1 ) >> 1;
  58         }
  59         dst  += i_dst_stride;
  60         src1 += i_src1_stride;
  61         src2 += i_src2_stride;
  62     }
  63 }
  64
  65 static inline void pixel_avg_wxh( uint8_t *dst, int i_dst, uint8_t *src, int i_src, int width, int height )
  66 {
  67     int x, y;
  68     for( y = 0; y < height; y++ )
  69     {
  70         for( x = 0; x < width; x++ )
  71         {
  72             dst[x] = ( dst[x] + src[x] + 1 ) >> 1;
  73         }
  74         dst += i_dst;
  75         src += i_src;
  76     }
  77 }
  78
  79 #define PIXEL_AVG_C( name, width, height ) \
  80 static void name( uint8_t *pix1, int i_stride_pix1, \
  81                   uint8_t *pix2, int i_stride_pix2 ) \
  82 { \
  83     pixel_avg_wxh( pix1, i_stride_pix1, pix2, i_stride_pix2, width, height ); \
  84 }
  85 PIXEL_AVG_C( pixel_avg_16x16, 16, 16 )
  86 PIXEL_AVG_C( pixel_avg_16x8,  16, 8 )
  87 PIXEL_AVG_C( pixel_avg_8x16,  8, 16 )
  88 PIXEL_AVG_C( pixel_avg_8x8,   8, 8 )
  89 PIXEL_AVG_C( pixel_avg_8x4,   8, 4 )
  90 PIXEL_AVG_C( pixel_avg_4x8,   4, 8 )
  91 PIXEL_AVG_C( pixel_avg_4x4,   4, 4 )
  92 PIXEL_AVG_C( pixel_avg_4x2,   4, 2 )
  93 PIXEL_AVG_C( pixel_avg_2x4,   2, 4 )
  94 PIXEL_AVG_C( pixel_avg_2x2,   2, 2 )
  95
  96
  97 /* Implicit weighted bipred only:
  98  * assumes log2_denom = 5, offset = 0, weight1 + weight2 = 64 */
  99 #define op_scale2(x) dst[x] = x264_clip_uint8( (dst[x]*i_weight1 + src[x]*i_weight2 + (1<<5)) >> 6 )
 100 static inline void pixel_avg_weight_wxh( uint8_t *dst, int i_dst, uint8_t *src, int i_src, int width, int height, int i_weight1 ){
 101     int y;
 102     const int i_weight2 = 64 - i_weight1;
 103     for(y=0; y<height; y++, dst += i_dst, src += i_src){
 104         op_scale2(0);
 105         op_scale2(1);
 106         if(width==2) continue;
 107         op_scale2(2);
 108         op_scale2(3);
 109         if(width==4) continue;
 110         op_scale2(4);
 111         op_scale2(5);
 112         op_scale2(6);
 113         op_scale2(7);
 114         if(width==8) continue;
 115         op_scale2(8);
 116         op_scale2(9);
 117         op_scale2(10);
 118         op_scale2(11);
 119         op_scale2(12);
 120         op_scale2(13);
 121         op_scale2(14);
 122         op_scale2(15);
 123     }
 124 }
 125
 126 #define PIXEL_AVG_WEIGHT_C( width, height ) \
 127 static void pixel_avg_weight_##width##x##height( \
 128                 uint8_t *pix1, int i_stride_pix1, \
 129                 uint8_t *pix2, int i_stride_pix2, int i_weight1 ) \
 130 { \
 131     pixel_avg_weight_wxh( pix1, i_stride_pix1, pix2, i_stride_pix2, width, height, i_weight1 ); \
 132 }
 133
 134 PIXEL_AVG_WEIGHT_C(16,16)
 135 PIXEL_AVG_WEIGHT_C(16,8)
 136 PIXEL_AVG_WEIGHT_C(8,16)
 137 PIXEL_AVG_WEIGHT_C(8,8)
 138 PIXEL_AVG_WEIGHT_C(8,4)
 139 PIXEL_AVG_WEIGHT_C(4,8)
 140 PIXEL_AVG_WEIGHT_C(4,4)
 141 PIXEL_AVG_WEIGHT_C(4,2)
 142 PIXEL_AVG_WEIGHT_C(2,4)
 143 PIXEL_AVG_WEIGHT_C(2,2)
 144 #undef op_scale2
 145 #undef PIXEL_AVG_WEIGHT_C
 146
 147 typedef void (*pf_mc_t)(uint8_t *src, int i_src_stride, uint8_t *dst, int i_dst_stride, int i_width, int i_height );
 148
 149 static void mc_copy( uint8_t *src, int i_src_stride, uint8_t *dst, int i_dst_stride, int i_width, int i_height )
 150 {
 151     int y;
 152
 153     for( y = 0; y < i_height; y++ )
 154     {
 155         memcpy( dst, src, i_width );
 156
 157         src += i_src_stride;
 158         dst += i_dst_stride;
 159     }
 160 }
