First shot at VP8 optimizations:
[ffmpeg.git] / libavcodec / vp8dsp.c
1 /**
2  * VP8 compatible video decoder
3  *
4  * Copyright (C) 2010 David Conrad
5  * Copyright (C) 2010 Ronald S. Bultje
6  *
7  * This file is part of FFmpeg.
8  *
9  * FFmpeg is free software; you can redistribute it and/or
10  * modify it under the terms of the GNU Lesser General Public
11  * License as published by the Free Software Foundation; either
12  * version 2.1 of the License, or (at your option) any later version.
13  *
14  * FFmpeg 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 GNU
17  * Lesser General Public License for more details.
18  *
19  * You should have received a copy of the GNU Lesser General Public
20  * License along with FFmpeg; if not, write to the Free Software
21  * Foundation, Inc., 51 Franklin Street, Fifth Floor, Boston, MA 02110-1301 USA
22  */
23
24 #include "dsputil.h"
25 #include "vp8dsp.h"
26
27 // TODO: Maybe add dequant
28 static void vp8_luma_dc_wht_c(DCTELEM block[4][4][16], DCTELEM dc[16])
29 {
30     int i, t0, t1, t2, t3;
31
32     for (i = 0; i < 4; i++) {
33         t0 = dc[0*4+i] + dc[3*4+i];
34         t1 = dc[1*4+i] + dc[2*4+i];
35         t2 = dc[1*4+i] - dc[2*4+i];
36         t3 = dc[0*4+i] - dc[3*4+i];
37
38         dc[0*4+i] = t0 + t1;
39         dc[1*4+i] = t3 + t2;
40         dc[2*4+i] = t0 - t1;
41         dc[3*4+i] = t3 - t2;
42     }
43
44     for (i = 0; i < 4; i++) {
45         t0 = dc[i*4+0] + dc[i*4+3] + 3; // rounding
46         t1 = dc[i*4+1] + dc[i*4+2];
47         t2 = dc[i*4+1] - dc[i*4+2];
48         t3 = dc[i*4+0] - dc[i*4+3] + 3; // rounding
49
50         *block[i][0] = (t0 + t1) >> 3;
51         *block[i][1] = (t3 + t2) >> 3;
52         *block[i][2] = (t0 - t1) >> 3;
53         *block[i][3] = (t3 - t2) >> 3;
54     }
55 }
56
57
58 #define MUL_20091(a) ((((a)*20091) >> 16) + (a))
59 #define MUL_35468(a)  (((a)*35468) >> 16)
60
61 static void vp8_idct_add_c(uint8_t *dst, DCTELEM block[16], int stride)
62 {
63     int i, t0, t1, t2, t3;
64     DCTELEM tmp[16];
65
66     for (i = 0; i < 4; i++) {
67         t0 = block[0*4+i] + block[2*4+i];
68         t1 = block[0*4+i] - block[2*4+i];
69         t2 = MUL_35468(block[1*4+i]) - MUL_20091(block[3*4+i]);
70         t3 = MUL_20091(block[1*4+i]) + MUL_35468(block[3*4+i]);
71
72         tmp[i*4+0] = t0 + t3;
73         tmp[i*4+1] = t1 + t2;
74         tmp[i*4+2] = t1 - t2;
75         tmp[i*4+3] = t0 - t3;
76     }
77
78     for (i = 0; i < 4; i++) {
79         t0 = tmp[0*4+i] + tmp[2*4+i];
80         t1 = tmp[0*4+i] - tmp[2*4+i];
81         t2 = MUL_35468(tmp[1*4+i]) - MUL_20091(tmp[3*4+i]);
82         t3 = MUL_20091(tmp[1*4+i]) + MUL_35468(tmp[3*4+i]);
83
84         dst[0] = av_clip_uint8(dst[0] + ((t0 + t3 + 4) >> 3));
85         dst[1] = av_clip_uint8(dst[1] + ((t1 + t2 + 4) >> 3));
86         dst[2] = av_clip_uint8(dst[2] + ((t1 - t2 + 4) >> 3));
87         dst[3] = av_clip_uint8(dst[3] + ((t0 - t3 + 4) >> 3));
88         dst += stride;
89     }
90 }
91
92 static void vp8_idct_dc_add_c(uint8_t *dst, DCTELEM block[16], int stride)
93 {
94     int i, dc = (block[0] + 4) >> 3;
95
96     for (i = 0; i < 4; i++) {
97         dst[0] = av_clip_uint8(dst[0] + dc);
98         dst[1] = av_clip_uint8(dst[1] + dc);
99         dst[2] = av_clip_uint8(dst[2] + dc);
100         dst[3] = av_clip_uint8(dst[3] + dc);
101         dst += stride;
102     }
103 }
104
105
106 // because I like only having two parameters to pass functions...
