CABAC trellis opts part 4: x86_64 asm
[x262.git] / common / set.c
1 /*****************************************************************************
2  * set.c: quantization init
3  *****************************************************************************
4  * Copyright (C) 2005-2011 x264 project
5  *
6  * Authors: Loren Merritt <lorenm@u.washington.edu>
7  *
8  * This program is free software; you can redistribute it and/or modify
9  * it under the terms of the GNU General Public License as published by
10  * the Free Software Foundation; either version 2 of the License, or
11  * (at your option) any later version.
12  *
13  * This program is distributed in the hope that it will be useful,
14  * but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
15  * MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the
16  * GNU General Public License for more details.
17  *
18  * You should have received a copy of the GNU General Public License
19  * along with this program; if not, write to the Free Software
20  * Foundation, Inc., 51 Franklin Street, Fifth Floor, Boston, MA  02111, USA.
21  *
22  * This program is also available under a commercial proprietary license.
23  * For more information, contact us at licensing@x264.com.
24  *****************************************************************************/
25
26 #define _ISOC99_SOURCE
27 #include "common.h"
28
29 #define SHIFT(x,s) ((s)<=0 ? (x)<<-(s) : ((x)+(1<<((s)-1)))>>(s))
30 #define DIV(n,d) (((n) + ((d)>>1)) / (d))
31
32 static const uint8_t dequant4_scale[6][3] =
33 {
34     { 10, 13, 16 },
35     { 11, 14, 18 },
36     { 13, 16, 20 },
37     { 14, 18, 23 },
38     { 16, 20, 25 },
39     { 18, 23, 29 }
40 };
41 static const uint16_t quant4_scale[6][3] =
42 {
43     { 13107, 8066, 5243 },
44     { 11916, 7490, 4660 },
45     { 10082, 6554, 4194 },
46     {  9362, 5825, 3647 },
47     {  8192, 5243, 3355 },
48     {  7282, 4559, 2893 },
49 };
50
51 static const uint8_t quant8_scan[16] =
52 {
53     0,3,4,3, 3,1,5,1, 4,5,2,5, 3,1,5,1
54 };
55 static const uint8_t dequant8_scale[6][6] =
56 {
57     { 20, 18, 32, 19, 25, 24 },
58     { 22, 19, 35, 21, 28, 26 },
59     { 26, 23, 42, 24, 33, 31 },
60     { 28, 25, 45, 26, 35, 33 },
61     { 32, 28, 51, 30, 40, 38 },
62     { 36, 32, 58, 34, 46, 43 },
63 };
64 static const uint16_t quant8_scale[6][6] =
65 {
66     { 13107, 11428, 20972, 12222, 16777, 15481 },
67     { 11916, 10826, 19174, 11058, 14980, 14290 },
68     { 10082,  8943, 15978,  9675, 12710, 11985 },
69     {  9362,  8228, 14913,  8931, 11984, 11259 },
70     {  8192,  7346, 13159,  7740, 10486,  9777 },
71     {  7282,  6428, 11570,  6830,  9118,  8640 }
72 };
73
74 int x264_cqm_init( x264_t *h )
75 {
76     int def_quant4[6][16];
77     int def_quant8[6][64];
78     int def_dequant4[6][16];
79     int def_dequant8[6][64];
80     int quant4_mf[4][6][16];
81     int quant8_mf[4][6][64];
82     int deadzone[4] = { 32 - h->param.analyse.i_luma_deadzone[1],
83                         32 - h->param.analyse.i_luma_deadzone[0],
84                         32 - 11, 32 - 21 };
85     int max_qp_err = -1;
86     int max_chroma_qp_err = -1;
87     int min_qp_err = QP_MAX+1;
88     int num_8x8_lists = h->sps->i_chroma_format_idc == CHROMA_444 ? 4 : 2; /* Checkasm may segfault if optimized out by --chroma-format */
89
90     for( int i = 0; i < 4 + num_8x8_lists; i++ )
91     {
92         int size = i<4 ? 16 : 64;
93         int j;
94         for( j = (i<4 ? 0 : 4); j < i; j++ )
95             if( !memcmp( h->pps->scaling_list[i], h->pps->scaling_list[j], size*sizeof(uint8_t) ) )
96                 break;
97         if( j < i )
98         {
99             h->  quant4_mf[i] = h->  quant4_mf[j];
100             h->dequant4_mf[i] = h->dequant4_mf[j];
