]> git.sesse.net Git - x264/blobdiff - encoder/me.c
SSIM computation. (default on, disable by --no-ssim)
[x264] / encoder / me.c
index d343b2ac2cdfcb5d39ccc7e71daed5586de8447f..e0e8e24d7620d49130a273980b3b5ebbe3b676b8 100644 (file)
@@ -22,7 +22,6 @@
  * Foundation, Inc., 59 Temple Place - Suite 330, Boston, MA  02111, USA.
  *****************************************************************************/
 
-#include <stdlib.h>
 #include <stdio.h>
 #include <string.h>
 
 static const int subpel_iterations[][4] = 
    {{1,0,0,0},
     {1,1,0,0},
-    {1,2,0,0},
+    {0,1,1,0},
     {0,2,1,0},
     {0,2,1,1},
-    {0,2,1,2}};
+    {0,2,1,2},
+    {0,0,2,2},
+    {0,0,2,2}};
 
-static void refine_subpel( x264_t *h, x264_me_t *m, int hpel_iters, int qpel_iters );
+static void refine_subpel( x264_t *h, x264_me_t *m, int hpel_iters, int qpel_iters, int *p_halfpel_thresh, int b_refine_qpel );
 
-#define COST_MV( mx, my ) \
+#define BITS_MVD( mx, my )\
+    (p_cost_mvx[(mx)<<2] + p_cost_mvy[(my)<<2])
+
+#define COST_MV( mx, my )\
+{\
+    int cost = h->pixf.sad[i_pixel]( m->p_fenc[0], FENC_STRIDE,\
+                   &p_fref[(my)*m->i_stride[0]+(mx)], m->i_stride[0] )\
+             + BITS_MVD(mx,my);\
+    COPY3_IF_LT( bcost, cost, bmx, mx, bmy, my );\
+}
+
+#define COST_MV_PRED( mx, my ) \
 { \
-    int cost = h->pixf.sad[i_pixel]( m->p_fenc[0], m->i_stride[0],     \
-                   &p_fref[(my)*m->i_stride[0]+(mx)], m->i_stride[0] ) \
-             + p_cost_mvx[ (mx)<<2 ]  \
-             + p_cost_mvy[ (my)<<2 ]; \
-    if( cost < bcost ) \
-    {                  \
-        bcost = cost;  \
-        bmx = mx;      \
-        bmy = my;      \
-    } \
+    int stride = 16; \
+    uint8_t *src = h->mc.get_ref( m->p_fref, m->i_stride[0], pix, &stride, mx, my, bw, bh ); \
+    int cost = h->pixf.sad[i_pixel]( m->p_fenc[0], FENC_STRIDE, src, stride ) \
+             + p_cost_mvx[ mx ] + p_cost_mvy[ my ]; \
+    COPY3_IF_LT( bpred_cost, cost, bpred_mx, mx, bpred_my, my ); \
+}
+
+#define COST_MV_X3_DIR( m0x, m0y, m1x, m1y, m2x, m2y, costs )\
+{\
+    uint8_t *pix_base = p_fref + bmx + bmy*m->i_stride[0];\
+    h->pixf.sad_x3[i_pixel]( m->p_fenc[0],\
+        pix_base + (m0x) + (m0y)*m->i_stride[0],\
+        pix_base + (m1x) + (m1y)*m->i_stride[0],\
+        pix_base + (m2x) + (m2y)*m->i_stride[0],\
+        m->i_stride[0], costs );\
+    (costs)[0] += BITS_MVD( bmx+(m0x), bmy+(m0y) );\
+    (costs)[1] += BITS_MVD( bmx+(m1x), bmy+(m1y) );\
+    (costs)[2] += BITS_MVD( bmx+(m2x), bmy+(m2y) );\
+}
+
+#define COST_MV_X4( m0x, m0y, m1x, m1y, m2x, m2y, m3x, m3y )\
+{\
+    uint8_t *pix_base = p_fref + omx + omy*m->i_stride[0];\
+    h->pixf.sad_x4[i_pixel]( m->p_fenc[0],\
+        pix_base + (m0x) + (m0y)*m->i_stride[0],\
+        pix_base + (m1x) + (m1y)*m->i_stride[0],\
+        pix_base + (m2x) + (m2y)*m->i_stride[0],\
+        pix_base + (m3x) + (m3y)*m->i_stride[0],\
+        m->i_stride[0], costs );\
+    costs[0] += BITS_MVD( omx+(m0x), omy+(m0y) );\
+    costs[1] += BITS_MVD( omx+(m1x), omy+(m1y) );\
+    costs[2] += BITS_MVD( omx+(m2x), omy+(m2y) );\
+    costs[3] += BITS_MVD( omx+(m3x), omy+(m3y) );\
+    COPY3_IF_LT( bcost, costs[0], bmx, omx+(m0x), bmy, omy+(m0y) );\
+    COPY3_IF_LT( bcost, costs[1], bmx, omx+(m1x), bmy, omy+(m1y) );\
+    COPY3_IF_LT( bcost, costs[2], bmx, omx+(m2x), bmy, omy+(m2y) );\
+    COPY3_IF_LT( bcost, costs[3], bmx, omx+(m3x), bmy, omy+(m3y) );\
+}
+
+#define COST_MV_X4_ABS( m0x, m0y, m1x, m1y, m2x, m2y, m3x, m3y )\
+{\
+    h->pixf.sad_x4[i_pixel]( m->p_fenc[0],\
+        p_fref + (m0x) + (m0y)*m->i_stride[0],\
+        p_fref + (m1x) + (m1y)*m->i_stride[0],\
+        p_fref + (m2x) + (m2y)*m->i_stride[0],\
+        p_fref + (m3x) + (m3y)*m->i_stride[0],\
+        m->i_stride[0], costs );\
+    costs[0] += BITS_MVD( m0x, m0y );\
+    costs[1] += BITS_MVD( m1x, m1y );\
+    costs[2] += BITS_MVD( m2x, m2y );\
+    costs[3] += BITS_MVD( m3x, m3y );\
+    COPY3_IF_LT( bcost, costs[0], bmx, m0x, bmy, m0y );\
+    COPY3_IF_LT( bcost, costs[1], bmx, m1x, bmy, m1y );\
+    COPY3_IF_LT( bcost, costs[2], bmx, m2x, bmy, m2y );\
+    COPY3_IF_LT( bcost, costs[3], bmx, m3x, bmy, m3y );\
+}
+
+/*  1  */
+/* 101 */
+/*  1  */
+#define DIA1_ITER( mx, my )\
+{\
+    omx = mx; omy = my;\
+    COST_MV_X4( 0,-1, 0,1, -1,0, 1,0 );\
 }
 
