Add slices-max feature
[x262.git] / common / set.c
1 /*****************************************************************************
2  * set.c: quantization init
3  *****************************************************************************
4  * Copyright (C) 2005-2013 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
89                       : h->param.analyse.b_transform_8x8 ? 2 : 0; /* Checkasm may segfault if optimized out by --chroma-format */
90
91 #define CQM_ALLOC( w, count )\
92     for( int i = 0; i < count; i++ )\
93     {\
94         int size = w*w;\
95         int start = w == 8 ? 4 : 0;\
96         int j;\
97         for( j = 0; j < i; j++ )\
98             if( !memcmp( h->pps->scaling_list[i+start], h->pps->scaling_list[j+start], size*sizeof(uint8_t) ) )\
99                 break;\
100         if( j < i )\
101         {\
102             h->  quant##w##_mf[i] = h->  quant##w##_mf[j];\
103             h->dequant##w##_mf[i] = h->dequant##w##_mf[j];\
104             h->unquant##w##_mf[i] = h->unquant##w##_mf[j];\
105         }\
106         else\
107         {\
108             CHECKED_MALLOC( h->  quant##w##_mf[i], (QP_MAX+1)*size*sizeof(udctcoef) );\
109             CHECKED_MALLOC( h->dequant##w##_mf[i],  6*size*sizeof(int) );\
110             CHECKED_MALLOC( h->unquant##w##_mf[i], (QP_MAX+1)*size*sizeof(int) );\
111         }\
112         for( j = 0; j < i; j++ )\
113             if( deadzone[j] == deadzone[i] &&\
114                 !memcmp( h->pps->scaling_list[i+start], h->pps->scaling_list[j+start], size*sizeof(uint8_t) ) )\
115                 break;\
116         if( j < i )\
117         {\
118             h->quant##w##_bias[i] = h->quant##w##_bias[j];\
119             h->quant##w##_bias0[i] = h->quant##w##_bias0[j];\
120         }\
121         else\
122         {\
123             CHECKED_MALLOC( h->quant##w##_bias[i], (QP_MAX+1)*size*sizeof(udctcoef) );\
124             CHECKED_MALLOC( h->quant##w##_bias0[i], (QP_MAX+1)*size*sizeof(udctcoef) );\
125         }\
126     }
127
128     CQM_ALLOC( 4, 4 )
129     CQM_ALLOC( 8, num_8x8_lists )
130
131     for( int q = 0; q < 6; q++ )
132     {
133         for( int i = 0; i < 16; i++ )
134         {
135             int j = (i&1) + ((i>>2)&1);
136             def_dequant4[q][i] = dequant4_scale[q][j];
137             def_quant4[q][i]   =   quant4_scale[q][j];
138         }
139         for( int i = 0; i < 64; i++ )
140         {
141             int j = quant8_scan[((i>>1)&12) | (i&3)];
142             def_dequant8[q][i] = dequant8_scale[q][j];
143             def_quant8[q][i]   =   quant8_scale[q][j];
144         }
145     }
146
147     for( int q = 0; q < 6; q++ )
148     {
149         for( int i_list = 0; i_list < 4; i_list++ )
150             for( int i = 0; i < 16; i++ )
151             {
152                 h->dequant4_mf[i_list][q][i] = def_dequant4[q][i] * h->pps->scaling_list[i_list][i];
153                      quant4_mf[i_list][q][i] = DIV(def_quant4[q][i] * 16, h->pps->scaling_list[i_list][i]);
154             }
155         for( int i_list = 0; i_list < num_8x8_lists; i_list++ )
156             for( int i = 0; i < 64; i++ )
157             {
158                 h->dequant8_mf[i_list][q][i] = def_dequant8[q][i] * h->pps->scaling_list[4+i_list][i];
159                      quant8_mf[i_list][q][i] = DIV(def_quant8[q][i] * 16, h->pps->scaling_list[4+i_list][i]);
160             }
161     }
162     for( int q = 0; q < QP_MAX+1; q++ )
163     {
164         int j;
165         for( int i_list = 0; i_list < 4; i_list++ )
166             for( int i = 0; i < 16; i++ )
167             {
168                 h->unquant4_mf[i_list][q][i] = (1ULL << (q/6 + 15 + 8)) / quant4_mf[i_list][q%6][i];
169                 h->quant4_mf[i_list][q][i] = j = SHIFT(quant4_mf[i_list][q%6][i], q/6 - 1);
170                 if( !j )
171                 {
172                     min_qp_err = X264_MIN( min_qp_err, q );
173                     continue;
174                 }
175                 // round to nearest, unless that would cause the deadzone to be negative
176                 h->quant4_bias[i_list][q][i] = X264_MIN( DIV(deadzone[i_list]<<10, j), (1<<15)/j );
