h->mc.copy()
[x262.git] / common / mc.c
1 /*****************************************************************************
2  * mc.c: h264 encoder library (Motion Compensation)
3  *****************************************************************************
4  * Copyright (C) 2003 Laurent Aimar
5  * $Id: mc.c,v 1.1 2004/06/03 19:27:07 fenrir Exp $
6  *
7  * Authors: Laurent Aimar <fenrir@via.ecp.fr>
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., 59 Temple Place - Suite 330, Boston, MA  02111, USA.
22  *****************************************************************************/
23
24 #include <stdio.h>
25 #include <string.h>
26
27 #include "common.h"
28 #include "clip1.h"
29
30 #ifdef HAVE_MMXEXT
31 #include "i386/mc.h"
32 #endif
33 #ifdef ARCH_PPC
34 #include "ppc/mc.h"
35 #endif
36
37
38 static inline int x264_tapfilter( uint8_t *pix, int i_pix_next )
39 {
40     return pix[-2*i_pix_next] - 5*pix[-1*i_pix_next] + 20*(pix[0] + pix[1*i_pix_next]) - 5*pix[ 2*i_pix_next] + pix[ 3*i_pix_next];
41 }
42 static inline int x264_tapfilter1( uint8_t *pix )
43 {
44     return pix[-2] - 5*pix[-1] + 20*(pix[0] + pix[1]) - 5*pix[ 2] + pix[ 3];
45 }
46
47 static inline void pixel_avg( uint8_t *dst,  int i_dst_stride,
48                               uint8_t *src1, int i_src1_stride,
49                               uint8_t *src2, int i_src2_stride,
50                               int i_width, int i_height )
51 {
52     int x, y;
53     for( y = 0; y < i_height; y++ )
54     {
55         for( x = 0; x < i_width; x++ )
56         {
57             dst[x] = ( src1[x] + src2[x] + 1 ) >> 1;
58         }
59         dst  += i_dst_stride;
60         src1 += i_src1_stride;
61         src2 += i_src2_stride;
62     }
63 }
64
65 static inline void pixel_avg_wxh( uint8_t *dst, int i_dst, uint8_t *src, int i_src, int width, int height )
66 {
67     int x, y;
68     for( y = 0; y < height; y++ )
69     {
70         for( x = 0; x < width; x++ )
71         {
72             dst[x] = ( dst[x] + src[x] + 1 ) >> 1;
73         }
74         dst += i_dst;
75         src += i_src;
76     }
77 }
78
79 #define PIXEL_AVG_C( name, width, height ) \
80 static void name( uint8_t *pix1, int i_stride_pix1, \
81                   uint8_t *pix2, int i_stride_pix2 ) \
82 { \
83     pixel_avg_wxh( pix1, i_stride_pix1, pix2, i_stride_pix2, width, height ); \
84 }
85 PIXEL_AVG_C( pixel_avg_16x16, 16, 16 )
86 PIXEL_AVG_C( pixel_avg_16x8,  16, 8 )
87 PIXEL_AVG_C( pixel_avg_8x16,  8, 16 )
88 PIXEL_AVG_C( pixel_avg_8x8,   8, 8 )
89 PIXEL_AVG_C( pixel_avg_8x4,   8, 4 )
90 PIXEL_AVG_C( pixel_avg_4x8,   4, 8 )
91 PIXEL_AVG_C( pixel_avg_4x4,   4, 4 )
92 PIXEL_AVG_C( pixel_avg_4x2,   4, 2 )
93 PIXEL_AVG_C( pixel_avg_2x4,   2, 4 )
94 PIXEL_AVG_C( pixel_avg_2x2,   2, 2 )
95
96
97 /* Implicit weighted bipred only:
98  * assumes log2_denom = 5, offset = 0, weight1 + weight2 = 64 */
99 #define op_scale2(x) dst[x] = x264_clip_uint8( (dst[x]*i_weight1 + src[x]*i_weight2 + (1<<5)) >> 6 )
100 static inline void pixel_avg_weight_wxh( uint8_t *dst, int i_dst, uint8_t *src, int i_src, int width, int height, int i_weight1 ){
101     int y;
102     const int i_weight2 = 64 - i_weight1;
103     for(y=0; y<height; y++, dst += i_dst, src += i_src){
104         op_scale2(0);
105         op_scale2(1);
106         if(width==2) continue;
107         op_scale2(2);
108         op_scale2(3);
109         if(width==4) continue;
110         op_scale2(4);
111         op_scale2(5);
112         op_scale2(6);
113         op_scale2(7);
114         if(width==8) continue;
115         op_scale2(8);
116         op_scale2(9);
117         op_scale2(10);
118         op_scale2(11);
119         op_scale2(12);
120         op_scale2(13);
121         op_scale2(14);
122         op_scale2(15);
123     }
124 }
125
126 #define PIXEL_AVG_WEIGHT_C( width, height ) \
127 static void pixel_avg_weight_##width##x##height( \
