Support for 9 and 10-bit encoding
[x262.git] / common / set.c
1 /*****************************************************************************
2  * set.c: h264 encoder library
3  *****************************************************************************
4  * Copyright (C) 2005-2008 Loren Merritt <lorenm@u.washington.edu>
5  *
6  * This program is free software; you can redistribute it and/or modify
7  * it under the terms of the GNU General Public License as published by
8  * the Free Software Foundation; either version 2 of the License, or
9  * (at your option) any later version.
10  *
11  * This program is distributed in the hope that it will be useful,
12  * but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
13  * MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the
14  * GNU General Public License for more details.
15  *
16  * You should have received a copy of the GNU General Public License
17  * along with this program; if not, write to the Free Software
18  * Foundation, Inc., 51 Franklin Street, Fifth Floor, Boston, MA  02111, USA.
19  *****************************************************************************/
20
21 #include "common.h"
22
23 #define SHIFT(x,s) ((s)<=0 ? (x)<<-(s) : ((x)+(1<<((s)-1)))>>(s))
24 #define DIV(n,d) (((n) + ((d)>>1)) / (d))
25
26 static const uint8_t dequant4_scale[6][3] =
27 {
28     { 10, 13, 16 },
29     { 11, 14, 18 },
30     { 13, 16, 20 },
31     { 14, 18, 23 },
32     { 16, 20, 25 },
33     { 18, 23, 29 }
34 };
35 static const uint16_t quant4_scale[6][3] =
36 {
37     { 13107, 8066, 5243 },
38     { 11916, 7490, 4660 },
39     { 10082, 6554, 4194 },
40     {  9362, 5825, 3647 },
41     {  8192, 5243, 3355 },
42     {  7282, 4559, 2893 },
43 };
44
45 static const uint8_t quant8_scan[16] =
46 {
47     0,3,4,3, 3,1,5,1, 4,5,2,5, 3,1,5,1
48 };
49 static const uint8_t dequant8_scale[6][6] =
50 {
51     { 20, 18, 32, 19, 25, 24 },
52     { 22, 19, 35, 21, 28, 26 },
53     { 26, 23, 42, 24, 33, 31 },
54     { 28, 25, 45, 26, 35, 33 },
55     { 32, 28, 51, 30, 40, 38 },
56     { 36, 32, 58, 34, 46, 43 },
57 };
58 static const uint16_t quant8_scale[6][6] =
59 {
60     { 13107, 11428, 20972, 12222, 16777, 15481 },
61     { 11916, 10826, 19174, 11058, 14980, 14290 },
62     { 10082,  8943, 15978,  9675, 12710, 11985 },
63     {  9362,  8228, 14913,  8931, 11984, 11259 },
64     {  8192,  7346, 13159,  7740, 10486,  9777 },
65     {  7282,  6428, 11570,  6830,  9118,  8640 }
66 };
67
68 int x264_cqm_init( x264_t *h )
69 {
70     int def_quant4[6][16];
71     int def_quant8[6][64];
72     int def_dequant4[6][16];
73     int def_dequant8[6][64];
74     int quant4_mf[4][6][16];
75     int quant8_mf[2][6][64];
76     int deadzone[4] = { 32 - h->param.analyse.i_luma_deadzone[1],
77                         32 - h->param.analyse.i_luma_deadzone[0],
78                         32 - 11, 32 - 21 };
79     int max_qp_err = -1;
80     int max_chroma_qp_err = -1;
81     int min_qp_err = QP_MAX+1;
82
83     for( int i = 0; i < 6; i++ )
84     {
85         int size = i<4 ? 16 : 64;
86         int j;
87         for( j = (i<4 ? 0 : 4); j < i; j++ )
88             if( !memcmp( h->pps->scaling_list[i], h->pps->scaling_list[j], size*sizeof(uint8_t) ) )
89                 break;
90         if( j < i )
91         {
92             h->  quant4_mf[i] = h->  quant4_mf[j];
93             h->dequant4_mf[i] = h->dequant4_mf[j];
94             h->unquant4_mf[i] = h->unquant4_mf[j];
95         }
96         else
97         {
98             CHECKED_MALLOC( h->  quant4_mf[i], (QP_MAX+1)*size*sizeof(uint16_t) );
99             CHECKED_MALLOC( h->dequant4_mf[i],  6*size*sizeof(int) );
100             CHECKED_MALLOC( h->unquant4_mf[i], (QP_MAX+1)*size*sizeof(int) );
101         }
102
103         for( j = (i<4 ? 0 : 4); j < i; j++ )
104             if( deadzone[j&3] == deadzone[i&3] &&
105                 !memcmp( h->pps->scaling_list[i], h->pps->scaling_list[j], size*sizeof(uint8_t) ) )
