vp10/encoder/vp9_mbgraph.c

   1 /*
   2  *  Copyright (c) 2010 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 #include <limits.h>
  12
  13 #include "./vp10_rtcd.h"
  14 #include "./vpx_dsp_rtcd.h"
  15
  16 #include "vpx_mem/vpx_mem.h"
  17 #include "vp10/encoder/vp9_segmentation.h"
  18 #include "vp10/encoder/vp9_mcomp.h"
  19 #include "vp10/common/vp9_blockd.h"
  20 #include "vp10/common/vp9_reconinter.h"
  21 #include "vp10/common/vp9_reconintra.h"
  22 #include "vp10/common/vp9_systemdependent.h"
  23
  24
  25 static unsigned int do_16x16_motion_iteration(VP9_COMP *cpi,
  26                                               const MV *ref_mv,
  27                                               MV *dst_mv,
  28                                               int mb_row,
  29                                               int mb_col) {
  30   MACROBLOCK *const x = &cpi->td.mb;
  31   MACROBLOCKD *const xd = &x->e_mbd;
  32   const MV_SPEED_FEATURES *const mv_sf = &cpi->sf.mv;
  33   const vp9_variance_fn_ptr_t v_fn_ptr = cpi->fn_ptr[BLOCK_16X16];
  34
  35   const int tmp_col_min = x->mv_col_min;
  36   const int tmp_col_max = x->mv_col_max;
  37   const int tmp_row_min = x->mv_row_min;
  38   const int tmp_row_max = x->mv_row_max;
  39   MV ref_full;
  40   int cost_list[5];
  41
  42   // Further step/diamond searches as necessary
  43   int step_param = mv_sf->reduce_first_step_size;
  44   step_param = MIN(step_param, MAX_MVSEARCH_STEPS - 2);
  45
  46   vp10_set_mv_search_range(x, ref_mv);
  47
  48   ref_full.col = ref_mv->col >> 3;
  49   ref_full.row = ref_mv->row >> 3;
  50
  51   /*cpi->sf.search_method == HEX*/
  52   vp10_hex_search(x, &ref_full, step_param, x->errorperbit, 0,
  53                  cond_cost_list(cpi, cost_list),
  54                  &v_fn_ptr, 0, ref_mv, dst_mv);
  55
  56   // Try sub-pixel MC
  57   // if (bestsme > error_thresh && bestsme < INT_MAX)
  58   {
  59     int distortion;
  60     unsigned int sse;
  61     cpi->find_fractional_mv_step(
  62         x, dst_mv, ref_mv, cpi->common.allow_high_precision_mv, x->errorperbit,
  63         &v_fn_ptr, 0, mv_sf->subpel_iters_per_step,
  64         cond_cost_list(cpi, cost_list),
  65         NULL, NULL,
  66         &distortion, &sse, NULL, 0, 0);
  67   }
  68
  69   xd->mi[0]->mbmi.mode = NEWMV;
  70   xd->mi[0]->mbmi.mv[0].as_mv = *dst_mv;
  71
  72   vp10_build_inter_predictors_sby(xd, mb_row, mb_col, BLOCK_16X16);
  73
  74   /* restore UMV window */
  75   x->mv_col_min = tmp_col_min;
  76   x->mv_col_max = tmp_col_max;
  77   x->mv_row_min = tmp_row_min;
  78   x->mv_row_max = tmp_row_max;
  79
  80   return vpx_sad16x16(x->plane[0].src.buf, x->plane[0].src.stride,
  81                       xd->plane[0].dst.buf, xd->plane[0].dst.stride);
  82 }
  83
  84 static int do_16x16_motion_search(VP9_COMP *cpi, const MV *ref_mv,
  85                                   int_mv *dst_mv, int mb_row, int mb_col) {
  86   MACROBLOCK *const x = &cpi->td.mb;
  87   MACROBLOCKD *const xd = &x->e_mbd;
  88   unsigned int err, tmp_err;
  89   MV tmp_mv;
  90
  91   // Try zero MV first
  92   // FIXME should really use something like near/nearest MV and/or MV prediction
  93   err = vpx_sad16x16(x->plane[0].src.buf, x->plane[0].src.stride,
  94                      xd->plane[0].pre[0].buf, xd->plane[0].pre[0].stride);
  95   dst_mv->as_int = 0;
  96
  97   // Test last reference frame using the previous best mv as the
  98   // starting point (best reference) for the search
  99   tmp_err = do_16x16_motion_iteration(cpi, ref_mv, &tmp_mv, mb_row, mb_col);
 100   if (tmp_err < err) {
 101     err = tmp_err;
 102     dst_mv->as_mv = tmp_mv;
 103   }
 104
 105   // If the current best reference mv is not centered on 0,0 then do a 0,0
 106   // based search as well.