-void x264_me_search_ref( x264_t *h, x264_me_t *m, int (*mvc)[2], int i_mvc, int *p_fullpel_thresh )
+#define CROSS( start, x_max, y_max )\
+{\
+    i = start;\
+    if( x_max <= X264_MIN(mv_x_max-omx, omx-mv_x_min) )\
+        for( ; i < x_max-2; i+=4 )\
+            COST_MV_X4( i,0, -i,0, i+2,0, -i-2,0 );\
+    for( ; i < x_max; i+=2 )\
+    {\
+        if( omx+i <= mv_x_max )\
+            COST_MV( omx+i, omy );\
+        if( omx-i >= mv_x_min )\
+            COST_MV( omx-i, omy );\
+    }\
+    i = start;\
+    if( y_max <= X264_MIN(mv_y_max-omy, omy-mv_y_min) )\
+        for( ; i < y_max-2; i+=4 )\
+            COST_MV_X4( 0,i, 0,-i, 0,i+2, 0,-i-2 );\
+    for( ; i < y_max; i+=2 )\
+    {\
+        if( omy+i <= mv_y_max )\
+            COST_MV( omx, omy+i );\
+        if( omy-i >= mv_y_min )\
+            COST_MV( omx, omy-i );\
+    }\
+}
+
+void x264_me_search_ref( x264_t *h, x264_me_t *m, int (*mvc)[2], int i_mvc, int *p_halfpel_thresh )
 {
+    const int bw = x264_pixel_size[m->i_pixel].w;
+    const int bh = x264_pixel_size[m->i_pixel].h;
     const int i_pixel = m->i_pixel;
-    const int b_chroma_me = h->mb.b_chroma_me && i_pixel <= PIXEL_8x8;
+    int i_me_range = h->param.analyse.i_me_range;
     int bmx, bmy, bcost;
-    int omx, omy;
+    int bpred_mx = 0, bpred_my = 0, bpred_cost = COST_MAX;
+    int omx, omy, pmx, pmy;
     uint8_t *p_fref = m->p_fref[0];
-    int i_iter;
+    DECLARE_ALIGNED( uint8_t, pix[16*16], 16 );
+    
+    int i, j;
+    int dir;
+    int costs[6];
 
-    const int mv_x_min = h->mb.mv_min_fpel[0];
-    const int mv_y_min = h->mb.mv_min_fpel[1];
-    const int mv_x_max = h->mb.mv_max_fpel[0];
-    const int mv_y_max = h->mb.mv_max_fpel[1];
+    int mv_x_min = h->mb.mv_min_fpel[0];
+    int mv_y_min = h->mb.mv_min_fpel[1];
+    int mv_x_max = h->mb.mv_max_fpel[0];
+    int mv_y_max = h->mb.mv_max_fpel[1];
 
     const int16_t *p_cost_mvx = m->p_cost_mv - m->mvp[0];
     const int16_t *p_cost_mvy = m->p_cost_mv - m->mvp[1];
 
+    if( h->mb.i_me_method == X264_ME_UMH )
+    {
+        /* clamp mvp to inside frame+padding, so that we don't have to check it each iteration */
+        p_cost_mvx = m->p_cost_mv - x264_clip3( m->mvp[0], h->mb.mv_min_spel[0], h->mb.mv_max_spel[0] );
+        p_cost_mvy = m->p_cost_mv - x264_clip3( m->mvp[1], h->mb.mv_min_spel[1], h->mb.mv_max_spel[1] );
+    }
 
-    /* init with mvp */
-    /* XXX: We don't need to clamp because the way diamond work, we will
-     * never go outside padded picture, and predict mv won't compute vector
-     * with componant magnitude greater.
-     * XXX: if some vector can go outside, (accelerator, ....) you need to clip
-     * them yourself */
-    bmx = x264_clip3( ( m->mvp[0] + 2 ) >> 2, mv_x_min, mv_x_max );
-    bmy = x264_clip3( ( m->mvp[1] + 2 ) >> 2, mv_y_min, mv_y_max );
+    bmx = x264_clip3( m->mvp[0], mv_x_min*4, mv_x_max*4 );
+    bmy = x264_clip3( m->mvp[1], mv_y_min*4, mv_y_max*4 );
+    pmx = ( bmx + 2 ) >> 2;
+    pmy = ( bmy + 2 ) >> 2;
     bcost = COST_MAX;
-    COST_MV( bmx, bmy );
-    /* I don't know why this helps */
-    bcost -= p_cost_mvx[ bmx<<2 ] + p_cost_mvy[ bmy<<2 ];
 
     /* try extra predictors if provided */
-    for( i_iter = 0; i_iter < i_mvc; i_iter++ )
+    if( h->mb.i_subpel_refine >= 3 )
     {
-        const int mx = x264_clip3( ( mvc[i_iter][0] + 2 ) >> 2, mv_x_min, mv_x_max );
-        const int my = x264_clip3( ( mvc[i_iter][1] + 2 ) >> 2, mv_y_min, mv_y_max );
-        if( mx != bmx || my != bmy )
-            COST_MV( mx, my );
+        COST_MV_PRED( bmx, bmy );
+        for( i = 0; i < i_mvc; i++ )
+        {
+             const int mx = x264_clip3( mvc[i][0], mv_x_min*4, mv_x_max*4 );
+             const int my = x264_clip3( mvc[i][1], mv_y_min*4, mv_y_max*4 );
+             if( mx != bpred_mx || my != bpred_my )
+                 COST_MV_PRED( mx, my );
+        }
+        bmx = ( bpred_mx + 2 ) >> 2;
+        bmy = ( bpred_my + 2 ) >> 2;
+        COST_MV( bmx, bmy );
+    }
+    else
+    {
+        /* check the MVP */
+        COST_MV( pmx, pmy );
+        /* I don't know why this helps */
+        bcost -= BITS_MVD(bmx,bmy);
+        
+        for( i = 0; i < i_mvc; i++ )
+        {
+             const int mx = x264_clip3( ( mvc[i][0] + 2 ) >> 2, mv_x_min, mv_x_max );
+             const int my = x264_clip3( ( mvc[i][1] + 2 ) >> 2, mv_y_min, mv_y_max );
+             if( mx != bmx || my != bmy )
+                 COST_MV( mx, my );
+        }
     }
     
