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

   1 /*****************************************************************************
   2  * mc.c: h264 encoder library (Motion Compensation)
   3  *****************************************************************************
   4  * Copyright (C) 2003-2008 x264 project
   5  *
   6  * Authors: Laurent Aimar <fenrir@via.ecp.fr>
   7  *          Loren Merritt <lorenm@u.washington.edu>
   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., 51 Franklin Street, Fifth Floor, Boston, MA  02111, USA.
  22  *****************************************************************************/
  23
  24 #include "common.h"
  25
  26 #ifdef HAVE_MMX
  27 #include "x86/mc.h"
  28 #endif
  29 #ifdef ARCH_PPC
  30 #include "ppc/mc.h"
  31 #endif
  32 #ifdef ARCH_ARM
  33 #include "arm/mc.h"
  34 #endif
  35
  36
  37 static inline void pixel_avg( uint8_t *dst,  int i_dst_stride,
  38                               uint8_t *src1, int i_src1_stride,
  39                               uint8_t *src2, int i_src2_stride,
  40                               int i_width, int i_height )
  41 {
  42     int x, y;
  43     for( y = 0; y < i_height; y++ )
  44     {
  45         for( x = 0; x < i_width; x++ )
  46         {
  47             dst[x] = ( src1[x] + src2[x] + 1 ) >> 1;
  48         }
  49         dst  += i_dst_stride;
  50         src1 += i_src1_stride;
  51         src2 += i_src2_stride;
  52     }
  53 }
  54
  55 static inline void pixel_avg_wxh( uint8_t *dst, int i_dst, uint8_t *src1, int i_src1, uint8_t *src2, int i_src2, int width, int height )
  56 {
  57     int x, y;
  58     for( y = 0; y < height; y++ )
  59     {
  60         for( x = 0; x < width; x++ )
  61         {
  62             dst[x] = ( src1[x] + src2[x] + 1 ) >> 1;
  63         }
  64         src1 += i_src1;
  65         src2 += i_src2;
  66         dst += i_dst;
  67     }
  68 }
  69
  70 /* Implicit weighted bipred only:
  71  * assumes log2_denom = 5, offset = 0, weight1 + weight2 = 64 */
  72 #define op_scale2(x) dst[x] = x264_clip_uint8( (src1[x]*i_weight1 + src2[x]*i_weight2 + (1<<5)) >> 6 )
  73 static inline void pixel_avg_weight_wxh( uint8_t *dst, int i_dst, uint8_t *src1, int i_src1, uint8_t *src2, int i_src2, int width, int height, int i_weight1 )
  74 {
  75     int y;
  76     const int i_weight2 = 64 - i_weight1;
  77     for( y = 0; y<height; y++, dst += i_dst, src1 += i_src1, src2 += i_src2 )
  78     {
  79         op_scale2(0);
  80         op_scale2(1);
  81         if(width==2) continue;
  82         op_scale2(2);
  83         op_scale2(3);
  84         if(width==4) continue;
  85         op_scale2(4);
  86         op_scale2(5);
  87         op_scale2(6);
  88         op_scale2(7);
  89         if(width==8) continue;
  90         op_scale2(8);
  91         op_scale2(9);
  92         op_scale2(10);
  93         op_scale2(11);
  94         op_scale2(12);
  95         op_scale2(13);
  96         op_scale2(14);
  97         op_scale2(15);
  98     }
  99 }
 100 #undef op_scale2
 101
 102 #define PIXEL_AVG_C( name, width, height ) \
 103 static void name( uint8_t *pix1, int i_stride_pix1, \
 104                   uint8_t *pix2, int i_stride_pix2, \
 105                   uint8_t *pix3, int i_stride_pix3, int weight ) \
 106 { \
 107     if( weight == 32 )\
 108         pixel_avg_wxh( pix1, i_stride_pix1, pix2, i_stride_pix2, pix3, i_stride_pix3, width, height ); \
 109     else\
 110         pixel_avg_weight_wxh( pix1, i_stride_pix1, pix2, i_stride_pix2, pix3, i_stride_pix3, width, height, weight ); \
