git.sesse.net Git - x264/blob - encoder/slicetype.c

   1 /*****************************************************************************
   2  * slicetype.c: h264 encoder library
   3  *****************************************************************************
   4  * Copyright (C) 2005-2008 x264 project
   5  *
   6  * Authors: Loren Merritt <lorenm@u.washington.edu>
   7  *          Fiona Glaser <fiona@x264.com>
   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 <math.h>
  25 #include <limits.h>
  26
  27 #include "common/common.h"
  28 #include "common/cpu.h"
  29 #include "macroblock.h"
  30 #include "me.h"
  31
  32
  33 static void x264_lowres_context_init( x264_t *h, x264_mb_analysis_t *a )
  34 {
  35     a->i_qp = 12; // arbitrary, but low because SATD scores are 1/4 normal
  36     a->i_lambda = x264_lambda_tab[ a->i_qp ];
  37     x264_mb_analyse_load_costs( h, a );
  38     h->mb.i_me_method = X264_MIN( X264_ME_HEX, h->param.analyse.i_me_method ); // maybe dia?
  39     h->mb.i_subpel_refine = 4; // 3 should be enough, but not tweaking for speed now
  40     h->mb.b_chroma_me = 0;
  41 }
  42
  43 static int x264_slicetype_mb_cost( x264_t *h, x264_mb_analysis_t *a,
  44                             x264_frame_t **frames, int p0, int p1, int b,
  45                             int dist_scale_factor, int do_search[2] )
  46 {
  47     x264_frame_t *fref0 = frames[p0];
  48     x264_frame_t *fref1 = frames[p1];
  49     x264_frame_t *fenc  = frames[b];
  50     const int b_bidir = (b < p1);
  51     const int i_mb_x = h->mb.i_mb_x;
  52     const int i_mb_y = h->mb.i_mb_y;
  53     const int i_mb_stride = h->sps->i_mb_width;
  54     const int i_mb_xy = i_mb_x + i_mb_y * i_mb_stride;
  55     const int i_stride = fenc->i_stride_lowres;
  56     const int i_pel_offset = 8 * ( i_mb_x + i_mb_y * i_stride );
  57     const int i_bipred_weight = h->param.analyse.b_weighted_bipred ? 64 - (dist_scale_factor>>2) : 32;
  58     int16_t (*fenc_mvs[2])[2] = { &frames[b]->lowres_mvs[0][b-p0-1][i_mb_xy], &frames[b]->lowres_mvs[1][p1-b-1][i_mb_xy] };
  59     int (*fenc_costs[2]) = { &frames[b]->lowres_mv_costs[0][b-p0-1][i_mb_xy], &frames[b]->lowres_mv_costs[1][p1-b-1][i_mb_xy] };
  60
  61     DECLARE_ALIGNED_8( uint8_t pix1[9*FDEC_STRIDE] );
  62     uint8_t *pix2 = pix1+8;
  63     x264_me_t m[2];
  64     int i_bcost = COST_MAX;
  65     int l, i;
  66     int list_used = 0;
  67
  68     h->mb.pic.p_fenc[0] = h->mb.pic.fenc_buf;
  69     h->mc.copy[PIXEL_8x8]( h->mb.pic.p_fenc[0], FENC_STRIDE, &fenc->lowres[0][i_pel_offset], i_stride, 8 );
  70
  71     if( !p0 && !p1 && !b )
  72         goto lowres_intra_mb;
  73
  74     // no need for h->mb.mv_min[]
  75     h->mb.mv_min_fpel[0] = -8*h->mb.i_mb_x - 4;
  76     h->mb.mv_max_fpel[0] = 8*( h->sps->i_mb_width - h->mb.i_mb_x - 1 ) + 4;
  77     h->mb.mv_min_spel[0] = 4*( h->mb.mv_min_fpel[0] - 8 );
  78     h->mb.mv_max_spel[0] = 4*( h->mb.mv_max_fpel[0] + 8 );
  79     if( h->mb.i_mb_x >= h->sps->i_mb_width - 2 )
  80     {
  81         h->mb.mv_min_fpel[1] = -8*h->mb.i_mb_y - 4;
  82         h->mb.mv_max_fpel[1] = 8*( h->sps->i_mb_height - h->mb.i_mb_y - 1 ) + 4;
  83         h->mb.mv_min_spel[1] = 4*( h->mb.mv_min_fpel[1] - 8 );
  84         h->mb.mv_max_spel[1] = 4*( h->mb.mv_max_fpel[1] + 8 );
  85     }
  86
  87 #define LOAD_HPELS_LUMA(dst, src) \
  88     { \
  89         (dst)[0] = &(src)[0][i_pel_offset]; \
  90         (dst)[1] = &(src)[1][i_pel_offset]; \
  91         (dst)[2] = &(src)[2][i_pel_offset]; \
  92         (dst)[3] = &(src)[3][i_pel_offset]; \
  93     }
  94 #define CLIP_MV( mv ) \
  95     { \
  96         mv[0] = x264_clip3( mv[0], h->mb.mv_min_spel[0], h->mb.mv_max_spel[0] ); \
  97         mv[1] = x264_clip3( mv[1], h->mb.mv_min_spel[1], h->mb.mv_max_spel[1] ); \
  98     }
  99 #define TRY_BIDIR( mv0, mv1, penalty ) \
 100     { \
 101         int stride1 = 16, stride2 = 16; \
 102         uint8_t *src1, *src2; \
 103         int i_cost; \
 104         src1 = h->mc.get_ref( pix1, &stride1, m[0].p_fref, m[0].i_stride[0], \
 105                               (mv0)[0], (mv0)[1], 8, 8 ); \
 106         src2 = h->mc.get_ref( pix2, &stride2, m[1].p_fref, m[1].i_stride[0], \
 107                               (mv1)[0], (mv1)[1], 8, 8 ); \
 108         h->mc.avg[PIXEL_8x8]( pix1, 16, src1, stride1, src2, stride2, i_bipred_weight ); \
 109         i_cost = penalty + h->pixf.mbcmp[PIXEL_8x8]( \
 110                            m[0].p_fenc[0], FENC_STRIDE, pix1, 16 ); \
 111         COPY2_IF_LT( i_bcost, i_cost, list_used, 3 ); \
 112     }
 113
 114     m[0].i_pixel = PIXEL_8x8;
 115     m[0].p_cost_mv = a->p_cost_mv;
 116     m[0].i_stride[0] = i_stride;
 117     m[0].p_fenc[0] = h->mb.pic.p_fenc[0];
 118     LOAD_HPELS_LUMA( m[0].p_fref, fref0->lowres );
 119
 120     if( b_bidir )
 121     {
 122         int16_t *mvr = fref1->lowres_mvs[0][p1-p0-1][i_mb_xy];
 123         int dmv[2][2];
 124
 125         h->mc.memcpy_aligned( &m[1], &m[0], sizeof(x264_me_t) );
 126         LOAD_HPELS_LUMA( m[1].p_fref, fref1->lowres );
 127
