Minor fixes
[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[2][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
89     for( int i = 0; i < 6; i++ )
90     {
91         int size = i<4 ? 16 : 64;
92         int j;
93         for( j = (i<4 ? 0 : 4); j < i; j++ )
94             if( !memcmp( h->pps->scaling_list[i], h->pps->scaling_list[j], size*sizeof(uint8_t) ) )
95                 break;
96         if( j < i )
97         {
98             h->  quant4_mf[i] = h->  quant4_mf[j];
99             h->dequant4_mf[i] = h->dequant4_mf[j];
100             h->unquant4_mf[i] = h->unquant4_mf[j];
101         }
102         else
103         {
104             CHECKED_MALLOC( h->  quant4_mf[i], (QP_MAX+1)*size*sizeof(udctcoef) );
105             CHECKED_MALLOC( h->dequant4_mf[i],  6*size*sizeof(int) );
106             CHECKED_MALLOC( h->unquant4_mf[i], (QP_MAX+1)*size*sizeof(int) );
107         }
108
109         for( j = (i<4 ? 0 : 4); j < i; j++ )
110             if( deadzone[j&3] == deadzone[i&3] &&
111                 !memcmp( h->pps->scaling_list[i], h->pps->scaling_list[j], size*sizeof(uint8_t) ) )
112                 break;
113         if( j < i )
114             h->quant4_bias[i] = h->quant4_bias[j];
115         else
116             CHECKED_MALLOC( h->quant4_bias[i], (QP_MAX+1)*size*sizeof(udctcoef) );
117     }
118
119     for( int q = 0; q < 6; q++ )
120     {
121         for( int i = 0; i < 16; i++ )
122         {
123             int j = (i&1) + ((i>>2)&1);
124             def_dequant4[q][i] = dequant4_scale[q][j];
125             def_quant4[q][i]   =   quant4_scale[q][j];
126         }
127         for( int i = 0; i < 64; i++ )
128         {
129             int j = quant8_scan[((i>>1)&12) | (i&3)];
130             def_dequant8[q][i] = dequant8_scale[q][j];
131             def_quant8[q][i]   =   quant8_scale[q][j];
132         }
133     }
134
135     for( int q = 0; q < 6; q++ )
136     {
137         for( int i_list = 0; i_list < 4; i_list++ )
138             for( int i = 0; i < 16; i++ )
139             {
140                 h->dequant4_mf[i_list][q][i] = def_dequant4[q][i] * h->pps->scaling_list[i_list][i];
141                      quant4_mf[i_list][q][i] = DIV(def_quant4[q][i] * 16, h->pps->scaling_list[i_list][i]);
142             }
143         for( int i_list = 0; i_list < 2; i_list++ )
144             for( int i = 0; i < 64; i++ )
145             {
146                 h->dequant8_mf[i_list][q][i] = def_dequant8[q][i] * h->pps->scaling_list[4+i_list][i];
147                      quant8_mf[i_list][q][i] = DIV(def_quant8[q][i] * 16, h->pps->scaling_list[4+i_list][i]);
148             }
149     }
150     for( int q = 0; q < QP_MAX+1; q++ )
151     {
152         int j;
153         for( int i_list = 0; i_list < 4; i_list++ )
154             for( int i = 0; i < 16; i++ )
155             {
156                 h->unquant4_mf[i_list][q][i] = (1ULL << (q/6 + 15 + 8)) / quant4_mf[i_list][q%6][i];
157                 h->quant4_mf[i_list][q][i] = j = SHIFT(quant4_mf[i_list][q%6][i], q/6 - 1);
158                 if( !j )
159                 {
160                     min_qp_err = X264_MIN( min_qp_err, q );
161                     continue;
162                 }
163                 // round to nearest, unless that would cause the deadzone to be negative
164                 h->quant4_bias[i_list][q][i] = X264_MIN( DIV(deadzone[i_list]<<10, j), (1<<15)/j );
165                 if( j > 0xffff && q > max_qp_err && (i_list == CQM_4IY || i_list == CQM_4PY) )
166                     max_qp_err = q;
167                 if( j > 0xffff && q > max_chroma_qp_err && (i_list == CQM_4IC || i_list == CQM_4PC) )