 111 }
 112 PIXEL_AVG_C( pixel_avg_16x16, 16, 16 )
 113 PIXEL_AVG_C( pixel_avg_16x8,  16, 8 )
 114 PIXEL_AVG_C( pixel_avg_8x16,  8, 16 )
 115 PIXEL_AVG_C( pixel_avg_8x8,   8, 8 )
 116 PIXEL_AVG_C( pixel_avg_8x4,   8, 4 )
 117 PIXEL_AVG_C( pixel_avg_4x8,   4, 8 )
 118 PIXEL_AVG_C( pixel_avg_4x4,   4, 4 )
 119 PIXEL_AVG_C( pixel_avg_4x2,   4, 2 )
 120 PIXEL_AVG_C( pixel_avg_2x4,   2, 4 )
 121 PIXEL_AVG_C( pixel_avg_2x2,   2, 2 )
 122
 123 static void mc_copy( uint8_t *src, int i_src_stride, uint8_t *dst, int i_dst_stride, int i_width, int i_height )
 124 {
 125     int y;
 126
 127     for( y = 0; y < i_height; y++ )
 128     {
 129         memcpy( dst, src, i_width );
 130
 131         src += i_src_stride;
 132         dst += i_dst_stride;
 133     }
 134 }
 135
 136 #define TAPFILTER(pix, d) ((pix)[x-2*d] + (pix)[x+3*d] - 5*((pix)[x-d] + (pix)[x+2*d]) + 20*((pix)[x] + (pix)[x+d]))
 137 static void hpel_filter( uint8_t *dsth, uint8_t *dstv, uint8_t *dstc, uint8_t *src,
 138                          int stride, int width, int height, int16_t *buf )
 139 {
 140     int x, y;
 141     for( y=0; y<height; y++ )
 142     {
 143         for( x=-2; x<width+3; x++ )
 144         {
 145             int v = TAPFILTER(src,stride);
 146             dstv[x] = x264_clip_uint8((v + 16) >> 5);
 147             buf[x+2] = v;
 148         }
 149         for( x=0; x<width; x++ )
 150             dstc[x] = x264_clip_uint8((TAPFILTER(buf+2,1) + 512) >> 10);
 151         for( x=0; x<width; x++ )
 152             dsth[x] = x264_clip_uint8((TAPFILTER(src,1) + 16) >> 5);
 153         dsth += stride;
 154         dstv += stride;
 155         dstc += stride;
 156         src += stride;
 157     }
 158 }
 159
 160 static const int hpel_ref0[16] = {0,1,1,1,0,1,1,1,2,3,3,3,0,1,1,1};
 161 static const int hpel_ref1[16] = {0,0,0,0,2,2,3,2,2,2,3,2,2,2,3,2};
 162
 163 static void mc_luma( uint8_t *dst,    int i_dst_stride,
 164                      uint8_t *src[4], int i_src_stride,
 165                      int mvx, int mvy,
 166                      int i_width, int i_height )
 167 {
 168     int qpel_idx = ((mvy&3)<<2) + (mvx&3);
 169     int offset = (mvy>>2)*i_src_stride + (mvx>>2);
 170     uint8_t *src1 = src[hpel_ref0[qpel_idx]] + offset + ((mvy&3) == 3) * i_src_stride;
 171
 172     if( qpel_idx & 5 ) /* qpel interpolation needed */
 173     {
 174         uint8_t *src2 = src[hpel_ref1[qpel_idx]] + offset + ((mvx&3) == 3);
 175         pixel_avg( dst, i_dst_stride, src1, i_src_stride,
 176                    src2, i_src_stride, i_width, i_height );
 177     }
 178     else
 179     {
 180         mc_copy( src1, i_src_stride, dst, i_dst_stride, i_width, i_height );
 181     }
 182 }
 183
 184 static uint8_t *get_ref( uint8_t *dst,   int *i_dst_stride,
 185                          uint8_t *src[4], int i_src_stride,
 186                          int mvx, int mvy,
 187                          int i_width, int i_height )
 188 {
 189     int qpel_idx = ((mvy&3)<<2) + (mvx&3);
 190     int offset = (mvy>>2)*i_src_stride + (mvx>>2);
 191     uint8_t *src1 = src[hpel_ref0[qpel_idx]] + offset + ((mvy&3) == 3) * i_src_stride;
 192
 193     if( qpel_idx & 5 ) /* qpel interpolation needed */
 194     {
 195         uint8_t *src2 = src[hpel_ref1[qpel_idx]] + offset + ((mvx&3) == 3);
 196         pixel_avg( dst, *i_dst_stride, src1, i_src_stride,
 197                    src2, i_src_stride, i_width, i_height );
 198         return dst;
 199     }
 200     else
 201     {
 202         *i_dst_stride = i_src_stride;
 203         return src1;