177                 h->quant4_bias0[i_list][q][i] = (1<<15)/j;
178                 if( j > 0xffff && q > max_qp_err && (i_list == CQM_4IY || i_list == CQM_4PY) )
179                     max_qp_err = q;
180                 if( j > 0xffff && q > max_chroma_qp_err && (i_list == CQM_4IC || i_list == CQM_4PC) )
181                     max_chroma_qp_err = q;
182             }
183         if( h->param.analyse.b_transform_8x8 )
184             for( int i_list = 0; i_list < num_8x8_lists; i_list++ )
185                 for( int i = 0; i < 64; i++ )
186                 {
187                     h->unquant8_mf[i_list][q][i] = (1ULL << (q/6 + 16 + 8)) / quant8_mf[i_list][q%6][i];
188                     j = SHIFT(quant8_mf[i_list][q%6][i], q/6);
189                     h->quant8_mf[i_list][q][i] = (uint16_t)j;
190
191                     if( !j )
192                     {
193                         min_qp_err = X264_MIN( min_qp_err, q );
194                         continue;
195                     }
196                     h->quant8_bias[i_list][q][i] = X264_MIN( DIV(deadzone[i_list]<<10, j), (1<<15)/j );
197                     h->quant8_bias0[i_list][q][i] = (1<<15)/j;
198                     if( j > 0xffff && q > max_qp_err && (i_list == CQM_8IY || i_list == CQM_8PY) )
199                         max_qp_err = q;
200                     if( j > 0xffff && q > max_chroma_qp_err && (i_list == CQM_8IC || i_list == CQM_8PC) )
201                         max_chroma_qp_err = q;
202                 }
203     }
204
205     /* Emergency mode denoising. */
206     x264_emms();
207     CHECKED_MALLOC( h->nr_offset_emergency, sizeof(*h->nr_offset_emergency)*(QP_MAX-QP_MAX_SPEC) );
208     for( int q = 0; q < QP_MAX - QP_MAX_SPEC; q++ )
209         for( int cat = 0; cat < 3 + CHROMA444; cat++ )
210         {
211             int dct8x8 = cat&1;
212             if( !h->param.analyse.b_transform_8x8 && dct8x8 )
213                 continue;
214
215             int size = dct8x8 ? 64 : 16;
216             udctcoef *nr_offset = h->nr_offset_emergency[q][cat];
217             /* Denoise chroma first (due to h264's chroma QP offset), then luma, then DC. */
218             int dc_threshold =    (QP_MAX-QP_MAX_SPEC)*2/3;
219             int luma_threshold =  (QP_MAX-QP_MAX_SPEC)*2/3;
220             int chroma_threshold = 0;
221
222             for( int i = 0; i < size; i++ )
223             {
224                 int max = (1 << (7 + BIT_DEPTH)) - 1;
225                 /* True "emergency mode": remove all DCT coefficients */
226                 if( q == QP_MAX - QP_MAX_SPEC - 1 )
227                 {
228                     nr_offset[i] = max;
229                     continue;
230                 }
231
232                 int thresh = i == 0 ? dc_threshold : cat >= 2 ? chroma_threshold : luma_threshold;
233                 if( q < thresh )
234                 {
235                     nr_offset[i] = 0;
236                     continue;
237                 }
238                 double pos = (double)(q-thresh+1) / (QP_MAX - QP_MAX_SPEC - thresh);
239
240                 /* XXX: this math is largely tuned for /dev/random input. */
241                 double start = dct8x8 ? h->unquant8_mf[CQM_8PY][QP_MAX_SPEC][i]
242                                       : h->unquant4_mf[CQM_4PY][QP_MAX_SPEC][i];
243                 /* Formula chosen as an exponential scale to vaguely mimic the effects
244                  * of a higher quantizer. */
245                 double bias = (pow( 2, pos*(QP_MAX - QP_MAX_SPEC)/10. )*0.003-0.003) * start;
246                 nr_offset[i] = X264_MIN( bias + 0.5, max );
247             }
248         }
249
250     if( !h->mb.b_lossless )
251     {
252         while( h->chroma_qp_table[SPEC_QP(h->param.rc.i_qp_min)] <= max_chroma_qp_err )
253             h->param.rc.i_qp_min++;
254         if( min_qp_err <= h->param.rc.i_qp_max )
255             h->param.rc.i_qp_max = min_qp_err-1;
256         if( max_qp_err >= h->param.rc.i_qp_min )
257             h->param.rc.i_qp_min = max_qp_err+1;
258         /* If long level-codes aren't allowed, we need to allow QP high enough to avoid them. */