128                 uint8_t *pix1, int i_stride_pix1, \
129                 uint8_t *pix2, int i_stride_pix2, int i_weight1 ) \
130 { \
131     pixel_avg_weight_wxh( pix1, i_stride_pix1, pix2, i_stride_pix2, width, height, i_weight1 ); \
132 }
133
134 PIXEL_AVG_WEIGHT_C(16,16)
135 PIXEL_AVG_WEIGHT_C(16,8)
136 PIXEL_AVG_WEIGHT_C(8,16)
137 PIXEL_AVG_WEIGHT_C(8,8)
138 PIXEL_AVG_WEIGHT_C(8,4)
139 PIXEL_AVG_WEIGHT_C(4,8)
140 PIXEL_AVG_WEIGHT_C(4,4)
141 PIXEL_AVG_WEIGHT_C(4,2)
142 PIXEL_AVG_WEIGHT_C(2,4)
143 PIXEL_AVG_WEIGHT_C(2,2)
144 #undef op_scale2
145 #undef PIXEL_AVG_WEIGHT_C
146
147 typedef void (*pf_mc_t)(uint8_t *src, int i_src_stride, uint8_t *dst, int i_dst_stride, int i_width, int i_height );
148
149 static void mc_copy( uint8_t *src, int i_src_stride, uint8_t *dst, int i_dst_stride, int i_width, int i_height )
150 {
151     int y;
152
153     for( y = 0; y < i_height; y++ )
154     {
155         memcpy( dst, src, i_width );
156
157         src += i_src_stride;
158         dst += i_dst_stride;
159     }
160 }
161 static inline void mc_hh( uint8_t *src, int i_src_stride, uint8_t *dst, int i_dst_stride, int i_width, int i_height )
162 {
163     int x, y;
164
165     for( y = 0; y < i_height; y++ )
166     {
167         for( x = 0; x < i_width; x++ )
168         {
169             dst[x] = x264_mc_clip1( ( x264_tapfilter1( &src[x] ) + 16 ) >> 5 );
170         }
171         src += i_src_stride;
172         dst += i_dst_stride;
173     }
174 }
175 static inline void mc_hv( uint8_t *src, int i_src_stride, uint8_t *dst, int i_dst_stride, int i_width, int i_height )
176 {
177     int x, y;
178
179     for( y = 0; y < i_height; y++ )
180     {
181         for( x = 0; x < i_width; x++ )
182         {
183             dst[x] = x264_mc_clip1( ( x264_tapfilter( &src[x], i_src_stride ) + 16 ) >> 5 );
184         }
185         src += i_src_stride;
186         dst += i_dst_stride;
187     }
188 }
189 static inline void mc_hc( uint8_t *src, int i_src_stride, uint8_t *dst, int i_dst_stride, int i_width, int i_height )
190 {
191     uint8_t *out;
192     uint8_t *pix;
193     int x, y;
194
195     for( x = 0; x < i_width; x++ )
196     {
197         int tap[6];
198
199         pix = &src[x];
200         out = &dst[x];
201
202         tap[0] = x264_tapfilter1( &pix[-2*i_src_stride] );
203         tap[1] = x264_tapfilter1( &pix[-1*i_src_stride] );
204         tap[2] = x264_tapfilter1( &pix[ 0*i_src_stride] );
205         tap[3] = x264_tapfilter1( &pix[ 1*i_src_stride] );
206         tap[4] = x264_tapfilter1( &pix[ 2*i_src_stride] );
207
208         for( y = 0; y < i_height; y++ )
209         {
210             tap[5] = x264_tapfilter1( &pix[ 3*i_src_stride] );
211
212             *out = x264_mc_clip1( ( tap[0] - 5*tap[1] + 20 * tap[2] + 20 * tap[3] -5*tap[4] + tap[5] + 512 ) >> 10 );
213
214             /* Next line */
215             pix += i_src_stride;
216             out += i_dst_stride;
217             tap[0] = tap[1];
218             tap[1] = tap[2];
219             tap[2] = tap[3];
220             tap[3] = tap[4];
221             tap[4] = tap[5];
222         }
223     }
224 }
225
226 static void mc_luma( uint8_t *src[4], int i_src_stride,
227                      uint8_t *dst,    int i_dst_stride,
228                      int mvx,int mvy,
229                      int i_width, int i_height )
230 {
231     uint8_t *src1, *src2;
232
233     int correction = (mvx&1) && (mvy&1) && ((mvx&2) ^ (mvy&2));
234     int hpel1x = mvx>>1;
235     int hpel1y = (mvy+1-correction)>>1;
236     int filter1 = (hpel1x & 1) + ( (hpel1y & 1) << 1 );
237
238     src1 = src[filter1] + (hpel1y >> 1) * i_src_stride + (hpel1x >> 1);
239
240     if ( (mvx|mvy) & 1 ) /* qpel interpolation needed */
241     {
242         int hpel2x = (mvx+1)>>1;
243         int hpel2y = (mvy+correction)>>1;
244         int filter2 = (hpel2x & 1) + ( (hpel2y & 1) <<1 );
245