     COST_MV( 0, 0 );
 
-    if( h->mb.i_subpel_refine >= 2 )
+    mv_x_max += 8;
+    mv_y_max += 8;
+    mv_x_min -= 8;
+    mv_y_min -= 8;
+
+    switch( h->mb.i_me_method )
     {
-        /* hexagon search */
-        /* Don't need to test mv_range each time, we won't go outside picture+padding */
-        omx = bmx;
-        omy = bmy;
-        for( i_iter = 0; i_iter < 8; i_iter++ )
+    case X264_ME_DIA:
+        /* diamond search, radius 1 */
+        for( i = 0; i < i_me_range; i++ )
+        {
+            DIA1_ITER( bmx, bmy );
+            if( bmx == omx && bmy == omy )
+                break;
+        }
+        break;
+
+    case X264_ME_HEX:
+me_hex2:
+        /* hexagon search, radius 2 */
+#if 0
+        for( i = 0; i < i_me_range/2; i++ )
         {
+            omx = bmx; omy = bmy;
             COST_MV( omx-2, omy   );
             COST_MV( omx-1, omy+2 );
             COST_MV( omx+1, omy+2 );
             COST_MV( omx+2, omy   );
             COST_MV( omx+1, omy-2 );
             COST_MV( omx-1, omy-2 );
-
             if( bmx == omx && bmy == omy )
                 break;
-            omx = bmx;
-            omy = bmy;
         }
-    
+#else
+        /* equivalent to the above, but eliminates duplicate candidates */
+        dir = -2;
+
+        /* hexagon */
+        COST_MV_X3_DIR( -2,0, -1, 2,  1, 2, costs   );
+        COST_MV_X3_DIR(  2,0,  1,-2, -1,-2, costs+3 );
+        COPY2_IF_LT( bcost, costs[0], dir, 0 );
+        COPY2_IF_LT( bcost, costs[1], dir, 1 );
+        COPY2_IF_LT( bcost, costs[2], dir, 2 );
+        COPY2_IF_LT( bcost, costs[3], dir, 3 );
+        COPY2_IF_LT( bcost, costs[4], dir, 4 );
+        COPY2_IF_LT( bcost, costs[5], dir, 5 );
+
+        if( dir != -2 )
+        {
+            static const int hex2[8][2] = {{-1,-2}, {-2,0}, {-1,2}, {1,2}, {2,0}, {1,-2}, {-1,-2}, {-2,0}};
+            bmx += hex2[dir+1][0];
+            bmy += hex2[dir+1][1];
+            /* half hexagon, not overlapping the previous iteration */
+            for( i = 1; i < i_me_range/2; i++ )
+            {
+                static const int mod6[8] = {5,0,1,2,3,4,5,0};
+                const int odir = mod6[dir+1];
+                COST_MV_X3_DIR( hex2[odir+0][0], hex2[odir+0][1],
+                                hex2[odir+1][0], hex2[odir+1][1],
+                                hex2[odir+2][0], hex2[odir+2][1],
+                                costs );
+                dir = -2;
+                COPY2_IF_LT( bcost, costs[0], dir, odir-1 );
+                COPY2_IF_LT( bcost, costs[1], dir, odir   );
+                COPY2_IF_LT( bcost, costs[2], dir, odir+1 );
+                if( dir == -2 )
+                    break;
+                bmx += hex2[dir+1][0];
+                bmy += hex2[dir+1][1];
+            }
+        }
+#endif
         /* square refine */
-        COST_MV( omx-1, omy-1 );
-        COST_MV( omx-1, omy   );
-        COST_MV( omx-1, omy+1 );
-        COST_MV( omx  , omy-1 );
-        COST_MV( omx  , omy+1 );
-        COST_MV( omx+1, omy-1 );
-        COST_MV( omx+1, omy   );
-        COST_MV( omx+1, omy+1 );
-    }
-    else
-    {
-        /* diamond search */
-        for( i_iter = 0; i_iter < 16; i_iter++ )
+        omx = bmx; omy = bmy;
+        COST_MV_X4(  0,-1,  0,1, -1,0, 1,0 );
+        COST_MV_X4( -1,-1, -1,1, 1,-1, 1,1 );
+        break;
+
+    case X264_ME_UMH:
         {
-            omx = bmx;
-            omy = bmy;
-            COST_MV( omx  , omy-1 );
-            COST_MV( omx  , omy+1 );
-            COST_MV( omx-1, omy   );
-            COST_MV( omx+1, omy   );
-            if( bmx == omx && bmy == omy )
-                break;
+            /* Uneven-cross Multi-Hexagon-grid Search
+             * as in JM, except with different early termination */
+
+            static const int x264_pixel_size_shift[7] = { 0, 1, 1, 2, 3, 3, 4 };
+
+            int ucost1, ucost2;
+            int cross_start = 1;
+
+            /* refine predictors */
+            ucost1 = bcost;
+            DIA1_ITER( pmx, pmy );
+            if( pmx || pmy )
+                DIA1_ITER( 0, 0 );
+
+            if(i_pixel == PIXEL_4x4)
+                goto me_hex2;
+
+            ucost2 = bcost;
+            if( (bmx || bmy) && (bmx!=pmx || bmy!=pmy) )
+                DIA1_ITER( bmx, bmy );
+            if( bcost == ucost2 )
+                cross_start = 3;
+            omx = bmx; omy = bmy;
+
+            /* early termination */
+#define SAD_THRESH(v) ( bcost < ( v >> x264_pixel_size_shift[i_pixel] ) )
+            if( bcost == ucost2 && SAD_THRESH(2000) )
+            {
+                COST_MV_X4( 0,-2, -1,-1, 1,-1, -2,0 );
+                COST_MV_X4( 2, 0, -1, 1, 1, 1,  0,2 );
+                if( bcost == ucost1 && SAD_THRESH(500) )
+                    break;
+                if( bcost == ucost2 )
+                {
+                    int range = (i_me_range>>1) | 1;
+                    CROSS( 3, range, range );
+                    COST_MV_X4( -1,-2, 1,-2, -2,-1, 2,-1 );
+                    COST_MV_X4( -2, 1, 2, 1, -1, 2, 1, 2 );
+                    if( bcost == ucost2 )
+                        break;
+                    cross_start = range + 2;
+                }
+            }
+
+            /* adaptive search range */
+            if( i_mvc )
+            {
+                /* range multipliers based on casual inspection of some statistics of
+                 * average distance between current predictor and final mv found by ESA.
+                 * these have not been tuned much by actual encoding. */
+                static const int range_mul[4][4] =
+                {
+                    { 3, 3, 4, 4 },
+                    { 3, 4, 4, 4 },
+                    { 4, 4, 4, 5 },
+                    { 4, 4, 5, 6 },
+                };
+                int mvd;
+                int sad_ctx, mvd_ctx;
+
+                if( i_mvc == 1 )