101             h->unquant4_mf[i] = h->unquant4_mf[j];
102         }
103         else
104         {
105             CHECKED_MALLOC( h->  quant4_mf[i], (QP_MAX+1)*size*sizeof(udctcoef) );
106             CHECKED_MALLOC( h->dequant4_mf[i],  6*size*sizeof(int) );
107             CHECKED_MALLOC( h->unquant4_mf[i], (QP_MAX+1)*size*sizeof(int) );
108         }
109
110         for( j = (i<4 ? 0 : 4); j < i; j++ )
111             if( deadzone[j&3] == deadzone[i&3] &&
112                 !memcmp( h->pps->scaling_list[i], h->pps->scaling_list[j], size*sizeof(uint8_t) ) )
113                 break;
114         if( j < i )
115         {
116             h->quant4_bias[i] = h->quant4_bias[j];
117             h->quant4_bias0[i] = h->quant4_bias0[j];
118         }
119         else
120         {
121             CHECKED_MALLOC( h->quant4_bias[i], (QP_MAX+1)*size*sizeof(udctcoef) );
122             CHECKED_MALLOC( h->quant4_bias0[i], (QP_MAX+1)*size*sizeof(udctcoef) );
123         }
124     }
125
126     for( int q = 0; q < 6; q++ )
127     {
128         for( int i = 0; i < 16; i++ )
129         {
130             int j = (i&1) + ((i>>2)&1);
131             def_dequant4[q][i] = dequant4_scale[q][j];
132             def_quant4[q][i]   =   quant4_scale[q][j];
133         }
134         for( int i = 0; i < 64; i++ )
135         {
136             int j = quant8_scan[((i>>1)&12) | (i&3)];
137             def_dequant8[q][i] = dequant8_scale[q][j];
138             def_quant8[q][i]   =   quant8_scale[q][j];
139         }
140     }
141
142     for( int q = 0; q < 6; q++ )
143     {
144         for( int i_list = 0; i_list < 4; i_list++ )
145             for( int i = 0; i < 16; i++ )
146             {
147                 h->dequant4_mf[i_list][q][i] = def_dequant4[q][i] * h->pps->scaling_list[i_list][i];
148                      quant4_mf[i_list][q][i] = DIV(def_quant4[q][i] * 16, h->pps->scaling_list[i_list][i]);
149             }
150         for( int i_list = 0; i_list < num_8x8_lists; i_list++ )
151             for( int i = 0; i < 64; i++ )
152             {
153                 h->dequant8_mf[i_list][q][i] = def_dequant8[q][i] * h->pps->scaling_list[4+i_list][i];
154                      quant8_mf[i_list][q][i] = DIV(def_quant8[q][i] * 16, h->pps->scaling_list[4+i_list][i]);
155             }
156     }
157     for( int q = 0; q < QP_MAX+1; q++ )
158     {
159         int j;
160         for( int i_list = 0; i_list < 4; i_list++ )
161             for( int i = 0; i < 16; i++ )
162             {
163                 h->unquant4_mf[i_list][q][i] = (1ULL << (q/6 + 15 + 8)) / quant4_mf[i_list][q%6][i];
164                 h->quant4_mf[i_list][q][i] = j = SHIFT(quant4_mf[i_list][q%6][i], q/6 - 1);
165                 if( !j )
166                 {
167                     min_qp_err = X264_MIN( min_qp_err, q );
168                     continue;
169                 }
170                 // round to nearest, unless that would cause the deadzone to be negative
171                 h->quant4_bias[i_list][q][i] = X264_MIN( DIV(deadzone[i_list]<<10, j), (1<<15)/j );
172                 h->quant4_bias0[i_list][q][i] = (1<<15)/j;
173                 if( j > 0xffff && q > max_qp_err && (i_list == CQM_4IY || i_list == CQM_4PY) )
174                     max_qp_err = q;
175                 if( j > 0xffff && q > max_chroma_qp_err && (i_list == CQM_4IC || i_list == CQM_4PC) )
176                     max_chroma_qp_err = q;
177             }
178         if( h->param.analyse.b_transform_8x8 )
179             for( int i_list = 0; i_list < num_8x8_lists; i_list++ )
180                 for( int i = 0; i < 64; i++ )
181                 {
182                     h->unquant8_mf[i_list][q][i] = (1ULL << (q/6 + 16 + 8)) / quant8_mf[i_list][q%6][i];
