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     int first;
  25
  26     struct
  27     {
  28         int64_t min_buffer, max_buffer;
  29         double avg_preset;
  30         int den;
  31     } stat;
  32 };
  33
  34 void x264_speedcontrol_new( x264_t *h )
  35 {
  36     x264_speedcontrol_t *sc = h->sc = x264_malloc( sizeof(x264_speedcontrol_t) );
  37     x264_emms();
  38     memset( sc, 0, sizeof(x264_speedcontrol_t) );
  39
  40     if( h->param.sc.f_speed <= 0 )
  41         h->param.sc.f_speed = 1;
  42     sc->fps = h->param.i_fps_num / h->param.i_fps_den;
  43     sc->spf = 1e6 / sc->fps;
  44     h->param.sc.i_buffer_size = X264_MAX( 3, h->param.sc.i_buffer_size );
  45     sc->buffer_size = h->param.sc.i_buffer_size * 1e6 / sc->fps;
  46     sc->buffer_fill = sc->buffer_size * h->param.sc.f_buffer_init;
  47     sc->buffer_fill = x264_clip3( sc->buffer_fill, sc->spf, sc->buffer_size );
  48     sc->compensation_period = sc->buffer_size/4;
  49     sc->timestamp = x264_mdate();
  50     sc->preset = -1;
  51     sc->prev_frame = 0;
  52     sc->cplx_num = 3e3; //FIXME estimate initial complexity
  53     sc->cplx_den = .1;
  54     sc->cplx_decay = 1 - 1./h->param.sc.i_buffer_size;
  55     sc->stat.min_buffer = sc->buffer_size;
  56     sc->stat.max_buffer = 0;
  57     sc->user_param = h->param;
  58     sc->first = 1;
  59 }
  60
  61 void x264_speedcontrol_delete( x264_t *h )
  62 {
  63     x264_speedcontrol_t *sc = h->sc;
  64     if( !sc )
  65         return;
  66     x264_log( h, X264_LOG_INFO, "speedcontrol: avg preset=%.3f  buffer min=%.3f max=%.3f\n",
  67               sc->stat.avg_preset / sc->stat.den,
  68               (float)sc->stat.min_buffer / sc->buffer_size,
  69               (float)sc->stat.max_buffer / sc->buffer_size );
  70 //  x264_log( h, X264_LOG_INFO, "speedcontrol: avg cplx=%.5f\n", sc->cplx_num / sc->cplx_den );
  71     x264_free( sc );
  72 }
  73
  74 static int dither( x264_speedcontrol_t *sc, float f )
  75 {
  76     int i = f;
  77     if( f < 0 )
  78         i--;
  79     sc->dither += f - i;
  80     if( sc->dither >= 1. )
  81     {
  82         sc->dither--;
  83         i++;
  84     }
  85     return i;
  86 }
  87
  88 typedef struct
  89 {
  90     float time; // relative encoding time, compared to the other presets
  91     int subme;
  92     int me;
  93     int refs;
  94     int mix;
  95     int trellis;
  96     int partitions;
  97     int chromame;
  98     float psy_rd;
  99     float psy_trellis;
 100 } sc_preset_t;
 101
 102 #define PRESETS 13
 103 static const sc_preset_t presets[PRESETS] =
 104 {
 105 #define I4 X264_ANALYSE_I4x4
 106 #define I8 X264_ANALYSE_I8x8
 107 #define P8 X264_ANALYSE_PSUB16x16
 108 #define B8 X264_ANALYSE_BSUB16x16
 109 /*0*/    { .time=1.060, .subme=1, .me=X264_ME_DIA, .refs=1, .mix=0, .chromame=0, .trellis=0, .partitions=0, .psy_rd=0 },
 110 /*1*/    { .time=1.120, .subme=1, .me=X264_ME_DIA, .refs=1, .mix=0, .chromame=0, .trellis=0, .partitions=I8|I4, .psy_rd=0 },
 111 /*2*/    { .time=1.440, .subme=3, .me=X264_ME_HEX, .refs=1, .mix=0, .chromame=0, .trellis=0, .partitions=I8|I4, .psy_rd=0 },
 112 /*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 },
 113 /*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 },
 114 /*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 },
 115 /*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 },
 116 /*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 },
 117 /*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 },
 118 /*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 },
 119 /*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 },
 120 /*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 },
 121 /*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 }
 122 };
 123
 124 static void apply_preset( x264_t *h, int preset )
 125 {
 126     x264_speedcontrol_t *sc = h->sc;
 127     preset = x264_clip3( preset, 0, PRESETS-1 );
 128     //if( preset != sc->preset )
 129     {
 130         const sc_preset_t *s = &presets[preset];
 131         x264_param_t p = sc->user_param;
 132
 133         p.i_frame_reference = s->refs;
 134         p.analyse.inter = s->partitions;
 135         p.analyse.i_subpel_refine = s->subme;
 136         p.analyse.i_me_method = s->me;
 137         p.analyse.i_trellis = s->trellis;
 138         p.analyse.b_mixed_references = s->mix;
 139         p.analyse.b_chroma_me = s->chromame;
 140         p.analyse.f_psy_rd = s->psy_rd;
 141         p.analyse.f_psy_trellis = s->psy_trellis;
 142         x264_encoder_reconfig( h, &p );
 143         sc->preset = preset;
 144         x264_log( h, X264_LOG_DEBUG, "Applying speedcontrol preset %d.\n", preset );
 145     }
 146 }
 147
 148 void x264_speedcontrol_frame_end( x264_t *h )
 149 {
 150     x264_speedcontrol_t *sc = h->sc;