+                {
+                    if( i_pixel == PIXEL_16x16 )
+                        /* mvc is probably the same as mvp, so the difference isn't meaningful.
+                         * but prediction usually isn't too bad, so just use medium range */
+                        mvd = 25;
+                    else
+                        mvd = abs( m->mvp[0] - mvc[0][0] )
+                            + abs( m->mvp[1] - mvc[0][1] );
+                }
+                else
+                {
+                    /* calculate the degree of agreement between predictors. */
+                    /* in 16x16, mvc includes all the neighbors used to make mvp,
+                     * so don't count mvp separately. */
+                    int i_denom = i_mvc - 1;
+                    mvd = 0;
+                    if( i_pixel != PIXEL_16x16 )
+                    {
+                        mvd = abs( m->mvp[0] - mvc[0][0] )
+                            + abs( m->mvp[1] - mvc[0][1] );
+                        i_denom++;
+                    }
+                    for( i = 0; i < i_mvc-1; i++ )
+                        mvd += abs( mvc[i][0] - mvc[i+1][0] )
+                             + abs( mvc[i][1] - mvc[i+1][1] );
+                    mvd /= i_denom; //FIXME idiv
+                }
+
+                sad_ctx = SAD_THRESH(1000) ? 0
+                        : SAD_THRESH(2000) ? 1
+                        : SAD_THRESH(4000) ? 2 : 3;
+                mvd_ctx = mvd < 10 ? 0
+                        : mvd < 20 ? 1
+                        : mvd < 40 ? 2 : 3;
+
+                i_me_range = i_me_range * range_mul[mvd_ctx][sad_ctx] / 4;
+            }
+
+            /* FIXME if the above DIA2/OCT2/CROSS found a new mv, it has not updated omx/omy.
+             * we are still centered on the same place as the DIA2. is this desirable? */
+            CROSS( cross_start, i_me_range, i_me_range/2 );
+
+            /* 5x5 ESA */
+            omx = bmx; omy = bmy;
+            if( bcost != ucost2 )
+                COST_MV_X4(  1, 0,  0, 1, -1, 0,  0,-1 );
+            COST_MV_X4(  1, 1, -1, 1, -1,-1,  1,-1 );
+            COST_MV_X4(  2,-1,  2, 0,  2, 1,  2, 2 );
+            COST_MV_X4(  1, 2,  0, 2, -1, 2, -2, 2 );
+            COST_MV_X4( -2, 1, -2, 0, -2,-1, -2,-2 );
+            COST_MV_X4( -1,-2,  0,-2,  1,-2,  2,-2 );
+
+            /* hexagon grid */
+            omx = bmx; omy = bmy;
+            for( i = 1; i <= i_me_range/4; i++ )
+            {
+                static const int hex4[16][2] = {
+                    {-4, 2}, {-4, 1}, {-4, 0}, {-4,-1}, {-4,-2},
+                    { 4,-2}, { 4,-1}, { 4, 0}, { 4, 1}, { 4, 2},
+                    { 2, 3}, { 0, 4}, {-2, 3},
+                    {-2,-3}, { 0,-4}, { 2,-3},
+                };
+
+                if( 4*i > X264_MIN4( mv_x_max-omx, omx-mv_x_min,
+                                     mv_y_max-omy, omy-mv_y_min ) )
+                {
+                    for( j = 0; j < 16; j++ )
+                    {
+                        int mx = omx + hex4[j][0]*i;
+                        int my = omy + hex4[j][1]*i;
+                        if(    mx >= mv_x_min && mx <= mv_x_max
+                            && my >= mv_y_min && my <= mv_y_max )
+                            COST_MV( mx, my );
+                    }
+                }
+                else
+                {
+                    COST_MV_X4( -4*i, 2*i, -4*i, 1*i, -4*i, 0*i, -4*i,-1*i );
+                    COST_MV_X4( -4*i,-2*i,  4*i,-2*i,  4*i,-1*i,  4*i, 0*i );
+                    COST_MV_X4(  4*i, 1*i,  4*i, 2*i,  2*i, 3*i,  0*i, 4*i );
+                    COST_MV_X4( -2*i, 3*i, -2*i,-3*i,  0*i,-4*i,  2*i,-3*i );
+                }
+            }
+            goto me_hex2;
         }
+
+    case X264_ME_ESA:
+        {
+            const int min_x = X264_MAX( bmx - i_me_range, mv_x_min);
+            const int min_y = X264_MAX( bmy - i_me_range, mv_y_min);
+            const int max_x = X264_MIN( bmx + i_me_range, mv_x_max);
+            const int max_y = X264_MIN( bmy + i_me_range, mv_y_max);
+            int mx, my;
+#if 0
+            /* plain old exhaustive search */
+            for( my = min_y; my <= max_y; my++ )
+                for( mx = min_x; mx <= max_x; mx++ )
+                    COST_MV( mx, my );
+#else
+            /* successive elimination by comparing DC before a full SAD,
+             * because sum(abs(diff)) >= abs(diff(sum)). */
+            const int stride = m->i_stride[0];
+            const int dw = x264_pixel_size[i_pixel].w;
+            const int dh = x264_pixel_size[i_pixel].h * stride;
+            static uint8_t zero[16*16] = {0,};
+            const int enc_dc = h->pixf.sad[i_pixel]( m->p_fenc[0], FENC_STRIDE, zero, 16 );
+            const uint16_t *integral_base = &m->integral[ -1 - 1*stride ];
+
+            for( my = min_y; my <= max_y; my++ )
+            {
+                int mvs[3], i_mvs=0;
+                for( mx = min_x; mx <= max_x; mx++ )
+                {
+                    const uint16_t *integral = &integral_base[ mx + my * stride ];
+                    const uint16_t ref_dc = integral[  0 ] + integral[ dh + dw ]
+                                          - integral[ dw ] - integral[ dh ];
+                    const int bsad = bcost - BITS_MVD(mx,my);
+                    if( abs( ref_dc - enc_dc ) < bsad )
+                    {
+                        if( i_mvs == 3 )
+                        {
+                            COST_MV_X4_ABS( mvs[0],my, mvs[1],my, mvs[2],my, mx,my );
+                            i_mvs = 0;
+                        }
+                        else
+                            mvs[i_mvs++] = mx;
+                    }
+                }
+                for( i=0; i<i_mvs; i++ )
+                    COST_MV( mvs[i], my );
+            }
+#endif
+        }
+        break;
     }
 
