examples/vp9_spatial_svc_encoder.c

   1 /*
   2  *  Copyright (c) 2012 The WebM project authors. All Rights Reserved.
   3  *
   4  *  Use of this source code is governed by a BSD-style license
   5  *  that can be found in the LICENSE file in the root of the source
   6  *  tree. An additional intellectual property rights grant can be found
   7  *  in the file PATENTS.  All contributing project authors may
   8  *  be found in the AUTHORS file in the root of the source tree.
   9  */
  10
  11 /*
  12  * This is an example demonstrating how to implement a multi-layer
  13  * VP9 encoding scheme based on spatial scalability for video applications
  14  * that benefit from a scalable bitstream.
  15  */
  16
  17 #include <math.h>
  18 #include <stdarg.h>
  19 #include <stdlib.h>
  20 #include <string.h>
  21 #include <time.h>
  22
  23
  24 #include "../args.h"
  25 #include "../tools_common.h"
  26 #include "../video_writer.h"
  27
  28 #include "../vpx_ports/vpx_timer.h"
  29 #include "vpx/svc_context.h"
  30 #include "vpx/vp8cx.h"
  31 #include "vpx/vpx_encoder.h"
  32 #include "../vpxstats.h"
  33 #define OUTPUT_RC_STATS 1
  34
  35 static const arg_def_t skip_frames_arg =
  36     ARG_DEF("s", "skip-frames", 1, "input frames to skip");
  37 static const arg_def_t frames_arg =
  38     ARG_DEF("f", "frames", 1, "number of frames to encode");
  39 static const arg_def_t threads_arg =
  40     ARG_DEF("th", "threads", 1, "number of threads to use");
  41 #if OUTPUT_RC_STATS
  42 static const arg_def_t output_rc_stats_arg =
  43     ARG_DEF("rcstat", "output_rc_stats", 1, "output rc stats");
  44 #endif
  45 static const arg_def_t width_arg = ARG_DEF("w", "width", 1, "source width");
  46 static const arg_def_t height_arg = ARG_DEF("h", "height", 1, "source height");
  47 static const arg_def_t timebase_arg =
  48     ARG_DEF("t", "timebase", 1, "timebase (num/den)");
  49 static const arg_def_t bitrate_arg = ARG_DEF(
  50     "b", "target-bitrate", 1, "encoding bitrate, in kilobits per second");
  51 static const arg_def_t spatial_layers_arg =
  52     ARG_DEF("sl", "spatial-layers", 1, "number of spatial SVC layers");
  53 static const arg_def_t temporal_layers_arg =
  54     ARG_DEF("tl", "temporal-layers", 1, "number of temporal SVC layers");
  55 static const arg_def_t temporal_layering_mode_arg =
  56     ARG_DEF("tlm", "temporal-layering-mode", 1, "temporal layering scheme."
  57         "VP9E_TEMPORAL_LAYERING_MODE");
  58 static const arg_def_t kf_dist_arg =
  59     ARG_DEF("k", "kf-dist", 1, "number of frames between keyframes");
  60 static const arg_def_t scale_factors_arg =
  61     ARG_DEF("r", "scale-factors", 1, "scale factors (lowest to highest layer)");
  62 static const arg_def_t passes_arg =
  63     ARG_DEF("p", "passes", 1, "Number of passes (1/2)");
  64 static const arg_def_t pass_arg =
  65     ARG_DEF(NULL, "pass", 1, "Pass to execute (1/2)");
  66 static const arg_def_t fpf_name_arg =
  67     ARG_DEF(NULL, "fpf", 1, "First pass statistics file name");
  68 static const arg_def_t min_q_arg =
  69     ARG_DEF(NULL, "min-q", 1, "Minimum quantizer");
  70 static const arg_def_t max_q_arg =
  71     ARG_DEF(NULL, "max-q", 1, "Maximum quantizer");
  72 static const arg_def_t min_bitrate_arg =
  73     ARG_DEF(NULL, "min-bitrate", 1, "Minimum bitrate");
  74 static const arg_def_t max_bitrate_arg =
  75     ARG_DEF(NULL, "max-bitrate", 1, "Maximum bitrate");
  76 static const arg_def_t lag_in_frame_arg =
  77     ARG_DEF(NULL, "lag-in-frames", 1, "Number of frame to input before "
  78         "generating any outputs");
  79 static const arg_def_t rc_end_usage_arg =
  80     ARG_DEF(NULL, "rc-end-usage", 1, "0 - 3: VBR, CBR, CQ, Q");
  81 static const arg_def_t speed_arg =
  82     ARG_DEF("sp", "speed", 1, "speed configuration");
  83
  84 #if CONFIG_VP9_HIGHBITDEPTH
  85 static const struct arg_enum_list bitdepth_enum[] = {
  86   {"8",  VPX_BITS_8},
  87   {"10", VPX_BITS_10},
  88   {"12", VPX_BITS_12},
  89   {NULL, 0}
  90 };
  91
  92 static const arg_def_t bitdepth_arg =
  93     ARG_DEF_ENUM("d", "bit-depth", 1, "Bit depth for codec 8, 10 or 12. ",
  94                  bitdepth_enum);
