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

   1 #include <stdio.h>
   2 #include <string.h>
   3 #include <math.h>
   4 #include "common/common.h"
   5 #include "common/cpu.h"
   6
   7 struct x264_speedcontrol_t
   8 {
   9     // all times are in usec
  10     int64_t timestamp;   // when was speedcontrol last invoked
  11     int64_t cpu_time;    // time spent encoding the previous frame
  12     int64_t buffer_size; // assumed application-side buffer of frames to be streamed,
  13     int64_t buffer_fill; //   where full = we don't have to hurry
  14     int64_t compensation_period; // how quickly we try to return to the target buffer fullness
  15     float fps, spf;
  16     int preset;          // which setting was used in the previous frame
  17     int prev_frame;
  18     float cplx_num;      // rolling average of estimated spf for preset #0
  19     float cplx_den;
  20     float cplx_decay;
  21     float dither;
  22     x264_param_t user_param;
  23
  24     struct {
  25         int64_t min_buffer, max_buffer;
  26         double avg_preset;
  27         int den;
  28     } stat;
  29 };
  30
  31 void x264_speedcontrol_new( x264_t *h )
  32 {
  33     x264_speedcontrol_t *sc = h->sc = x264_malloc( sizeof(x264_speedcontrol_t) );
  34     x264_emms();
  35     memset( sc, 0, sizeof(x264_speedcontrol_t) );
  36
  37     if( h->param.sc.f_speed <= 0 )
  38         h->param.sc.f_speed = 1;
  39     sc->fps = h->param.i_fps_num / h->param.i_fps_den;
  40     sc->spf = 1e6 / sc->fps;
  41     h->param.sc.i_buffer_size = X264_MAX( 3, h->param.sc.i_buffer_size );
  42     sc->buffer_size = h->param.sc.i_buffer_size * 1e6 / sc->fps;
  43     sc->buffer_fill = sc->buffer_size * h->param.sc.f_buffer_init;
  44     sc->buffer_fill = x264_clip3( sc->buffer_fill, sc->spf, sc->buffer_size );
  45     sc->compensation_period = sc->buffer_size/4;
  46     sc->timestamp = x264_mdate();
  47     sc->preset = -1;
  48     sc->prev_frame = 0;
  49     sc->cplx_num = 3e3; //FIXME estimate initial complexity
  50     sc->cplx_den = .1;
  51     sc->cplx_decay = 1 - 1./h->param.sc.i_buffer_size;
  52     sc->stat.min_buffer = sc->buffer_size;
  53     sc->stat.max_buffer = 0;
  54     sc->user_param = h->param;
  55 }
  56
  57 void x264_speedcontrol_delete( x264_t *h )
  58 {
  59     x264_speedcontrol_t *sc = h->sc;
  60     if( !sc )
  61         return;
  62     x264_log( h, X264_LOG_INFO, "speedcontrol: avg preset=%.3f  buffer min=%.3f max=%.3f\n",
  63               sc->stat.avg_preset / sc->stat.den,
  64               (float)sc->stat.min_buffer / sc->buffer_size,
  65               (float)sc->stat.max_buffer / sc->buffer_size );
  66 //  x264_log( h, X264_LOG_INFO, "speedcontrol: avg cplx=%.5f\n", sc->cplx_num / sc->cplx_den );
  67     x264_free( sc );
  68 }
  69
  70 static int dither( x264_speedcontrol_t *sc, float f )
  71 {
  72     int i = f;
  73     if( f < 0 )
  74         i--;
  75     sc->dither += f - i;
  76     if( sc->dither >= 1. )
  77     {
  78         sc->dither--;
  79         i++;
  80     }
  81     return i;
  82 }
  83
  84 typedef struct
  85 {
  86     float time; // relative encoding time, compared to the other presets
  87     int subme;
  88     int me;
  89     int refs;
  90     int mix;
  91     int trellis;
  92     int partitions;
  93     int chromame;
  94     float psy_rd;
  95     float psy_trellis;
  96 } sc_preset_t;
  97
  98 #define PRESETS 13
  99 static const sc_preset_t presets[PRESETS] =
 100 {
 101 #define I4 X264_ANALYSE_I4x4
 102 #define I8 X264_ANALYSE_I8x8
 103 #define P8 X264_ANALYSE_PSUB16x16
 104 #define B8 X264_ANALYSE_BSUB16x16
