factor mallocs out of hpel, ssim, and esa.
[x262.git] / common / mc.c
1 /*****************************************************************************
2  * mc.c: h264 encoder library (Motion Compensation)
3  *****************************************************************************
4  * Copyright (C) 2003-2008 x264 project
5  *
6  * Authors: Laurent Aimar <fenrir@via.ecp.fr>
7  *          Loren Merritt <lorenm@u.washington.edu>
8  *
9  * This program is free software; you can redistribute it and/or modify
10  * it under the terms of the GNU General Public License as published by
11  * the Free Software Foundation; either version 2 of the License, or
12  * (at your option) any later version.
13  *
14  * This program 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
17  * GNU General Public License for more details.
18  *
19  * You should have received a copy of the GNU General Public License
20  * along with this program; if not, write to the Free Software
21  * Foundation, Inc., 51 Franklin Street, Fifth Floor, Boston, MA  02111, USA.
22  *****************************************************************************/
23
24 #include "common.h"
25
26 #ifdef HAVE_MMX
27 #include "x86/mc.h"
28 #endif
29 #ifdef ARCH_PPC
30 #include "ppc/mc.h"
31 #endif
32
33
34 static inline void pixel_avg( uint8_t *dst,  int i_dst_stride,
35                               uint8_t *src1, int i_src1_stride,
36                               uint8_t *src2, int i_src2_stride,
37                               int i_width, int i_height )
38 {
39     int x, y;
40     for( y = 0; y < i_height; y++ )
41     {
42         for( x = 0; x < i_width; x++ )
43         {
44             dst[x] = ( src1[x] + src2[x] + 1 ) >> 1;
45         }
46         dst  += i_dst_stride;
47         src1 += i_src1_stride;
48         src2 += i_src2_stride;
49     }
50 }
51
52 static inline void pixel_avg_wxh( uint8_t *dst, int i_dst, uint8_t *src1, int i_src1, uint8_t *src2, int i_src2, int width, int height )
53 {
54     int x, y;
55     for( y = 0; y < height; y++ )
56     {
57         for( x = 0; x < width; x++ )
58         {
59             dst[x] = ( src1[x] + src2[x] + 1 ) >> 1;
60         }
61         src1 += i_src1;
62         src2 += i_src2;
63         dst += i_dst;
64     }
65 }
66
67 /* Implicit weighted bipred only:
68  * assumes log2_denom = 5, offset = 0, weight1 + weight2 = 64 */
69 #define op_scale2(x) dst[x] = x264_clip_uint8( (src1[x]*i_weight1 + src2[x]*i_weight2 + (1<<5)) >> 6 )
70 static inline void pixel_avg_weight_wxh( uint8_t *dst, int i_dst, uint8_t *src1, int i_src1, uint8_t *src2, int i_src2, int width, int height, int i_weight1 )
71 {
72     int y;
73     const int i_weight2 = 64 - i_weight1;
74     for( y = 0; y<height; y++, dst += i_dst, src1 += i_src1, src2 += i_src2 )
75     {
76         op_scale2(0);
77         op_scale2(1);
78         if(width==2) continue;
79         op_scale2(2);
80         op_scale2(3);
81         if(width==4) continue;
82         op_scale2(4);
83         op_scale2(5);
84         op_scale2(6);
85         op_scale2(7);
86         if(width==8) continue;
87         op_scale2(8);
88         op_scale2(9);
89         op_scale2(10);
90         op_scale2(11);
91         op_scale2(12);
92         op_scale2(13);
93         op_scale2(14);
94         op_scale2(15);
