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