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

   1 /*****************************************************************************
   2  * slicetype_decision.c: h264 encoder library
   3  *****************************************************************************
   4  * Copyright (C) 2005 Loren Merritt
   5  *
   6  * Authors: Loren Merritt <lorenm@u.washington.edu>
   7  *
   8  * This program is free software; you can redistribute it and/or modify
   9  * it under the terms of the GNU General Public License as published by
  10  * the Free Software Foundation; either version 2 of the License, or
  11  * (at your option) any later version.
  12  *
  13  * This program is distributed in the hope that it will be useful,
  14  * but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
  15  * MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the
  16  * GNU General Public License for more details.
  17  *
  18  * You should have received a copy of the GNU General Public License
  19  * along with this program; if not, write to the Free Software
  20  * Foundation, Inc., 59 Temple Place - Suite 330, Boston, MA  02111, USA.
  21  *****************************************************************************/
  22
  23 #include <stdlib.h>
  24 #include <string.h>
  25 #include <math.h>
  26 #include <limits.h>
  27
  28 #include "common/common.h"
  29 #include "common/cpu.h"
  30 #include "macroblock.h"
  31 #include "me.h"
  32
  33
  34 static void x264_mb_analyse_load_costs_lowres( x264_t *h, x264_mb_analysis_t *a )
  35 {
  36     static int16_t *p_cost_mv;
  37
  38     if( !p_cost_mv )
  39     {
  40         int i;
  41         x264_cpu_restore( h->param.cpu );
  42         p_cost_mv = x264_malloc( (2*2*h->param.analyse.i_mv_range + 1) * sizeof(int16_t) );
  43         p_cost_mv += 2*h->param.analyse.i_mv_range;
  44         for( i = 0; i <= 2*h->param.analyse.i_mv_range; i++ )
  45             p_cost_mv[-i] =
  46             p_cost_mv[i]  = (int)( a->i_lambda * (1 + 2*log(2*i+1)/log(2)) );
  47     }
  48
  49     a->p_cost_mv = p_cost_mv;
  50 }
  51
  52 static void x264_lowres_context_init( x264_t *h, x264_mb_analysis_t *a )
  53 {
  54     a->i_qp = 12; // arbitrary, but low because SATD scores are 1/4 normal
  55     a->i_lambda = i_qp0_cost_table[ a->i_qp ];
  56     x264_mb_analyse_load_costs_lowres( h, a );
  57     h->mb.i_me_method = X264_MIN( X264_ME_HEX, h->param.analyse.i_me_method ); // maybe dia?
  58     h->mb.i_subpel_refine = 4; // 3 should be enough, but not tweaking for speed now
  59     h->mb.b_chroma_me = 0;
  60
  61     h->mb.mv_min_fpel[0] =
  62     h->mb.mv_min_fpel[1] = -16;
  63     h->mb.mv_max_fpel[0] =
  64     h->mb.mv_max_fpel[1] = 16;
  65     h->mb.mv_min[0] =
  66     h->mb.mv_min[1] = -4*32;
  67     h->mb.mv_max[0] =
  68     h->mb.mv_max[1] = 4*32;
  69 }
  70
  71 int x264_slicetype_mb_cost( x264_t *h, x264_mb_analysis_t *a,
  72                             x264_frame_t **frames, int p0, int p1, int b,
  73                             int dist_scale_factor )
  74 {