 105 /*0*/    { .time=1.060, .subme=1, .me=X264_ME_DIA, .refs=1, .mix=0, .chromame=0, .trellis=0, .partitions=0, .psy_rd=0 },
 106 /*1*/    { .time=1.120, .subme=1, .me=X264_ME_DIA, .refs=1, .mix=0, .chromame=0, .trellis=0, .partitions=I8|I4, .psy_rd=0 },
 107 /*2*/    { .time=1.440, .subme=3, .me=X264_ME_HEX, .refs=1, .mix=0, .chromame=0, .trellis=0, .partitions=I8|I4, .psy_rd=0 },
 108 /*3*/    { .time=1.620, .subme=5, .me=X264_ME_HEX, .refs=1, .mix=0, .chromame=0, .trellis=0, .partitions=I8|I4, .psy_rd=1.0 },
 109 /*4*/    { .time=2.660, .subme=6, .me=X264_ME_HEX, .refs=1, .mix=0, .chromame=0, .trellis=0, .partitions=I8|I4, .psy_rd=1.0 },
 110 /*5*/    { .time=3.560, .subme=6, .me=X264_ME_HEX, .refs=1, .mix=0, .chromame=0, .trellis=1, .partitions=I8|I4, .psy_rd=1.0 },
 111 /*6*/    { .time=4.640, .subme=6, .me=X264_ME_HEX, .refs=2, .mix=0, .chromame=0, .trellis=1, .partitions=I8|I4, .psy_rd=1.0 },
 112 /*7*/    { .time=5.190, .subme=7, .me=X264_ME_HEX, .refs=2, .mix=0, .chromame=0, .trellis=1, .partitions=I8|I4, .psy_rd=1.0 },
 113 /*8*/    { .time=6.190, .subme=7, .me=X264_ME_HEX, .refs=2, .mix=0, .chromame=0, .trellis=1, .partitions=I8|I4|P8|B8, .psy_rd=1.0 },
 114 /*9*/    { .time=6.920, .subme=7, .me=X264_ME_HEX, .refs=3, .mix=0, .chromame=0, .trellis=1, .partitions=I8|I4|P8|B8, .psy_rd=1.0 },
 115 /*10*/   { .time=7.070, .subme=8, .me=X264_ME_HEX, .refs=3, .mix=0, .chromame=0, .trellis=1, .partitions=I8|I4|P8|B8, .psy_rd=1.0 },
 116 /*11*/   { .time=8.800, .subme=8, .me=X264_ME_UMH, .refs=3, .mix=1, .chromame=1, .trellis=1, .partitions=I8|I4|P8|B8, .psy_rd=1.0 },
 117 /*12*/   { .time=18.570, .subme=8, .me=X264_ME_UMH, .refs=3, .mix=1, .chromame=1, .trellis=2, .partitions=I8|I4|P8|B8, .psy_rd=1.0 }
 118 };
 119
 120 static void apply_preset( x264_t *h, int preset )
 121 {
 122     x264_speedcontrol_t *sc = h->sc;
 123     preset = x264_clip3( preset, 0, PRESETS-1 );
 124     //if( preset != sc->preset )
 125     {
 126         const sc_preset_t *s = &presets[preset];
 127         x264_param_t p = sc->user_param;
 128
 129         p.i_frame_reference = s->refs;
 130         p.analyse.inter = s->partitions;
 131         p.analyse.i_subpel_refine = s->subme;
 132         p.analyse.i_me_method = s->me;
 133         p.analyse.i_trellis = s->trellis;
 134         p.analyse.b_mixed_references = s->mix;
 135         p.analyse.b_chroma_me = s->chromame;
 136         p.analyse.f_psy_rd = s->psy_rd;
 137         p.analyse.f_psy_trellis = s->psy_trellis;
 138         x264_encoder_reconfig( h, &p );
 139         sc->preset = preset;
 140         x264_log( h, X264_LOG_DEBUG, "Applying speedcontrol preset %d.\n", preset );
 141     }
 142 }
 143
 144 void x264_speedcontrol_frame_end( x264_t *h )
 145 {
 146     x264_speedcontrol_t *sc = h->sc;
 147     if( h->param.sc.b_alt_timer )
 148         sc->cpu_time = x264_mdate() - sc->timestamp;
 149 }
 150
 151 void x264_speedcontrol_frame( x264_t *h )
 152 {
 153     x264_speedcontrol_t *sc = h->sc;
 154     int64_t t, delta_t, delta_buffer;
 155     int delta_f;
 156
 157     x264_emms();
 158
 159     // update buffer state after encoding and outputting the previous frame(s)
 160     t = x264_mdate();
 161     delta_f = h->i_frame - sc->prev_frame;
 162     delta_t = t - sc->timestamp;
 163     delta_buffer = delta_f * sc->spf / h->param.sc.f_speed - delta_t;
 164     sc->buffer_fill += delta_buffer;
 165     sc->prev_frame = h->i_frame;
 166     sc->timestamp = t;
 167
 168     // update the time predictor
 169     if( delta_f )
 170     {
 171         int cpu_time = h->param.sc.b_alt_timer ? sc->cpu_time : delta_t;
 172         float decay = powf( sc->cplx_decay, delta_f );
 173         sc->cplx_num *= decay;
 174         sc->cplx_den *= decay;