 204     }
 205 }
 206
 207 /* full chroma mc (ie until 1/8 pixel)*/
 208 static void mc_chroma( uint8_t *dst, int i_dst_stride,
 209                        uint8_t *src, int i_src_stride,
 210                        int mvx, int mvy,
 211                        int i_width, int i_height )
 212 {
 213     uint8_t *srcp;
 214     int x, y;
 215
 216     const int d8x = mvx&0x07;
 217     const int d8y = mvy&0x07;
 218
 219     const int cA = (8-d8x)*(8-d8y);
 220     const int cB = d8x    *(8-d8y);
 221     const int cC = (8-d8x)*d8y;
 222     const int cD = d8x    *d8y;
 223
 224     src  += (mvy >> 3) * i_src_stride + (mvx >> 3);
 225     srcp = &src[i_src_stride];
 226
 227     for( y = 0; y < i_height; y++ )
 228     {
 229         for( x = 0; x < i_width; x++ )
 230         {
 231             dst[x] = ( cA*src[x]  + cB*src[x+1] +
 232                        cC*srcp[x] + cD*srcp[x+1] + 32 ) >> 6;
 233         }
 234         dst  += i_dst_stride;
 235
 236         src   = srcp;
 237         srcp += i_src_stride;
 238     }
 239 }
 240
 241 #define MC_COPY(W) \
 242 static void mc_copy_w##W( uint8_t *dst, int i_dst, uint8_t *src, int i_src, int i_height ) \
 243 { \
 244     mc_copy( src, i_src, dst, i_dst, W, i_height ); \
 245 }
 246 MC_COPY( 16 )
 247 MC_COPY( 8 )
 248 MC_COPY( 4 )
 249
 250 static void plane_copy( uint8_t *dst, int i_dst,
 251                         uint8_t *src, int i_src, int w, int h)
 252 {
 253     while( h-- )
 254     {
 255         memcpy( dst, src, w );
 256         dst += i_dst;
 257         src += i_src;
 258     }
 259 }
 260
 261 static void prefetch_fenc_null( uint8_t *pix_y, int stride_y,
 262                                 uint8_t *pix_uv, int stride_uv, int mb_x )
 263 {}
 264
 265 static void prefetch_ref_null( uint8_t *pix, int stride, int parity )
 266 {}
 267
 268 static void memzero_aligned( void * dst, int n )
 269 {
 270     memset( dst, 0, n );
 271 }
 272
 273 static void integral_init4h( uint16_t *sum, uint8_t *pix, int stride )
 274 {
 275     int x, v = pix[0]+pix[1]+pix[2]+pix[3];
 276     for( x=0; x<stride-4; x++ )
 277     {
 278         sum[x] = v + sum[x-stride];
 279         v += pix[x+4] - pix[x];
 280     }
 281 }
 282
 283 static void integral_init8h( uint16_t *sum, uint8_t *pix, int stride )
 284 {
 285     int x, v = pix[0]+pix[1]+pix[2]+pix[3]+pix[4]+pix[5]+pix[6]+pix[7];
 286     for( x=0; x<stride-8; x++ )
 287     {
 288         sum[x] = v + sum[x-stride];
 289         v += pix[x+8] - pix[x];
 290     }
 291 }
 292
 293 static void integral_init4v( uint16_t *sum8, uint16_t *sum4, int stride )
 294 {
 295     int x;
 296     for( x=0; x<stride-8; x++ )
 297         sum4[x] = sum8[x+4*stride] - sum8[x];
 298     for( x=0; x<stride-8; x++ )
 299         sum8[x] = sum8[x+8*stride] + sum8[x+8*stride+4] - sum8[x] - sum8[x+4];
 300 }
 301
 302 static void integral_init8v( uint16_t *sum8, int stride )
 303 {
 304     int x;
 305     for( x=0; x<stride-8; x++ )
 306         sum8[x] = sum8[x+8*stride] - sum8[x];
 307 }
 308
 309 void x264_frame_init_lowres( x264_t *h, x264_frame_t *frame )
 310 {
 311     uint8_t *src = frame->plane[0];
 312     int i_stride = frame->i_stride[0];
 313     int i_height = frame->i_lines[0];
 314     int i_width  = frame->i_width[0];
 315     int x, y;
 316
 317     // duplicate last row and column so that their interpolation doesn't have to be special-cased
 318     for( y=0; y<i_height; y++ )
 319         src[i_width+y*i_stride] = src[i_width-1+y*i_stride];
 320     memcpy( src+i_stride*i_height, src+i_stride*(i_height-1), i_width );