107 #define LOAD_PIXELS\
108     int av_unused p3 = p[-4*stride];\
109     int av_unused p2 = p[-3*stride];\
110     int av_unused p1 = p[-2*stride];\
111     int av_unused p0 = p[-1*stride];\
112     int av_unused q0 = p[ 0*stride];\
113     int av_unused q1 = p[ 1*stride];\
114     int av_unused q2 = p[ 2*stride];\
115     int av_unused q3 = p[ 3*stride];
116
117 static av_always_inline void filter_common(uint8_t *p, int stride, int is4tap)
118 {
119     LOAD_PIXELS
120     int a, f1, f2;
121
122     a = 3*(q0 - p0);
123
124     if (is4tap)
125         a += av_clip_int8(p1 - q1);
126
127     a = av_clip_int8(a);
128
129     // We deviate from the spec here with c(a+3) >> 3
130     // since that's what libvpx does.
131     f1 = FFMIN(a+4, 127) >> 3;
132     f2 = FFMIN(a+3, 127) >> 3;
133
134     // Despite what the spec says, we do need to clamp here to
135     // be bitexact with libvpx.
136     p[-1*stride] = av_clip_uint8(p0 + f2);
137     p[ 0*stride] = av_clip_uint8(q0 - f1);
138
139     // only used for _inner on blocks without high edge variance
140     if (!is4tap) {
141         a = (f1+1)>>1;
142         p[-2*stride] = av_clip_uint8(p1 + a);
143         p[ 1*stride] = av_clip_uint8(q1 - a);
144     }
145 }
146
147 static av_always_inline int simple_limit(uint8_t *p, int stride, int flim)
148 {
149     LOAD_PIXELS
150     return 2*FFABS(p0-q0) + (FFABS(p1-q1) >> 1) <= flim;
151 }
152
153 /**
154  * E - limit at the macroblock edge
155  * I - limit for interior difference
156  */
157 static av_always_inline int normal_limit(uint8_t *p, int stride, int E, int I)
158 {
159     LOAD_PIXELS
160     return simple_limit(p, stride, 2*E+I)
161         && FFABS(p3-p2) <= I && FFABS(p2-p1) <= I && FFABS(p1-p0) <= I
162         && FFABS(q3-q2) <= I && FFABS(q2-q1) <= I && FFABS(q1-q0) <= I;
163 }
164
165 // high edge variance
166 static av_always_inline int hev(uint8_t *p, int stride, int thresh)
167 {
168     LOAD_PIXELS
169     return FFABS(p1-p0) > thresh || FFABS(q1-q0) > thresh;
170 }
171
172 static av_always_inline void filter_mbedge(uint8_t *p, int stride)
173 {
174     int a0, a1, a2, w;
175
176     LOAD_PIXELS
177
178     w = av_clip_int8(p1-q1);
179     w = av_clip_int8(w + 3*(q0-p0));
180
181     a0 = (27*w + 63) >> 7;
182     a1 = (18*w + 63) >> 7;
183     a2 = ( 9*w + 63) >> 7;
184
185     p[-3*stride] = av_clip_uint8(p2 + a2);
186     p[-2*stride] = av_clip_uint8(p1 + a1);
187     p[-1*stride] = av_clip_uint8(p0 + a0);
188     p[ 0*stride] = av_clip_uint8(q0 - a0);
189     p[ 1*stride] = av_clip_uint8(q1 - a1);