 128         dmv[0][0] = ( mvr[0] * dist_scale_factor + 128 ) >> 8;
 129         dmv[0][1] = ( mvr[1] * dist_scale_factor + 128 ) >> 8;
 130         dmv[1][0] = dmv[0][0] - mvr[0];
 131         dmv[1][1] = dmv[0][1] - mvr[1];
 132         CLIP_MV( dmv[0] );
 133         CLIP_MV( dmv[1] );
 134
 135         TRY_BIDIR( dmv[0], dmv[1], 0 );
 136         if( dmv[0][0] | dmv[0][1] | dmv[1][0] | dmv[1][1] )
 137         {
 138             int i_cost;
 139             h->mc.avg[PIXEL_8x8]( pix1, 16, m[0].p_fref[0], m[0].i_stride[0], m[1].p_fref[0], m[1].i_stride[0], i_bipred_weight );
 140             i_cost = h->pixf.mbcmp[PIXEL_8x8]( m[0].p_fenc[0], FENC_STRIDE, pix1, 16 );
 141             COPY2_IF_LT( i_bcost, i_cost, list_used, 3 );
 142         }
 143     }
 144
 145     for( l = 0; l < 1 + b_bidir; l++ )
 146     {
 147         if( do_search[l] )
 148         {
 149             int i_mvc = 0;
 150             int16_t (*fenc_mv)[2] = fenc_mvs[l];
 151             DECLARE_ALIGNED_4( int16_t mvc[4][2] );
 152
 153             /* Reverse-order MV prediction. */
 154             *(uint32_t*)mvc[0] = 0;
 155             *(uint32_t*)mvc[1] = 0;
 156             *(uint32_t*)mvc[2] = 0;
 157 #define MVC(mv) { *(uint32_t*)mvc[i_mvc] = *(uint32_t*)mv; i_mvc++; }
 158             if( i_mb_x < h->sps->i_mb_width - 1 )
 159                 MVC(fenc_mv[1]);
 160             if( i_mb_y < h->sps->i_mb_height - 1 )
 161             {
 162                 MVC(fenc_mv[i_mb_stride]);
 163                 if( i_mb_x > 0 )
 164                     MVC(fenc_mv[i_mb_stride-1]);
 165                 if( i_mb_x < h->sps->i_mb_width - 1 )
 166                     MVC(fenc_mv[i_mb_stride+1]);
 167             }
 168 #undef MVC
 169             x264_median_mv( m[l].mvp, mvc[0], mvc[1], mvc[2] );
 170             x264_me_search( h, &m[l], mvc, i_mvc );
 171
 172             m[l].cost -= 2; // remove mvcost from skip mbs
 173             if( *(uint32_t*)m[l].mv )
 174                 m[l].cost += 5;
 175             *(uint32_t*)fenc_mvs[l] = *(uint32_t*)m[l].mv;
 176             *fenc_costs[l] = m[l].cost;
 177         }
 178         else
 179         {
 180             *(uint32_t*)m[l].mv = *(uint32_t*)fenc_mvs[l];
 181             m[l].cost = *fenc_costs[l];
 182         }
 183         COPY2_IF_LT( i_bcost, m[l].cost, list_used, l+1 );
 184     }
 185
 186     if( b_bidir && ( *(uint32_t*)m[0].mv || *(uint32_t*)m[1].mv ) )
 187         TRY_BIDIR( m[0].mv, m[1].mv, 5 );
 188
 189     frames[b]->lowres_inter_types[b-p0][p1-b][i_mb_xy] = list_used;
 190
 191 lowres_intra_mb:
 192     /* forbid intra-mbs in B-frames, because it's rare and not worth checking */
 193     /* FIXME: Should we still forbid them now that we cache intra scores? */
 194     if( !b_bidir || h->param.rc.b_mb_tree )
 195     {
 196         int i_icost, b_intra;
 197         if( !fenc->b_intra_calculated )
 198         {
 199             DECLARE_ALIGNED_16( uint8_t edge[33] );
 200             uint8_t *pix = &pix1[8+FDEC_STRIDE - 1];
 201             uint8_t *src = &fenc->lowres[0][i_pel_offset - 1];
 202             const int intra_penalty = 5;
 203             int satds[4];
 204
 205             memcpy( pix-FDEC_STRIDE, src-i_stride, 17 );
 206             for( i=0; i<8; i++ )
 207                 pix[i*FDEC_STRIDE] = src[i*i_stride];
 208             pix++;
 209
 210             if( h->pixf.intra_mbcmp_x3_8x8c )
 211             {
 212                 h->pixf.intra_mbcmp_x3_8x8c( h->mb.pic.p_fenc[0], pix, satds );
 213                 h->predict_8x8c[I_PRED_CHROMA_P]( pix );
 214                 satds[I_PRED_CHROMA_P] =
 215                     h->pixf.mbcmp[PIXEL_8x8]( pix, FDEC_STRIDE, h->mb.pic.p_fenc[0], FENC_STRIDE );
 216             }
 217             else
 218             {
 219                 for( i=0; i<4; i++ )
 220                 {
 221                     h->predict_8x8c[i]( pix );
 222                     satds[i] = h->pixf.mbcmp[PIXEL_8x8]( pix, FDEC_STRIDE, h->mb.pic.p_fenc[0], FENC_STRIDE );
 223                 }
 224             }
 225             i_icost = X264_MIN4( satds[0], satds[1], satds[2], satds[3] );
 226
 227             h->predict_8x8_filter( pix, edge, ALL_NEIGHBORS, ALL_NEIGHBORS );
 228             for( i=3; i<9; i++ )
 229             {
 230                 int satd;
 231                 h->predict_8x8[i]( pix, edge );
 232                 satd = h->pixf.mbcmp[PIXEL_8x8]( pix, FDEC_STRIDE, h->mb.pic.p_fenc[0], FENC_STRIDE );
 233                 i_icost = X264_MIN( i_icost, satd );
 234             }
 235
 236             i_icost += intra_penalty;
 237             fenc->i_intra_cost[i_mb_xy] = i_icost;
 238         }
 239         else
 240             i_icost = fenc->i_intra_cost[i_mb_xy];
 241         if( !b_bidir )
 242         {
 243             b_intra = i_icost < i_bcost;
 244             if( b_intra )
 245                 i_bcost = i_icost;
 246             if(   (i_mb_x > 0 && i_mb_x < h->sps->i_mb_width - 1
 247                 && i_mb_y > 0 && i_mb_y < h->sps->i_mb_height - 1)
 248                 || h->sps->i_mb_width <= 2 || h->sps->i_mb_height <= 2 )
 249             {
