remove unused adaptive cabac_idc code
[x262.git] / encoder / slicetype_decision.c
1 /*****************************************************************************
2  * slicetype_decision.c: h264 encoder library
3  *****************************************************************************
4  * Copyright (C) 2005 Loren Merritt
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., 59 Temple Place - Suite 330, Boston, MA  02111, USA.
21  *****************************************************************************/
22
23 #include <stdlib.h>
24 #include <string.h>
25 #include <math.h>
26 #include <limits.h>
27
28 #include "common/common.h"
29 #include "common/cpu.h"
30 #include "macroblock.h"
31 #include "me.h"
32
33
34 static void x264_mb_analyse_load_costs_lowres( x264_t *h, x264_mb_analysis_t *a )
35 {
36     static int16_t *p_cost_mv;
37
38     if( !p_cost_mv )
39     {
40         int i;
41         x264_cpu_restore( h->param.cpu );
42         p_cost_mv = x264_malloc( (2*2*h->param.analyse.i_mv_range + 1) * sizeof(int16_t) );
43         p_cost_mv += 2*h->param.analyse.i_mv_range;
44         for( i = 0; i <= 2*h->param.analyse.i_mv_range; i++ )
45             p_cost_mv[-i] =
46             p_cost_mv[i]  = (int)( a->i_lambda * (1 + 2*log(2*i+1)/log(2)) );
47     }
48
49     a->p_cost_mv = p_cost_mv;
50 }
51
52 static void x264_lowres_context_init( x264_t *h, x264_mb_analysis_t *a )
53 {
54     a->i_qp = 12; // arbitrary, but low because SATD scores are 1/4 normal
55     a->i_lambda = i_qp0_cost_table[ a->i_qp ];
56     x264_mb_analyse_load_costs_lowres( h, a );
57     h->mb.i_me_method = X264_MIN( X264_ME_HEX, h->param.analyse.i_me_method ); // maybe dia?
58     h->mb.i_subpel_refine = 4; // 3 should be enough, but not tweaking for speed now
59     h->mb.b_chroma_me = 0;
60
61     h->mb.mv_min_fpel[0] =
62     h->mb.mv_min_fpel[1] = -16;
63     h->mb.mv_max_fpel[0] =
64     h->mb.mv_max_fpel[1] = 16;
65     h->mb.mv_min[0] =
66     h->mb.mv_min[1] = -4*32;
67     h->mb.mv_max[0] =
68     h->mb.mv_max[1] = 4*32;
69 }
70
71 int x264_slicetype_mb_cost( x264_t *h, x264_mb_analysis_t *a,
72                             x264_frame_t **frames, int p0, int p1, int b,
73                             int dist_scale_factor )
74 {
75     x264_frame_t *fref0 = frames[p0];
76     x264_frame_t *fref1 = frames[p1];
77     x264_frame_t *fenc  = frames[b];
78     const int b_bidir = (b < p1);
79     const int i_mb_x = h->mb.i_mb_x;
80     const int i_mb_y = h->mb.i_mb_y;
81     const int i_mb_stride = h->sps->i_mb_width;
82     const int i_mb_xy = i_mb_x + i_mb_y * i_mb_stride;
83     const int i_stride = fenc->i_stride_lowres;
84     const int i_pel_offset = 8 * ( i_mb_x + i_mb_y * i_stride );
85
86     uint8_t pix1[9*9], pix2[8*8];
87     x264_me_t m[2];
88     int mvc[4][2], i_mvc;
89     int i_bcost = COST_MAX;
90     int i_cost_bak;
91     int l, i;
92
93     if( !p0 && !p1 && !b )
94         goto lowres_intra_mb;
95
96 #define LOAD_HPELS_LUMA(dst, src) \
97     { \
98         (dst)[0] = &(src)[0][i_pel_offset]; \
99         (dst)[1] = &(src)[1][i_pel_offset]; \
100         (dst)[2] = &(src)[2][i_pel_offset]; \
101         (dst)[3] = &(src)[3][i_pel_offset]; \
102     }
103 #define SAVE_MVS( mv0, mv1 ) \
104     { \
105         fenc->mv[0][i_mb_xy][0] = mv0[0]; \
106         fenc->mv[0][i_mb_xy][1] = mv0[1]; \
107         if( b_bidir ) \
108         { \
109             fenc->mv[1][i_mb_xy][0] = mv1[0]; \
110             fenc->mv[1][i_mb_xy][1] = mv1[1]; \
111         } \
112     }
113 #define TRY_BIDIR( mv0, mv1, penalty ) \