  95 #endif  // CONFIG_VP9_HIGHBITDEPTH
  96
  97
  98 static const arg_def_t *svc_args[] = {
  99   &frames_arg,        &width_arg,         &height_arg,
 100   &timebase_arg,      &bitrate_arg,       &skip_frames_arg, &spatial_layers_arg,
 101   &kf_dist_arg,       &scale_factors_arg, &passes_arg,      &pass_arg,
 102   &fpf_name_arg,      &min_q_arg,         &max_q_arg,       &min_bitrate_arg,
 103   &max_bitrate_arg,   &temporal_layers_arg, &temporal_layering_mode_arg,
 104   &lag_in_frame_arg,  &threads_arg,
 105 #if OUTPUT_RC_STATS
 106   &output_rc_stats_arg,
 107 #endif
 108
 109 #if CONFIG_VP9_HIGHBITDEPTH
 110   &bitdepth_arg,
 111 #endif
 112   &speed_arg,
 113   &rc_end_usage_arg,  NULL
 114 };
 115
 116 static const uint32_t default_frames_to_skip = 0;
 117 static const uint32_t default_frames_to_code = 60 * 60;
 118 static const uint32_t default_width = 1920;
 119 static const uint32_t default_height = 1080;
 120 static const uint32_t default_timebase_num = 1;
 121 static const uint32_t default_timebase_den = 60;
 122 static const uint32_t default_bitrate = 1000;
 123 static const uint32_t default_spatial_layers = 5;
 124 static const uint32_t default_temporal_layers = 1;
 125 static const uint32_t default_kf_dist = 100;
 126 static const uint32_t default_temporal_layering_mode = 0;
 127 static const uint32_t default_output_rc_stats = 0;
 128 static const int32_t default_speed = -1;  // -1 means use library default.
 129 static const uint32_t default_threads = 0;  // zero means use library default.
 130
 131 typedef struct {
 132   const char *input_filename;
 133   const char *output_filename;
 134   uint32_t frames_to_code;
 135   uint32_t frames_to_skip;
 136   struct VpxInputContext input_ctx;
 137   stats_io_t rc_stats;
 138   int passes;
 139   int pass;
 140 } AppInput;
 141
 142 static const char *exec_name;
 143
 144 void usage_exit(void) {
 145   fprintf(stderr, "Usage: %s <options> input_filename output_filename\n",
 146           exec_name);
 147   fprintf(stderr, "Options:\n");
 148   arg_show_usage(stderr, svc_args);
 149   exit(EXIT_FAILURE);
 150 }
 151
 152 static void parse_command_line(int argc, const char **argv_,
 153                                AppInput *app_input, SvcContext *svc_ctx,
 154                                vpx_codec_enc_cfg_t *enc_cfg) {
 155   struct arg arg = {0};
 156   char **argv = NULL;
 157   char **argi = NULL;
 158   char **argj = NULL;
 159   vpx_codec_err_t res;
 160   int passes = 0;
 161   int pass = 0;
 162   const char *fpf_file_name = NULL;
 163   unsigned int min_bitrate = 0;
 164   unsigned int max_bitrate = 0;
 165   char string_options[1024] = {0};
 166
 167   // initialize SvcContext with parameters that will be passed to vpx_svc_init
 168   svc_ctx->log_level = SVC_LOG_DEBUG;
 169   svc_ctx->spatial_layers = default_spatial_layers;
 170   svc_ctx->temporal_layers = default_temporal_layers;
 171   svc_ctx->temporal_layering_mode = default_temporal_layering_mode;
 172 #if OUTPUT_RC_STATS
 173   svc_ctx->output_rc_stat = default_output_rc_stats;
 174 #endif
 175   svc_ctx->speed = default_speed;
 176   svc_ctx->threads = default_threads;
 177
 178   // start with default encoder configuration
 179   res = vpx_codec_enc_config_default(vpx_codec_vp9_cx(), enc_cfg, 0);
 180   if (res) {
 181     die("Failed to get config: %s\n", vpx_codec_err_to_string(res));
 182   }
 183   // update enc_cfg with app default values
 184   enc_cfg->g_w = default_width;
 185   enc_cfg->g_h = default_height;
 186   enc_cfg->g_timebase.num = default_timebase_num;
 187   enc_cfg->g_timebase.den = default_timebase_den;
 188   enc_cfg->rc_target_bitrate = default_bitrate;
 189   enc_cfg->kf_min_dist = default_kf_dist;
 190   enc_cfg->kf_max_dist = default_kf_dist;
 191   enc_cfg->rc_end_usage = VPX_CQ;
 192
 193   // initialize AppInput with default values
 194   app_input->frames_to_code = default_frames_to_code;
 195   app_input->frames_to_skip = default_frames_to_skip;
 196
 197   // process command line options
 198   argv = argv_dup(argc - 1, argv_ + 1);
 199   for (argi = argj = argv; (*argj = *argi); argi += arg.argv_step) {
 200     arg.argv_step = 1;
 201