 161 static inline void mc_hh( uint8_t *src, int i_src_stride, uint8_t *dst, int i_dst_stride, int i_width, int i_height )
 162 {
 163     int x, y;
 164
 165     for( y = 0; y < i_height; y++ )
 166     {
 167         for( x = 0; x < i_width; x++ )
 168         {
 169             dst[x] = x264_mc_clip1( ( x264_tapfilter1( &src[x] ) + 16 ) >> 5 );
 170         }
 171         src += i_src_stride;
 172         dst += i_dst_stride;
 173     }
 174 }
 175 static inline void mc_hv( uint8_t *src, int i_src_stride, uint8_t *dst, int i_dst_stride, int i_width, int i_height )
 176 {
 177     int x, y;
 178
 179     for( y = 0; y < i_height; y++ )
 180     {
 181         for( x = 0; x < i_width; x++ )
 182         {
 183             dst[x] = x264_mc_clip1( ( x264_tapfilter( &src[x], i_src_stride ) + 16 ) >> 5 );
 184         }
 185         src += i_src_stride;
 186         dst += i_dst_stride;
 187     }
 188 }
 189 static inline void mc_hc( uint8_t *src, int i_src_stride, uint8_t *dst, int i_dst_stride, int i_width, int i_height )
 190 {
 191     uint8_t *out;
 192     uint8_t *pix;
 193     int x, y;
 194
 195     for( x = 0; x < i_width; x++ )
 196     {
 197         int tap[6];
 198
 199         pix = &src[x];
 200         out = &dst[x];
 201
 202         tap[0] = x264_tapfilter1( &pix[-2*i_src_stride] );
 203         tap[1] = x264_tapfilter1( &pix[-1*i_src_stride] );
 204         tap[2] = x264_tapfilter1( &pix[ 0*i_src_stride] );
 205         tap[3] = x264_tapfilter1( &pix[ 1*i_src_stride] );
 206         tap[4] = x264_tapfilter1( &pix[ 2*i_src_stride] );
 207
 208         for( y = 0; y < i_height; y++ )
 209         {
 210             tap[5] = x264_tapfilter1( &pix[ 3*i_src_stride] );
 211
 212             *out = x264_mc_clip1( ( tap[0] - 5*tap[1] + 20 * tap[2] + 20 * tap[3] -5*tap[4] + tap[5] + 512 ) >> 10 );
 213
 214             /* Next line */
 215             pix += i_src_stride;
 216             out += i_dst_stride;
 217             tap[0] = tap[1];
 218             tap[1] = tap[2];
 219             tap[2] = tap[3];
 220             tap[3] = tap[4];
 221             tap[4] = tap[5];
 222         }
 223     }
 224 }
 225
 226 static void mc_luma( uint8_t *src[4], int i_src_stride,
 227                      uint8_t *dst,    int i_dst_stride,
 228                      int mvx,int mvy,
 229                      int i_width, int i_height )
 230 {
 231     uint8_t *src1, *src2;
 232
 233     int correction = (mvx&1) && (mvy&1) && ((mvx&2) ^ (mvy&2));
 234     int hpel1x = mvx>>1;
 235     int hpel1y = (mvy+1-correction)>>1;
 236     int filter1 = (hpel1x & 1) + ( (hpel1y & 1) << 1 );
 237
 238     src1 = src[filter1] + (hpel1y >> 1) * i_src_stride + (hpel1x >> 1);
 239
 240     if ( (mvx|mvy) & 1 ) /* qpel interpolation needed */
 241     {
 242         int hpel2x = (mvx+1)>>1;
 243         int hpel2y = (mvy+correction)>>1;
 244         int filter2 = (hpel2x & 1) + ( (hpel2y & 1) <<1 );
 245
 246         src2 = src[filter2] + (hpel2y >> 1) * i_src_stride + (hpel2x >> 1);
 247
 248         pixel_avg( dst, i_dst_stride, src1, i_src_stride,
 249                    src2, i_src_stride, i_width, i_height );
 250     }
 251     else
 252     {
 253         mc_copy( src1, i_src_stride, dst, i_dst_stride, i_width, i_height );
 254     }
 255 }
 256
 257 static uint8_t *get_ref( uint8_t *src[4], int i_src_stride,
 258                          uint8_t *dst,    int * i_dst_stride,
 259                          int mvx,int mvy,
 260                          int i_width, int i_height )