114     { \
115         int stride2 = 8; \
116         uint8_t *src2; \
117         int i_cost; \
118         h->mc.mc_luma( m[0].p_fref, m[0].i_stride[0], pix1, 8, \
119                        (mv0)[0], (mv0)[1], 8, 8 ); \
120         src2 = h->mc.get_ref( m[1].p_fref, m[1].i_stride[0], pix2, &stride2, \
121                        (mv1)[0], (mv1)[1], 8, 8 ); \
122         h->mc.avg[PIXEL_8x8]( pix1, 8, src2, stride2 ); \
123         i_cost = penalty + h->pixf.mbcmp[PIXEL_8x8]( \
124                            m[0].p_fenc[0], m[0].i_stride[0], pix1, 8 ); \
125         if( i_bcost > i_cost ) \
126         { \
127             i_bcost = i_cost; \
128             SAVE_MVS( mv0, mv1 ); \
129         } \
130     }
131
132     m[0].i_pixel = PIXEL_8x8;
133     m[0].p_cost_mv = a->p_cost_mv;
134     m[0].i_stride[0] = i_stride;
135     m[0].p_fenc[0] = &fenc->lowres[0][ i_pel_offset ];
136     LOAD_HPELS_LUMA( m[0].p_fref, fref0->lowres );
137
138     if( b_bidir )
139     {
140         int16_t *mvr = fref1->mv[0][i_mb_xy];
141         int dmv[2][2];
142         int mv0[2] = {0,0};
143
144         m[1] = m[0];
145         LOAD_HPELS_LUMA( m[1].p_fref, fref1->lowres );
146
147         dmv[0][0] = ( mvr[0] * dist_scale_factor + 128 ) >> 8;
148         dmv[0][1] = ( mvr[1] * dist_scale_factor + 128 ) >> 8;
149         dmv[1][0] = dmv[0][0] - mvr[0];
150         dmv[1][1] = dmv[0][1] - mvr[1];
151
152         TRY_BIDIR( dmv[0], dmv[1], 0 );
153         TRY_BIDIR( mv0, mv0, 0 );
154 //      if( i_bcost < 60 ) // arbitrary threshold
155 //          return i_bcost;
156     }
157
158     i_cost_bak = i_bcost;
159     for( l = 0; l < 1 + b_bidir; l++ )
160     {
161         int16_t (*fenc_mv)[2] = &fenc->mv[0][i_mb_xy];
162         mvc[0][0] = fenc_mv[-1][0];
163         mvc[0][1] = fenc_mv[-1][1];
164         mvc[1][0] = fenc_mv[-i_mb_stride][0];
165         mvc[1][1] = fenc_mv[-i_mb_stride][1];
166         mvc[2][0] = fenc_mv[-i_mb_stride+1][0];
167         mvc[2][1] = fenc_mv[-i_mb_stride+1][1];
168         mvc[3][0] = fenc_mv[-i_mb_stride-1][0];
169         mvc[3][1] = fenc_mv[-i_mb_stride-1][1];
170         m[l].mvp[0] = x264_median( mvc[0][0], mvc[1][0], mvc[2][0] );
171         m[l].mvp[1] = x264_median( mvc[0][1], mvc[1][1], mvc[2][1] );
172         i_mvc = 4;
173
174         x264_me_search( h, &m[l], mvc, i_mvc );
175
176         i_bcost = X264_MIN( i_bcost, m[l].cost + 3 );
177     }
178
179     if( b_bidir )
180         TRY_BIDIR( m[0].mv, m[1].mv, 5 );
181
182     if( i_bcost < i_cost_bak )
183         SAVE_MVS( m[0].mv, m[1].mv );
184
185 lowres_intra_mb:
186     {
187         uint8_t *src = &fenc->lowres[0][ i_pel_offset - i_stride - 1 ];
188         int intra_penalty = 5 + 10 * b_bidir;
189         i_cost_bak = i_bcost;
190
191         memcpy( pix1, src, 9 );
192         for( i=1; i<9; i++, src += i_stride )
193             pix1[i*9] = src[0];
194         src = &fenc->lowres[0][ i_pel_offset ];
195
196         for( i = I_PRED_CHROMA_DC; i <= I_PRED_CHROMA_P; i++ )
197         {
198             int i_cost;
199             h->predict_8x8c[i]( &pix1[10], 9 );
200             i_cost = h->pixf.mbcmp[PIXEL_8x8]( &pix1[10], 9, src, i_stride ) + intra_penalty;
201             i_bcost = X264_MIN( i_bcost, i_cost );
202         }
203         if( i_bcost != i_cost_bak )
204         {
205             if( !b_bidir )
206                 fenc->i_intra_mbs[b-p0]++;
207             if( p1 > p0+1 )
208                 i_bcost = i_bcost * 9 / 8; // arbitray penalty for I-blocks in and after B-frames
209         }