     /* -> qpel mv */
-    m->mv[0] = bmx << 2;
-    m->mv[1] = bmy << 2;
-
-    /* compute the real cost */
-    m->cost_mv = p_cost_mvx[ m->mv[0] ] + p_cost_mvy[ m->mv[1] ];
-    m->cost = h->pixf.satd[i_pixel]( m->p_fenc[0], m->i_stride[0],
-                    &p_fref[bmy * m->i_stride[0] + bmx], m->i_stride[0] )
-            + m->cost_mv;
-    if( b_chroma_me )
+    if( bpred_cost < bcost )
+    {
+        m->mv[0] = bpred_mx;
+        m->mv[1] = bpred_my;
+        m->cost = bpred_cost;
+    }
+    else
     {
-        const int bw = x264_pixel_size[m->i_pixel].w;
-        const int bh = x264_pixel_size[m->i_pixel].h;
-        DECLARE_ALIGNED( uint8_t, pix[8*8*2], 16 );
-        h->mc.mc_chroma( m->p_fref[4], m->i_stride[1], pix, 8, m->mv[0], m->mv[1], bw/2, bh/2 );
-        h->mc.mc_chroma( m->p_fref[5], m->i_stride[1], pix+8*8, 8, m->mv[0], m->mv[1], bw/2, bh/2 );
-        m->cost += h->pixf.satd[i_pixel+3]( m->p_fenc[1], m->i_stride[1], pix, 8 )
-                 + h->pixf.satd[i_pixel+3]( m->p_fenc[2], m->i_stride[1], pix+8*8, 8 );
+        m->mv[0] = bmx << 2;
+        m->mv[1] = bmy << 2;
+        m->cost = bcost;
     }
 
+    /* compute the real cost */
+    m->cost_mv = p_cost_mvx[ m->mv[0] ] + p_cost_mvy[ m->mv[1] ];
+    if( bmx == pmx && bmy == pmy && h->mb.i_subpel_refine < 3 )
+        m->cost += m->cost_mv;
+    
     /* subpel refine */
-    if( h->mb.i_subpel_refine >= 3 )
+    if( h->mb.i_subpel_refine >= 2 )
     {
-        int hpel, qpel;
-
-        /* early termination (when examining multiple reference frames)
-         * FIXME: this can update fullpel_thresh even if the match
-         *        ref is rejected after subpel refinement */
-        if( p_fullpel_thresh )
-        {
-            if( (m->cost*7)>>3 > *p_fullpel_thresh )
-                return;
-            else if( m->cost < *p_fullpel_thresh )
-                *p_fullpel_thresh = m->cost;
-        }
-
-        hpel = subpel_iterations[h->mb.i_subpel_refine][2];
-        qpel = subpel_iterations[h->mb.i_subpel_refine][3];
-        refine_subpel( h, m, hpel, qpel );
+        int hpel = subpel_iterations[h->mb.i_subpel_refine][2];
+        int qpel = subpel_iterations[h->mb.i_subpel_refine][3];
+        refine_subpel( h, m, hpel, qpel, p_halfpel_thresh, 0 );
     }
 }
 #undef COST_MV
@@ -193,34 +529,49 @@ void x264_me_refine_qpel( x264_t *h, x264_me_t *m )
 {
     int hpel = subpel_iterations[h->mb.i_subpel_refine][0];
     int qpel = subpel_iterations[h->mb.i_subpel_refine][1];
-//  if( hpel || qpel )
-       refine_subpel( h, m, hpel, qpel );
+
+    if( m->i_pixel <= PIXEL_8x8 && h->sh.i_type == SLICE_TYPE_P )
+        m->cost -= m->i_ref_cost;
+       
+    refine_subpel( h, m, hpel, qpel, NULL, 1 );
 }
 
-#define COST_MV( mx, my, dir ) \
+#define COST_MV_SAD( mx, my ) \
 { \
     int stride = 16; \
-    uint8_t *src = h->mc.get_ref( m->p_fref, m->i_stride[0], pix, &stride, mx, my, bw, bh ); \
-    int cost = h->pixf.satd[i_pixel]( m->p_fenc[0], m->i_stride[0], src, stride ) \
+    uint8_t *src = h->mc.get_ref( m->p_fref, m->i_stride[0], pix[0], &stride, mx, my, bw, bh ); \
+    int cost = h->pixf.sad[i_pixel]( m->p_fenc[0], FENC_STRIDE, src, stride ) \
+             + p_cost_mvx[ mx ] + p_cost_mvy[ my ]; \
+    COPY3_IF_LT( bcost, cost, bmx, mx, bmy, my ); \
+}
+
+#define COST_MV_SATD( mx, my, dir ) \
+if( b_refine_qpel || (dir^1) != odir ) \
+{ \
+    int stride = 16; \
+    uint8_t *src = h->mc.get_ref( m->p_fref, m->i_stride[0], pix[0], &stride, mx, my, bw, bh ); \
+    int cost = h->pixf.mbcmp[i_pixel]( m->p_fenc[0], FENC_STRIDE, src, stride ) \
              + p_cost_mvx[ mx ] + p_cost_mvy[ my ]; \
     if( b_chroma_me && cost < bcost ) \
     { \
-        h->mc.mc_chroma( m->p_fref[4], m->i_stride[1], pix, 8, mx, my, bw/2, bh/2 ); \
-        cost += h->pixf.satd[i_pixel+3]( m->p_fenc[1], m->i_stride[1], pix, 8 ); \
+        h->mc.mc_chroma( m->p_fref[4], m->i_stride[1], pix[0], 8, mx, my, bw/2, bh/2 ); \
+        cost += h->pixf.mbcmp[i_pixel+3]( m->p_fenc[1], FENC_STRIDE, pix[0], 8 ); \
         if( cost < bcost ) \
         { \
-            h->mc.mc_chroma( m->p_fref[5], m->i_stride[1], pix, 8, mx, my, bw/2, bh/2 ); \
-            cost += h->pixf.satd[i_pixel+3]( m->p_fenc[2], m->i_stride[1], pix, 8 ); \
+            h->mc.mc_chroma( m->p_fref[5], m->i_stride[1], pix[0], 8, mx, my, bw/2, bh/2 ); \
+            cost += h->pixf.mbcmp[i_pixel+3]( m->p_fenc[2], FENC_STRIDE, pix[0], 8 ); \
         } \
     } \
     if( cost < bcost ) \
     {                  \
         bcost = cost;  \
+        bmx = mx;      \
+        bmy = my;      \
         bdir = dir;    \
     } \
 }
 