95     }
96 }
97 #undef op_scale2
98
99 #define PIXEL_AVG_C( name, width, height ) \
100 static void name( uint8_t *pix1, int i_stride_pix1, \
101                   uint8_t *pix2, int i_stride_pix2, \
102                   uint8_t *pix3, int i_stride_pix3, int weight ) \
103 { \
104     if( weight == 32 )\
105         pixel_avg_wxh( pix1, i_stride_pix1, pix2, i_stride_pix2, pix3, i_stride_pix3, width, height ); \
106     else\
107         pixel_avg_weight_wxh( pix1, i_stride_pix1, pix2, i_stride_pix2, pix3, i_stride_pix3, width, height, weight ); \
108 }
109 PIXEL_AVG_C( pixel_avg_16x16, 16, 16 )
110 PIXEL_AVG_C( pixel_avg_16x8,  16, 8 )
111 PIXEL_AVG_C( pixel_avg_8x16,  8, 16 )
112 PIXEL_AVG_C( pixel_avg_8x8,   8, 8 )
113 PIXEL_AVG_C( pixel_avg_8x4,   8, 4 )
114 PIXEL_AVG_C( pixel_avg_4x8,   4, 8 )
115 PIXEL_AVG_C( pixel_avg_4x4,   4, 4 )
116 PIXEL_AVG_C( pixel_avg_4x2,   4, 2 )
117 PIXEL_AVG_C( pixel_avg_2x4,   2, 4 )
118 PIXEL_AVG_C( pixel_avg_2x2,   2, 2 )
119
120 static void mc_copy( uint8_t *src, int i_src_stride, uint8_t *dst, int i_dst_stride, int i_width, int i_height )
121 {
122     int y;
123
124     for( y = 0; y < i_height; y++ )
125     {
126         memcpy( dst, src, i_width );
127
128         src += i_src_stride;
129         dst += i_dst_stride;
130     }
131 }
132
133 #define TAPFILTER(pix, d) ((pix)[x-2*d] + (pix)[x+3*d] - 5*((pix)[x-d] + (pix)[x+2*d]) + 20*((pix)[x] + (pix)[x+d]))
134 static void hpel_filter( uint8_t *dsth, uint8_t *dstv, uint8_t *dstc, uint8_t *src,
135                          int stride, int width, int height, int16_t *buf )
136 {
137     int x, y;
138     for( y=0; y<height; y++ )
139     {
140         for( x=-2; x<width+3; x++ )
141         {
142             int v = TAPFILTER(src,stride);
143             dstv[x] = x264_clip_uint8((v + 16) >> 5);
144             buf[x+2] = v;
145         }
146         for( x=0; x<width; x++ )
147             dstc[x] = x264_clip_uint8((TAPFILTER(buf+2,1) + 512) >> 10);
148         for( x=0; x<width; x++ )
149             dsth[x] = x264_clip_uint8((TAPFILTER(src,1) + 16) >> 5);
150         dsth += stride;
151         dstv += stride;
152         dstc += stride;
153         src += stride;
154     }
155 }
156
157 static const int hpel_ref0[16] = {0,1,1,1,0,1,1,1,2,3,3,3,0,1,1,1};
158 static const int hpel_ref1[16] = {0,0,0,0,2,2,3,2,2,2,3,2,2,2,3,2};
159
160 static void mc_luma( uint8_t *dst,    int i_dst_stride,
161                      uint8_t *src[4], int i_src_stride,
162                      int mvx, int mvy,
163                      int i_width, int i_height )
164 {
165     int qpel_idx = ((mvy&3)<<2) + (mvx&3);
166     int offset = (mvy>>2)*i_src_stride + (mvx>>2);
167     uint8_t *src1 = src[hpel_ref0[qpel_idx]] + offset + ((mvy&3) == 3) * i_src_stride;
168
169     if( qpel_idx & 5 ) /* qpel interpolation needed */
170     {
171         uint8_t *src2 = src[hpel_ref1[qpel_idx]] + offset + ((mvx&3) == 3);
172         pixel_avg( dst, i_dst_stride, src1, i_src_stride,
173                    src2, i_src_stride, i_width, i_height );
174     }
175     else
176     {
177         mc_copy( src1, i_src_stride, dst, i_dst_stride, i_width, i_height );
178     }
179 }
180
181 static uint8_t *get_ref( uint8_t *dst,   int *i_dst_stride,
182                          uint8_t *src[4], int i_src_stride,