 250                 fenc->i_intra_mbs[b-p0] += b_intra;
 251                 fenc->i_cost_est[0][0] += i_icost;
 252             }
 253         }
 254     }
 255
 256     frames[b]->lowres_costs[b-p0][p1-b][i_mb_xy] = i_bcost;
 257
 258     return i_bcost;
 259 }
 260 #undef TRY_BIDIR
 261
 262 #define NUM_MBS\
 263    (h->sps->i_mb_width > 2 && h->sps->i_mb_height > 2 ?\
 264    (h->sps->i_mb_width - 2) * (h->sps->i_mb_height - 2) :\
 265     h->sps->i_mb_width * h->sps->i_mb_height)
 266
 267 static int x264_slicetype_frame_cost( x264_t *h, x264_mb_analysis_t *a,
 268                                x264_frame_t **frames, int p0, int p1, int b,
 269                                int b_intra_penalty )
 270 {
 271
 272     int i_score = 0;
 273     /* Don't use the AQ'd scores for slicetype decision. */
 274     int i_score_aq = 0;
 275     int do_search[2];
 276
 277     /* Check whether we already evaluated this frame
 278      * If we have tried this frame as P, then we have also tried
 279      * the preceding frames as B. (is this still true?) */
 280     /* Also check that we already calculated the row SATDs for the current frame. */
 281     if( frames[b]->i_cost_est[b-p0][p1-b] >= 0 && (!h->param.rc.i_vbv_buffer_size || frames[b]->i_row_satds[b-p0][p1-b][0] != -1) )
 282     {
 283         i_score = frames[b]->i_cost_est[b-p0][p1-b];
 284     }
 285     else
 286     {
 287         int dist_scale_factor = 128;
 288         int *row_satd = frames[b]->i_row_satds[b-p0][p1-b];
 289
 290         /* For each list, check to see whether we have lowres motion-searched this reference frame before. */
 291         do_search[0] = b != p0 && frames[b]->lowres_mvs[0][b-p0-1][0][0] == 0x7FFF;
 292         do_search[1] = b != p1 && frames[b]->lowres_mvs[1][p1-b-1][0][0] == 0x7FFF;
 293         if( do_search[0] ) frames[b]->lowres_mvs[0][b-p0-1][0][0] = 0;
 294         if( do_search[1] ) frames[b]->lowres_mvs[1][p1-b-1][0][0] = 0;
 295
 296         if( b == p1 )
 297         {
 298             frames[b]->i_intra_mbs[b-p0] = 0;
 299             frames[b]->i_cost_est[0][0] = 0;
 300         }
 301         if( p1 != p0 )
 302             dist_scale_factor = ( ((b-p0) << 8) + ((p1-p0) >> 1) ) / (p1-p0);
 303
 304         /* Lowres lookahead goes backwards because the MVs are used as predictors in the main encode.
 305          * This considerably improves MV prediction overall. */
 306
 307         /* the edge mbs seem to reduce the predictive quality of the
 308          * whole frame's score, but are needed for a spatial distribution. */
 309         if( h->param.rc.b_mb_tree || h->param.rc.i_vbv_buffer_size ||
 310             h->sps->i_mb_width <= 2 || h->sps->i_mb_height <= 2 )
 311         {
 312             for( h->mb.i_mb_y = h->sps->i_mb_height - 1; h->mb.i_mb_y >= 0; h->mb.i_mb_y-- )
 313             {
 314                 row_satd[ h->mb.i_mb_y ] = 0;
 315                 for( h->mb.i_mb_x = h->sps->i_mb_width - 1; h->mb.i_mb_x >= 0; h->mb.i_mb_x-- )
 316                 {
 317                     int i_mb_cost = x264_slicetype_mb_cost( h, a, frames, p0, p1, b, dist_scale_factor, do_search );
 318                     int i_mb_cost_aq = i_mb_cost;
 319                     if( h->param.rc.i_aq_mode )
 320                         i_mb_cost_aq = (i_mb_cost_aq * frames[b]->i_inv_qscale_factor[h->mb.i_mb_x + h->mb.i_mb_y*h->mb.i_mb_stride] + 128) >> 8;
 321                     row_satd[ h->mb.i_mb_y ] += i_mb_cost_aq;
 322                     if( (h->mb.i_mb_y > 0 && h->mb.i_mb_y < h->sps->i_mb_height - 1 &&
 323                          h->mb.i_mb_x > 0 && h->mb.i_mb_x < h->sps->i_mb_width - 1) ||
 324                          h->sps->i_mb_width <= 2 || h->sps->i_mb_height <= 2 )
 325                     {
 326                         /* Don't use AQ-weighted costs for slicetype decision, only for ratecontrol. */
 327                         i_score += i_mb_cost;
 328                         i_score_aq += i_mb_cost_aq;
 329                     }
 330                 }
 331             }
 332         }
 333         else
 334         {
 335             for( h->mb.i_mb_y = h->sps->i_mb_height - 2; h->mb.i_mb_y > 0; h->mb.i_mb_y-- )
 336                 for( h->mb.i_mb_x = h->sps->i_mb_width - 2; h->mb.i_mb_x > 0; h->mb.i_mb_x-- )
 337                 {
 338                     int i_mb_cost = x264_slicetype_mb_cost( h, a, frames, p0, p1, b, dist_scale_factor, do_search );
 339                     int i_mb_cost_aq = i_mb_cost;
 340                     if( h->param.rc.i_aq_mode )
 341                         i_mb_cost_aq = (i_mb_cost_aq * frames[b]->i_inv_qscale_factor[h->mb.i_mb_x + h->mb.i_mb_y*h->mb.i_mb_stride] + 128) >> 8;
 342                     i_score += i_mb_cost;
 343                     i_score_aq += i_mb_cost_aq;
 344                 }
 345         }
 346
 347         if( b != p1 )
 348             i_score = i_score * 100 / (120 + h->param.i_bframe_bias);
 349         else
 350             frames[b]->b_intra_calculated = 1;
 351
 352         frames[b]->i_cost_est[b-p0][p1-b] = i_score;