190     p[ 2*stride] = av_clip_uint8(q2 - a2);
191 }
192
193 #define LOOP_FILTER(dir, size, stridea, strideb) \
194 static void vp8_ ## dir ## _loop_filter ## size ## _c(uint8_t *dst, int stride,\
195                                      int flim_E, int flim_I, int hev_thresh)\
196 {\
197     int i;\
198 \
199     for (i = 0; i < size; i++)\
200         if (normal_limit(dst+i*stridea, strideb, flim_E, flim_I)) {\
201             if (hev(dst+i*stridea, strideb, hev_thresh))\
202                 filter_common(dst+i*stridea, strideb, 1);\
203             else\
204                 filter_mbedge(dst+i*stridea, strideb);\
205         }\
206 }\
207 \
208 static void vp8_ ## dir ## _loop_filter ## size ## _inner_c(uint8_t *dst, int stride,\
209                                       int flim_E, int flim_I, int hev_thresh)\
210 {\
211     int i, hv;\
212 \
213     for (i = 0; i < size; i++)\
214         if (normal_limit(dst+i*stridea, strideb, flim_E, flim_I)) {\
215             hv = hev(dst+i*stridea, strideb, hev_thresh);\
216             filter_common(dst+i*stridea, strideb, hv);\
217         }\
218 }
219
220 LOOP_FILTER(v, 16, 1, stride)
221 LOOP_FILTER(h, 16, stride, 1)
222 LOOP_FILTER(v,  8, 1, stride)
223 LOOP_FILTER(h,  8, stride, 1)
224
225 static void vp8_v_loop_filter_simple_c(uint8_t *dst, int stride, int flim)
226 {
227     int i;
228
229     for (i = 0; i < 16; i++)
230         if (simple_limit(dst+i, stride, flim))
231             filter_common(dst+i, stride, 1);
232 }
233
234 static void vp8_h_loop_filter_simple_c(uint8_t *dst, int stride, int flim)
235 {
236     int i;
237
238     for (i = 0; i < 16; i++)
239         if (simple_limit(dst+i*stride, 1, flim))
240             filter_common(dst+i*stride, 1, 1);
241 }
242
243 static const uint8_t subpel_filters[7][6] = {
244     { 0,   6, 123,  12,   1,   0 },
245     { 2,  11, 108,  36,   8,   1 },
246     { 0,   9,  93,  50,   6,   0 },
247     { 3,  16,  77,  77,  16,   3 },
248     { 0,   6,  50,  93,   9,   0 },
249     { 1,   8,  36, 108,  11,   2 },
250     { 0,   1,  12, 123,   6,   0 },
251 };
252
253 #define PUT_PIXELS(WIDTH) \
254 static void put_vp8_pixels ## WIDTH ##_c(uint8_t *dst, int dststride, uint8_t *src, int srcstride, int h, int x, int y) { \
255     int i; \
256     for (i = 0; i < h; i++, dst+= dststride, src+= srcstride) { \
257         memcpy(dst, src, WIDTH); \
258     } \
259 }
260
261 PUT_PIXELS(16)
262 PUT_PIXELS(8)
263 PUT_PIXELS(4)
264
265 #define FILTER_6TAP(src, F, stride) \
266     av_clip_uint8((F[2]*src[x+0*stride] - F[1]*src[x-1*stride] + F[0]*src[x-2*stride] + \