183                     j = SHIFT(quant8_mf[i_list][q%6][i], q/6);
184                     h->quant8_mf[i_list][q][i] = (uint16_t)j;
185
186                     if( !j )
187                     {
188                         min_qp_err = X264_MIN( min_qp_err, q );
189                         continue;
190                     }
191                     h->quant8_bias[i_list][q][i] = X264_MIN( DIV(deadzone[i_list]<<10, j), (1<<15)/j );
192                     h->quant8_bias0[i_list][q][i] = (1<<15)/j;
193                     if( j > 0xffff && q > max_qp_err && (i_list == CQM_8IY || i_list == CQM_8PY) )
194                         max_qp_err = q;
195                     if( j > 0xffff && q > max_chroma_qp_err && (i_list == CQM_8IC || i_list == CQM_8PC) )
196                         max_chroma_qp_err = q;
197                 }
198     }
199
200     /* Emergency mode denoising. */
201     x264_emms();
202     CHECKED_MALLOC( h->nr_offset_emergency, sizeof(*h->nr_offset_emergency)*(QP_MAX-QP_MAX_SPEC) );
203     for( int q = 0; q < QP_MAX - QP_MAX_SPEC; q++ )
204         for( int cat = 0; cat < 3 + CHROMA444; cat++ )
205         {
206             int dct8x8 = cat&1;
207             int size = dct8x8 ? 64 : 16;
208             udctcoef *nr_offset = h->nr_offset_emergency[q][cat];
209             /* Denoise chroma first (due to h264's chroma QP offset), then luma, then DC. */
210             int dc_threshold =    (QP_MAX-QP_MAX_SPEC)*2/3;
211             int luma_threshold =  (QP_MAX-QP_MAX_SPEC)*2/3;
212             int chroma_threshold = 0;
213
214             for( int i = 0; i < size; i++ )
215             {
216                 int max = (1 << (7 + BIT_DEPTH)) - 1;
217                 /* True "emergency mode": remove all DCT coefficients */
218                 if( q == QP_MAX - QP_MAX_SPEC - 1 )
219                 {
220                     nr_offset[i] = max;
221                     continue;
222                 }
223
224                 int thresh = i == 0 ? dc_threshold : cat >= 2 ? chroma_threshold : luma_threshold;
225                 if( q < thresh )
226                 {
227                     nr_offset[i] = 0;
228                     continue;
229                 }
230                 double pos = (double)(q-thresh+1) / (QP_MAX - QP_MAX_SPEC - thresh);
231
232                 /* XXX: this math is largely tuned for /dev/random input. */
233                 double start = dct8x8 ? h->unquant8_mf[CQM_8PY][QP_MAX_SPEC][i]
234                                       : h->unquant4_mf[CQM_4PY][QP_MAX_SPEC][i];
235                 /* Formula chosen as an exponential scale to vaguely mimic the effects
236                  * of a higher quantizer. */
237                 double bias = (pow( 2, pos*(QP_MAX - QP_MAX_SPEC)/10. )*0.003-0.003) * start;
238                 nr_offset[i] = X264_MIN( bias + 0.5, max );
239             }
240         }
241
242     if( !h->mb.b_lossless )
243     {
244         while( h->chroma_qp_table[h->param.rc.i_qp_min] <= max_chroma_qp_err )
245             h->param.rc.i_qp_min++;
246         if( min_qp_err <= h->param.rc.i_qp_max )
247             h->param.rc.i_qp_max = min_qp_err-1;
248         if( max_qp_err >= h->param.rc.i_qp_min )
249             h->param.rc.i_qp_min = max_qp_err+1;
250         /* If long level-codes aren't allowed, we need to allow QP high enough to avoid them. */
251         if( !h->param.b_cabac && h->sps->i_profile_idc < PROFILE_HIGH )
252             while( h->chroma_qp_table[SPEC_QP(h->param.rc.i_qp_max)] <= 12 || h->param.rc.i_qp_max <= 12 )
253                 h->param.rc.i_qp_max++;
254         if( h->param.rc.i_qp_min > h->param.rc.i_qp_max )
255         {
256             x264_log( h, X264_LOG_ERROR, "Impossible QP constraints for CQM (min=%d, max=%d)\n", h->param.rc.i_qp_min, h->param.rc.i_qp_max );