-static void refine_subpel( x264_t *h, x264_me_t *m, int hpel_iters, int qpel_iters )
+static void refine_subpel( x264_t *h, x264_me_t *m, int hpel_iters, int qpel_iters, int *p_halfpel_thresh, int b_refine_qpel )
 {
     const int bw = x264_pixel_size[m->i_pixel].w;
     const int bh = x264_pixel_size[m->i_pixel].h;
@@ -229,37 +580,327 @@ static void refine_subpel( x264_t *h, x264_me_t *m, int hpel_iters, int qpel_ite
     const int i_pixel = m->i_pixel;
     const int b_chroma_me = h->mb.b_chroma_me && i_pixel <= PIXEL_8x8;
 
-    DECLARE_ALIGNED( uint8_t, pix[16*16], 16 );
-    int step, i;
+    DECLARE_ALIGNED( uint8_t, pix[4][16*16], 16 );
+    int omx, omy;
+    int i;
 
     int bmx = m->mv[0];
     int bmy = m->mv[1];
+    int bcost = m->cost;
+    int odir = -1, bdir;
 
-    for( step = 2; step >= 1; step-- )
+
+    /* try the subpel component of the predicted mv */
+    if( hpel_iters && h->mb.i_subpel_refine < 3 )
+    {
+        int mx = x264_clip3( m->mvp[0], h->mb.mv_min_spel[0], h->mb.mv_max_spel[0] );
+        int my = x264_clip3( m->mvp[1], h->mb.mv_min_spel[1], h->mb.mv_max_spel[1] );
+        if( mx != bmx || my != bmy )
+            COST_MV_SAD( mx, my );
+    }
+
+    /* halfpel diamond search */
+    for( i = hpel_iters; i > 0; i-- )
     {
-       for( i = step>1 ? hpel_iters : qpel_iters; i > 0; i-- )
+        int omx = bmx, omy = bmy;
+        int costs[4];
+        int stride = 16; // candidates are either all hpel or all qpel, so one stride is enough
+        uint8_t *src0, *src1, *src2, *src3;
+        src0 = h->mc.get_ref( m->p_fref, m->i_stride[0], pix[0], &stride, omx, omy-2, bw, bh );
+        src2 = h->mc.get_ref( m->p_fref, m->i_stride[0], pix[2], &stride, omx-2, omy, bw, bh );
+        if( (omx|omy)&1 )
         {
-            int bcost = COST_MAX;
-            int bdir = 0;
-            COST_MV( bmx, bmy - step, 0 );
-            COST_MV( bmx, bmy + step, 1 );
-            COST_MV( bmx - step, bmy, 2 );
-            COST_MV( bmx + step, bmy, 3 );
-    
-            if( bcost < m->cost )
-            {
-                m->cost = bcost;
-                if( bdir == 0 )      bmy -= step;
-                else if( bdir == 1 ) bmy += step;
-                else if( bdir == 2 ) bmx -= step;
-                else if( bdir == 3 ) bmx += step;
-            }
-            else break;
-       }
+            src1 = h->mc.get_ref( m->p_fref, m->i_stride[0], pix[1], &stride, omx, omy+2, bw, bh );
+            src3 = h->mc.get_ref( m->p_fref, m->i_stride[0], pix[3], &stride, omx+2, omy, bw, bh );
+        }
+        else
+        {
+            src1 = src0 + stride;
+            src3 = src2 + 1;
+        }
+        h->pixf.sad_x4[i_pixel]( m->p_fenc[0], src0, src1, src2, src3, stride, costs );
+        COPY2_IF_LT( bcost, costs[0] + p_cost_mvx[omx  ] + p_cost_mvy[omy-2], bmy, omy-2 );
+        COPY2_IF_LT( bcost, costs[1] + p_cost_mvx[omx  ] + p_cost_mvy[omy+2], bmy, omy+2 );
+        COPY3_IF_LT( bcost, costs[2] + p_cost_mvx[omx-2] + p_cost_mvy[omy  ], bmx, omx-2, bmy, omy );
+        COPY3_IF_LT( bcost, costs[3] + p_cost_mvx[omx+2] + p_cost_mvy[omy  ], bmx, omx+2, bmy, omy );
+        if( bmx == omx && bmy == omy )
+            break;
+    }
+
+    if( !b_refine_qpel )
+    {
+        bcost = COST_MAX;
+        COST_MV_SATD( bmx, bmy, -1 );
+    }
+
+    /* early termination when examining multiple reference frames */
+    if( p_halfpel_thresh )
+    {
+        if( (bcost*7)>>3 > *p_halfpel_thresh )
+        {
+            m->cost = bcost;
+            m->mv[0] = bmx;
+            m->mv[1] = bmy;
+            // don't need cost_mv
+            return;
+        }
+        else if( bcost < *p_halfpel_thresh )
+            *p_halfpel_thresh = bcost;
     }
 