 202     if (arg_match(&arg, &frames_arg, argi)) {
 203       app_input->frames_to_code = arg_parse_uint(&arg);
 204     } else if (arg_match(&arg, &width_arg, argi)) {
 205       enc_cfg->g_w = arg_parse_uint(&arg);
 206     } else if (arg_match(&arg, &height_arg, argi)) {
 207       enc_cfg->g_h = arg_parse_uint(&arg);
 208     } else if (arg_match(&arg, &timebase_arg, argi)) {
 209       enc_cfg->g_timebase = arg_parse_rational(&arg);
 210     } else if (arg_match(&arg, &bitrate_arg, argi)) {
 211       enc_cfg->rc_target_bitrate = arg_parse_uint(&arg);
 212     } else if (arg_match(&arg, &skip_frames_arg, argi)) {
 213       app_input->frames_to_skip = arg_parse_uint(&arg);
 214     } else if (arg_match(&arg, &spatial_layers_arg, argi)) {
 215       svc_ctx->spatial_layers = arg_parse_uint(&arg);
 216     } else if (arg_match(&arg, &temporal_layers_arg, argi)) {
 217       svc_ctx->temporal_layers = arg_parse_uint(&arg);
 218 #if OUTPUT_RC_STATS
 219     } else if (arg_match(&arg, &output_rc_stats_arg, argi)) {
 220       svc_ctx->output_rc_stat = arg_parse_uint(&arg);
 221 #endif
 222     } else if (arg_match(&arg, &speed_arg, argi)) {
 223       svc_ctx->speed = arg_parse_uint(&arg);
 224     } else if (arg_match(&arg, &threads_arg, argi)) {
 225       svc_ctx->threads = arg_parse_uint(&arg);
 226     } else if (arg_match(&arg, &temporal_layering_mode_arg, argi)) {
 227       svc_ctx->temporal_layering_mode =
 228           enc_cfg->temporal_layering_mode = arg_parse_int(&arg);
 229       if (svc_ctx->temporal_layering_mode) {
 230         enc_cfg->g_error_resilient = 1;
 231       }
 232     } else if (arg_match(&arg, &kf_dist_arg, argi)) {
 233       enc_cfg->kf_min_dist = arg_parse_uint(&arg);
 234       enc_cfg->kf_max_dist = enc_cfg->kf_min_dist;
 235     } else if (arg_match(&arg, &scale_factors_arg, argi)) {
 236       snprintf(string_options, sizeof(string_options), "%s scale-factors=%s",
 237                string_options, arg.val);
 238     } else if (arg_match(&arg, &passes_arg, argi)) {
 239       passes = arg_parse_uint(&arg);
 240       if (passes < 1 || passes > 2) {
 241         die("Error: Invalid number of passes (%d)\n", passes);
 242       }
 243     } else if (arg_match(&arg, &pass_arg, argi)) {
 244       pass = arg_parse_uint(&arg);
 245       if (pass < 1 || pass > 2) {
 246         die("Error: Invalid pass selected (%d)\n", pass);
 247       }
 248     } else if (arg_match(&arg, &fpf_name_arg, argi)) {
 249       fpf_file_name = arg.val;
 250     } else if (arg_match(&arg, &min_q_arg, argi)) {
 251       snprintf(string_options, sizeof(string_options), "%s min-quantizers=%s",
 252                string_options, arg.val);
 253     } else if (arg_match(&arg, &max_q_arg, argi)) {
 254       snprintf(string_options, sizeof(string_options), "%s max-quantizers=%s",
 255                string_options, arg.val);
 256     } else if (arg_match(&arg, &min_bitrate_arg, argi)) {
 257       min_bitrate = arg_parse_uint(&arg);
 258     } else if (arg_match(&arg, &max_bitrate_arg, argi)) {
 259       max_bitrate = arg_parse_uint(&arg);
 260     } else if (arg_match(&arg, &lag_in_frame_arg, argi)) {
 261       enc_cfg->g_lag_in_frames = arg_parse_uint(&arg);
 262     } else if (arg_match(&arg, &rc_end_usage_arg, argi)) {
 263       enc_cfg->rc_end_usage = arg_parse_uint(&arg);
 264 #if CONFIG_VP9_HIGHBITDEPTH
 265     } else if (arg_match(&arg, &bitdepth_arg, argi)) {
 266       enc_cfg->g_bit_depth = arg_parse_enum_or_int(&arg);
 267       switch (enc_cfg->g_bit_depth) {
 268         case VPX_BITS_8:
 269           enc_cfg->g_input_bit_depth = 8;
 270           enc_cfg->g_profile = 0;
 271           break;
 272         case VPX_BITS_10:
 273           enc_cfg->g_input_bit_depth = 10;
 274           enc_cfg->g_profile = 2;
 275           break;
 276          case VPX_BITS_12:
 277           enc_cfg->g_input_bit_depth = 12;
 278           enc_cfg->g_profile = 2;
 279           break;
 280         default:
 281           die("Error: Invalid bit depth selected (%d)\n", enc_cfg->g_bit_depth);
 282           break;
 283       }
 284 #endif  // CONFIG_VP9_HIGHBITDEPTH
 285     } else {
 286       ++argj;