183                          int mvx, int mvy,
184                          int i_width, int i_height )
185 {
186     int qpel_idx = ((mvy&3)<<2) + (mvx&3);
187     int offset = (mvy>>2)*i_src_stride + (mvx>>2);
188     uint8_t *src1 = src[hpel_ref0[qpel_idx]] + offset + ((mvy&3) == 3) * i_src_stride;
189
190     if( qpel_idx & 5 ) /* qpel interpolation needed */
191     {
192         uint8_t *src2 = src[hpel_ref1[qpel_idx]] + offset + ((mvx&3) == 3);
193         pixel_avg( dst, *i_dst_stride, src1, i_src_stride,
194                    src2, i_src_stride, i_width, i_height );
195         return dst;
196     }
197     else
198     {
199         *i_dst_stride = i_src_stride;
200         return src1;
201     }
202 }
203
204 /* full chroma mc (ie until 1/8 pixel)*/
205 static void mc_chroma( uint8_t *dst, int i_dst_stride,
206                        uint8_t *src, int i_src_stride,
207                        int mvx, int mvy,
208                        int i_width, int i_height )
209 {
210     uint8_t *srcp;
211     int x, y;
212
213     const int d8x = mvx&0x07;
214     const int d8y = mvy&0x07;
215
216     const int cA = (8-d8x)*(8-d8y);
217     const int cB = d8x    *(8-d8y);
218     const int cC = (8-d8x)*d8y;
219     const int cD = d8x    *d8y;
220
221     src  += (mvy >> 3) * i_src_stride + (mvx >> 3);
222     srcp = &src[i_src_stride];
223
224     for( y = 0; y < i_height; y++ )
225     {
226         for( x = 0; x < i_width; x++ )
227         {
228             dst[x] = ( cA*src[x]  + cB*src[x+1] +
229                        cC*srcp[x] + cD*srcp[x+1] + 32 ) >> 6;
230         }
231         dst  += i_dst_stride;
232
233         src   = srcp;
234         srcp += i_src_stride;
235     }
236 }
237
238 #define MC_COPY(W) \
239 static void mc_copy_w##W( uint8_t *dst, int i_dst, uint8_t *src, int i_src, int i_height ) \
240 { \
241     mc_copy( src, i_src, dst, i_dst, W, i_height ); \
242 }
243 MC_COPY( 16 )
244 MC_COPY( 8 )
245 MC_COPY( 4 )
246
247 static void plane_copy( uint8_t *dst, int i_dst,
248                         uint8_t *src, int i_src, int w, int h)
249 {
250     while( h-- )
251     {
252         memcpy( dst, src, w );
253         dst += i_dst;
254         src += i_src;
255     }
256 }
257
258 static void prefetch_fenc_null( uint8_t *pix_y, int stride_y,
259                                 uint8_t *pix_uv, int stride_uv, int mb_x )
260 {}
261
262 static void prefetch_ref_null( uint8_t *pix, int stride, int parity )
263 {}
264
265 static void memzero_aligned( void * dst, int n )
266 {
267     memset( dst, 0, n );
268 }
269
270 static void integral_init4h( uint16_t *sum, uint8_t *pix, int stride )
271 {
272     int x, v = pix[0]+pix[1]+pix[2]+pix[3];
273     for( x=0; x<stride-4; x++ )
274     {
275         sum[x] = v + sum[x-stride];
276         v += pix[x+4] - pix[x];
277     }
278 }
279
280 static void integral_init8h( uint16_t *sum, uint8_t *pix, int stride )
281 {
282     int x, v = pix[0]+pix[1]+pix[2]+pix[3]+pix[4]+pix[5]+pix[6]+pix[7];
283     for( x=0; x<stride-8; x++ )
284     {
285         sum[x] = v + sum[x-stride];
286         v += pix[x+8] - pix[x];
287     }
288 }
289
290 static void integral_init4v( uint16_t *sum8, uint16_t *sum4, int stride )
291 {
292     int x;
293     for( x=0; x<stride-8; x++ )