 353         frames[b]->i_cost_est_aq[b-p0][p1-b] = i_score_aq;
 354         x264_emms();
 355     }
 356
 357     if( b_intra_penalty )
 358     {
 359         // arbitrary penalty for I-blocks after B-frames
 360         int nmb = NUM_MBS;
 361         i_score += i_score * frames[b]->i_intra_mbs[b-p0] / (nmb * 8);
 362     }
 363     return i_score;
 364 }
 365
 366 /* If MB-tree changes the quantizers, we need to recalculate the frame cost without
 367  * re-running lookahead. */
 368 static int x264_slicetype_frame_cost_recalculate( x264_t *h, x264_mb_analysis_t *a, x264_frame_t **frames,
 369                                                   int p0, int p1, int b )
 370 {
 371     int i_score = 0;
 372     int *row_satd = frames[b]->i_row_satds[b-p0][p1-b];
 373     x264_emms();
 374     for( h->mb.i_mb_y = h->sps->i_mb_height - 1; h->mb.i_mb_y >= 0; h->mb.i_mb_y-- )
 375     {
 376         row_satd[ h->mb.i_mb_y ] = 0;
 377         for( h->mb.i_mb_x = h->sps->i_mb_width - 1; h->mb.i_mb_x >= 0; h->mb.i_mb_x-- )
 378         {
 379             int i_mb_xy = h->mb.i_mb_x + h->mb.i_mb_y*h->mb.i_mb_stride;
 380             int i_mb_cost = frames[b]->lowres_costs[b-p0][p1-b][i_mb_xy];
 381             float qp_adj = frames[b]->f_qp_offset[i_mb_xy];
 382             i_mb_cost = (i_mb_cost * x264_exp2fix8(qp_adj*(-1.f/6.f)) + 128) >> 8;
 383             row_satd[ h->mb.i_mb_y ] += i_mb_cost;
 384             if( (h->mb.i_mb_y > 0 && h->mb.i_mb_y < h->sps->i_mb_height - 1 &&
 385                  h->mb.i_mb_x > 0 && h->mb.i_mb_x < h->sps->i_mb_width - 1) ||
 386                  h->sps->i_mb_width <= 2 || h->sps->i_mb_height <= 2 )
 387             {
 388                 i_score += i_mb_cost;
 389             }
 390         }
 391     }
 392     return i_score;
 393 }
 394
 395 static void x264_macroblock_tree_propagate( x264_t *h, x264_frame_t **frames, int p0, int p1, int b )
 396 {
 397     x264_frame_t *refs[2] = {frames[p0],frames[p1]};
 398     int dist_scale_factor = p1 != p0 ? 128 : ( ((b-p0) << 8) + ((p1-p0) >> 1) ) / (p1-p0);
 399     int i_bipred_weight = h->param.analyse.b_weighted_bipred ? 64 - (dist_scale_factor>>2) : 32;
 400
 401     for( h->mb.i_mb_y = 0; h->mb.i_mb_y < h->sps->i_mb_height; h->mb.i_mb_y++ )
 402     {
 403         for( h->mb.i_mb_x = 0; h->mb.i_mb_x < h->sps->i_mb_width; h->mb.i_mb_x++ )
 404         {
 405             int mb_index = h->mb.i_mb_x + h->mb.i_mb_y*h->mb.i_mb_stride;
 406             int inter_cost = frames[b]->lowres_costs[b-p0][p1-b][mb_index];
 407             int intra_cost = (frames[b]->i_intra_cost[mb_index] * frames[b]->i_inv_qscale_factor[mb_index]+128)>>8;
 408             int lists_used = frames[b]->lowres_inter_types[b-p0][p1-b][mb_index];
 409             /* The approximate amount of data that this block contains. */
 410             int propagate_amount = intra_cost + frames[b]->i_propagate_cost[mb_index];
 411
 412             /* Divide by 64 for per-pixel summing. */
 413             propagate_amount = (((uint64_t)propagate_amount*(intra_cost-inter_cost)) / intra_cost + 32) >> 6;
 414
 415             /* Don't propagate for an intra block. */
 416             if( inter_cost < intra_cost )
 417             {
 418                 int mv[2][2], list;
 419                 mv[0][0] = frames[b]->lowres_mvs[0][b-p0-1][mb_index][0];
 420                 mv[0][1] = frames[b]->lowres_mvs[0][b-p0-1][mb_index][1];
 421                 if( b != p1 )
 422                 {
 423                     mv[1][0] = frames[b]->lowres_mvs[1][p1-b-1][mb_index][0];
 424                     mv[1][1] = frames[b]->lowres_mvs[1][p1-b-1][mb_index][1];
 425                 }
 426
 427                 /* Follow the MVs to the previous frame(s). */
 428                 for( list = 0; list < 2; list++ )
 429                     if( (lists_used >> list)&1 )
 430                     {
 431                         int x = mv[list][0];
 432                         int y = mv[list][1];
 433                         int listamount = propagate_amount;
 434                         int mbx = (x>>5)+h->mb.i_mb_x;
 435                         int mby = ((y>>5)+h->mb.i_mb_y);
 436                         int idx0 = mbx + mby*h->mb.i_mb_stride;
 437                         int idx1 = idx0 + 1;
 438                         int idx2 = idx0 + h->mb.i_mb_stride;
 439                         int idx3 = idx0 + h->mb.i_mb_stride + 1;
 440                         int idx0weight = (32-(y&31))*(32-(x&31));
 441                         int idx1weight = (32-(y&31))*(x&31);
 442                         int idx2weight = (y&31)*(32-(x&31));
 443                         int idx3weight = (y&31)*(x&31);
 444
 445                         /* Apply bipred weighting. */
 446                         if( lists_used == 3 )
 447                             listamount = (listamount * (list?(64-i_bipred_weight):i_bipred_weight) + 32) >> 6;
 448
 449 #define CLIP_ADD(s,x) (s) = X264_MIN((s)+(x),(1<<16)-1)
 450
 451                         /* We could just clip the MVs, but pixels that lie outside the frame probably shouldn't
 452                          * be counted. */