+    /* quarterpel diamond search */
+    bdir = -1;
+    for( i = qpel_iters; i > 0; i-- )
+    {
+        odir = bdir;
+        omx = bmx;
+        omy = bmy;
+        COST_MV_SATD( omx, omy - 1, 0 );
+        COST_MV_SATD( omx, omy + 1, 1 );
+        COST_MV_SATD( omx - 1, omy, 2 );
+        COST_MV_SATD( omx + 1, omy, 3 );
+        if( bmx == omx && bmy == omy )
+            break;
+    }
+
+    m->cost = bcost;
     m->mv[0] = bmx;
     m->mv[1] = bmy;
     m->cost_mv = p_cost_mvx[ bmx ] + p_cost_mvy[ bmy ];
 }
 
+#define BIME_CACHE( dx, dy ) \
+{ \
+    int i = 4 + 3*dx + dy; \
+    h->mc.mc_luma( m0->p_fref, m0->i_stride[0], pix0[i], bw, om0x+dx, om0y+dy, bw, bh ); \
+    h->mc.mc_luma( m1->p_fref, m1->i_stride[0], pix1[i], bw, om1x+dx, om1y+dy, bw, bh ); \
+}
+
+#define BIME_CACHE2(a,b) \
+    BIME_CACHE(a,b) \
+    BIME_CACHE(-(a),-(b))
+
+#define COST_BIMV_SATD( m0x, m0y, m1x, m1y ) \
+if( pass == 0 || !visited[(m0x)&7][(m0y)&7][(m1x)&7][(m1y)&7] ) \
+{ \
+    int cost; \
+    int i0 = 4 + 3*(m0x-om0x) + (m0y-om0y); \
+    int i1 = 4 + 3*(m1x-om1x) + (m1y-om1y); \
+    visited[(m0x)&7][(m0y)&7][(m1x)&7][(m1y)&7] = 1; \
+    memcpy( pix, pix0[i0], bs ); \
+    if( i_weight == 32 ) \
+        h->mc.avg[i_pixel]( pix, bw, pix1[i1], bw ); \
+    else \
+        h->mc.avg_weight[i_pixel]( pix, bw, pix1[i1], bw, i_weight ); \
+    cost = h->pixf.mbcmp[i_pixel]( m0->p_fenc[0], FENC_STRIDE, pix, bw ) \
+         + p_cost_m0x[ m0x ] + p_cost_m0y[ m0y ] \
+         + p_cost_m1x[ m1x ] + p_cost_m1y[ m1y ]; \
+    if( cost < bcost ) \
+    {                  \
+        bcost = cost;  \
+        bm0x = m0x;    \
+        bm0y = m0y;    \
+        bm1x = m1x;    \
+        bm1y = m1y;    \
+    } \
+}
+
+#define CHECK_BIDIR(a,b,c,d) \
+    COST_BIMV_SATD(om0x+a, om0y+b, om1x+c, om1y+d)
+
+#define CHECK_BIDIR2(a,b,c,d) \
+    CHECK_BIDIR(a,b,c,d) \
+    CHECK_BIDIR(-(a),-(b),-(c),-(d))
+
+#define CHECK_BIDIR8(a,b,c,d) \
+    CHECK_BIDIR2(a,b,c,d) \
+    CHECK_BIDIR2(b,c,d,a) \
+    CHECK_BIDIR2(c,d,a,b) \
+    CHECK_BIDIR2(d,a,b,c)
+
+int x264_me_refine_bidir( x264_t *h, x264_me_t *m0, x264_me_t *m1, int i_weight )
+{
+    const int i_pixel = m0->i_pixel;
+    const int bw = x264_pixel_size[i_pixel].w;
+    const int bh = x264_pixel_size[i_pixel].h;
+    const int bs = bw*bh;
+    const int16_t *p_cost_m0x = m0->p_cost_mv - x264_clip3( m0->mvp[0], h->mb.mv_min_spel[0], h->mb.mv_max_spel[0] );
+    const int16_t *p_cost_m0y = m0->p_cost_mv - x264_clip3( m0->mvp[1], h->mb.mv_min_spel[0], h->mb.mv_max_spel[0] );
+    const int16_t *p_cost_m1x = m1->p_cost_mv - x264_clip3( m1->mvp[0], h->mb.mv_min_spel[0], h->mb.mv_max_spel[0] );
+    const int16_t *p_cost_m1y = m1->p_cost_mv - x264_clip3( m1->mvp[1], h->mb.mv_min_spel[0], h->mb.mv_max_spel[0] );
+    DECLARE_ALIGNED( uint8_t, pix0[9][16*16], 16 );
+    DECLARE_ALIGNED( uint8_t, pix1[9][16*16], 16 );
+    DECLARE_ALIGNED( uint8_t, pix[16*16], 16 );
+    int bm0x = m0->mv[0], om0x = bm0x;
+    int bm0y = m0->mv[1], om0y = bm0y;
+    int bm1x = m1->mv[0], om1x = bm1x;
+    int bm1y = m1->mv[1], om1y = bm1y;
+    int bcost = COST_MAX;
+    int pass = 0;
+    uint8_t visited[8][8][8][8];
+    memset( visited, 0, sizeof(visited) );
+
+    BIME_CACHE( 0, 0 );
+    CHECK_BIDIR( 0, 0, 0, 0 );
+
+    for( pass = 0; pass < 8; pass++ )
+    {
+        /* check all mv pairs that differ in at most 2 components from the current mvs. */
+        /* doesn't do chroma ME. this probably doesn't matter, as the gains
+         * from bidir ME are the same with and without chroma ME. */
+
+        BIME_CACHE2( 1, 0 );
+        BIME_CACHE2( 0, 1 );
+        BIME_CACHE2( 1, 1 );
+        BIME_CACHE2( 1,-1 );
+
+        CHECK_BIDIR8( 0, 0, 0, 1 );
+        CHECK_BIDIR8( 0, 0, 1, 1 );
+        CHECK_BIDIR2( 0, 1, 0, 1 );
+        CHECK_BIDIR2( 1, 0, 1, 0 );
+        CHECK_BIDIR8( 0, 0,-1, 1 );
+        CHECK_BIDIR2( 0,-1, 0, 1 );
+        CHECK_BIDIR2(-1, 0, 1, 0 );
+
+        if( om0x == bm0x && om0y == bm0y && om1x == bm1x && om1y == bm1y )
+            break;
+
+        om0x = bm0x;
+        om0y = bm0y;
+        om1x = bm1x;
+        om1y = bm1y;
+        BIME_CACHE( 0, 0 );
+    }
+
+    m0->mv[0] = bm0x;
+    m0->mv[1] = bm0y;