 261 {
 262     uint8_t *src1, *src2;
 263
 264     int correction = (mvx&1) && (mvy&1) && ((mvx&2) ^ (mvy&2));
 265     int hpel1x = mvx>>1;
 266     int hpel1y = (mvy+1-correction)>>1;
 267     int filter1 = (hpel1x & 1) + ( (hpel1y & 1) << 1 );
 268
 269     src1 = src[filter1] + (hpel1y >> 1) * i_src_stride + (hpel1x >> 1);
 270
 271     if ( (mvx|mvy) & 1 ) /* qpel interpolation needed */
 272     {
 273         int hpel2x = (mvx+1)>>1;
 274         int hpel2y = (mvy+correction)>>1;
 275         int filter2 = (hpel2x & 1) + ( (hpel2y & 1) <<1 );
 276
 277         src2 = src[filter2] + (hpel2y >> 1) * i_src_stride + (hpel2x >> 1);
 278
 279         pixel_avg( dst, *i_dst_stride, src1, i_src_stride,
 280                    src2, i_src_stride, i_width, i_height );
 281
 282         return dst;
 283     }
 284     else
 285     {
 286         *i_dst_stride = i_src_stride;
 287         return src1;
 288     }
 289 }
 290
 291 /* full chroma mc (ie until 1/8 pixel)*/
 292 static void motion_compensation_chroma( uint8_t *src, int i_src_stride,
 293                                         uint8_t *dst, int i_dst_stride,
 294                                         int mvx, int mvy,
 295                                         int i_width, int i_height )
 296 {
 297     uint8_t *srcp;
 298     int x, y;
 299
 300     const int d8x = mvx&0x07;
 301     const int d8y = mvy&0x07;
 302
 303     const int cA = (8-d8x)*(8-d8y);
 304     const int cB = d8x    *(8-d8y);
 305     const int cC = (8-d8x)*d8y;
 306     const int cD = d8x    *d8y;
 307
 308     src  += (mvy >> 3) * i_src_stride + (mvx >> 3);
 309     srcp = &src[i_src_stride];
 310
 311     for( y = 0; y < i_height; y++ )
 312     {
 313         for( x = 0; x < i_width; x++ )
 314         {
 315             dst[x] = ( cA*src[x]  + cB*src[x+1] +
 316                        cC*srcp[x] + cD*srcp[x+1] + 32 ) >> 6;
 317         }
 318         dst  += i_dst_stride;
 319
 320         src   = srcp;
 321         srcp += i_src_stride;
 322     }
 323 }
 324
 325 #ifdef HAVE_MMXEXT
 326 static void motion_compensation_chroma_sse( uint8_t *src, int i_src_stride,
 327                                         uint8_t *dst, int i_dst_stride,
 328                                         int mvx, int mvy,
 329                                         int i_width, int i_height )
 330 {
 331     if (i_width == 2) {
 332         motion_compensation_chroma(src, i_src_stride, dst, i_dst_stride,
 333                                    mvx, mvy, i_width, i_height);
 334     } else {
 335         const int d8x = mvx&0x07;
 336         const int d8y = mvy&0x07;
 337
 338         src  += (mvy >> 3) * i_src_stride + (mvx >> 3);
 339
 340         x264_mc_chroma_sse(src, i_src_stride, dst, i_dst_stride,
 341                               d8x, d8y, i_height, i_width);
 342     }
 343 }
 344 #endif
 345
 346 void x264_mc_init( int cpu, x264_mc_functions_t *pf )
 347 {
 348     pf->mc_luma   = mc_luma;
 349     pf->get_ref   = get_ref;
 350     pf->mc_chroma = motion_compensation_chroma;
 351
 352     pf->avg[PIXEL_16x16]= pixel_avg_16x16;
 353     pf->avg[PIXEL_16x8] = pixel_avg_16x8;
 354     pf->avg[PIXEL_8x16] = pixel_avg_8x16;
 355     pf->avg[PIXEL_8x8]  = pixel_avg_8x8;
 356     pf->avg[PIXEL_8x4]  = pixel_avg_8x4;
 357     pf->avg[PIXEL_4x8]  = pixel_avg_4x8;
 358     pf->avg[PIXEL_4x4]  = pixel_avg_4x4;
 359     pf->avg[PIXEL_4x2]  = pixel_avg_4x2;
 360     pf->avg[PIXEL_2x4]  = pixel_avg_2x4;