 453                         if( mbx < h->sps->i_mb_width-1 && mby < h->sps->i_mb_height-1 && mbx >= 0 && mby >= 0 )
 454                         {
 455                             CLIP_ADD( refs[list]->i_propagate_cost[idx0], (listamount*idx0weight+8)>>4 );
 456                             CLIP_ADD( refs[list]->i_propagate_cost[idx1], (listamount*idx1weight+8)>>4 );
 457                             CLIP_ADD( refs[list]->i_propagate_cost[idx2], (listamount*idx2weight+8)>>4 );
 458                             CLIP_ADD( refs[list]->i_propagate_cost[idx3], (listamount*idx3weight+8)>>4 );
 459                         }
 460                         else /* Check offsets individually */
 461                         {
 462                             if( mbx < h->sps->i_mb_width && mby < h->sps->i_mb_height && mbx >= 0 && mby >= 0 )
 463                                 CLIP_ADD( refs[list]->i_propagate_cost[idx0], (listamount*idx0weight+8)>>4 );
 464                             if( mbx+1 < h->sps->i_mb_width && mby < h->sps->i_mb_height && mbx+1 >= 0 && mby >= 0 )
 465                                 CLIP_ADD( refs[list]->i_propagate_cost[idx1], (listamount*idx1weight+8)>>4 );
 466                             if( mbx < h->sps->i_mb_width && mby+1 < h->sps->i_mb_height && mbx >= 0 && mby+1 >= 0 )
 467                                 CLIP_ADD( refs[list]->i_propagate_cost[idx2], (listamount*idx2weight+8)>>4 );
 468                             if( mbx+1 < h->sps->i_mb_width && mby+1 < h->sps->i_mb_height && mbx+1 >= 0 && mby+1 >= 0 )
 469                                 CLIP_ADD( refs[list]->i_propagate_cost[idx3], (listamount*idx3weight+8)>>4 );
 470                         }
 471                     }
 472             }
 473         }
 474     }
 475 }
 476
 477 static void x264_macroblock_tree( x264_t *h, x264_mb_analysis_t *a, x264_frame_t **frames, int num_frames, int b_intra )
 478 {
 479     int i, idx = !b_intra;
 480     int last_nonb, cur_nonb = 1;
 481     if( b_intra )
 482        x264_slicetype_frame_cost( h, a, frames, 0, 0, 0, 0 );
 483
 484     i = num_frames-1;
 485     while( i > 0 && frames[i]->i_type == X264_TYPE_B )
 486         i--;
 487     last_nonb = i;
 488
 489     if( last_nonb < 0 )
 490         return;
 491
 492     memset( frames[last_nonb]->i_propagate_cost, 0, h->mb.i_mb_count * sizeof(uint32_t) );
 493     while( i-- > idx )
 494     {
 495         cur_nonb = i;
 496         while( frames[cur_nonb]->i_type == X264_TYPE_B && cur_nonb > 0 )
 497             cur_nonb--;
 498         if( cur_nonb < idx )
 499             break;
 500         x264_slicetype_frame_cost( h, a, frames, cur_nonb, last_nonb, last_nonb, 0 );
 501         memset( frames[cur_nonb]->i_propagate_cost, 0, h->mb.i_mb_count * sizeof(uint32_t) );
 502         x264_macroblock_tree_propagate( h, frames, cur_nonb, last_nonb, last_nonb );
 503         while( frames[i]->i_type == X264_TYPE_B && i > 0 )
 504         {
 505             x264_slicetype_frame_cost( h, a, frames, cur_nonb, last_nonb, i, 0 );
 506             memset( frames[i]->i_propagate_cost, 0, h->mb.i_mb_count * sizeof(uint32_t) );
 507             x264_macroblock_tree_propagate( h, frames, cur_nonb, last_nonb, i );
 508             i--;
 509         }
 510         last_nonb = cur_nonb;
 511     }
 512     x264_emms();
 513
 514     for( h->mb.i_mb_y = 0; h->mb.i_mb_y < h->sps->i_mb_height; h->mb.i_mb_y++ )
 515     {
 516         for( h->mb.i_mb_x = 0; h->mb.i_mb_x < h->sps->i_mb_width; h->mb.i_mb_x++ )
 517         {
 518             int mb_index = h->mb.i_mb_x + h->mb.i_mb_y*h->mb.i_mb_stride;
 519             int intra_cost = (frames[last_nonb]->i_intra_cost[mb_index] * frames[last_nonb]->i_inv_qscale_factor[mb_index]+128)>>8;
 520
 521             if( intra_cost )
 522             {
 523                 int propagate_cost = frames[last_nonb]->i_propagate_cost[mb_index];
 524                 float log2_ratio = x264_log2(intra_cost + propagate_cost) - x264_log2(intra_cost);
 525                 /* Allow the constant to be adjusted via qcompress, since the two
 526                  * concepts are very similar. */
 527                 frames[last_nonb]->f_qp_offset[mb_index] -= 5.0 * (1.0 - h->param.rc.f_qcompress) * log2_ratio;
 528             }
 529         }
 530     }
 531 }
 532
 533 static int x264_slicetype_path_cost( x264_t *h, x264_mb_analysis_t *a, x264_frame_t **frames, char *path, int threshold )
 534 {
 535     int loc = 1;
 536     int cost = 0;
 537     int cur_p = 0;
 538     path--; /* Since the 1st path element is really the second frame */
 539     while( path[loc] )
 540     {
 541         int next_p = loc;
 542         int next_b;
 543         /* Find the location of the next P-frame. */
 544         while( path[next_p] && path[next_p] != 'P' )
 545             next_p++;
 546         /* Return if the path doesn't end on a P-frame. */
 547         if( path[next_p] != 'P' )
 548             return cost;
 549
 550         /* Add the cost of the P-frame found above */
 551         cost += x264_slicetype_frame_cost( h, a, frames, cur_p, next_p, next_p, 0 );