 151     if( h->param.sc.b_alt_timer )
 152         sc->cpu_time = x264_mdate() - sc->timestamp;
 153 }
 154
 155 void x264_speedcontrol_frame( x264_t *h )
 156 {
 157     x264_speedcontrol_t *sc = h->sc;
 158     int64_t t, delta_t, delta_buffer;
 159     int delta_f;
 160
 161     x264_emms();
 162
 163     // update buffer state after encoding and outputting the previous frame(s)
 164     if( sc->first )
 165     {
 166         t = sc->timestamp = x264_mdate();
 167         sc->first = 0;
 168     }
 169     else
 170         t = x264_mdate();
 171
 172     delta_f = h->i_frame - sc->prev_frame;
 173     delta_t = t - sc->timestamp;
 174     delta_buffer = delta_f * sc->spf / h->param.sc.f_speed - delta_t;
 175     sc->buffer_fill += delta_buffer;
 176     sc->prev_frame = h->i_frame;
 177     sc->timestamp = t;
 178
 179     // update the time predictor
 180     if( delta_f )
 181     {
 182         int cpu_time = h->param.sc.b_alt_timer ? sc->cpu_time : delta_t;
 183         float decay = powf( sc->cplx_decay, delta_f );
 184         sc->cplx_num *= decay;
 185         sc->cplx_den *= decay;
 186         sc->cplx_num += cpu_time / presets[sc->preset].time;
 187         sc->cplx_den += delta_f;
 188
 189         sc->stat.avg_preset += sc->preset * delta_f;
 190         sc->stat.den += delta_f;
 191     }
 192     sc->stat.min_buffer = X264_MIN( sc->buffer_fill, sc->stat.min_buffer );
 193     sc->stat.max_buffer = X264_MAX( sc->buffer_fill, sc->stat.max_buffer );
 194
 195     if( sc->buffer_fill > sc->buffer_size ) // oops, cpu was idle
 196     {
 197         // not really an error, but we'll warn for debugging purposes
 198         static int64_t idle_t = 0, print_interval = 0;
 199         idle_t += sc->buffer_fill - sc->buffer_size;
 200         if( t - print_interval > 1e6 )
 201         {
 202             x264_log( h, X264_LOG_WARNING, "speedcontrol idle (%.6f sec)\n", idle_t/1e6 );
 203             print_interval = t;
 204             idle_t = 0;
 205         }
 206         sc->buffer_fill = sc->buffer_size;
 207     }
 208     else if( sc->buffer_fill < 0 && delta_buffer < 0 ) // oops, we're late
 209     {
 210         // don't clip fullness to 0; we'll hope the real buffer was bigger than
 211         // specified, and maybe we can catch up. if the application had to drop
 212         // frames, then it should override the buffer fullness (FIXME implement this).
 213         x264_log( h, X264_LOG_WARNING, "speedcontrol underflow (%.6f sec)\n", sc->buffer_fill/1e6 );
 214     }
 215
 216     {
 217         // pick the preset that should return the buffer to 3/4-full within a time
 218         // specified by compensation_period
 219         float target = sc->spf / h->param.sc.f_speed
 220                      * (sc->buffer_fill + sc->compensation_period)
 221                      / (sc->buffer_size*3/4 + sc->compensation_period);
 222         float cplx = sc->cplx_num / sc->cplx_den;
 223         float set, t0, t1;
 224         float filled = (float) sc->buffer_fill / sc->buffer_size;
 225         int i;
 226         t0 = presets[0].time * cplx;
 227         for( i=1;; i++ )
 228         {
 229             t1 = presets[i].time * cplx;
 230             if( t1 >= target || i == PRESETS-1 )
 231                 break;
 232             t0 = t1;
 233         }
 234         // linear interpolation between states
 235         set = i-1 + (target - t0) / (t1 - t0);
 236         // Even if our time estimations in the PRESETS array are off
 237         // this will push us towards our target fullness
 238         set += (20 * (filled-0.75));
 239         set = x264_clip3f(set,0,PRESETS-1);
 240         apply_preset( h, dither( sc, set ) );
 241
 242         // FIXME
 243         if (h->param.i_log_level >= X264_LOG_DEBUG)
 244         {
 245             static float cpu, wall, tgt, den;
 246             float decay = 1-1/100.;
 247             cpu = cpu*decay + sc->cpu_time;
 248             wall = wall*decay + delta_t;
 249             tgt = tgt*decay + target;
 250             den = den*decay + 1;
 251             fprintf( stderr, "speed: %.2f %d[%.5f] (t/c/w: %6.0f/%6.0f/%6.0f = %.4f) fps=%.2f\r",
 252                      set, sc->preset, (float)sc->buffer_fill / sc->buffer_size,
 253                      tgt/den, cpu/den, wall/den, cpu/wall, 1e6*den/wall );
 254         }
 255     }
 256
 257 }
 258
 259 void x264_speedcontrol_sync( x264_t *h, float f_buffer_fill, int i_buffer_size )
 260 {
 261     x264_speedcontrol_t *sc = h->sc;
 262     if( !h->param.sc.i_buffer_size )
 263         return;
 264     if( i_buffer_size )
 265         h->param.sc.i_buffer_size = X264_MAX( 3, h->param.sc.i_buffer_size );
 266     sc->buffer_size = h->param.sc.i_buffer_size * 1e6 / sc->fps;
 267     sc->buffer_fill = sc->buffer_size * f_buffer_fill;
 268 }