210     }
211
212     return i_bcost;
213 }
214 #undef TRY_BIDIR
215 #undef SAVE_MVS
216
217 int x264_slicetype_frame_cost( x264_t *h, x264_mb_analysis_t *a,
218                                x264_frame_t **frames, int p0, int p1, int b )
219 {
220     int i_score = 0;
221     int dist_scale_factor = 128;
222
223     /* Check whether we already evaluated this frame
224      * If we have tried this frame as P, then we have also tried
225      * the preceding frames as B. (is this still true?) */
226     if( frames[b]->i_cost_est[b-p0][p1-b] >= 0 )
227         return frames[b]->i_cost_est[b-p0][p1-b];
228
229     /* Init MVs so that we don't have to check edge conditions when loading predictors. */
230     /* FIXME: not needed every time */
231     memset( frames[p1]->mv[0], 0, h->sps->i_mb_height * h->sps->i_mb_width * 2*sizeof(int) );
232     if( b != p1 )
233         memset( frames[p1]->mv[1], 0, h->sps->i_mb_height * h->sps->i_mb_width * 2*sizeof(int) );
234
235     if( b == p1 )
236         frames[b]->i_intra_mbs[b-p0] = 0;
237     if( p1 != p0 )
238         dist_scale_factor = ( ((b-p0) << 8) + ((p1-p0) >> 1) ) / (p1-p0);
239
240     /* Skip the outermost ring of macroblocks, to simplify mv range and intra prediction. */
241     for( h->mb.i_mb_y = 1; h->mb.i_mb_y < h->sps->i_mb_height - 1; h->mb.i_mb_y++ )
242         for( h->mb.i_mb_x = 1; h->mb.i_mb_x < h->sps->i_mb_width - 1; h->mb.i_mb_x++ )
243             i_score += x264_slicetype_mb_cost( h, a, frames, p0, p1, b, dist_scale_factor );
244
245     if( b != p1 )
246         i_score = i_score * 100 / (120 + h->param.i_bframe_bias);
247
248     frames[b]->i_cost_est[b-p0][p1-b] = i_score;
249 //  fprintf( stderr, "frm %d %c(%d,%d): %6d I:%d  \n", frames[b]->i_frame,
250 //           (p1==0?'I':b<p1?'B':'P'), b-p0, p1-b, i_score, frames[b]->i_intra_mbs[b-p0] );
251     x264_cpu_restore( h->param.cpu );
252     return i_score;
253 }
254
255 void x264_slicetype_analyse( x264_t *h )
256 {
257     x264_mb_analysis_t a;
258     x264_frame_t *frames[X264_BFRAME_MAX+3] = { NULL, };
259     int num_frames;
260     int keyint_limit;
261     int j;
262     int i_mb_count = (h->sps->i_mb_width - 2) * (h->sps->i_mb_height - 2);
263     int cost1p0, cost2p0, cost1b1, cost2p1;
264
265     if( !h->frames.last_nonb )
266         return;
267     frames[0] = h->frames.last_nonb;
268     for( j = 0; h->frames.next[j]; j++ )
269         frames[j+1] = h->frames.next[j];
270     keyint_limit = h->param.i_keyint_max - frames[0]->i_frame + h->frames.i_last_idr - 1;
271     num_frames = X264_MIN( j, keyint_limit );
272     if( num_frames == 0 )
273         return;
274     if( num_frames == 1 )
275     {
276 no_b_frames:
277         frames[1]->i_type = X264_TYPE_P;
278         return;
279     }
280
281     x264_lowres_context_init( h, &a );
282
283     cost2p1 = x264_slicetype_frame_cost( h, &a, frames, 0, 2, 2 );
284     if( frames[2]->i_intra_mbs[2] > i_mb_count / 2 )
285         goto no_b_frames;
286
287     cost2p0 = x264_slicetype_frame_cost( h, &a, frames, 1, 2, 2 );
288     cost1p0 = x264_slicetype_frame_cost( h, &a, frames, 0, 1, 1 );
289     cost1b1 = x264_slicetype_frame_cost( h, &a, frames, 0, 2, 1 );
290 //  fprintf( stderr, "PP: %d + %d <=> BP: %d + %d \n",
291 //           cost1p0, cost2p0, cost1b1, cost2p1 );
292     if( cost1p0 + cost2p0 < cost1b1 + cost2p1 )
293         goto no_b_frames;
294
295 // arbitrary and untuned
296 #define INTER_THRESH 300
297 #define P_SENS_BIAS (50 - h->param.i_bframe_bias)
298     frames[1]->i_type = X264_TYPE_B;
299