  75     x264_frame_t *fref0 = frames[p0];
  76     x264_frame_t *fref1 = frames[p1];
  77     x264_frame_t *fenc  = frames[b];
  78     const int b_bidir = (b < p1);
  79     const int i_mb_x = h->mb.i_mb_x;
  80     const int i_mb_y = h->mb.i_mb_y;
  81     const int i_mb_stride = h->sps->i_mb_width;
  82     const int i_mb_xy = i_mb_x + i_mb_y * i_mb_stride;
  83     const int i_stride = fenc->i_stride_lowres;
  84     const int i_pel_offset = 8 * ( i_mb_x + i_mb_y * i_stride );
  85
  86     uint8_t pix1[9*9], pix2[8*8];
  87     x264_me_t m[2];
  88     int mvc[4][2], i_mvc;
  89     int i_bcost = COST_MAX;
  90     int i_cost_bak;
  91     int l, i;
  92
  93     if( !p0 && !p1 && !b )
  94         goto lowres_intra_mb;
  95
  96 #define LOAD_HPELS_LUMA(dst, src) \
  97     { \
  98         (dst)[0] = &(src)[0][i_pel_offset]; \
  99         (dst)[1] = &(src)[1][i_pel_offset]; \
 100         (dst)[2] = &(src)[2][i_pel_offset]; \
 101         (dst)[3] = &(src)[3][i_pel_offset]; \
 102     }
 103 #define SAVE_MVS( mv0, mv1 ) \
 104     { \
 105         fenc->mv[0][i_mb_xy][0] = mv0[0]; \
 106         fenc->mv[0][i_mb_xy][1] = mv0[1]; \
 107         if( b_bidir ) \
 108         { \
 109             fenc->mv[1][i_mb_xy][0] = mv1[0]; \
 110             fenc->mv[1][i_mb_xy][1] = mv1[1]; \
 111         } \
 112     }
 113 #define TRY_BIDIR( mv0, mv1, penalty ) \
 114     { \
 115         int stride2 = 8; \
 116         uint8_t *src2; \
 117         int i_cost; \
 118         h->mc.mc_luma( m[0].p_fref, m[0].i_stride[0], pix1, 8, \
 119                        (mv0)[0], (mv0)[1], 8, 8 ); \
 120         src2 = h->mc.get_ref( m[1].p_fref, m[1].i_stride[0], pix2, &stride2, \
 121                        (mv1)[0], (mv1)[1], 8, 8 ); \
 122         h->mc.avg[PIXEL_8x8]( pix1, 8, src2, stride2 ); \
 123         i_cost = penalty + h->pixf.mbcmp[PIXEL_8x8]( \
 124                            m[0].p_fenc[0], m[0].i_stride[0], pix1, 8 ); \
 125         if( i_bcost > i_cost ) \
 126         { \
 127             i_bcost = i_cost; \
 128             SAVE_MVS( mv0, mv1 ); \
 129         } \
 130     }
 131
 132     m[0].i_pixel = PIXEL_8x8;
 133     m[0].p_cost_mv = a->p_cost_mv;
 134     m[0].i_stride[0] = i_stride;
 135     m[0].p_fenc[0] = &fenc->lowres[0][ i_pel_offset ];
 136     LOAD_HPELS_LUMA( m[0].p_fref, fref0->lowres );
 137
 138     if( b_bidir )
 139     {
 140         int16_t *mvr = fref1->mv[0][i_mb_xy];
 141         int dmv[2][2];
 142         int mv0[2] = {0,0};
 143
 144         m[1] = m[0];
 145         LOAD_HPELS_LUMA( m[1].p_fref, fref1->lowres );
 146
 147         dmv[0][0] = ( mvr[0] * dist_scale_factor + 128 ) >> 8;
 148         dmv[0][1] = ( mvr[1] * dist_scale_factor + 128 ) >> 8;
 149         dmv[1][0] = dmv[0][0] - mvr[0];
 150         dmv[1][1] = dmv[0][1] - mvr[1];
 151
 152         TRY_BIDIR( dmv[0], dmv[1], 0 );
 153         TRY_BIDIR( mv0, mv0, 0 );
 154 //      if( i_bcost < 60 ) // arbitrary threshold
 155 //          return i_bcost;
 156     }
 157
 158     i_cost_bak = i_bcost;
 159     for( l = 0; l < 1 + b_bidir; l++ )