 361     pf->avg[PIXEL_2x2]  = pixel_avg_2x2;
 362
 363     pf->avg_weight[PIXEL_16x16]= pixel_avg_weight_16x16;
 364     pf->avg_weight[PIXEL_16x8] = pixel_avg_weight_16x8;
 365     pf->avg_weight[PIXEL_8x16] = pixel_avg_weight_8x16;
 366     pf->avg_weight[PIXEL_8x8]  = pixel_avg_weight_8x8;
 367     pf->avg_weight[PIXEL_8x4]  = pixel_avg_weight_8x4;
 368     pf->avg_weight[PIXEL_4x8]  = pixel_avg_weight_4x8;
 369     pf->avg_weight[PIXEL_4x4]  = pixel_avg_weight_4x4;
 370     pf->avg_weight[PIXEL_4x2]  = pixel_avg_weight_4x2;
 371     pf->avg_weight[PIXEL_2x4]  = pixel_avg_weight_2x4;
 372     pf->avg_weight[PIXEL_2x2]  = pixel_avg_weight_2x2;
 373
 374 #ifdef HAVE_MMXEXT
 375     if( cpu&X264_CPU_MMXEXT ) {
 376         x264_mc_mmxext_init( pf );
 377         pf->mc_chroma = motion_compensation_chroma_sse;
 378     }
 379 #endif
 380 #ifdef HAVE_SSE2
 381     if( cpu&X264_CPU_SSE2 )
 382         x264_mc_sse2_init( pf );
 383 #endif
 384 #ifdef ARCH_PPC
 385     if( cpu&X264_CPU_ALTIVEC )
 386         x264_mc_altivec_init( pf );
 387 #endif
 388 }
 389
 390 extern void x264_horizontal_filter_mmxext( uint8_t *dst, int i_dst_stride,
 391                                            uint8_t *src, int i_src_stride,
 392                                            int i_width, int i_height );
 393 extern void x264_center_filter_mmxext( uint8_t *dst1, int i_dst1_stride,
 394                                        uint8_t *dst2, int i_dst2_stride,
 395                                        uint8_t *src, int i_src_stride,
 396                                        int i_width, int i_height );
 397
 398 void x264_frame_filter( int cpu, x264_frame_t *frame )
 399 {
 400     const int x_inc = 16, y_inc = 16;
 401     const int stride = frame->i_stride[0];
 402     int x, y;
 403
 404     pf_mc_t int_h = mc_hh;
 405     pf_mc_t int_v = mc_hv;
 406     pf_mc_t int_hv = mc_hc;
 407
 408 #ifdef HAVE_MMXEXT
 409     if ( cpu & X264_CPU_MMXEXT )
 410     {
 411         x264_horizontal_filter_mmxext(frame->filtered[1] - 8 * stride - 8, stride,
 412             frame->plane[0] - 8 * stride - 8, stride,
 413             stride - 48, frame->i_lines[0] + 16);
 414         x264_center_filter_mmxext(frame->filtered[2] - 8 * stride - 8, stride,
 415             frame->filtered[3] - 8 * stride - 8, stride,
 416             frame->plane[0] - 8 * stride - 8, stride,
 417             stride - 48, frame->i_lines[0] + 16);
 418     }
 419     else
 420 #endif
 421     {
 422         for( y = -8; y < frame->i_lines[0]+8; y += y_inc )
 423         {
 424             uint8_t *p_in = frame->plane[0] + y * stride - 8;
 425             uint8_t *p_h  = frame->filtered[1] + y * stride - 8;
 426             uint8_t *p_v  = frame->filtered[2] + y * stride - 8;
 427             uint8_t *p_hv = frame->filtered[3] + y * stride - 8;
 428             for( x = -8; x < stride - 64 + 8; x += x_inc )
 429             {
 430                 int_h(  p_in, stride, p_h,  stride, x_inc, y_inc );
 431                 int_v(  p_in, stride, p_v,  stride, x_inc, y_inc );
 432                 int_hv( p_in, stride, p_hv, stride, x_inc, y_inc );
 433
 434                 p_h += x_inc;
 435                 p_v += x_inc;
 436                 p_hv += x_inc;
 437                 p_in += x_inc;
 438             }
 439         }
 440     }
 441
 442     /* generate integral image:
 443      * each entry in frame->integral is the sum of all luma samples above and
 444      * to the left of its location (inclusive).