 321     h->mc.frame_init_lowres_core( src, frame->lowres[0], frame->lowres[1], frame->lowres[2], frame->lowres[3],
 322                                   i_stride, frame->i_stride_lowres, frame->i_width_lowres, frame->i_lines_lowres );
 323     x264_frame_expand_border_lowres( frame );
 324
 325     memset( frame->i_cost_est, -1, sizeof(frame->i_cost_est) );
 326
 327     for( x = 0; x < h->param.i_bframe + 2; x++ )
 328         for( y = 0; y < h->param.i_bframe + 2; y++ )
 329             frame->i_row_satds[y][x][0] = -1;
 330
 331     for( y = 0; y <= !!h->param.i_bframe; y++ )
 332         for( x = 0; x <= h->param.i_bframe; x++ )
 333             frame->lowres_mvs[y][x][0][0] = 0x7FFF;
 334 }
 335
 336 static void frame_init_lowres_core( uint8_t *src0, uint8_t *dst0, uint8_t *dsth, uint8_t *dstv, uint8_t *dstc,
 337                                     int src_stride, int dst_stride, int width, int height )
 338 {
 339     int x,y;
 340     for( y=0; y<height; y++ )
 341     {
 342         uint8_t *src1 = src0+src_stride;
 343         uint8_t *src2 = src1+src_stride;
 344         for( x=0; x<width; x++ )
 345         {
 346             // slower than naive bilinear, but matches asm
 347 #define FILTER(a,b,c,d) ((((a+b+1)>>1)+((c+d+1)>>1)+1)>>1)
 348             dst0[x] = FILTER(src0[2*x  ], src1[2*x  ], src0[2*x+1], src1[2*x+1]);
 349             dsth[x] = FILTER(src0[2*x+1], src1[2*x+1], src0[2*x+2], src1[2*x+2]);
 350             dstv[x] = FILTER(src1[2*x  ], src2[2*x  ], src1[2*x+1], src2[2*x+1]);
 351             dstc[x] = FILTER(src1[2*x+1], src2[2*x+1], src1[2*x+2], src2[2*x+2]);
 352 #undef FILTER
 353         }
 354         src0 += src_stride*2;
 355         dst0 += dst_stride;
 356         dsth += dst_stride;
 357         dstv += dst_stride;
 358         dstc += dst_stride;
 359     }
 360 }
 361
 362 #if defined(__GNUC__) && (defined(ARCH_X86) || defined(ARCH_X86_64))
 363 // gcc isn't smart enough to use the "idiv" instruction
 364 static ALWAYS_INLINE int32_t div_64_32(int64_t x, int32_t y) {
 365     int32_t quotient, remainder;
 366     asm("idiv %4"
 367         :"=a"(quotient), "=d"(remainder)
 368         :"a"((uint32_t)x), "d"((int32_t)(x>>32)), "r"(y)
 369     );
 370     return quotient;
 371 }
 372 #else
 373 #define div_64_32(x,y) ((x)/(y))
 374 #endif
 375
 376 /* Estimate the total amount of influence on future quality that could be had if we
 377  * were to improve the reference samples used to inter predict any given macroblock. */
 378 static void mbtree_propagate_cost( int *dst, uint16_t *propagate_in, uint16_t *intra_costs,
 379                                    uint16_t *inter_costs, uint16_t *inv_qscales, int len )
 380 {
 381     int i;
 382     for( i=0; i<len; i++ )
 383     {
 384         int propagate_amount = propagate_in[i] + ((intra_costs[i] * inv_qscales[i] + 128)>>8);
 385         dst[i] = div_64_32((int64_t)propagate_amount * (intra_costs[i] - inter_costs[i]), intra_costs[i]);
 386     }
 387 }
 388
 389 void x264_mc_init( int cpu, x264_mc_functions_t *pf )
 390 {
 391     pf->mc_luma   = mc_luma;
 392     pf->get_ref   = get_ref;
 393     pf->mc_chroma = mc_chroma;
 394
 395     pf->avg[PIXEL_16x16]= pixel_avg_16x16;
 396     pf->avg[PIXEL_16x8] = pixel_avg_16x8;
 397     pf->avg[PIXEL_8x16] = pixel_avg_8x16;
 398     pf->avg[PIXEL_8x8]  = pixel_avg_8x8;
 399     pf->avg[PIXEL_8x4]  = pixel_avg_8x4;
 400     pf->avg[PIXEL_4x8]  = pixel_avg_4x8;
 401     pf->avg[PIXEL_4x4]  = pixel_avg_4x4;
 402     pf->avg[PIXEL_4x2]  = pixel_avg_4x2;
 403     pf->avg[PIXEL_2x4]  = pixel_avg_2x4;