267                    F[3]*src[x+1*stride] - F[4]*src[x+2*stride] + F[5]*src[x+3*stride] + 64) >> 7)
268
269 #define FILTER_4TAP(src, F, stride) \
270     av_clip_uint8((F[2]*src[x+0*stride] - F[1]*src[x-1*stride] + \
271                    F[3]*src[x+1*stride] - F[4]*src[x+2*stride] + 64) >> 7)
272
273 #define VP8_EPEL_H(SIZE, FILTER, FILTERNAME) \
274 static void put_vp8_epel ## SIZE ## _ ## FILTERNAME ## _c(uint8_t *dst, int dststride, uint8_t *src, int srcstride, int h, int mx, int my) \
275 { \
276     const uint8_t *filter = subpel_filters[mx-1]; \
277     int x, y; \
278 \
279     for (y = 0; y < h; y++) { \
280         for (x = 0; x < SIZE; x++) \
281             dst[x] = FILTER(src, filter, 1); \
282         dst += dststride; \
283         src += srcstride; \
284     } \
285 }
286 #define VP8_EPEL_V(SIZE, FILTER, FILTERNAME) \
287 static void put_vp8_epel ## SIZE ## _ ## FILTERNAME ## _c(uint8_t *dst, int dststride, uint8_t *src, int srcstride, int h, int mx, int my) \
288 { \
289     const uint8_t *filter = subpel_filters[my-1]; \
290     int x, y; \
291 \
292     for (y = 0; y < h; y++) { \
293         for (x = 0; x < SIZE; x++) \
294             dst[x] = FILTER(src, filter, srcstride); \
295         dst += dststride; \
296         src += srcstride; \
297     } \
298 }
299 #define VP8_EPEL_HV(SIZE, FILTERX, FILTERY, FILTERNAME) \
300 static void put_vp8_epel ## SIZE ## _ ## FILTERNAME ## _c(uint8_t *dst, int dststride, uint8_t *src, int srcstride, int h, int mx, int my) \
301 { \
302     const uint8_t *filter = subpel_filters[mx-1]; \
303     int x, y; \
304     uint8_t tmp_array[(2*SIZE+5)*SIZE]; \
305     uint8_t *tmp = tmp_array; \
306     src -= 2*srcstride; \
307 \
308     for (y = 0; y < h+5; y++) { \
309         for (x = 0; x < SIZE; x++) \
310             tmp[x] = FILTERX(src, filter, 1); \
311         tmp += SIZE; \
312         src += srcstride; \
313     } \
314 \
315     tmp = tmp_array + 2*SIZE; \
316     filter = subpel_filters[my-1]; \
317 \
318     for (y = 0; y < h; y++) { \
319         for (x = 0; x < SIZE; x++) \
320             dst[x] = FILTERY(tmp, filter, SIZE); \
321         dst += dststride; \
322         tmp += SIZE; \
323     } \
324 }
325
326 VP8_EPEL_H(16, FILTER_4TAP, h4)
327 VP8_EPEL_H(8,  FILTER_4TAP, h4)
328 VP8_EPEL_H(4,  FILTER_4TAP, h4)
329 VP8_EPEL_H(16, FILTER_6TAP, h6)
330 VP8_EPEL_H(8,  FILTER_6TAP, h6)
331 VP8_EPEL_H(4,  FILTER_6TAP, h6)
332 VP8_EPEL_V(16, FILTER_4TAP, v4)
333 VP8_EPEL_V(8,  FILTER_4TAP, v4)
334 VP8_EPEL_V(4,  FILTER_4TAP, v4)
335 VP8_EPEL_V(16, FILTER_6TAP, v6)