 445      * this allows us to calculate the DC of any rectangle by looking only
 446      * at the corner entries.
 447      * individual entries will overflow 16 bits, but that's ok:
 448      * we only need the differences between entries, and those will be correct
 449      * as long as we don't try to evaluate a rectangle bigger than 16x16.
 450      * likewise, we don't really have to init the edges to 0, leaving garbage
 451      * there wouldn't affect the results.*/
 452
 453     if( frame->integral )
 454     {
 455         memset( frame->integral - 32 * stride - 32, 0, stride * sizeof(uint16_t) );
 456         for( y = -31; y < frame->i_lines[0] + 32; y++ )
 457         {
 458             uint8_t  *ref  = frame->plane[0] + y * stride - 32;
 459             uint16_t *line = frame->integral + y * stride - 32;
 460             uint16_t v = line[0] = 0;
 461             for( x = 1; x < stride; x++ )
 462                 line[x] = v += ref[x] + line[x-stride] - line[x-stride-1];
 463         }
 464     }
 465 }
 466
 467 void x264_frame_init_lowres( int cpu, x264_frame_t *frame )
 468 {
 469     // FIXME: tapfilter?
 470     const int i_stride = frame->i_stride[0];
 471     const int i_stride2 = frame->i_stride_lowres;
 472     const int i_width2 = i_stride2 - 64;
 473     int x, y, i;
 474     for( y = 0; y < frame->i_lines_lowres - 1; y++ )
 475     {
 476         uint8_t *src0 = &frame->plane[0][2*y*i_stride];
 477         uint8_t *src1 = src0+i_stride;
 478         uint8_t *src2 = src1+i_stride;
 479         uint8_t *dst0 = &frame->lowres[0][y*i_stride2];
 480         uint8_t *dsth = &frame->lowres[1][y*i_stride2];
 481         uint8_t *dstv = &frame->lowres[2][y*i_stride2];
 482         uint8_t *dstc = &frame->lowres[3][y*i_stride2];
 483         for( x = 0; x < i_width2 - 1; x++ )
 484         {
 485             dst0[x] = (src0[2*x  ] + src0[2*x+1] + src1[2*x  ] + src1[2*x+1] + 2) >> 2;
 486             dsth[x] = (src0[2*x+1] + src0[2*x+2] + src1[2*x+1] + src1[2*x+2] + 2) >> 2;
 487             dstv[x] = (src1[2*x  ] + src1[2*x+1] + src2[2*x  ] + src2[2*x+1] + 2) >> 2;
 488             dstc[x] = (src1[2*x+1] + src1[2*x+2] + src2[2*x+1] + src2[2*x+2] + 2) >> 2;
 489         }
 490         dst0[x] = (src0[2*x  ] + src0[2*x+1] + src1[2*x  ] + src1[2*x+1] + 2) >> 2;
 491         dstv[x] = (src1[2*x  ] + src1[2*x+1] + src2[2*x  ] + src2[2*x+1] + 2) >> 2;
 492         dsth[x] = (src0[2*x+1] + src1[2*x+1] + 1) >> 1;
 493         dstc[x] = (src1[2*x+1] + src2[2*x+1] + 1) >> 1;
 494     }
 495     for( i = 0; i < 4; i++ )
 496         memcpy( &frame->lowres[i][y*i_stride2], &frame->lowres[i][(y-1)*i_stride2], i_width2 );
 497
 498     for( y = 0; y < 16; y++ )
 499         for( x = 0; x < 16; x++ )
 500             frame->i_cost_est[x][y] = -1;
 501
 502     x264_frame_expand_border_lowres( frame );
 503 }
 504