 552         /* Early terminate if the cost we have found is larger than the best path cost so far */
 553         if( cost > threshold )
 554             break;
 555
 556         for( next_b = loc; next_b < next_p && cost < threshold; next_b++ )
 557             cost += x264_slicetype_frame_cost( h, a, frames, cur_p, next_p, next_b, 0 );
 558
 559         loc = next_p + 1;
 560         cur_p = next_p;
 561     }
 562     return cost;
 563 }
 564
 565 /* Viterbi/trellis slicetype decision algorithm. */
 566 /* Uses strings due to the fact that the speed of the control functions is
 567    negligable compared to the cost of running slicetype_frame_cost, and because
 568    it makes debugging easier. */
 569 static void x264_slicetype_path( x264_t *h, x264_mb_analysis_t *a, x264_frame_t **frames, int length, int max_bframes, int buffer_size, char (*best_paths)[X264_LOOKAHEAD_MAX] )
 570 {
 571     char paths[X264_BFRAME_MAX+2][X264_LOOKAHEAD_MAX] = {{0}};
 572     int num_paths = X264_MIN(max_bframes+1, length);
 573     int suffix_size, loc, path;
 574     int best_cost = COST_MAX;
 575     int best_path_index = 0;
 576     length = X264_MIN(length,X264_LOOKAHEAD_MAX);
 577
 578     /* Iterate over all currently possible paths and add suffixes to each one */
 579     for( suffix_size = 0; suffix_size < num_paths; suffix_size++ )
 580     {
 581         memcpy( paths[suffix_size], best_paths[length - (suffix_size + 1)], length - (suffix_size + 1) );
 582         for( loc = 0; loc < suffix_size; loc++ )
 583             strcat( paths[suffix_size], "B" );
 584         strcat( paths[suffix_size], "P" );
 585     }
 586
 587     /* Calculate the actual cost of each of the current paths */
 588     for( path = 0; path < num_paths; path++ )
 589     {
 590         int cost = x264_slicetype_path_cost( h, a, frames, paths[path], best_cost );
 591         if( cost < best_cost )
 592         {
 593             best_cost = cost;
 594             best_path_index = path;
 595         }
 596     }
 597
 598     /* Store the best path. */
 599     memcpy( best_paths[length], paths[best_path_index], length );
 600 }
 601
 602 static int scenecut( x264_t *h, x264_mb_analysis_t *a, x264_frame_t **frames, int p0, int p1 )
 603 {
 604     x264_frame_t *frame = frames[p1];
 605     x264_slicetype_frame_cost( h, a, frames, p0, p1, p1, 0 );
 606
 607     int icost = frame->i_cost_est[0][0];
 608     int pcost = frame->i_cost_est[p1-p0][0];
 609     float f_bias;
 610     int i_gop_size = frame->i_frame - h->frames.i_last_idr;
 611     float f_thresh_max = h->param.i_scenecut_threshold / 100.0;
 612     /* magic numbers pulled out of thin air */
 613     float f_thresh_min = f_thresh_max * h->param.i_keyint_min
 614                          / ( h->param.i_keyint_max * 4 );
 615     int res;
 616
 617     if( h->param.i_keyint_min == h->param.i_keyint_max )
 618         f_thresh_min= f_thresh_max;
 619     if( i_gop_size < h->param.i_keyint_min / 4 )
 620         f_bias = f_thresh_min / 4;
 621     else if( i_gop_size <= h->param.i_keyint_min )
 622         f_bias = f_thresh_min * i_gop_size / h->param.i_keyint_min;
 623     else
 624     {
 625         f_bias = f_thresh_min
 626                  + ( f_thresh_max - f_thresh_min )
 627                     * ( i_gop_size - h->param.i_keyint_min )
 628                    / ( h->param.i_keyint_max - h->param.i_keyint_min ) ;
 629     }
 630
 631     res = pcost >= (1.0 - f_bias) * icost;
 632     if( res )
 633     {
 634         int imb = frame->i_intra_mbs[p1-p0];
 635         int pmb = NUM_MBS - imb;
 636         x264_log( h, X264_LOG_DEBUG, "scene cut at %d Icost:%d Pcost:%d ratio:%.4f bias:%.4f gop:%d (imb:%d pmb:%d)\n",
 637                   frame->i_frame,
 638                   icost, pcost, 1. - (double)pcost / icost,
 639                   f_bias, i_gop_size, imb, pmb );
 640     }
 641     return res;
 642 }
 643
 644 static void x264_slicetype_analyse( x264_t *h, int keyframe )
 645 {
 646     x264_mb_analysis_t a;
 647     x264_frame_t *frames[X264_LOOKAHEAD_MAX+3] = { NULL, };
 648     int num_frames;
 649     int keyint_limit;
 650     int i,j;
 651     int i_mb_count = NUM_MBS;
 652     int cost1p0, cost2p0, cost1b1, cost2p1;
 653     int idr_frame_type;
 654
 655     assert( h->frames.b_have_lowres );
 656
 657     if( !h->frames.last_nonb )
 658         return;
 659     frames[0] = h->frames.last_nonb;
 660     for( j = 0; h->frames.next[j] && h->frames.next[j]->i_type == X264_TYPE_AUTO; j++ )
 661         frames[j+1] = h->frames.next[j];
 662     keyint_limit = h->param.i_keyint_max - frames[0]->i_frame + h->frames.i_last_idr - 1;
 663     num_frames = X264_MIN( j, keyint_limit );
 664
 665     if( num_frames == 0 && (!j || !h->param.rc.b_mb_tree) )
 666         return;
 667
 668     x264_lowres_context_init( h, &a );
 669     idr_frame_type = frames[1]->i_frame - h->frames.i_last_idr >= h->param.i_keyint_min ? X264_TYPE_IDR : X264_TYPE_I;
 670
 671     if( num_frames == 1 && !h->param.rc.b_mb_tree )
 672     {
 673         frames[1]->i_type = X264_TYPE_P;