106                 break;
107         if( j < i )
108             h->quant4_bias[i] = h->quant4_bias[j];
109         else
110             CHECKED_MALLOC( h->quant4_bias[i], (QP_MAX+1)*size*sizeof(uint16_t) );
111     }
112
113     for( int q = 0; q < 6; q++ )
114     {
115         for( int i = 0; i < 16; i++ )
116         {
117             int j = (i&1) + ((i>>2)&1);
118             def_dequant4[q][i] = dequant4_scale[q][j];
119             def_quant4[q][i]   =   quant4_scale[q][j];
120         }
121         for( int i = 0; i < 64; i++ )
122         {
123             int j = quant8_scan[((i>>1)&12) | (i&3)];
124             def_dequant8[q][i] = dequant8_scale[q][j];
125             def_quant8[q][i]   =   quant8_scale[q][j];
126         }
127     }
128
129     for( int q = 0; q < 6; q++ )
130     {
131         for( int i_list = 0; i_list < 4; i_list++ )
132             for( int i = 0; i < 16; i++ )
133             {
134                 h->dequant4_mf[i_list][q][i] = def_dequant4[q][i] * h->pps->scaling_list[i_list][i];
135                      quant4_mf[i_list][q][i] = DIV(def_quant4[q][i] * 16, h->pps->scaling_list[i_list][i]);
136             }
137         for( int i_list = 0; i_list < 2; i_list++ )
138             for( int i = 0; i < 64; i++ )
139             {
140                 h->dequant8_mf[i_list][q][i] = def_dequant8[q][i] * h->pps->scaling_list[4+i_list][i];
141                      quant8_mf[i_list][q][i] = DIV(def_quant8[q][i] * 16, h->pps->scaling_list[4+i_list][i]);
142             }
143     }
144     for( int q = 0; q < QP_MAX+1; q++ )
145     {
146         int j;
147         for( int i_list = 0; i_list < 4; i_list++ )
148             for( int i = 0; i < 16; i++ )
149             {
150                 h->unquant4_mf[i_list][q][i] = (1ULL << (q/6 + 15 + 8)) / quant4_mf[i_list][q%6][i];
151                 h->quant4_mf[i_list][q][i] = j = SHIFT(quant4_mf[i_list][q%6][i], q/6 - 1);
152                 if( !j )
153                 {
154                     min_qp_err = X264_MIN( min_qp_err, q );
155                     continue;
156                 }
157                 // round to nearest, unless that would cause the deadzone to be negative
158                 h->quant4_bias[i_list][q][i] = X264_MIN( DIV(deadzone[i_list]<<10, j), (1<<15)/j );
159                 if( j > 0xffff && q > max_qp_err && (i_list == CQM_4IY || i_list == CQM_4PY) )
160                     max_qp_err = q;
161                 if( j > 0xffff && q > max_chroma_qp_err && (i_list == CQM_4IC || i_list == CQM_4PC) )
162                     max_chroma_qp_err = q;
163             }
164         if( h->param.analyse.b_transform_8x8 )
165             for( int i_list = 0; i_list < 2; i_list++ )
166                 for( int i = 0; i < 64; i++ )
167                 {
168                     h->unquant8_mf[i_list][q][i] = (1ULL << (q/6 + 16 + 8)) / quant8_mf[i_list][q%6][i];
169                     h->quant8_mf[i_list][q][i] = j = SHIFT(quant8_mf[i_list][q%6][i], q/6);
170                     if( !j )
171                     {
172                         min_qp_err = X264_MIN( min_qp_err, q );
173                         continue;
174                     }
175                     h->quant8_bias[i_list][q][i] = X264_MIN( DIV(deadzone[i_list]<<10, j), (1<<15)/j );
176                     if( j > 0xffff && q > max_qp_err )
177                         max_qp_err = q;
178                 }
179     }
180
181     if( !h->mb.b_lossless && max_qp_err >= h->param.rc.i_qp_min )
182     {
183         x264_log( h, X264_LOG_ERROR, "Quantization overflow.  Your CQM is incompatible with QP < %d,\n", max_qp_err+1 );
184         x264_log( h, X264_LOG_ERROR, "but min QP is set to %d.\n", h->param.rc.i_qp_min );
185         return -1;
186     }
187     if( !h->mb.b_lossless && max_chroma_qp_err >= h->chroma_qp_table[h->param.rc.i_qp_min] )
188     {