168                     max_chroma_qp_err = q;
169             }
170         if( h->param.analyse.b_transform_8x8 )
171             for( int i_list = 0; i_list < 2; i_list++ )
172                 for( int i = 0; i < 64; i++ )
173                 {
174                     h->unquant8_mf[i_list][q][i] = (1ULL << (q/6 + 16 + 8)) / quant8_mf[i_list][q%6][i];
175                     j = SHIFT(quant8_mf[i_list][q%6][i], q/6);
176                     h->quant8_mf[i_list][q][i] = (uint16_t)j;
177
178                     if( !j )
179                     {
180                         min_qp_err = X264_MIN( min_qp_err, q );
181                         continue;
182                     }
183                     h->quant8_bias[i_list][q][i] = X264_MIN( DIV(deadzone[i_list]<<10, j), (1<<15)/j );
184                     if( j > 0xffff && q > max_qp_err )
185                         max_qp_err = q;
186                 }
187     }
188
189     /* Emergency mode denoising. */
190     x264_emms();
191     CHECKED_MALLOC( h->nr_offset_emergency, sizeof(*h->nr_offset_emergency)*(QP_MAX-QP_MAX_SPEC) );
192     for( int q = 0; q < QP_MAX - QP_MAX_SPEC; q++ )
193         for( int cat = 0; cat <= 2; cat++ )
194         {
195             int dct8x8 = cat == 1;
196             int size = dct8x8 ? 64 : 16;
197             udctcoef *nr_offset = h->nr_offset_emergency[q][cat];
198             /* Denoise chroma first (due to h264's chroma QP offset), then luma, then DC. */
199             int dc_threshold =    (QP_MAX-QP_MAX_SPEC)*2/3;
200             int luma_threshold =  (QP_MAX-QP_MAX_SPEC)*2/3;
201             int chroma_threshold = 0;
202
203             for( int i = 0; i < size; i++ )
204             {
205                 int max = (1 << (7 + BIT_DEPTH)) - 1;
206                 /* True "emergency mode": remove all DCT coefficients */
207                 if( q == QP_MAX - QP_MAX_SPEC - 1 )
208                 {
209                     nr_offset[i] = max;
210                     continue;
211                 }
212
213                 int thresh = i == 0 ? dc_threshold : cat == 2 ? chroma_threshold : luma_threshold;
214                 if( q < thresh )
215                 {
216                     nr_offset[i] = 0;
217                     continue;
218                 }
219                 double pos = (double)(q-thresh+1) / (QP_MAX - QP_MAX_SPEC - thresh);
220
221                 /* XXX: this math is largely tuned for /dev/random input. */
222                 double start = dct8x8 ? h->unquant8_mf[CQM_8PY][QP_MAX_SPEC][i]
223                                       : h->unquant4_mf[CQM_4PY][QP_MAX_SPEC][i];
224                 /* Formula chosen as an exponential scale to vaguely mimic the effects
225                  * of a higher quantizer. */
226                 double bias = (pow( 2, pos*(QP_MAX - QP_MAX_SPEC)/10. )*0.003-0.003) * start;
227                 nr_offset[i] = X264_MIN( bias + 0.5, max );
228             }
229         }
230
231     if( !h->mb.b_lossless )
232     {
233         while( h->chroma_qp_table[h->param.rc.i_qp_min] <= max_chroma_qp_err )
234             h->param.rc.i_qp_min++;
235         if( min_qp_err <= h->param.rc.i_qp_max )
236             h->param.rc.i_qp_max = min_qp_err-1;
237         if( max_qp_err >= h->param.rc.i_qp_min )
238             h->param.rc.i_qp_min = max_qp_err+1;
239         /* If long level-codes aren't allowed, we need to allow QP high enough to avoid them. */
240         if( !h->param.b_cabac && h->sps->i_profile_idc < PROFILE_HIGH )
241             while( h->chroma_qp_table[SPEC_QP(h->param.rc.i_qp_max)] <= 12 || h->param.rc.i_qp_max <= 12 )