246         src2 = src[filter2] + (hpel2y >> 1) * i_src_stride + (hpel2x >> 1);
247     
248         pixel_avg( dst, i_dst_stride, src1, i_src_stride,
249                    src2, i_src_stride, i_width, i_height );
250     }
251     else
252     {
253         mc_copy( src1, i_src_stride, dst, i_dst_stride, i_width, i_height );
254     }
255 }
256
257 static uint8_t *get_ref( uint8_t *src[4], int i_src_stride,
258                          uint8_t *dst,    int * i_dst_stride,
259                          int mvx,int mvy,
260                          int i_width, int i_height )
261 {
262     uint8_t *src1, *src2;
263
264     int correction = (mvx&1) && (mvy&1) && ((mvx&2) ^ (mvy&2));
265     int hpel1x = mvx>>1;
266     int hpel1y = (mvy+1-correction)>>1;
267     int filter1 = (hpel1x & 1) + ( (hpel1y & 1) << 1 );
268
269     src1 = src[filter1] + (hpel1y >> 1) * i_src_stride + (hpel1x >> 1);
270
271     if ( (mvx|mvy) & 1 ) /* qpel interpolation needed */
272     {
273         int hpel2x = (mvx+1)>>1;
274         int hpel2y = (mvy+correction)>>1;
275         int filter2 = (hpel2x & 1) + ( (hpel2y & 1) <<1 );
276
277         src2 = src[filter2] + (hpel2y >> 1) * i_src_stride + (hpel2x >> 1);
278     
279         pixel_avg( dst, *i_dst_stride, src1, i_src_stride,
280                    src2, i_src_stride, i_width, i_height );
281
282         return dst;
283     }
284     else
285     {
286         *i_dst_stride = i_src_stride;
287         return src1;
288     }
289 }
290
291 /* full chroma mc (ie until 1/8 pixel)*/
292 static void motion_compensation_chroma( uint8_t *src, int i_src_stride,
293                                         uint8_t *dst, int i_dst_stride,
294                                         int mvx, int mvy,
295                                         int i_width, int i_height )
296 {
297     uint8_t *srcp;
298     int x, y;
299
300     const int d8x = mvx&0x07;
301     const int d8y = mvy&0x07;
302
303     const int cA = (8-d8x)*(8-d8y);
304     const int cB = d8x    *(8-d8y);
305     const int cC = (8-d8x)*d8y;
306     const int cD = d8x    *d8y;
307
308     src  += (mvy >> 3) * i_src_stride + (mvx >> 3);
309     srcp = &src[i_src_stride];
310
311     for( y = 0; y < i_height; y++ )
312     {
313         for( x = 0; x < i_width; x++ )
314         {
315             dst[x] = ( cA*src[x]  + cB*src[x+1] +
316                        cC*srcp[x] + cD*srcp[x+1] + 32 ) >> 6;
317         }
318         dst  += i_dst_stride;
319
320         src   = srcp;
321         srcp += i_src_stride;
322     }
323 }
324
325 #ifdef HAVE_MMXEXT
326 static void motion_compensation_chroma_mmxext( uint8_t *src, int i_src_stride,
327                                         uint8_t *dst, int i_dst_stride,
328                                         int mvx, int mvy,
329                                         int i_width, int i_height )
330 {
331     if (i_width == 2) {
332         motion_compensation_chroma(src, i_src_stride, dst, i_dst_stride,
333                                    mvx, mvy, i_width, i_height);
334     } else {
335         const int d8x = mvx&0x07;
336         const int d8y = mvy&0x07;
337         
338         src  += (mvy >> 3) * i_src_stride + (mvx >> 3);
339         
340         x264_mc_chroma_mmxext( src, i_src_stride, dst, i_dst_stride,
341                                d8x, d8y, i_width, i_height );
342     }
343 }
344 #endif
345
346 #define MC_COPY(W) \
347 static void mc_copy_w##W( uint8_t *dst, int i_dst, uint8_t *src, int i_src, int i_height ) \
348 { \
349     mc_copy( src, i_src, dst, i_dst, W, i_height ); \
350 }
351 MC_COPY( 16 )
352 MC_COPY( 8 )
353 MC_COPY( 4 )
354
355 void x264_mc_init( int cpu, x264_mc_functions_t *pf )
356 {
357     pf->mc_luma   = mc_luma;
358     pf->get_ref   = get_ref;
359     pf->mc_chroma = motion_compensation_chroma;
360
361     pf->avg[PIXEL_16x16]= pixel_avg_16x16;
362     pf->avg[PIXEL_16x8] = pixel_avg_16x8;