 287     }
 288   }
 289
 290   // There will be a space in front of the string options
 291   if (strlen(string_options) > 0)
 292     vpx_svc_set_options(svc_ctx, string_options + 1);
 293
 294   if (passes == 0 || passes == 1) {
 295     if (pass) {
 296       fprintf(stderr, "pass is ignored since there's only one pass\n");
 297     }
 298     enc_cfg->g_pass = VPX_RC_ONE_PASS;
 299   } else {
 300     if (pass == 0) {
 301       die("pass must be specified when passes is 2\n");
 302     }
 303
 304     if (fpf_file_name == NULL) {
 305       die("fpf must be specified when passes is 2\n");
 306     }
 307
 308     if (pass == 1) {
 309       enc_cfg->g_pass = VPX_RC_FIRST_PASS;
 310       if (!stats_open_file(&app_input->rc_stats, fpf_file_name, 0)) {
 311         fatal("Failed to open statistics store");
 312       }
 313     } else {
 314       enc_cfg->g_pass = VPX_RC_LAST_PASS;
 315       if (!stats_open_file(&app_input->rc_stats, fpf_file_name, 1)) {
 316         fatal("Failed to open statistics store");
 317       }
 318       enc_cfg->rc_twopass_stats_in = stats_get(&app_input->rc_stats);
 319     }
 320     app_input->passes = passes;
 321     app_input->pass = pass;
 322   }
 323
 324   if (enc_cfg->rc_target_bitrate > 0) {
 325     if (min_bitrate > 0) {
 326       enc_cfg->rc_2pass_vbr_minsection_pct =
 327           min_bitrate * 100 / enc_cfg->rc_target_bitrate;
 328     }
 329     if (max_bitrate > 0) {
 330       enc_cfg->rc_2pass_vbr_maxsection_pct =
 331           max_bitrate * 100 / enc_cfg->rc_target_bitrate;
 332     }
 333   }
 334
 335   // Check for unrecognized options
 336   for (argi = argv; *argi; ++argi)
 337     if (argi[0][0] == '-' && strlen(argi[0]) > 1)
 338       die("Error: Unrecognized option %s\n", *argi);
 339
 340   if (argv[0] == NULL || argv[1] == 0) {
 341     usage_exit();
 342   }
 343   app_input->input_filename = argv[0];
 344   app_input->output_filename = argv[1];
 345   free(argv);
 346
 347   if (enc_cfg->g_w < 16 || enc_cfg->g_w % 2 || enc_cfg->g_h < 16 ||
 348       enc_cfg->g_h % 2)
 349     die("Invalid resolution: %d x %d\n", enc_cfg->g_w, enc_cfg->g_h);
 350
 351   printf(
 352       "Codec %s\nframes: %d, skip: %d\n"
 353       "layers: %d\n"
 354       "width %d, height: %d,\n"
 355       "num: %d, den: %d, bitrate: %d,\n"
 356       "gop size: %d\n",
 357       vpx_codec_iface_name(vpx_codec_vp9_cx()), app_input->frames_to_code,
 358       app_input->frames_to_skip,
 359       svc_ctx->spatial_layers, enc_cfg->g_w, enc_cfg->g_h,
 360       enc_cfg->g_timebase.num, enc_cfg->g_timebase.den,
 361       enc_cfg->rc_target_bitrate, enc_cfg->kf_max_dist);
 362 }
 363
 364 #if OUTPUT_RC_STATS
 365 // For rate control encoding stats.
 366 struct RateControlStats {
 367   // Number of input frames per layer.
 368   int layer_input_frames[VPX_MAX_LAYERS];
 369   // Total (cumulative) number of encoded frames per layer.
 370   int layer_tot_enc_frames[VPX_MAX_LAYERS];
 371   // Number of encoded non-key frames per layer.
 372   int layer_enc_frames[VPX_MAX_LAYERS];
 373   // Framerate per layer (cumulative).
 374   double layer_framerate[VPX_MAX_LAYERS];
 375   // Target average frame size per layer (per-frame-bandwidth per layer).
 376   double layer_pfb[VPX_MAX_LAYERS];
 377   // Actual average frame size per layer.
 378   double layer_avg_frame_size[VPX_MAX_LAYERS];
 379   // Average rate mismatch per layer (|target - actual| / target).
 380   double layer_avg_rate_mismatch[VPX_MAX_LAYERS];
 381   // Actual encoding bitrate per layer (cumulative).
 382   double layer_encoding_bitrate[VPX_MAX_LAYERS];
 383   // Average of the short-time encoder actual bitrate.
 384   // TODO(marpan): Should we add these short-time stats for each layer?
 385   double avg_st_encoding_bitrate;
 386   // Variance of the short-time encoder actual bitrate.
 387   double variance_st_encoding_bitrate;
 388   // Window (number of frames) for computing short-time encoding bitrate.
 389   int window_size;
 390   // Number of window measurements.
 391   int window_count;
 392 };
 393
 394 // Note: these rate control stats assume only 1 key frame in the
 395 // sequence (i.e., first frame only).