257             return -1;
258         }
259     }
260     return 0;
261 fail:
262     x264_cqm_delete( h );
263     return -1;
264 }
265
266 #define CQM_DELETE( n, max )\
267     for( int i = 0; i < (max); i++ )\
268     {\
269         int j;\
270         for( j = 0; j < i; j++ )\
271             if( h->quant##n##_mf[i] == h->quant##n##_mf[j] )\
272                 break;\
273         if( j == i )\
274         {\
275             x264_free( h->  quant##n##_mf[i] );\
276             x264_free( h->dequant##n##_mf[i] );\
277             x264_free( h->unquant##n##_mf[i] );\
278         }\
279         for( j = 0; j < i; j++ )\
280             if( h->quant##n##_bias[i] == h->quant##n##_bias[j] )\
281                 break;\
282         if( j == i )\
283         {\
284             x264_free( h->quant##n##_bias[i] );\
285             x264_free( h->quant##n##_bias0[i] );\
286         }\
287     }
288
289 void x264_cqm_delete( x264_t *h )
290 {
291     CQM_DELETE( 4, 4 );
292     CQM_DELETE( 8, CHROMA444 ? 4 : 2 );
293     x264_free( h->nr_offset_emergency );
294 }
295
296 static int x264_cqm_parse_jmlist( x264_t *h, const char *buf, const char *name,
297                                   uint8_t *cqm, const uint8_t *jvt, int length )
298 {
299     int i;
300
301     char *p = strstr( buf, name );
302     if( !p )
303     {
304         memset( cqm, 16, length );
305         return 0;
306     }
307
308     p += strlen( name );
309     if( *p == 'U' || *p == 'V' )
310         p++;
311
312     char *nextvar = strstr( p, "INT" );
313
314     for( i = 0; i < length && (p = strpbrk( p, " \t\n," )) && (p = strpbrk( p, "0123456789" )); i++ )
315     {
316         int coef = -1;
317         sscanf( p, "%d", &coef );
318         if( i == 0 && coef == 0 )
319         {
320             memcpy( cqm, jvt, length );
321             return 0;
322         }
323         if( coef < 1 || coef > 255 )
324         {
325             x264_log( h, X264_LOG_ERROR, "bad coefficient in list '%s'\n", name );
326             return -1;
327         }
328         cqm[i] = coef;
329     }
330
331     if( (nextvar && p > nextvar) || i != length )
332     {
333         x264_log( h, X264_LOG_ERROR, "not enough coefficients in list '%s'\n", name );
334         return -1;
335     }
336
337     return 0;
338 }
339
340 int x264_cqm_parse_file( x264_t *h, const char *filename )
341 {
342     char *p;
343     int b_error = 0;
344
345     h->param.i_cqm_preset = X264_CQM_CUSTOM;
346
347     char *buf = x264_slurp_file( filename );
348     if( !buf )
349     {
350         x264_log( h, X264_LOG_ERROR, "can't open file '%s'\n", filename );
351         return -1;
352     }
353
354     while( (p = strchr( buf, '#' )) != NULL )
355         memset( p, ' ', strcspn( p, "\n" ) );
356
357     b_error |= x264_cqm_parse_jmlist( h, buf, "INTRA4X4_LUMA",   h->param.cqm_4iy, x264_cqm_jvt4i, 16 );
358     b_error |= x264_cqm_parse_jmlist( h, buf, "INTER4X4_LUMA",   h->param.cqm_4py, x264_cqm_jvt4p, 16 );
359     b_error |= x264_cqm_parse_jmlist( h, buf, "INTRA4X4_CHROMA", h->param.cqm_4ic, x264_cqm_jvt4i, 16 );
360     b_error |= x264_cqm_parse_jmlist( h, buf, "INTER4X4_CHROMA", h->param.cqm_4pc, x264_cqm_jvt4p, 16 );
361     b_error |= x264_cqm_parse_jmlist( h, buf, "INTRA8X8_LUMA",   h->param.cqm_8iy, x264_cqm_jvt8i, 64 );
362     b_error |= x264_cqm_parse_jmlist( h, buf, "INTER8X8_LUMA",   h->param.cqm_8py, x264_cqm_jvt8p, 64 );
363     if( CHROMA444 )
364     {
365         b_error |= x264_cqm_parse_jmlist( h, buf, "INTRA8X8_CHROMA", h->param.cqm_8ic, x264_cqm_jvt8i, 64 );
366         b_error |= x264_cqm_parse_jmlist( h, buf, "INTER8X8_CHROMA", h->param.cqm_8pc, x264_cqm_jvt8p, 64 );
367     }
368
369     x264_free( buf );
370     return b_error;
371 }
372