294         sum4[x] = sum8[x+4*stride] - sum8[x];
295     for( x=0; x<stride-8; x++ )
296         sum8[x] = sum8[x+8*stride] + sum8[x+8*stride+4] - sum8[x] - sum8[x+4];
297 }
298
299 static void integral_init8v( uint16_t *sum8, int stride )
300 {
301     int x;
302     for( x=0; x<stride-8; x++ )
303         sum8[x] = sum8[x+8*stride] - sum8[x];
304 }
305
306 void x264_frame_init_lowres( x264_t *h, x264_frame_t *frame )
307 {
308     uint8_t *src = frame->plane[0];
309     int i_stride = frame->i_stride[0];
310     int i_height = frame->i_lines[0];
311     int i_width  = frame->i_width[0];
312     int x, y;
313
314     // duplicate last row and column so that their interpolation doesn't have to be special-cased
315     for( y=0; y<i_height; y++ )
316         src[i_width+y*i_stride] = src[i_width-1+y*i_stride];
317     h->mc.memcpy_aligned( src+i_stride*i_height, src+i_stride*(i_height-1), i_width );
318     h->mc.frame_init_lowres_core( src, frame->lowres[0], frame->lowres[1], frame->lowres[2], frame->lowres[3],
319                                   i_stride, frame->i_stride_lowres, frame->i_width_lowres, frame->i_lines_lowres );
320     x264_frame_expand_border_lowres( frame );
321
322     memset( frame->i_cost_est, -1, sizeof(frame->i_cost_est) );
323
324     for( x = 0; x < h->param.i_bframe + 2; x++ )
325         for( y = 0; y < h->param.i_bframe + 2; y++ )
326             frame->i_row_satds[y][x][0] = -1;
327
328     for( y = 0; y <= !!h->param.i_bframe; y++ )
329         for( x = 0; x <= h->param.i_bframe; x++ )
330             frame->lowres_mvs[y][x][0][0] = 0x7FFF;
331 }
332
333 static void frame_init_lowres_core( uint8_t *src0, uint8_t *dst0, uint8_t *dsth, uint8_t *dstv, uint8_t *dstc,
334                                     int src_stride, int dst_stride, int width, int height )
335 {
336     int x,y;
337     for( y=0; y<height; y++ )
338     {
339         uint8_t *src1 = src0+src_stride;
340         uint8_t *src2 = src1+src_stride;
341         for( x=0; x<width; x++ )
342         {
343             // slower than naive bilinear, but matches asm
344 #define FILTER(a,b,c,d) ((((a+b+1)>>1)+((c+d+1)>>1)+1)>>1)
345             dst0[x] = FILTER(src0[2*x  ], src1[2*x  ], src0[2*x+1], src1[2*x+1]);
346             dsth[x] = FILTER(src0[2*x+1], src1[2*x+1], src0[2*x+2], src1[2*x+2]);
347             dstv[x] = FILTER(src1[2*x  ], src2[2*x  ], src1[2*x+1], src2[2*x+1]);
348             dstc[x] = FILTER(src1[2*x+1], src2[2*x+1], src1[2*x+2], src2[2*x+2]);
349 #undef FILTER
350         }
351         src0 += src_stride*2;
352         dst0 += dst_stride;
353         dsth += dst_stride;
354         dstv += dst_stride;
355         dstc += dst_stride;
356     }
357 }
358
359 void x264_mc_init( int cpu, x264_mc_functions_t *pf )
360 {
361     pf->mc_luma   = mc_luma;
362     pf->get_ref   = get_ref;
363     pf->mc_chroma = mc_chroma;
364
365     pf->avg[PIXEL_16x16]= pixel_avg_16x16;
366     pf->avg[PIXEL_16x8] = pixel_avg_16x8;
367     pf->avg[PIXEL_8x16] = pixel_avg_8x16;
368     pf->avg[PIXEL_8x8]  = pixel_avg_8x8;
369     pf->avg[PIXEL_8x4]  = pixel_avg_8x4;
370     pf->avg[PIXEL_4x8]  = pixel_avg_4x8;
371     pf->avg[PIXEL_4x4]  = pixel_avg_4x4;
372     pf->avg[PIXEL_4x2]  = pixel_avg_4x2;
373     pf->avg[PIXEL_2x4]  = pixel_avg_2x4;
374     pf->avg[PIXEL_2x2]  = pixel_avg_2x2;