 396 static void set_rate_control_stats(struct RateControlStats *rc,
 397                                      vpx_codec_enc_cfg_t *cfg) {
 398   unsigned int sl, tl;
 399   // Set the layer (cumulative) framerate and the target layer (non-cumulative)
 400   // per-frame-bandwidth, for the rate control encoding stats below.
 401   const double framerate = cfg->g_timebase.den / cfg->g_timebase.num;
 402
 403   for (sl = 0; sl < cfg->ss_number_layers; ++sl) {
 404     for (tl = 0; tl < cfg->ts_number_layers; ++tl) {
 405       const int layer = sl * cfg->ts_number_layers + tl;
 406       const int tlayer0 = sl * cfg->ts_number_layers;
 407       rc->layer_framerate[layer] =
 408           framerate / cfg->ts_rate_decimator[tl];
 409       if (tl > 0) {
 410         rc->layer_pfb[layer] = 1000.0 *
 411             (cfg->layer_target_bitrate[layer] -
 412                 cfg->layer_target_bitrate[layer - 1]) /
 413             (rc->layer_framerate[layer] -
 414                 rc->layer_framerate[layer - 1]);
 415       } else {
 416         rc->layer_pfb[tlayer0] = 1000.0 *
 417             cfg->layer_target_bitrate[tlayer0] /
 418             rc->layer_framerate[tlayer0];
 419       }
 420       rc->layer_input_frames[layer] = 0;
 421       rc->layer_enc_frames[layer] = 0;
 422       rc->layer_tot_enc_frames[layer] = 0;
 423       rc->layer_encoding_bitrate[layer] = 0.0;
 424       rc->layer_avg_frame_size[layer] = 0.0;
 425       rc->layer_avg_rate_mismatch[layer] = 0.0;
 426     }
 427   }
 428   rc->window_count = 0;
 429   rc->window_size = 15;
 430   rc->avg_st_encoding_bitrate = 0.0;
 431   rc->variance_st_encoding_bitrate = 0.0;
 432 }
 433
 434 static void printout_rate_control_summary(struct RateControlStats *rc,
 435                                           vpx_codec_enc_cfg_t *cfg,
 436                                           int frame_cnt) {
 437   unsigned int sl, tl;
 438   int tot_num_frames = 0;
 439   double perc_fluctuation = 0.0;
 440   printf("Total number of processed frames: %d\n\n", frame_cnt - 1);
 441   printf("Rate control layer stats for sl%d tl%d layer(s):\n\n",
 442       cfg->ss_number_layers, cfg->ts_number_layers);
 443   for (sl = 0; sl < cfg->ss_number_layers; ++sl) {
 444     for (tl = 0; tl < cfg->ts_number_layers; ++tl) {
 445       const int layer = sl * cfg->ts_number_layers + tl;
 446       const int num_dropped = (tl > 0) ?
 447           (rc->layer_input_frames[layer] - rc->layer_enc_frames[layer]) :
 448           (rc->layer_input_frames[layer] - rc->layer_enc_frames[layer] - 1);
 449       if (!sl)
 450         tot_num_frames += rc->layer_input_frames[layer];
 451       rc->layer_encoding_bitrate[layer] = 0.001 * rc->layer_framerate[layer] *
 452           rc->layer_encoding_bitrate[layer] / tot_num_frames;
 453       rc->layer_avg_frame_size[layer] = rc->layer_avg_frame_size[layer] /
 454           rc->layer_enc_frames[layer];
 455       rc->layer_avg_rate_mismatch[layer] =
 456           100.0 * rc->layer_avg_rate_mismatch[layer] /
 457           rc->layer_enc_frames[layer];
 458       printf("For layer#: sl%d tl%d \n", sl, tl);
 459       printf("Bitrate (target vs actual): %d %f.0 kbps\n",
 460              cfg->layer_target_bitrate[layer],
 461              rc->layer_encoding_bitrate[layer]);
 462       printf("Average frame size (target vs actual): %f %f bits\n",
 463              rc->layer_pfb[layer], rc->layer_avg_frame_size[layer]);
 464       printf("Average rate_mismatch: %f\n",
 465              rc->layer_avg_rate_mismatch[layer]);
 466       printf("Number of input frames, encoded (non-key) frames, "
 467           "and percent dropped frames: %d %d %f.0 \n",
 468           rc->layer_input_frames[layer], rc->layer_enc_frames[layer],
 469           100.0 * num_dropped / rc->layer_input_frames[layer]);
 470       printf("\n");
 471     }
 472   }
 473   rc->avg_st_encoding_bitrate = rc->avg_st_encoding_bitrate / rc->window_count;
 474   rc->variance_st_encoding_bitrate =
 475       rc->variance_st_encoding_bitrate / rc->window_count -
 476       (rc->avg_st_encoding_bitrate * rc->avg_st_encoding_bitrate);
 477   perc_fluctuation = 100.0 * sqrt(rc->variance_st_encoding_bitrate) /
 478       rc->avg_st_encoding_bitrate;
 479   printf("Short-time stats, for window of %d frames: \n", rc->window_size);
 480   printf("Average, rms-variance, and percent-fluct: %f %f %f \n",
 481          rc->avg_st_encoding_bitrate,
 482          sqrt(rc->variance_st_encoding_bitrate),
 483          perc_fluctuation);
 484   if (frame_cnt != tot_num_frames)
 485     die("Error: Number of input frames not equal to output encoded frames != "
 486         "%d tot_num_frames = %d\n", frame_cnt, tot_num_frames);
 487 }
 488
 489 vpx_codec_err_t parse_superframe_index(const uint8_t *data,
 490                                        size_t data_sz,
 491                                        uint32_t sizes[8], int *count) {
 492   // A chunk ending with a byte matching 0xc0 is an invalid chunk unless
 493   // it is a super frame index. If the last byte of real video compression
 494   // data is 0xc0 the encoder must add a 0 byte. If we have the marker but
 495   // not the associated matching marker byte at the front of the index we have
 496   // an invalid bitstream and need to return an error.