 674         if( h->param.i_scenecut_threshold && scenecut( h, &a, frames, 0, 1 ) )
 675             frames[1]->i_type = idr_frame_type;
 676         return;
 677     }
 678
 679     /* This is important psy-wise: if we have a non-scenecut keyframe,
 680      * there will be significant visual artifacts if the frames just before
 681      * go down in quality due to being referenced less, despite it being
 682      * more RD-optimal. */
 683     if( h->param.analyse.b_psy && h->param.rc.b_mb_tree )
 684         num_frames = j;
 685
 686     char best_paths[X264_LOOKAHEAD_MAX][X264_LOOKAHEAD_MAX] = {"","P"};
 687     int n;
 688     int num_bframes = 0;
 689     int max_bframes = X264_MIN(num_frames-1, h->param.i_bframe);
 690     int num_analysed_frames = num_frames;
 691     int reset_start;
 692     if( h->param.i_scenecut_threshold && scenecut( h, &a, frames, 0, 1 ) )
 693     {
 694         frames[1]->i_type = idr_frame_type;
 695         return;
 696     }
 697
 698     if( h->param.i_bframe )
 699     {
 700         if( h->param.i_bframe_adaptive == X264_B_ADAPT_TRELLIS )
 701         {
 702             /* Perform the frametype analysis. */
 703             for( n = 2; n < num_frames-1; n++ )
 704                 x264_slicetype_path( h, &a, frames, n, max_bframes, num_frames-max_bframes, best_paths );
 705             num_bframes = strspn( best_paths[num_frames-2], "B" );
 706             /* Load the results of the analysis into the frame types. */
 707             for( j = 1; j < num_frames; j++ )
 708                 frames[j]->i_type = best_paths[num_frames-2][j-1] == 'B' ? X264_TYPE_B : X264_TYPE_P;
 709             frames[num_frames]->i_type = X264_TYPE_P;
 710         }
 711         else if( h->param.i_bframe_adaptive == X264_B_ADAPT_FAST )
 712         {
 713             for( i = 0; i < num_frames-(2-!i); )
 714             {
 715                 cost2p1 = x264_slicetype_frame_cost( h, &a, frames, i+0, i+2, i+2, 1 );
 716                 if( frames[i+2]->i_intra_mbs[2] > i_mb_count / 2 )
 717                 {
 718                     frames[i+1]->i_type = X264_TYPE_P;
 719                     frames[i+2]->i_type = X264_TYPE_P;
 720                     i += 2;
 721                     continue;
 722                 }
 723
 724                 cost1b1 = x264_slicetype_frame_cost( h, &a, frames, i+0, i+2, i+1, 0 );
 725                 cost1p0 = x264_slicetype_frame_cost( h, &a, frames, i+0, i+1, i+1, 0 );
 726                 cost2p0 = x264_slicetype_frame_cost( h, &a, frames, i+1, i+2, i+2, 0 );
 727
 728                 if( cost1p0 + cost2p0 < cost1b1 + cost2p1 )
 729                 {
 730                     frames[i+1]->i_type = X264_TYPE_P;
 731                     frames[i+2]->i_type = X264_TYPE_P;
 732                     i += 2;
 733                     continue;
 734                 }
 735
 736                 // arbitrary and untuned
 737                 #define INTER_THRESH 300
 738                 #define P_SENS_BIAS (50 - h->param.i_bframe_bias)
 739                 frames[i+1]->i_type = X264_TYPE_B;
 740                 frames[i+2]->i_type = X264_TYPE_P;
 741
 742                 for( j = i+2; j <= X264_MIN( h->param.i_bframe, num_frames-2 ); j++ )
 743                 {
 744                     int pthresh = X264_MAX(INTER_THRESH - P_SENS_BIAS * (j-i-1), INTER_THRESH/10);
 745                     int pcost = x264_slicetype_frame_cost( h, &a, frames, i+0, j+1, j+1, 1 );
 746
 747                     if( pcost > pthresh*i_mb_count || frames[j+1]->i_intra_mbs[j-i+1] > i_mb_count/3 )
 748                     {
 749                         frames[j]->i_type = X264_TYPE_P;
 750                         break;
 751                     }
 752                     else
 753                         frames[j]->i_type = X264_TYPE_B;
 754                 }
 755                 i = j;
 756             }
 757             frames[i+!i]->i_type = X264_TYPE_P;
 758             num_bframes = 0;
 759             while( num_bframes < num_frames && frames[num_bframes+1]->i_type == X264_TYPE_B )
 760                 num_bframes++;
 761         }
 762         else
 763         {
 764             num_bframes = X264_MIN(num_frames-1, h->param.i_bframe);
 765             for( j = 1; j < num_frames; j++ )
 766                 frames[j]->i_type = (j%(num_bframes+1)) ? X264_TYPE_B : X264_TYPE_P;
 767             frames[num_frames]->i_type = X264_TYPE_P;
 768         }
 769
 770         /* Check scenecut on the first minigop. */
 771         for( j = 1; j < num_bframes+1; j++ )
 772             if( h->param.i_scenecut_threshold && scenecut( h, &a, frames, j, j+1 ) )
 773             {
 774                 frames[j]->i_type = X264_TYPE_P;
 775                 num_analysed_frames = j;
 776                 break;
 777             }
 778
 779         reset_start = keyframe ? 1 : X264_MIN( num_bframes+2, num_analysed_frames+1 );
 780     }
 781     else
 782     {
 783         for( j = 1; j < num_frames; j++ )
 784             frames[j]->i_type = X264_TYPE_P;
 785         reset_start = !keyframe + 1;
 786     }
 787
 788     /* Perform the actual macroblock tree analysis.