 404     pf->avg[PIXEL_2x2]  = pixel_avg_2x2;
 405
 406     pf->copy_16x16_unaligned = mc_copy_w16;
 407     pf->copy[PIXEL_16x16] = mc_copy_w16;
 408     pf->copy[PIXEL_8x8]   = mc_copy_w8;
 409     pf->copy[PIXEL_4x4]   = mc_copy_w4;
 410
 411     pf->plane_copy = plane_copy;
 412     pf->hpel_filter = hpel_filter;
 413
 414     pf->prefetch_fenc = prefetch_fenc_null;
 415     pf->prefetch_ref  = prefetch_ref_null;
 416     pf->memcpy_aligned = memcpy;
 417     pf->memzero_aligned = memzero_aligned;
 418     pf->frame_init_lowres_core = frame_init_lowres_core;
 419
 420     pf->integral_init4h = integral_init4h;
 421     pf->integral_init8h = integral_init8h;
 422     pf->integral_init4v = integral_init4v;
 423     pf->integral_init8v = integral_init8v;
 424
 425     pf->mbtree_propagate_cost = mbtree_propagate_cost;
 426
 427 #ifdef HAVE_MMX
 428     x264_mc_init_mmx( cpu, pf );
 429 #endif
 430 #ifdef ARCH_PPC
 431     if( cpu&X264_CPU_ALTIVEC )
 432         x264_mc_altivec_init( pf );
 433 #endif
 434 #ifdef HAVE_ARMV6
 435     x264_mc_init_arm( cpu, pf );
 436 #endif
 437 }
 438
 439 void x264_frame_filter( x264_t *h, x264_frame_t *frame, int mb_y, int b_end )
 440 {
 441     const int b_interlaced = h->sh.b_mbaff;
 442     const int stride = frame->i_stride[0] << b_interlaced;
 443     const int width = frame->i_width[0];
 444     int start = (mb_y*16 >> b_interlaced) - 8; // buffer = 4 for deblock + 3 for 6tap, rounded to 8
 445     int height = ((b_end ? frame->i_lines[0] : mb_y*16) >> b_interlaced) + 8;
 446     int offs = start*stride - 8; // buffer = 3 for 6tap, aligned to 8 for simd
 447     int y;
 448
 449     if( mb_y & b_interlaced )
 450         return;
 451
 452     for( y=0; y<=b_interlaced; y++, offs+=frame->i_stride[0] )
 453     {
 454         h->mc.hpel_filter(
 455             frame->filtered[1] + offs,
 456             frame->filtered[2] + offs,
 457             frame->filtered[3] + offs,
 458             frame->plane[0] + offs,
 459             stride, width + 16, height - start,
 460             h->scratch_buffer );
 461     }
 462
 463     /* generate integral image:
 464      * frame->integral contains 2 planes. in the upper plane, each element is
 465      * the sum of an 8x8 pixel region with top-left corner on that point.
 466      * in the lower plane, 4x4 sums (needed only with --partitions p4x4). */
 467
 468     if( frame->integral )
 469     {
 470         if( start < 0 )
 471         {
 472             memset( frame->integral - PADV * stride - PADH, 0, stride * sizeof(uint16_t) );
 473             start = -PADV;
 474         }
 475         if( b_end )
 476             height += PADV-9;
 477         for( y = start; y < height; y++ )
 478         {
 479             uint8_t  *pix  = frame->plane[0] + y * stride - PADH;
 480             uint16_t *sum8 = frame->integral + (y+1) * stride - PADH;
 481             uint16_t *sum4;
 482             if( h->frames.b_have_sub8x8_esa )
 483             {
 484                 h->mc.integral_init4h( sum8, pix, stride );
 485                 sum8 -= 8*stride;
 486                 sum4 = sum8 + stride * (frame->i_lines[0] + PADV*2);
 487                 if( y >= 8-PADV )
 488                     h->mc.integral_init4v( sum8, sum4, stride );
 489             }
 490             else
 491             {
 492                 h->mc.integral_init8h( sum8, pix, stride );
 493                 if( y >= 8-PADV )
 494                     h->mc.integral_init8v( sum8-8*stride, stride );
 495             }
 496         }
 497     }
 498 }