 497
 498   uint8_t marker;
 499
 500   marker = *(data + data_sz - 1);
 501   *count = 0;
 502
 503
 504   if ((marker & 0xe0) == 0xc0) {
 505     const uint32_t frames = (marker & 0x7) + 1;
 506     const uint32_t mag = ((marker >> 3) & 0x3) + 1;
 507     const size_t index_sz = 2 + mag * frames;
 508
 509     // This chunk is marked as having a superframe index but doesn't have
 510     // enough data for it, thus it's an invalid superframe index.
 511     if (data_sz < index_sz)
 512       return VPX_CODEC_CORRUPT_FRAME;
 513
 514     {
 515       const uint8_t marker2 = *(data + data_sz - index_sz);
 516
 517       // This chunk is marked as having a superframe index but doesn't have
 518       // the matching marker byte at the front of the index therefore it's an
 519       // invalid chunk.
 520       if (marker != marker2)
 521         return VPX_CODEC_CORRUPT_FRAME;
 522     }
 523
 524     {
 525       // Found a valid superframe index.
 526       uint32_t i, j;
 527       const uint8_t *x = &data[data_sz - index_sz + 1];
 528
 529       for (i = 0; i < frames; ++i) {
 530         uint32_t this_sz = 0;
 531
 532         for (j = 0; j < mag; ++j)
 533           this_sz |= (*x++) << (j * 8);
 534         sizes[i] = this_sz;
 535       }
 536       *count = frames;
 537     }
 538   }
 539   return VPX_CODEC_OK;
 540 }
 541 #endif
 542
 543 int main(int argc, const char **argv) {
 544   AppInput app_input = {0};
 545   VpxVideoWriter *writer = NULL;
 546   VpxVideoInfo info = {0};
 547   vpx_codec_ctx_t codec;
 548   vpx_codec_enc_cfg_t enc_cfg;
 549   SvcContext svc_ctx;
 550   uint32_t i;
 551   uint32_t frame_cnt = 0;
 552   vpx_image_t raw;
 553   vpx_codec_err_t res;
 554   int pts = 0;            /* PTS starts at 0 */
 555   int frame_duration = 1; /* 1 timebase tick per frame */
 556   FILE *infile = NULL;
 557   int end_of_stream = 0;
 558   int frames_received = 0;
 559 #if OUTPUT_RC_STATS
 560   VpxVideoWriter *outfile[VPX_TS_MAX_LAYERS] = {NULL};
 561   struct RateControlStats rc;
 562   vpx_svc_layer_id_t layer_id;
 563   int sl, tl;
 564   double sum_bitrate = 0.0;
 565   double sum_bitrate2 = 0.0;
 566   double framerate  = 30.0;
 567 #endif
 568   struct vpx_usec_timer timer;
 569   int64_t cx_time = 0;
 570   memset(&svc_ctx, 0, sizeof(svc_ctx));
 571   svc_ctx.log_print = 1;
 572   exec_name = argv[0];
 573   parse_command_line(argc, argv, &app_input, &svc_ctx, &enc_cfg);
 574
 575   // Allocate image buffer
 576 #if CONFIG_VP9_HIGHBITDEPTH
 577   if (!vpx_img_alloc(&raw, enc_cfg.g_input_bit_depth == 8 ?
 578                          VPX_IMG_FMT_I420 : VPX_IMG_FMT_I42016,
 579                      enc_cfg.g_w, enc_cfg.g_h, 32)) {
 580     die("Failed to allocate image %dx%d\n", enc_cfg.g_w, enc_cfg.g_h);
 581   }
 582 #else
 583   if (!vpx_img_alloc(&raw, VPX_IMG_FMT_I420, enc_cfg.g_w, enc_cfg.g_h, 32)) {
 584     die("Failed to allocate image %dx%d\n", enc_cfg.g_w, enc_cfg.g_h);
 585   }
 586 #endif  // CONFIG_VP9_HIGHBITDEPTH
 587
 588   if (!(infile = fopen(app_input.input_filename, "rb")))
 589     die("Failed to open %s for reading\n", app_input.input_filename);
 590
 591   // Initialize codec
 592   if (vpx_svc_init(&svc_ctx, &codec, vpx_codec_vp9_cx(), &enc_cfg) !=
 593       VPX_CODEC_OK)
 594     die("Failed to initialize encoder\n");
 595
 596 #if OUTPUT_RC_STATS
 597   if (svc_ctx.output_rc_stat) {
 598     set_rate_control_stats(&rc, &enc_cfg);
 599     framerate = enc_cfg.g_timebase.den / enc_cfg.g_timebase.num;
 600   }
 601 #endif
 602
 603   info.codec_fourcc = VP9_FOURCC;
 604   info.time_base.numerator = enc_cfg.g_timebase.num;
 605   info.time_base.denominator = enc_cfg.g_timebase.den;
 606
 607   if (!(app_input.passes == 2 && app_input.pass == 1)) {
 608     // We don't save the bitstream for the 1st pass on two pass rate control
 609     writer = vpx_video_writer_open(app_input.output_filename, kContainerIVF,
 610                                    &info);
 611     if (!writer)
 612       die("Failed to open %s for writing\n", app_input.output_filename);
 613   }
 614 #if OUTPUT_RC_STATS
 615   // For now, just write temporal layer streams.