336 VP8_EPEL_V(8,  FILTER_6TAP, v6)
337 VP8_EPEL_V(4,  FILTER_6TAP, v6)
338 VP8_EPEL_HV(16, FILTER_4TAP, FILTER_4TAP, h4v4)
339 VP8_EPEL_HV(8,  FILTER_4TAP, FILTER_4TAP, h4v4)
340 VP8_EPEL_HV(4,  FILTER_4TAP, FILTER_4TAP, h4v4)
341 VP8_EPEL_HV(16, FILTER_4TAP, FILTER_6TAP, h4v6)
342 VP8_EPEL_HV(8,  FILTER_4TAP, FILTER_6TAP, h4v6)
343 VP8_EPEL_HV(4,  FILTER_4TAP, FILTER_6TAP, h4v6)
344 VP8_EPEL_HV(16, FILTER_6TAP, FILTER_4TAP, h6v4)
345 VP8_EPEL_HV(8,  FILTER_6TAP, FILTER_4TAP, h6v4)
346 VP8_EPEL_HV(4,  FILTER_6TAP, FILTER_4TAP, h6v4)
347 VP8_EPEL_HV(16, FILTER_6TAP, FILTER_6TAP, h6v6)
348 VP8_EPEL_HV(8,  FILTER_6TAP, FILTER_6TAP, h6v6)
349 VP8_EPEL_HV(4,  FILTER_6TAP, FILTER_6TAP, h6v6)
350
351 #define VP8_BILINEAR(SIZE) \
352 static void put_vp8_bilinear ## SIZE ## _h_c(uint8_t *dst, int stride, uint8_t *src, int s2, int h, int mx, int my) \
353 { \
354     int a = 8-mx, b = mx; \
355     int x, y; \
356 \
357     for (y = 0; y < h; y++) { \
358         for (x = 0; x < SIZE; x++) \
359             dst[x] = (a*src[x] + b*src[x+1] + 4) >> 3; \
360         dst += stride; \
361         src += stride; \
362     } \
363 } \
364 static void put_vp8_bilinear ## SIZE ## _v_c(uint8_t *dst, int stride, uint8_t *src, int s2, int h, int mx, int my) \
365 { \
366     int c = 8-my, d = my; \
367     int x, y; \
368 \
369     for (y = 0; y < h; y++) { \
370         for (x = 0; x < SIZE; x++) \
371             dst[x] = (c*src[x] + d*src[x+stride] + 4) >> 3; \
372         dst += stride; \
373         src += stride; \
374     } \
375 } \
376 \
377 static void put_vp8_bilinear ## SIZE ## _hv_c(uint8_t *dst, int stride, uint8_t *src, int s2, int h, int mx, int my) \
378 { \
379     int a = 8-mx, b = mx; \
380     int c = 8-my, d = my; \
381     int x, y; \
382     uint8_t tmp_array[(2*SIZE+1)*SIZE]; \
383     uint8_t *tmp = tmp_array; \
384 \
385     for (y = 0; y < h+1; y++) { \
386         for (x = 0; x < SIZE; x++) \
387             tmp[x] = (a*src[x] + b*src[x+1] + 4) >> 3; \
388         tmp += SIZE; \
389         src += stride; \
390     } \
391 \
392     tmp = tmp_array; \
393 \
394     for (y = 0; y < h; y++) { \
395         for (x = 0; x < SIZE; x++) \
396             dst[x] = (c*tmp[x] + d*tmp[x+SIZE] + 4) >> 3; \
397         dst += stride; \
398         tmp += SIZE; \
399     } \
400 }
401
402 VP8_BILINEAR(16)
403 VP8_BILINEAR(8)
404 VP8_BILINEAR(4)
405
406 #define VP8_MC_FUNC(IDX, SIZE) \
407     dsp->put_vp8_epel_pixels_tab[IDX][0][0] = put_vp8_pixels ## SIZE ## _c; \
408     dsp->put_vp8_epel_pixels_tab[IDX][0][1] = put_vp8_epel ## SIZE ## _h4_c; \