300     for( j = 2; j <= X264_MIN( h->param.i_bframe, num_frames-1 ); j++ )
301     {
302         int pthresh = X264_MAX(INTER_THRESH - P_SENS_BIAS * (j-1), INTER_THRESH/10);
303         int pcost = x264_slicetype_frame_cost( h, &a, frames, 0, j+1, j+1 );
304 //      fprintf( stderr, "frm%d+%d: %d <=> %d, I:%d/%d \n",
305 //               frames[0]->i_frame, j-1, pthresh, pcost/i_mb_count,
306 //               frames[j+1]->i_intra_mbs[j+1], i_mb_count );
307         if( pcost > pthresh*i_mb_count || frames[j+1]->i_intra_mbs[j+1] > i_mb_count/3 )
308         {
309             frames[j]->i_type = X264_TYPE_P;
310             break;
311         }
312         else
313             frames[j]->i_type = X264_TYPE_B;
314     }
315 }
316
317 void x264_slicetype_decide( x264_t *h )
318 {
319     x264_frame_t *frm;
320     int bframes;
321     int i;
322
323     if( h->frames.next[0] == NULL )
324         return;
325
326     if( h->param.rc.b_stat_read )
327     {
328         /* Use the frame types from the first pass */
329         for( i = 0; h->frames.next[i] != NULL; i++ )
330             h->frames.next[i]->i_type =
331                 x264_ratecontrol_slice_type( h, h->frames.next[i]->i_frame );
332     }
333     else if( h->param.i_bframe && h->param.b_bframe_adaptive )
334         x264_slicetype_analyse( h );
335
336     for( bframes = 0;; bframes++ )
337     {
338         frm = h->frames.next[bframes];
339
340         /* Limit GOP size */
341         if( frm->i_frame - h->frames.i_last_idr >= h->param.i_keyint_max )
342         {
343             if( frm->i_type == X264_TYPE_AUTO )
344                 frm->i_type = X264_TYPE_IDR;
345             if( frm->i_type != X264_TYPE_IDR )
346                 x264_log( h, X264_LOG_ERROR, "specified frame type (%d) is not compatible with keyframe interval\n", frm->i_type );
347         }
348         if( frm->i_type == X264_TYPE_IDR )
349         {
350             /* Close GOP */
351             if( bframes > 0 )
352             {
353                 bframes--;
354                 h->frames.next[bframes]->i_type = X264_TYPE_P;
355             }
356             else
357             {
358                 h->i_frame_num = 0;
359             }
360         }
361
362         if( bframes == h->param.i_bframe
363             || h->frames.next[bframes+1] == NULL )
364         {
365             if( IS_X264_TYPE_B( frm->i_type ) )
366                 x264_log( h, X264_LOG_ERROR, "specified frame type is not compatible with max B-frames\n" );
367             if( frm->i_type == X264_TYPE_AUTO
368                 || IS_X264_TYPE_B( frm->i_type ) )
369                 frm->i_type = X264_TYPE_P;
370         }
371
372         if( frm->i_type != X264_TYPE_AUTO && frm->i_type != X264_TYPE_B && frm->i_type != X264_TYPE_BREF )
373             break;
374
375         frm->i_type = X264_TYPE_B;
376     }
377 }
378
379 int x264_rc_analyse_slice( x264_t *h )
380 {
381     int p1 = 0;
382     x264_mb_analysis_t a;
383     x264_frame_t *frames[X264_BFRAME_MAX+2] = { NULL, };
384
385     if( IS_X264_TYPE_I(h->fenc->i_type) )
386         return x264_slicetype_frame_cost( h, &a, &h->fenc, 0, 0, 0 );
387
388     while( h->frames.current[p1] && IS_X264_TYPE_B( h->frames.current[p1]->i_type ) )
389         p1++;
390     p1++;
391     if( h->fenc->i_cost_est[p1][0] >= 0 )
392         return h->fenc->i_cost_est[p1][0];
393
394     frames[0] = h->fref0[0];
395     frames[p1] = h->fenc;
396     x264_lowres_context_init( h, &a );
397
398     return x264_slicetype_frame_cost( h, &a, frames, 0, p1, p1 );
399 }