 616   // TODO(wonkap): do spatial by re-writing superframe.
 617   if (svc_ctx.output_rc_stat) {
 618     for (tl = 0; tl < enc_cfg.ts_number_layers; ++tl) {
 619       char file_name[PATH_MAX];
 620
 621       snprintf(file_name, sizeof(file_name), "%s_t%d.ivf",
 622                app_input.output_filename, tl);
 623       outfile[tl] = vpx_video_writer_open(file_name, kContainerIVF, &info);
 624       if (!outfile[tl])
 625         die("Failed to open %s for writing", file_name);
 626     }
 627   }
 628 #endif
 629
 630   // skip initial frames
 631   for (i = 0; i < app_input.frames_to_skip; ++i)
 632     vpx_img_read(&raw, infile);
 633
 634   if (svc_ctx.speed != -1)
 635     vpx_codec_control(&codec, VP8E_SET_CPUUSED, svc_ctx.speed);
 636   if (svc_ctx.threads)
 637     vpx_codec_control(&codec, VP9E_SET_TILE_COLUMNS, (svc_ctx.threads >> 1));
 638   if (svc_ctx.speed >= 5)
 639     vpx_codec_control(&codec, VP9E_SET_AQ_MODE, 3);
 640
 641
 642   // Encode frames
 643   while (!end_of_stream) {
 644     vpx_codec_iter_t iter = NULL;
 645     const vpx_codec_cx_pkt_t *cx_pkt;
 646     if (frame_cnt >= app_input.frames_to_code || !vpx_img_read(&raw, infile)) {
 647       // We need one extra vpx_svc_encode call at end of stream to flush
 648       // encoder and get remaining data
 649       end_of_stream = 1;
 650     }
 651
 652     vpx_usec_timer_start(&timer);
 653     res = vpx_svc_encode(&svc_ctx, &codec, (end_of_stream ? NULL : &raw),
 654                          pts, frame_duration, svc_ctx.speed >= 5 ?
 655                          VPX_DL_REALTIME : VPX_DL_GOOD_QUALITY);
 656     vpx_usec_timer_mark(&timer);
 657     cx_time += vpx_usec_timer_elapsed(&timer);
 658
 659     printf("%s", vpx_svc_get_message(&svc_ctx));
 660     if (res != VPX_CODEC_OK) {
 661       die_codec(&codec, "Failed to encode frame");
 662     }
 663
 664     while ((cx_pkt = vpx_codec_get_cx_data(&codec, &iter)) != NULL) {
 665       switch (cx_pkt->kind) {
 666         case VPX_CODEC_CX_FRAME_PKT: {
 667           if (cx_pkt->data.frame.sz > 0) {
 668 #if OUTPUT_RC_STATS
 669             uint32_t sizes[8];
 670             int count = 0;
 671 #endif
 672             vpx_video_writer_write_frame(writer,
 673                                          cx_pkt->data.frame.buf,
 674                                          cx_pkt->data.frame.sz,
 675                                          cx_pkt->data.frame.pts);
 676 #if OUTPUT_RC_STATS
 677             // TODO(marpan/wonkap): Put this (to line728) in separate function.
 678             if (svc_ctx.output_rc_stat) {
 679               vpx_codec_control(&codec, VP9E_GET_SVC_LAYER_ID, &layer_id);
 680               parse_superframe_index(cx_pkt->data.frame.buf,
 681                                      cx_pkt->data.frame.sz, sizes, &count);
 682               for (sl = 0; sl < enc_cfg.ss_number_layers; ++sl) {
 683                 ++rc.layer_input_frames[sl * enc_cfg.ts_number_layers +
 684                                         layer_id.temporal_layer_id];
 685               }
 686               for (tl = layer_id.temporal_layer_id;
 687                   tl < enc_cfg.ts_number_layers; ++tl) {
 688                 vpx_video_writer_write_frame(outfile[tl],
 689                                              cx_pkt->data.frame.buf,
 690                                              cx_pkt->data.frame.sz,
 691                                              cx_pkt->data.frame.pts);
 692               }
 693
 694               for (sl = 0; sl < enc_cfg.ss_number_layers; ++sl) {
 695                 for (tl = layer_id.temporal_layer_id;
 696                     tl < enc_cfg.ts_number_layers; ++tl) {
 697                   const int layer = sl * enc_cfg.ts_number_layers + tl;
 698                   ++rc.layer_tot_enc_frames[layer];
 699                   rc.layer_encoding_bitrate[layer] += 8.0 * sizes[sl];
 700                   // Keep count of rate control stats per layer, for non-key
 701                   // frames.