409     dsp->put_vp8_epel_pixels_tab[IDX][0][2] = put_vp8_epel ## SIZE ## _h6_c; \
410     dsp->put_vp8_epel_pixels_tab[IDX][1][0] = put_vp8_epel ## SIZE ## _v4_c; \
411     dsp->put_vp8_epel_pixels_tab[IDX][1][1] = put_vp8_epel ## SIZE ## _h4v4_c; \
412     dsp->put_vp8_epel_pixels_tab[IDX][1][2] = put_vp8_epel ## SIZE ## _h6v4_c; \
413     dsp->put_vp8_epel_pixels_tab[IDX][2][0] = put_vp8_epel ## SIZE ## _v6_c; \
414     dsp->put_vp8_epel_pixels_tab[IDX][2][1] = put_vp8_epel ## SIZE ## _h4v6_c; \
415     dsp->put_vp8_epel_pixels_tab[IDX][2][2] = put_vp8_epel ## SIZE ## _h6v6_c
416
417 #define VP8_BILINEAR_MC_FUNC(IDX, SIZE) \
418     dsp->put_vp8_bilinear_pixels_tab[IDX][0][0] = put_vp8_pixels ## SIZE ## _c; \
419     dsp->put_vp8_bilinear_pixels_tab[IDX][0][1] = put_vp8_bilinear ## SIZE ## _h_c; \
420     dsp->put_vp8_bilinear_pixels_tab[IDX][0][2] = put_vp8_bilinear ## SIZE ## _h_c; \
421     dsp->put_vp8_bilinear_pixels_tab[IDX][1][0] = put_vp8_bilinear ## SIZE ## _v_c; \
422     dsp->put_vp8_bilinear_pixels_tab[IDX][1][1] = put_vp8_bilinear ## SIZE ## _hv_c; \
423     dsp->put_vp8_bilinear_pixels_tab[IDX][1][2] = put_vp8_bilinear ## SIZE ## _hv_c; \
424     dsp->put_vp8_bilinear_pixels_tab[IDX][2][0] = put_vp8_bilinear ## SIZE ## _v_c; \
425     dsp->put_vp8_bilinear_pixels_tab[IDX][2][1] = put_vp8_bilinear ## SIZE ## _hv_c; \
426     dsp->put_vp8_bilinear_pixels_tab[IDX][2][2] = put_vp8_bilinear ## SIZE ## _hv_c
427
428 av_cold void ff_vp8dsp_init(VP8DSPContext *dsp)
429 {
430     dsp->vp8_luma_dc_wht = vp8_luma_dc_wht_c;
431     dsp->vp8_idct_add    = vp8_idct_add_c;
432     dsp->vp8_idct_dc_add = vp8_idct_dc_add_c;
433
434     dsp->vp8_v_loop_filter16 = vp8_v_loop_filter16_c;
435     dsp->vp8_h_loop_filter16 = vp8_h_loop_filter16_c;
436     dsp->vp8_v_loop_filter8  = vp8_v_loop_filter8_c;
437     dsp->vp8_h_loop_filter8  = vp8_h_loop_filter8_c;
438
439     dsp->vp8_v_loop_filter16_inner = vp8_v_loop_filter16_inner_c;
440     dsp->vp8_h_loop_filter16_inner = vp8_h_loop_filter16_inner_c;
441     dsp->vp8_v_loop_filter8_inner  = vp8_v_loop_filter8_inner_c;
442     dsp->vp8_h_loop_filter8_inner  = vp8_h_loop_filter8_inner_c;
443
444     dsp->vp8_v_loop_filter_simple = vp8_v_loop_filter_simple_c;
445     dsp->vp8_h_loop_filter_simple = vp8_h_loop_filter_simple_c;
446
447     VP8_MC_FUNC(0, 16);
448     VP8_MC_FUNC(1, 8);
449     VP8_MC_FUNC(2, 4);
450
451     VP8_BILINEAR_MC_FUNC(0, 16);
452     VP8_BILINEAR_MC_FUNC(1, 8);
453     VP8_BILINEAR_MC_FUNC(2, 4);
454
455     if (ARCH_X86)
456         ff_vp8dsp_init_x86(dsp);
457 }