375
376     pf->copy_16x16_unaligned = mc_copy_w16;
377     pf->copy[PIXEL_16x16] = mc_copy_w16;
378     pf->copy[PIXEL_8x8]   = mc_copy_w8;
379     pf->copy[PIXEL_4x4]   = mc_copy_w4;
380
381     pf->plane_copy = plane_copy;
382     pf->hpel_filter = hpel_filter;
383
384     pf->prefetch_fenc = prefetch_fenc_null;
385     pf->prefetch_ref  = prefetch_ref_null;
386     pf->memcpy_aligned = memcpy;
387     pf->memzero_aligned = memzero_aligned;
388     pf->frame_init_lowres_core = frame_init_lowres_core;
389
390     pf->integral_init4h = integral_init4h;
391     pf->integral_init8h = integral_init8h;
392     pf->integral_init4v = integral_init4v;
393     pf->integral_init8v = integral_init8v;
394
395 #ifdef HAVE_MMX
396     x264_mc_init_mmx( cpu, pf );
397 #endif
398 #ifdef ARCH_PPC
399     if( cpu&X264_CPU_ALTIVEC )
400         x264_mc_altivec_init( pf );
401 #endif
402 }
403
404 void x264_frame_filter( x264_t *h, x264_frame_t *frame, int mb_y, int b_end )
405 {
406     const int b_interlaced = h->sh.b_mbaff;
407     const int stride = frame->i_stride[0] << b_interlaced;
408     const int width = frame->i_width[0];
409     int start = (mb_y*16 >> b_interlaced) - 8; // buffer = 4 for deblock + 3 for 6tap, rounded to 8
410     int height = ((b_end ? frame->i_lines[0] : mb_y*16) >> b_interlaced) + 8;
411     int offs = start*stride - 8; // buffer = 3 for 6tap, aligned to 8 for simd
412     int y;
413
414     if( mb_y & b_interlaced )
415         return;
416
417     for( y=0; y<=b_interlaced; y++, offs+=frame->i_stride[0] )
418     {
419         h->mc.hpel_filter(
420             frame->filtered[1] + offs,
421             frame->filtered[2] + offs,
422             frame->filtered[3] + offs,
423             frame->plane[0] + offs,
424             stride, width + 16, height - start,
425             h->scratch_buffer );
426     }
427
428     /* generate integral image:
429      * frame->integral contains 2 planes. in the upper plane, each element is
430      * the sum of an 8x8 pixel region with top-left corner on that point.
431      * in the lower plane, 4x4 sums (needed only with --partitions p4x4). */
432
433     if( frame->integral )
434     {
435         if( start < 0 )
436         {
437             memset( frame->integral - PADV * stride - PADH, 0, stride * sizeof(uint16_t) );
438             start = -PADV;
439         }
440         if( b_end )
441             height += PADV-9;
442         for( y = start; y < height; y++ )
443         {
444             uint8_t  *pix  = frame->plane[0] + y * stride - PADH;
445             uint16_t *sum8 = frame->integral + (y+1) * stride - PADH;
446             uint16_t *sum4;
447             if( h->frames.b_have_sub8x8_esa )
448             {
449                 h->mc.integral_init4h( sum8, pix, stride );
450                 sum8 -= 8*stride;
451                 sum4 = sum8 + stride * (frame->i_lines[0] + PADV*2);
452                 if( y >= 8-PADV )
453                     h->mc.integral_init4v( sum8, sum4, stride );
454             }
455             else
456             {
457                 h->mc.integral_init8h( sum8, pix, stride );
458                 if( y >= 8-PADV )
459                     h->mc.integral_init8v( sum8-8*stride, stride );
460             }
461         }
462     }
463 }