 160     {
 161         int16_t (*fenc_mv)[2] = &fenc->mv[0][i_mb_xy];
 162         mvc[0][0] = fenc_mv[-1][0];
 163         mvc[0][1] = fenc_mv[-1][1];
 164         mvc[1][0] = fenc_mv[-i_mb_stride][0];
 165         mvc[1][1] = fenc_mv[-i_mb_stride][1];
 166         mvc[2][0] = fenc_mv[-i_mb_stride+1][0];
 167         mvc[2][1] = fenc_mv[-i_mb_stride+1][1];
 168         mvc[3][0] = fenc_mv[-i_mb_stride-1][0];
 169         mvc[3][1] = fenc_mv[-i_mb_stride-1][1];
 170         m[l].mvp[0] = x264_median( mvc[0][0], mvc[1][0], mvc[2][0] );
 171         m[l].mvp[1] = x264_median( mvc[0][1], mvc[1][1], mvc[2][1] );
 172         i_mvc = 4;
 173
 174         x264_me_search( h, &m[l], mvc, i_mvc );
 175
 176         i_bcost = X264_MIN( i_bcost, m[l].cost + 3 );
 177     }
 178
 179     if( b_bidir )
 180         TRY_BIDIR( m[0].mv, m[1].mv, 5 );
 181
 182     if( i_bcost < i_cost_bak )
 183         SAVE_MVS( m[0].mv, m[1].mv );
 184
 185 lowres_intra_mb:
 186     {
 187         uint8_t *src = &fenc->lowres[0][ i_pel_offset - i_stride - 1 ];
 188         int intra_penalty = 5 + 10 * b_bidir;
 189         i_cost_bak = i_bcost;
 190
 191         memcpy( pix1, src, 9 );
 192         for( i=1; i<9; i++, src += i_stride )
 193             pix1[i*9] = src[0];
 194         src = &fenc->lowres[0][ i_pel_offset ];
 195
 196         for( i = I_PRED_CHROMA_DC; i <= I_PRED_CHROMA_P; i++ )
 197         {
 198             int i_cost;
 199             h->predict_8x8c[i]( &pix1[10], 9 );
 200             i_cost = h->pixf.mbcmp[PIXEL_8x8]( &pix1[10], 9, src, i_stride ) + intra_penalty;
 201             i_bcost = X264_MIN( i_bcost, i_cost );
 202         }
 203         if( i_bcost != i_cost_bak )
 204         {
 205             if( !b_bidir )
 206                 fenc->i_intra_mbs[b-p0]++;
 207             if( p1 > p0+1 )
 208                 i_bcost = i_bcost * 9 / 8; // arbitray penalty for I-blocks in and after B-frames
 209         }
 210     }
 211
 212     return i_bcost;
 213 }
 214 #undef TRY_BIDIR
 215 #undef SAVE_MVS
 216
 217 int x264_slicetype_frame_cost( x264_t *h, x264_mb_analysis_t *a,
 218                                x264_frame_t **frames, int p0, int p1, int b )
 219 {
 220     int i_score = 0;
 221     int dist_scale_factor = 128;
 222
 223     /* Check whether we already evaluated this frame
 224      * If we have tried this frame as P, then we have also tried
 225      * the preceding frames as B. (is this still true?) */
 226     if( frames[b]->i_cost_est[b-p0][p1-b] >= 0 )
 227         return frames[b]->i_cost_est[b-p0][p1-b];
 228
 229     /* Init MVs so that we don't have to check edge conditions when loading predictors. */
 230     /* FIXME: not needed every time */
 231     memset( frames[p1]->mv[0], 0, h->sps->i_mb_height * h->sps->i_mb_width * 2*sizeof(int) );
 232     if( b != p1 )
 233         memset( frames[p1]->mv[1], 0, h->sps->i_mb_height * h->sps->i_mb_width * 2*sizeof(int) );
 234
 235     if( b == p1 )
 236         frames[b]->i_intra_mbs[b-p0] = 0;
 237     if( p1 != p0 )
 238         dist_scale_factor = ( ((b-p0) << 8) + ((p1-p0) >> 1) ) / (p1-p0);