 789      * Don't go farther than the lookahead parameter; this helps in short GOPs. */
 790     if( h->param.rc.b_mb_tree )
 791         x264_macroblock_tree( h, &a, frames, X264_MIN(num_analysed_frames, h->param.rc.i_lookahead), keyframe );
 792
 793     /* Enforce keyframe limit. */
 794     if( h->param.i_bframe )
 795         for( j = 0; j <= num_bframes; j++ )
 796             if( j+1 > keyint_limit )
 797             {
 798                 if( j )
 799                     frames[j]->i_type = X264_TYPE_P;
 800                 frames[j+1]->i_type = idr_frame_type;
 801                 reset_start = j+2;
 802                 break;
 803             }
 804
 805     /* Restore frametypes for all frames that haven't actually been decided yet. */
 806     for( j = reset_start; j <= num_frames; j++ )
 807         frames[j]->i_type = X264_TYPE_AUTO;
 808 }
 809
 810 void x264_slicetype_decide( x264_t *h )
 811 {
 812     x264_frame_t *frm;
 813     int bframes;
 814     int i;
 815
 816     if( h->frames.next[0] == NULL )
 817         return;
 818
 819     if( h->param.rc.b_stat_read )
 820     {
 821         /* Use the frame types from the first pass */
 822         for( i = 0; h->frames.next[i] != NULL; i++ )
 823             h->frames.next[i]->i_type =
 824                 x264_ratecontrol_slice_type( h, h->frames.next[i]->i_frame );
 825     }
 826     else if( (h->param.i_bframe && h->param.i_bframe_adaptive)
 827              || h->param.i_scenecut_threshold
 828              || h->param.rc.b_mb_tree )
 829         x264_slicetype_analyse( h, 0 );
 830
 831     for( bframes = 0;; bframes++ )
 832     {
 833         frm = h->frames.next[bframes];
 834
 835         /* Limit GOP size */
 836         if( frm->i_frame - h->frames.i_last_idr >= h->param.i_keyint_max )
 837         {
 838             if( frm->i_type == X264_TYPE_AUTO )
 839                 frm->i_type = X264_TYPE_IDR;
 840             if( frm->i_type != X264_TYPE_IDR )
 841                 x264_log( h, X264_LOG_WARNING, "specified frame type (%d) is not compatible with keyframe interval\n", frm->i_type );
 842         }
 843         if( frm->i_type == X264_TYPE_IDR )
 844         {
 845             /* Close GOP */
 846             if( bframes > 0 )
 847             {
 848                 bframes--;
 849                 h->frames.next[bframes]->i_type = X264_TYPE_P;
 850             }
 851             else
 852             {
 853                 h->i_frame_num = 0;
 854             }
 855         }
 856
 857         if( bframes == h->param.i_bframe
 858             || h->frames.next[bframes+1] == NULL )
 859         {
 860             if( IS_X264_TYPE_B( frm->i_type ) )
 861                 x264_log( h, X264_LOG_WARNING, "specified frame type is not compatible with max B-frames\n" );
 862             if( frm->i_type == X264_TYPE_AUTO
 863                 || IS_X264_TYPE_B( frm->i_type ) )
 864                 frm->i_type = X264_TYPE_P;
 865         }
 866
 867         if( frm->i_type == X264_TYPE_AUTO )
 868             frm->i_type = X264_TYPE_B;
 869
 870         else if( !IS_X264_TYPE_B( frm->i_type ) ) break;
 871     }
 872 }
 873
 874 int x264_rc_analyse_slice( x264_t *h )
 875 {
 876     x264_mb_analysis_t a;
 877     x264_frame_t *frames[X264_LOOKAHEAD_MAX+2] = { NULL, };
 878     int p0=0, p1, b;
 879     int cost;
 880
 881     x264_lowres_context_init( h, &a );
 882
 883     if( IS_X264_TYPE_I(h->fenc->i_type) )
 884     {
 885         p1 = b = 0;
 886         /* For MB-tree, we have to perform propagation analysis on I-frames too. */
 887         if( h->param.rc.b_mb_tree )
 888         {
 889             h->frames.last_nonb = h->fenc;
 890             x264_slicetype_analyse( h, 1 );
 891         }
 892     }
 893     else if( X264_TYPE_P == h->fenc->i_type )
 894     {
 895         p1 = 0;
 896         while( h->frames.current[p1] && IS_X264_TYPE_B( h->frames.current[p1]->i_type ) )
 897             p1++;
 898         p1++;
 899         b = p1;
 900     }
 901     else //B
 902     {
 903         p1 = (h->fref1[0]->i_poc - h->fref0[0]->i_poc)/2;
 904         b  = (h->fref1[0]->i_poc - h->fenc->i_poc)/2;
 905         frames[p1] = h->fref1[0];
 906     }
 907     frames[p0] = h->fref0[0];
 908     frames[b] = h->fenc;
 909
 910     if( h->param.rc.b_mb_tree )
 911         cost = x264_slicetype_frame_cost_recalculate( h, &a, frames, p0, p1, b );
 912     else
 913     {
 914         cost = x264_slicetype_frame_cost( h, &a, frames, p0, p1, b, 0 );
 915
 916         /* In AQ, use the weighted score instead. */
 917         if( h->param.rc.i_aq_mode )
 918             cost = frames[b]->i_cost_est[b-p0][p1-b];
 919     }
 920
 921     h->fenc->i_row_satd = h->fenc->i_row_satds[b-p0][p1-b];
 922     h->fdec->i_row_satd = h->fdec->i_row_satds[b-p0][p1-b];
 923     h->fdec->i_satd = cost;
 924     memcpy( h->fdec->i_row_satd, h->fenc->i_row_satd, h->sps->i_mb_height * sizeof(int) );
 925     return cost;
 926 }