 702                   if (tl == layer_id.temporal_layer_id &&
 703                       !(cx_pkt->data.frame.flags & VPX_FRAME_IS_KEY)) {
 704                     rc.layer_avg_frame_size[layer] += 8.0 * sizes[sl];
 705                     rc.layer_avg_rate_mismatch[layer] +=
 706                         fabs(8.0 * sizes[sl] - rc.layer_pfb[layer]) /
 707                         rc.layer_pfb[layer];
 708                     ++rc.layer_enc_frames[layer];
 709                   }
 710                 }
 711               }
 712
 713               // Update for short-time encoding bitrate states, for moving
 714               // window of size rc->window, shifted by rc->window / 2.
 715               // Ignore first window segment, due to key frame.
 716               if (frame_cnt > rc.window_size) {
 717                 tl = layer_id.temporal_layer_id;
 718                 for (sl = 0; sl < enc_cfg.ss_number_layers; ++sl) {
 719                   sum_bitrate += 0.001 * 8.0 * sizes[sl] * framerate;
 720                 }
 721                 if (frame_cnt % rc.window_size == 0) {
 722                   rc.window_count += 1;
 723                   rc.avg_st_encoding_bitrate += sum_bitrate / rc.window_size;
 724                   rc.variance_st_encoding_bitrate +=
 725                       (sum_bitrate / rc.window_size) *
 726                       (sum_bitrate / rc.window_size);
 727                   sum_bitrate = 0.0;
 728                 }
 729               }
 730
 731               // Second shifted window.
 732               if (frame_cnt > rc.window_size + rc.window_size / 2) {
 733                tl = layer_id.temporal_layer_id;
 734                for (sl = 0; sl < enc_cfg.ss_number_layers; ++sl) {
 735                  sum_bitrate2 += 0.001 * 8.0 * sizes[sl] * framerate;
 736                }
 737
 738                if (frame_cnt > 2 * rc.window_size &&
 739                   frame_cnt % rc.window_size == 0) {
 740                  rc.window_count += 1;
 741                  rc.avg_st_encoding_bitrate += sum_bitrate2 / rc.window_size;
 742                  rc.variance_st_encoding_bitrate +=
 743                     (sum_bitrate2 / rc.window_size) *
 744                     (sum_bitrate2 / rc.window_size);
 745                  sum_bitrate2 = 0.0;
 746                }
 747               }
 748             }
 749 #endif
 750           }
 751
 752           printf("SVC frame: %d, kf: %d, size: %d, pts: %d\n", frames_received,
 753                  !!(cx_pkt->data.frame.flags & VPX_FRAME_IS_KEY),
 754                  (int)cx_pkt->data.frame.sz, (int)cx_pkt->data.frame.pts);
 755           ++frames_received;
 756           break;
 757         }
 758         case VPX_CODEC_STATS_PKT: {
 759           stats_write(&app_input.rc_stats,
 760                       cx_pkt->data.twopass_stats.buf,
 761                       cx_pkt->data.twopass_stats.sz);
 762           break;
 763         }
 764         default: {
 765           break;
 766         }
 767       }
 768     }
 769
 770     if (!end_of_stream) {
 771       ++frame_cnt;
 772       pts += frame_duration;
 773     }
 774   }
 775   printf("Processed %d frames\n", frame_cnt);
 776   fclose(infile);
 777 #if OUTPUT_RC_STATS
 778   if (svc_ctx.output_rc_stat) {
 779     printout_rate_control_summary(&rc, &enc_cfg, frame_cnt);
 780     printf("\n");
 781   }
 782 #endif
 783   if (vpx_codec_destroy(&codec)) die_codec(&codec, "Failed to destroy codec");
 784   if (app_input.passes == 2)
 785     stats_close(&app_input.rc_stats, 1);
 786   if (writer) {
 787     vpx_video_writer_close(writer);
 788   }
 789 #if OUTPUT_RC_STATS
 790   if (svc_ctx.output_rc_stat) {
 791     for (tl = 0; tl < enc_cfg.ts_number_layers; ++tl) {
 792       vpx_video_writer_close(outfile[tl]);
 793     }
 794   }
 795 #endif
 796   printf("Frame cnt and encoding time/FPS stats for encoding: %d %f %f \n",
 797          frame_cnt,
 798          1000 * (float)cx_time / (double)(frame_cnt * 1000000),
 799          1000000 * (double)frame_cnt / (double)cx_time);
 800   vpx_img_free(&raw);
 801   // display average size, psnr
 802   printf("%s", vpx_svc_dump_statistics(&svc_ctx));
 803   vpx_svc_release(&svc_ctx);
 804   return EXIT_SUCCESS;
 805 }