189         x264_log( h, X264_LOG_ERROR, "Quantization overflow.  Your CQM is incompatible with QP < %d,\n", max_chroma_qp_err+1 );
190         x264_log( h, X264_LOG_ERROR, "but min chroma QP is implied to be %d.\n", h->chroma_qp_table[h->param.rc.i_qp_min] );
191         return -1;
192     }
193     if( !h->mb.b_lossless && min_qp_err <= h->param.rc.i_qp_max )
194     {
195         x264_log( h, X264_LOG_ERROR, "Quantization underflow.  Your CQM is incompatible with QP > %d,\n", min_qp_err-1 );
196         x264_log( h, X264_LOG_ERROR, "but max QP is implied to be %d.\n", h->param.rc.i_qp_max );
197         return -1;
198     }
199     return 0;
200 fail:
201     x264_cqm_delete( h );
202     return -1;
203 }
204
205 #define CQM_DELETE( n, max )\
206     for( int i = 0; i < max; i++ )\
207     {\
208         int j;\
209         for( j = 0; j < i; j++ )\
210             if( h->quant##n##_mf[i] == h->quant##n##_mf[j] )\
211                 break;\
212         if( j == i )\
213         {\
214             x264_free( h->  quant##n##_mf[i] );\
215             x264_free( h->dequant##n##_mf[i] );\
216             x264_free( h->unquant##n##_mf[i] );\
217         }\
218         for( j = 0; j < i; j++ )\
219             if( h->quant##n##_bias[i] == h->quant##n##_bias[j] )\
220                 break;\
221         if( j == i )\
222             x264_free( h->quant##n##_bias[i] );\
223     }
224
225 void x264_cqm_delete( x264_t *h )
226 {
227     CQM_DELETE( 4, 4 );
228     CQM_DELETE( 8, 2 );
229 }
230
231 static int x264_cqm_parse_jmlist( x264_t *h, const char *buf, const char *name,
232                            uint8_t *cqm, const uint8_t *jvt, int length )
233 {
234     int i;
235
236     char *p = strstr( buf, name );
237     if( !p )
238     {
239         memset( cqm, 16, length );
240         return 0;
241     }
242
243     p += strlen( name );
244     if( *p == 'U' || *p == 'V' )
245         p++;
246
247     char *nextvar = strstr( p, "INT" );
248
249     for( i = 0; i < length && (p = strpbrk( p, " \t\n," )) && (p = strpbrk( p, "0123456789" )); i++ )
250     {
251         int coef = -1;
252         sscanf( p, "%d", &coef );
253         if( i == 0 && coef == 0 )
254         {
255             memcpy( cqm, jvt, length );
256             return 0;
257         }
258         if( coef < 1 || coef > 255 )
259         {
260             x264_log( h, X264_LOG_ERROR, "bad coefficient in list '%s'\n", name );
261             return -1;
262         }
263         cqm[i] = coef;
264     }
265
266     if( (nextvar && p > nextvar) || i != length )
267     {
268         x264_log( h, X264_LOG_ERROR, "not enough coefficients in list '%s'\n", name );
269         return -1;
270     }
271
272     return 0;
273 }
274
275 int x264_cqm_parse_file( x264_t *h, const char *filename )
276 {
277     char *p;
278     int b_error = 0;
279
280     h->param.i_cqm_preset = X264_CQM_CUSTOM;
281
282     char *buf = x264_slurp_file( filename );
283     if( !buf )
284     {
285         x264_log( h, X264_LOG_ERROR, "can't open file '%s'\n", filename );
286         return -1;
287     }
288
289     while( (p = strchr( buf, '#' )) != NULL )
290         memset( p, ' ', strcspn( p, "\n" ) );
291
292     b_error |= x264_cqm_parse_jmlist( h, buf, "INTRA4X4_LUMA",   h->param.cqm_4iy, x264_cqm_jvt4i, 16 );
293     b_error |= x264_cqm_parse_jmlist( h, buf, "INTRA4X4_CHROMA", h->param.cqm_4ic, x264_cqm_jvt4i, 16 );
294     b_error |= x264_cqm_parse_jmlist( h, buf, "INTER4X4_LUMA",   h->param.cqm_4py, x264_cqm_jvt4p, 16 );
295     b_error |= x264_cqm_parse_jmlist( h, buf, "INTER4X4_CHROMA", h->param.cqm_4pc, x264_cqm_jvt4p, 16 );
296     b_error |= x264_cqm_parse_jmlist( h, buf, "INTRA8X8_LUMA",   h->param.cqm_8iy, x264_cqm_jvt8i, 64 );
297     b_error |= x264_cqm_parse_jmlist( h, buf, "INTER8X8_LUMA",   h->param.cqm_8py, x264_cqm_jvt8p, 64 );
298
299     x264_free( buf );
300     return b_error;
301 }
302