363     pf->avg[PIXEL_8x16] = pixel_avg_8x16;
364     pf->avg[PIXEL_8x8]  = pixel_avg_8x8;
365     pf->avg[PIXEL_8x4]  = pixel_avg_8x4;
366     pf->avg[PIXEL_4x8]  = pixel_avg_4x8;
367     pf->avg[PIXEL_4x4]  = pixel_avg_4x4;
368     pf->avg[PIXEL_4x2]  = pixel_avg_4x2;
369     pf->avg[PIXEL_2x4]  = pixel_avg_2x4;
370     pf->avg[PIXEL_2x2]  = pixel_avg_2x2;
371     
372     pf->avg_weight[PIXEL_16x16]= pixel_avg_weight_16x16;
373     pf->avg_weight[PIXEL_16x8] = pixel_avg_weight_16x8;
374     pf->avg_weight[PIXEL_8x16] = pixel_avg_weight_8x16;
375     pf->avg_weight[PIXEL_8x8]  = pixel_avg_weight_8x8;
376     pf->avg_weight[PIXEL_8x4]  = pixel_avg_weight_8x4;
377     pf->avg_weight[PIXEL_4x8]  = pixel_avg_weight_4x8;
378     pf->avg_weight[PIXEL_4x4]  = pixel_avg_weight_4x4;
379     pf->avg_weight[PIXEL_4x2]  = pixel_avg_weight_4x2;
380     pf->avg_weight[PIXEL_2x4]  = pixel_avg_weight_2x4;
381     pf->avg_weight[PIXEL_2x2]  = pixel_avg_weight_2x2;
382
383     pf->copy[PIXEL_16x16] = mc_copy_w16;
384     pf->copy[PIXEL_8x8]   = mc_copy_w8;
385     pf->copy[PIXEL_4x4]   = mc_copy_w4;
386
387 #ifdef HAVE_MMXEXT
388     if( cpu&X264_CPU_MMXEXT ) {
389         x264_mc_mmxext_init( pf );
390         pf->mc_chroma = motion_compensation_chroma_mmxext;
391     }
392 #endif
393 #ifdef HAVE_SSE2
394     if( cpu&X264_CPU_SSE2 )
395         x264_mc_sse2_init( pf );
396 #endif
397 #ifdef ARCH_PPC
398     if( cpu&X264_CPU_ALTIVEC )
399         x264_mc_altivec_init( pf );
400 #endif
401 }
402
403 extern void x264_horizontal_filter_mmxext( uint8_t *dst, int i_dst_stride,
404                                            uint8_t *src, int i_src_stride,
405                                            int i_width, int i_height );
406 extern void x264_center_filter_mmxext( uint8_t *dst1, int i_dst1_stride,
407                                        uint8_t *dst2, int i_dst2_stride,
408                                        uint8_t *src, int i_src_stride,
409                                        int i_width, int i_height );
410
411 void x264_frame_filter( int cpu, x264_frame_t *frame )
412 {
413     const int x_inc = 16, y_inc = 16;
414     const int stride = frame->i_stride[0];
415     int x, y;
416
417     pf_mc_t int_h = mc_hh;
418     pf_mc_t int_v = mc_hv;
419     pf_mc_t int_hv = mc_hc;
420
421 #ifdef HAVE_MMXEXT
422     if ( cpu & X264_CPU_MMXEXT )
423     {
424         x264_horizontal_filter_mmxext(frame->filtered[1] - 8 * stride - 8, stride,
425             frame->plane[0] - 8 * stride - 8, stride,
426             stride - 48, frame->i_lines[0] + 16);
427         x264_center_filter_mmxext(frame->filtered[2] - 8 * stride - 8, stride,
428             frame->filtered[3] - 8 * stride - 8, stride,
429             frame->plane[0] - 8 * stride - 8, stride,
430             stride - 48, frame->i_lines[0] + 16);
431     }
432     else
433 #endif
434     {
435         for( y = -8; y < frame->i_lines[0]+8; y += y_inc )
436         {
437             uint8_t *p_in = frame->plane[0] + y * stride - 8;
438             uint8_t *p_h  = frame->filtered[1] + y * stride - 8;
439             uint8_t *p_v  = frame->filtered[2] + y * stride - 8;
440             uint8_t *p_hv = frame->filtered[3] + y * stride - 8;
441             for( x = -8; x < stride - 64 + 8; x += x_inc )
442             {
443                 int_h(  p_in, stride, p_h,  stride, x_inc, y_inc );
444                 int_v(  p_in, stride, p_v,  stride, x_inc, y_inc );
445                 int_hv( p_in, stride, p_hv, stride, x_inc, y_inc );
446
447                 p_h += x_inc;
448                 p_v += x_inc;
449                 p_hv += x_inc;
450                 p_in += x_inc;
451             }
452         }
453     }
454
455     /* generate integral image:
456      * each entry in frame->integral is the sum of all luma samples above and
457      * to the left of its location (inclusive).