 239
 240     /* Skip the outermost ring of macroblocks, to simplify mv range and intra prediction. */
 241     for( h->mb.i_mb_y = 1; h->mb.i_mb_y < h->sps->i_mb_height - 1; h->mb.i_mb_y++ )
 242         for( h->mb.i_mb_x = 1; h->mb.i_mb_x < h->sps->i_mb_width - 1; h->mb.i_mb_x++ )
 243             i_score += x264_slicetype_mb_cost( h, a, frames, p0, p1, b, dist_scale_factor );
 244
 245     if( b != p1 )
 246         i_score = i_score * 100 / (120 + h->param.i_bframe_bias);
 247
 248     frames[b]->i_cost_est[b-p0][p1-b] = i_score;
 249 //  fprintf( stderr, "frm %d %c(%d,%d): %6d I:%d  \n", frames[b]->i_frame,
 250 //           (p1==0?'I':b<p1?'B':'P'), b-p0, p1-b, i_score, frames[b]->i_intra_mbs[b-p0] );
 251     x264_cpu_restore( h->param.cpu );
 252     return i_score;
 253 }
 254
 255 void x264_slicetype_analyse( x264_t *h )
 256 {
 257     x264_mb_analysis_t a;
 258     x264_frame_t *frames[X264_BFRAME_MAX+3] = { NULL, };
 259     int num_frames;
 260     int keyint_limit;
 261     int j;
 262     int i_mb_count = (h->sps->i_mb_width - 2) * (h->sps->i_mb_height - 2);
 263     int cost1p0, cost2p0, cost1b1, cost2p1;
 264
 265     if( !h->frames.last_nonb )
 266         return;
 267     frames[0] = h->frames.last_nonb;
 268     for( j = 0; h->frames.next[j]; j++ )
 269         frames[j+1] = h->frames.next[j];
 270     keyint_limit = h->param.i_keyint_max - frames[0]->i_frame + h->frames.i_last_idr - 1;
 271     num_frames = X264_MIN( j, keyint_limit );
 272     if( num_frames == 0 )
 273         return;
 274     if( num_frames == 1 )
 275     {
 276 no_b_frames:
 277         frames[1]->i_type = X264_TYPE_P;
 278         return;
 279     }
 280
 281     x264_lowres_context_init( h, &a );
 282
 283     cost2p1 = x264_slicetype_frame_cost( h, &a, frames, 0, 2, 2 );
 284     if( frames[2]->i_intra_mbs[2] > i_mb_count / 2 )
 285         goto no_b_frames;
 286
 287     cost2p0 = x264_slicetype_frame_cost( h, &a, frames, 1, 2, 2 );
 288     cost1p0 = x264_slicetype_frame_cost( h, &a, frames, 0, 1, 1 );
 289     cost1b1 = x264_slicetype_frame_cost( h, &a, frames, 0, 2, 1 );
 290 //  fprintf( stderr, "PP: %d + %d <=> BP: %d + %d \n",
 291 //           cost1p0, cost2p0, cost1b1, cost2p1 );
 292     if( cost1p0 + cost2p0 < cost1b1 + cost2p1 )
 293         goto no_b_frames;
 294
 295 // arbitrary and untuned
 296 #define INTER_THRESH 300
 297 #define P_SENS_BIAS (50 - h->param.i_bframe_bias)
 298     frames[1]->i_type = X264_TYPE_B;
 299
 300     for( j = 2; j <= X264_MIN( h->param.i_bframe, num_frames-1 ); j++ )
 301     {
 302         int pthresh = X264_MAX(INTER_THRESH - P_SENS_BIAS * (j-1), INTER_THRESH/10);
 303         int pcost = x264_slicetype_frame_cost( h, &a, frames, 0, j+1, j+1 );
 304 //      fprintf( stderr, "frm%d+%d: %d <=> %d, I:%d/%d \n",
 305 //               frames[0]->i_frame, j-1, pthresh, pcost/i_mb_count,
 306 //               frames[j+1]->i_intra_mbs[j+1], i_mb_count );
 307         if( pcost > pthresh*i_mb_count || frames[j+1]->i_intra_mbs[j+1] > i_mb_count/3 )
 308         {