242                 h->param.rc.i_qp_max++;
243         if( h->param.rc.i_qp_min > h->param.rc.i_qp_max )
244         {
245             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 );
246             return -1;
247         }
248     }
249     return 0;
250 fail:
251     x264_cqm_delete( h );
252     return -1;
253 }
254
255 #define CQM_DELETE( n, max )\
256     for( int i = 0; i < max; i++ )\
257     {\
258         int j;\
259         for( j = 0; j < i; j++ )\
260             if( h->quant##n##_mf[i] == h->quant##n##_mf[j] )\
261                 break;\
262         if( j == i )\
263         {\
264             x264_free( h->  quant##n##_mf[i] );\
265             x264_free( h->dequant##n##_mf[i] );\
266             x264_free( h->unquant##n##_mf[i] );\
267         }\
268         for( j = 0; j < i; j++ )\
269             if( h->quant##n##_bias[i] == h->quant##n##_bias[j] )\
270                 break;\
271         if( j == i )\
272             x264_free( h->quant##n##_bias[i] );\
273     }
274
275 void x264_cqm_delete( x264_t *h )
276 {
277     CQM_DELETE( 4, 4 );
278     CQM_DELETE( 8, 2 );
279     x264_free( h->nr_offset_emergency );
280 }
281
282 static int x264_cqm_parse_jmlist( x264_t *h, const char *buf, const char *name,
283                            uint8_t *cqm, const uint8_t *jvt, int length )
284 {
285     int i;
286
287     char *p = strstr( buf, name );
288     if( !p )
289     {
290         memset( cqm, 16, length );
291         return 0;
292     }
293
294     p += strlen( name );
295     if( *p == 'U' || *p == 'V' )
296         p++;
297
298     char *nextvar = strstr( p, "INT" );
299
300     for( i = 0; i < length && (p = strpbrk( p, " \t\n," )) && (p = strpbrk( p, "0123456789" )); i++ )
301     {
302         int coef = -1;
303         sscanf( p, "%d", &coef );
304         if( i == 0 && coef == 0 )
305         {
306             memcpy( cqm, jvt, length );
307             return 0;
308         }
309         if( coef < 1 || coef > 255 )
310         {
311             x264_log( h, X264_LOG_ERROR, "bad coefficient in list '%s'\n", name );
312             return -1;
313         }
314         cqm[i] = coef;
315     }
316
317     if( (nextvar && p > nextvar) || i != length )
318     {
319         x264_log( h, X264_LOG_ERROR, "not enough coefficients in list '%s'\n", name );
320         return -1;
321     }
322
323     return 0;
324 }
325
326 int x264_cqm_parse_file( x264_t *h, const char *filename )
327 {
328     char *p;
329     int b_error = 0;
330
331     h->param.i_cqm_preset = X264_CQM_CUSTOM;
332
333     char *buf = x264_slurp_file( filename );
334     if( !buf )
335     {
336         x264_log( h, X264_LOG_ERROR, "can't open file '%s'\n", filename );
337         return -1;
338     }
339
340     while( (p = strchr( buf, '#' )) != NULL )
341         memset( p, ' ', strcspn( p, "\n" ) );
342
343     b_error |= x264_cqm_parse_jmlist( h, buf, "INTRA4X4_LUMA",   h->param.cqm_4iy, x264_cqm_jvt4i, 16 );
344     b_error |= x264_cqm_parse_jmlist( h, buf, "INTRA4X4_CHROMA", h->param.cqm_4ic, x264_cqm_jvt4i, 16 );
345     b_error |= x264_cqm_parse_jmlist( h, buf, "INTER4X4_LUMA",   h->param.cqm_4py, x264_cqm_jvt4p, 16 );
346     b_error |= x264_cqm_parse_jmlist( h, buf, "INTER4X4_CHROMA", h->param.cqm_4pc, x264_cqm_jvt4p, 16 );
347     b_error |= x264_cqm_parse_jmlist( h, buf, "INTRA8X8_LUMA",   h->param.cqm_8iy, x264_cqm_jvt8i, 64 );
348     b_error |= x264_cqm_parse_jmlist( h, buf, "INTER8X8_LUMA",   h->param.cqm_8py, x264_cqm_jvt8p, 64 );
349
350     x264_free( buf );
351     return b_error;
352 }
353