+    m1->mv[0] = bm1x;
+    m1->mv[1] = bm1y;
+    return bcost;
+}
+
+#undef COST_MV_SATD
+#define COST_MV_SATD( mx, my, dst ) \
+{ \
+    int stride = 16; \
+    uint8_t *src = h->mc.get_ref( m->p_fref, m->i_stride[0], pix, &stride, mx, my, bw*4, bh*4 ); \
+    dst = h->pixf.mbcmp[i_pixel]( m->p_fenc[0], FENC_STRIDE, src, stride ) \
+        + p_cost_mvx[mx] + p_cost_mvy[my]; \
+    COPY1_IF_LT( bsatd, dst ); \
+}
+
+#define COST_MV_RD( mx, my, satd, dir ) \
+{ \
+    if( satd <= bsatd * SATD_THRESH \
+        && (dir^1) != odir \
+        && (dir<0 || !p_visited[(mx)+(my)*16]) ) \
+    { \
+        int cost; \
+        cache_mv[0] = cache_mv2[0] = mx; \
+        cache_mv[1] = cache_mv2[1] = my; \
+        cost = x264_rd_cost_part( h, i_lambda2, i8, m->i_pixel ); \
+        COPY3_IF_LT( bcost, cost, bmx, mx, bmy, my ); \
+        if(dir>=0) p_visited[(mx)+(my)*16] = 1; \
+    } \
+}
+
+#define SATD_THRESH 17/16
+
+void x264_me_refine_qpel_rd( x264_t *h, x264_me_t *m, int i_lambda2, int i8 )
+{
+    // don't have to fill the whole mv cache rectangle
+    static const int pixel_mv_offs[] = { 0, 4, 4*8, 0 };
+    int16_t *cache_mv = h->mb.cache.mv[0][x264_scan8[i8*4]];
+    int16_t *cache_mv2 = cache_mv + pixel_mv_offs[m->i_pixel];
+    const int16_t *p_cost_mvx, *p_cost_mvy;
+    const int bw = x264_pixel_size[m->i_pixel].w>>2;
+    const int bh = x264_pixel_size[m->i_pixel].h>>2;
+    const int i_pixel = m->i_pixel;
+
+    DECLARE_ALIGNED( uint8_t, pix[16*16], 16 );
+    int bcost = m->i_pixel == PIXEL_16x16 ? m->cost : COST_MAX;
+    int bmx = m->mv[0];
+    int bmy = m->mv[1];
+    int pmx, pmy, omx, omy, i;
+    int odir = -1, bdir;
+    unsigned bsatd, satds[4];
+
+    int visited[16*13] = {0}; // only need 13x13, but 16 is more convenient
+    int *p_visited = &visited[6+6*16];
+
+    if( m->i_pixel != PIXEL_16x16 && i8 != 0 )
+        x264_mb_predict_mv( h, 0, i8*4, bw, m->mvp );
+    pmx = m->mvp[0];
+    pmy = m->mvp[1];
+    p_cost_mvx = m->p_cost_mv - pmx;
+    p_cost_mvy = m->p_cost_mv - pmy;
+    COST_MV_SATD( bmx, bmy, bsatd );
+    if( m->i_pixel != PIXEL_16x16 )
+        COST_MV_RD( bmx, bmy, 0, -1 );
+
+    /* check the predicted mv */
+    if( (bmx != pmx || bmy != pmy)
+        && pmx >= h->mb.mv_min_spel[0] && pmx <= h->mb.mv_max_spel[0]
+        && pmy >= h->mb.mv_min_spel[1] && pmy <= h->mb.mv_max_spel[1] )
+    {
+        int satd;
+        COST_MV_SATD( pmx, pmy, satd );
+        COST_MV_RD( pmx, pmy, satd, -1 );
+    }
+
+    /* mark mv and mvp as visited */
+    p_visited[0] = 1;
+    p_visited -= bmx + bmy*16;
+    {
+        int mx = bmx ^ m->mv[0] ^ pmx;
+        int my = bmy ^ m->mv[1] ^ pmy;
+        if( abs(mx-bmx) < 7 && abs(my-bmy) < 7 )
+            p_visited[mx + my*16] = 1;
+    }
+
+    /* hpel diamond */
+    bdir = -1;
+    for( i = 0; i < 2; i++ )
+    {
+         omx = bmx;
+         omy = bmy;
+         odir = bdir;
+         COST_MV_SATD( omx, omy - 2, satds[0] );
+         COST_MV_SATD( omx, omy + 2, satds[1] );
+         COST_MV_SATD( omx - 2, omy, satds[2] );
+         COST_MV_SATD( omx + 2, omy, satds[3] );
+         COST_MV_RD( omx, omy - 2, satds[0], 0 );
+         COST_MV_RD( omx, omy + 2, satds[1], 1 );
+         COST_MV_RD( omx - 2, omy, satds[2], 2 );
+         COST_MV_RD( omx + 2, omy, satds[3], 3 );
+         if( bmx == omx && bmy == omy )
+            break;
+    }
+
+    /* qpel diamond */
+    bdir = -1;
+    for( i = 0; i < 2; i++ )
+    {
+         omx = bmx;
+         omy = bmy;
+         odir = bdir;
+         COST_MV_SATD( omx, omy - 1, satds[0] );
+         COST_MV_SATD( omx, omy + 1, satds[1] );
+         COST_MV_SATD( omx - 1, omy, satds[2] );
+         COST_MV_SATD( omx + 1, omy, satds[3] );
+         COST_MV_RD( omx, omy - 1, satds[0], 0 );
+         COST_MV_RD( omx, omy + 1, satds[1], 1 );
+         COST_MV_RD( omx - 1, omy, satds[2], 2 );
+         COST_MV_RD( omx + 1, omy, satds[3], 3 );
+         if( bmx == omx && bmy == omy )
+            break;
+    }
+
+    m->cost = bcost;
+    m->mv[0] = bmx;
+    m->mv[1] = bmy;
+
+    x264_macroblock_cache_mv ( h, 2*(i8&1), i8&2, bw, bh, 0, bmx, bmy );
+    x264_macroblock_cache_mvd( h, 2*(i8&1), i8&2, bw, bh, 0, bmx - pmx, bmy - pmy );
+}
+