 309             frames[j]->i_type = X264_TYPE_P;
 310             break;
 311         }
 312         else
 313             frames[j]->i_type = X264_TYPE_B;
 314     }
 315 }
 316
 317 void x264_slicetype_decide( x264_t *h )
 318 {
 319     x264_frame_t *frm;
 320     int bframes;
 321     int i;
 322
 323     if( h->frames.next[0] == NULL )
 324         return;
 325
 326     if( h->param.rc.b_stat_read )
 327     {
 328         /* Use the frame types from the first pass */
 329         for( i = 0; h->frames.next[i] != NULL; i++ )
 330             h->frames.next[i]->i_type =
 331                 x264_ratecontrol_slice_type( h, h->frames.next[i]->i_frame );
 332     }
 333     else if( h->param.i_bframe && h->param.b_bframe_adaptive )
 334         x264_slicetype_analyse( h );
 335
 336     for( bframes = 0;; bframes++ )
 337     {
 338         frm = h->frames.next[bframes];
 339
 340         /* Limit GOP size */
 341         if( frm->i_frame - h->frames.i_last_idr >= h->param.i_keyint_max )
 342         {
 343             if( frm->i_type == X264_TYPE_AUTO )
 344                 frm->i_type = X264_TYPE_IDR;
 345             if( frm->i_type != X264_TYPE_IDR )
 346                 x264_log( h, X264_LOG_ERROR, "specified frame type (%d) is not compatible with keyframe interval\n", frm->i_type );
 347         }
 348         if( frm->i_type == X264_TYPE_IDR )
 349         {
 350             /* Close GOP */
 351             if( bframes > 0 )
 352             {
 353                 bframes--;
 354                 h->frames.next[bframes]->i_type = X264_TYPE_P;
 355             }
 356             else
 357             {
 358                 h->i_frame_num = 0;
 359             }
 360         }
 361
 362         if( bframes == h->param.i_bframe
 363             || h->frames.next[bframes+1] == NULL )
 364         {
 365             if( IS_X264_TYPE_B( frm->i_type ) )
 366                 x264_log( h, X264_LOG_ERROR, "specified frame type is not compatible with max B-frames\n" );
 367             if( frm->i_type == X264_TYPE_AUTO
 368                 || IS_X264_TYPE_B( frm->i_type ) )
 369                 frm->i_type = X264_TYPE_P;
 370         }
 371
 372         if( frm->i_type != X264_TYPE_AUTO && frm->i_type != X264_TYPE_B && frm->i_type != X264_TYPE_BREF )
 373             break;
 374
 375         frm->i_type = X264_TYPE_B;
 376     }
 377 }
 378
 379 int x264_rc_analyse_slice( x264_t *h )
 380 {
 381     int p1 = 0;
 382     x264_mb_analysis_t a;
 383     x264_frame_t *frames[X264_BFRAME_MAX+2] = { NULL, };
 384
 385     if( IS_X264_TYPE_I(h->fenc->i_type) )
 386         return x264_slicetype_frame_cost( h, &a, &h->fenc, 0, 0, 0 );
 387
 388     while( h->frames.current[p1] && IS_X264_TYPE_B( h->frames.current[p1]->i_type ) )
 389         p1++;
 390     p1++;
 391     if( h->fenc->i_cost_est[p1][0] >= 0 )
 392         return h->fenc->i_cost_est[p1][0];
 393
 394     frames[0] = h->fref0[0];
 395     frames[p1] = h->fenc;
 396     x264_lowres_context_init( h, &a );
 397
 398     return x264_slicetype_frame_cost( h, &a, frames, 0, p1, p1 );
 399 }