259         if( !h->param.b_cabac && h->sps->i_profile_idc < PROFILE_HIGH )
260             while( h->chroma_qp_table[SPEC_QP(h->param.rc.i_qp_max)] <= 12 || h->param.rc.i_qp_max <= 12 )
261                 h->param.rc.i_qp_max++;
262         if( h->param.rc.i_qp_min > h->param.rc.i_qp_max )
263         {
264             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 );
265             return -1;
266         }
267     }
268     return 0;
269 fail:
270     x264_cqm_delete( h );
271     return -1;
272 }
273
274 #define CQM_DELETE( n, max )\
275     for( int i = 0; i < (max); i++ )\
276     {\
277         int j;\
278         for( j = 0; j < i; j++ )\
279             if( h->quant##n##_mf[i] == h->quant##n##_mf[j] )\
280                 break;\
281         if( j == i )\
282         {\
283             x264_free( h->  quant##n##_mf[i] );\
284             x264_free( h->dequant##n##_mf[i] );\
285             x264_free( h->unquant##n##_mf[i] );\
286         }\
287         for( j = 0; j < i; j++ )\
288             if( h->quant##n##_bias[i] == h->quant##n##_bias[j] )\
289                 break;\
290         if( j == i )\
291         {\
292             x264_free( h->quant##n##_bias[i] );\
293             x264_free( h->quant##n##_bias0[i] );\
294         }\
295     }
296
297 void x264_cqm_delete( x264_t *h )
298 {
299     CQM_DELETE( 4, 4 );
300     CQM_DELETE( 8, CHROMA444 ? 4 : 2 );
301     x264_free( h->nr_offset_emergency );
302 }
303
304 static int x264_cqm_parse_jmlist( x264_t *h, const char *buf, const char *name,
305                                   uint8_t *cqm, const uint8_t *jvt, int length )
306 {
307     int i;
308
309     char *p = strstr( buf, name );
310     if( !p )
311     {
312         memset( cqm, 16, length );
313         return 0;
314     }
315
316     p += strlen( name );
317     if( *p == 'U' || *p == 'V' )
318         p++;
319
320     char *nextvar = strstr( p, "INT" );
321
322     for( i = 0; i < length && (p = strpbrk( p, " \t\n," )) && (p = strpbrk( p, "0123456789" )); i++ )
323     {
324         int coef = -1;
325         sscanf( p, "%d", &coef );
326         if( i == 0 && coef == 0 )
327         {
328             memcpy( cqm, jvt, length );
329             return 0;
330         }
331         if( coef < 1 || coef > 255 )
332         {
333             x264_log( h, X264_LOG_ERROR, "bad coefficient in list '%s'\n", name );
334             return -1;
335         }
336         cqm[i] = coef;
337     }
338
339     if( (nextvar && p > nextvar) || i != length )
340     {
341         x264_log( h, X264_LOG_ERROR, "not enough coefficients in list '%s'\n", name );
342         return -1;
343     }
344
345     return 0;
346 }
347
348 int x264_cqm_parse_file( x264_t *h, const char *filename )
349 {
350     char *p;
351     int b_error = 0;
352
353     h->param.i_cqm_preset = X264_CQM_CUSTOM;
354
355     char *buf = x264_slurp_file( filename );
356     if( !buf )
357     {
358         x264_log( h, X264_LOG_ERROR, "can't open file '%s'\n", filename );
359         return -1;
360     }
361
362     while( (p = strchr( buf, '#' )) != NULL )
363         memset( p, ' ', strcspn( p, "\n" ) );
364
365     b_error |= x264_cqm_parse_jmlist( h, buf, "INTRA4X4_LUMA",   h->param.cqm_4iy, x264_cqm_jvt4i, 16 );
366     b_error |= x264_cqm_parse_jmlist( h, buf, "INTER4X4_LUMA",   h->param.cqm_4py, x264_cqm_jvt4p, 16 );
367     b_error |= x264_cqm_parse_jmlist( h, buf, "INTRA4X4_CHROMA", h->param.cqm_4ic, x264_cqm_jvt4i, 16 );
368     b_error |= x264_cqm_parse_jmlist( h, buf, "INTER4X4_CHROMA", h->param.cqm_4pc, x264_cqm_jvt4p, 16 );
369     b_error |= x264_cqm_parse_jmlist( h, buf, "INTRA8X8_LUMA",   h->param.cqm_8iy, x264_cqm_jvt8i, 64 );
370     b_error |= x264_cqm_parse_jmlist( h, buf, "INTER8X8_LUMA",   h->param.cqm_8py, x264_cqm_jvt8p, 64 );
371     if( CHROMA444 )
372     {
373         b_error |= x264_cqm_parse_jmlist( h, buf, "INTRA8X8_CHROMA", h->param.cqm_8ic, x264_cqm_jvt8i, 64 );
374         b_error |= x264_cqm_parse_jmlist( h, buf, "INTER8X8_CHROMA", h->param.cqm_8pc, x264_cqm_jvt8p, 64 );
375     }
376
377     x264_free( buf );
378     return b_error;
379 }
380