 175         sc->cplx_num += cpu_time / presets[sc->preset].time;
 176         sc->cplx_den += delta_f;
 177
 178         sc->stat.avg_preset += sc->preset * delta_f;
 179         sc->stat.den += delta_f;
 180     }
 181     sc->stat.min_buffer = X264_MIN( sc->buffer_fill, sc->stat.min_buffer );
 182     sc->stat.max_buffer = X264_MAX( sc->buffer_fill, sc->stat.max_buffer );
 183
 184     if( sc->buffer_fill > sc->buffer_size ) // oops, cpu was idle
 185     {
 186         // not really an error, but we'll warn for debugging purposes
 187         static int64_t idle_t = 0, print_interval = 0;
 188         idle_t += sc->buffer_fill - sc->buffer_size;
 189         if( t - print_interval > 1e6 )
 190         {
 191             x264_log( h, X264_LOG_WARNING, "speedcontrol idle (%.6f sec)\n", idle_t/1e6 );
 192             print_interval = t;
 193             idle_t = 0;
 194         }
 195         sc->buffer_fill = sc->buffer_size;
 196     }
 197     else if( sc->buffer_fill < 0 && delta_buffer < 0 ) // oops, we're late
 198     {
 199         // don't clip fullness to 0; we'll hope the real buffer was bigger than
 200         // specified, and maybe we can catch up. if the application had to drop
 201         // frames, then it should override the buffer fullness (FIXME implement this).
 202         x264_log( h, X264_LOG_WARNING, "speedcontrol underflow (%.6f sec)\n", sc->buffer_fill/1e6 );
 203     }
 204
 205     {
 206         // pick the preset that should return the buffer to 3/4-full within a time
 207         // specified by compensation_period
 208         float target = sc->spf / h->param.sc.f_speed
 209                      * (sc->buffer_fill + sc->compensation_period)
 210                      / (sc->buffer_size*3/4 + sc->compensation_period);
 211         float cplx = sc->cplx_num / sc->cplx_den;
 212         float set, t0, t1;
 213         float filled = (float) sc->buffer_fill / sc->buffer_size;
 214         int i;
 215         t0 = presets[0].time * cplx;
 216         for( i=1;; i++ )
 217         {
 218             t1 = presets[i].time * cplx;
 219             if( t1 >= target || i == PRESETS-1 )
 220                 break;
 221             t0 = t1;
 222         }
 223         // linear interpolation between states
 224         set = i-1 + (target - t0) / (t1 - t0);
 225         // Even if our time estimations in the PRESETS array are off
 226         // this will push us towards our target fullness
 227         set += (20 * (filled-0.75));
 228         set = x264_clip3f(set,0,PRESETS-1);
 229         apply_preset( h, dither( sc, set ) );
 230
 231         // FIXME
 232         if (h->param.i_log_level >= X264_LOG_DEBUG)
 233         {
 234             static float cpu, wall, tgt, den;
 235             float decay = 1-1/100.;
 236             cpu = cpu*decay + sc->cpu_time;
 237             wall = wall*decay + delta_t;
 238             tgt = tgt*decay + target;
 239             den = den*decay + 1;
 240             fprintf( stderr, "speed: %.2f %d[%.5f] (t/c/w: %6.0f/%6.0f/%6.0f = %.4f) fps=%.2f\r",
 241                      set, sc->preset, (float)sc->buffer_fill / sc->buffer_size,
 242                      tgt/den, cpu/den, wall/den, cpu/wall, 1e6*den/wall );
 243         }
 244     }
 245
 246 }
 247
 248 void x264_speedcontrol_sync( x264_t *h, float f_buffer_fill, int i_buffer_size )
 249 {
 250     x264_speedcontrol_t *sc = h->sc;
 251     if( !h->param.sc.i_buffer_size )
 252         return;
 253     if( i_buffer_size )
 254         h->param.sc.i_buffer_size = X264_MAX( 3, h->param.sc.i_buffer_size );
 255     sc->buffer_size = h->param.sc.i_buffer_size * 1e6 / sc->fps;
 256     sc->buffer_fill = sc->buffer_size * f_buffer_fill;
 257 }