458      * this allows us to calculate the DC of any rectangle by looking only
459      * at the corner entries.
460      * individual entries will overflow 16 bits, but that's ok:
461      * we only need the differences between entries, and those will be correct
462      * as long as we don't try to evaluate a rectangle bigger than 16x16.
463      * likewise, we don't really have to init the edges to 0, leaving garbage
464      * there wouldn't affect the results.*/
465
466     if( frame->integral )
467     {
468         memset( frame->integral - 32 * stride - 32, 0, stride * sizeof(uint16_t) );
469         for( y = -31; y < frame->i_lines[0] + 32; y++ )
470         {
471             uint8_t  *ref  = frame->plane[0] + y * stride - 32;
472             uint16_t *line = frame->integral + y * stride - 32;
473             uint16_t v = line[0] = 0;
474             for( x = 1; x < stride; x++ )
475                 line[x] = v += ref[x] + line[x-stride] - line[x-stride-1];
476         }
477     }
478 }
479
480 void x264_frame_init_lowres( int cpu, x264_frame_t *frame )
481 {
482     // FIXME: tapfilter?
483     const int i_stride = frame->i_stride[0];
484     const int i_stride2 = frame->i_stride_lowres;
485     const int i_width2 = i_stride2 - 64;
486     int x, y, i;
487     for( y = 0; y < frame->i_lines_lowres - 1; y++ )
488     {
489         uint8_t *src0 = &frame->plane[0][2*y*i_stride];
490         uint8_t *src1 = src0+i_stride;
491         uint8_t *src2 = src1+i_stride;
492         uint8_t *dst0 = &frame->lowres[0][y*i_stride2];
493         uint8_t *dsth = &frame->lowres[1][y*i_stride2];
494         uint8_t *dstv = &frame->lowres[2][y*i_stride2];
495         uint8_t *dstc = &frame->lowres[3][y*i_stride2];
496         for( x = 0; x < i_width2 - 1; x++ )
497         {
498             dst0[x] = (src0[2*x  ] + src0[2*x+1] + src1[2*x  ] + src1[2*x+1] + 2) >> 2;
499             dsth[x] = (src0[2*x+1] + src0[2*x+2] + src1[2*x+1] + src1[2*x+2] + 2) >> 2;
500             dstv[x] = (src1[2*x  ] + src1[2*x+1] + src2[2*x  ] + src2[2*x+1] + 2) >> 2;
501             dstc[x] = (src1[2*x+1] + src1[2*x+2] + src2[2*x+1] + src2[2*x+2] + 2) >> 2;
502         }
503         dst0[x] = (src0[2*x  ] + src0[2*x+1] + src1[2*x  ] + src1[2*x+1] + 2) >> 2;
504         dstv[x] = (src1[2*x  ] + src1[2*x+1] + src2[2*x  ] + src2[2*x+1] + 2) >> 2;
505         dsth[x] = (src0[2*x+1] + src1[2*x+1] + 1) >> 1;
506         dstc[x] = (src1[2*x+1] + src2[2*x+1] + 1) >> 1;
507     }
508     for( i = 0; i < 4; i++ )
509         memcpy( &frame->lowres[i][y*i_stride2], &frame->lowres[i][(y-1)*i_stride2], i_width2 );
510
511     for( y = 0; y < 16; y++ )
512         for( x = 0; x < 16; x++ )
513             frame->i_cost_est[x][y] = -1;
514
515     x264_frame_expand_border_lowres( frame );
516 }
517