 107   if (ref_mv->row != 0 || ref_mv->col != 0) {
 108     unsigned int tmp_err;
 109     MV zero_ref_mv = {0, 0}, tmp_mv;
 110
 111     tmp_err = do_16x16_motion_iteration(cpi, &zero_ref_mv, &tmp_mv,
 112                                         mb_row, mb_col);
 113     if (tmp_err < err) {
 114       dst_mv->as_mv = tmp_mv;
 115       err = tmp_err;
 116     }
 117   }
 118
 119   return err;
 120 }
 121
 122 static int do_16x16_zerozero_search(VP9_COMP *cpi, int_mv *dst_mv) {
 123   MACROBLOCK *const x = &cpi->td.mb;
 124   MACROBLOCKD *const xd = &x->e_mbd;
 125   unsigned int err;
 126
 127   // Try zero MV first
 128   // FIXME should really use something like near/nearest MV and/or MV prediction
 129   err = vpx_sad16x16(x->plane[0].src.buf, x->plane[0].src.stride,
 130                      xd->plane[0].pre[0].buf, xd->plane[0].pre[0].stride);
 131
 132   dst_mv->as_int = 0;
 133
 134   return err;
 135 }
 136 static int find_best_16x16_intra(VP9_COMP *cpi, PREDICTION_MODE *pbest_mode) {
 137   MACROBLOCK   *const x  = &cpi->td.mb;
 138   MACROBLOCKD *const xd = &x->e_mbd;
 139   PREDICTION_MODE best_mode = -1, mode;
 140   unsigned int best_err = INT_MAX;
 141
 142   // calculate SATD for each intra prediction mode;
 143   // we're intentionally not doing 4x4, we just want a rough estimate
 144   for (mode = DC_PRED; mode <= TM_PRED; mode++) {
 145     unsigned int err;
 146
 147     xd->mi[0]->mbmi.mode = mode;
 148     vp10_predict_intra_block(xd, 2, TX_16X16, mode,
 149                             x->plane[0].src.buf, x->plane[0].src.stride,
 150                             xd->plane[0].dst.buf, xd->plane[0].dst.stride,
 151                             0, 0, 0);
 152     err = vpx_sad16x16(x->plane[0].src.buf, x->plane[0].src.stride,
 153                        xd->plane[0].dst.buf, xd->plane[0].dst.stride);
 154
 155     // find best
 156     if (err < best_err) {
 157       best_err  = err;
 158       best_mode = mode;
 159     }
 160   }
 161
 162   if (pbest_mode)
 163     *pbest_mode = best_mode;
 164
 165   return best_err;
 166 }
 167
 168 static void update_mbgraph_mb_stats
 169 (
 170   VP9_COMP *cpi,
 171   MBGRAPH_MB_STATS *stats,
 172   YV12_BUFFER_CONFIG *buf,
 173   int mb_y_offset,
 174   YV12_BUFFER_CONFIG *golden_ref,
 175   const MV *prev_golden_ref_mv,
 176   YV12_BUFFER_CONFIG *alt_ref,
 177   int mb_row,
 178   int mb_col
 179 ) {
 180   MACROBLOCK *const x = &cpi->td.mb;
 181   MACROBLOCKD *const xd = &x->e_mbd;
 182   int intra_error;
 183   VP9_COMMON *cm = &cpi->common;
 184
 185   // FIXME in practice we're completely ignoring chroma here
 186   x->plane[0].src.buf = buf->y_buffer + mb_y_offset;
 187   x->plane[0].src.stride = buf->y_stride;
 188
 189   xd->plane[0].dst.buf = get_frame_new_buffer(cm)->y_buffer + mb_y_offset;
 190   xd->plane[0].dst.stride = get_frame_new_buffer(cm)->y_stride;
 191
 192   // do intra 16x16 prediction
 193   intra_error = find_best_16x16_intra(cpi,
 194                                       &stats->ref[INTRA_FRAME].m.mode);
 195   if (intra_error <= 0)
 196     intra_error = 1;
 197   stats->ref[INTRA_FRAME].err = intra_error;
 198
 199   // Golden frame MV search, if it exists and is different than last frame
 200   if (golden_ref) {
 201     int g_motion_error;
 202     xd->plane[0].pre[0].buf = golden_ref->y_buffer + mb_y_offset;
 203     xd->plane[0].pre[0].stride = golden_ref->y_stride;
 204     g_motion_error = do_16x16_motion_search(cpi,
 205                                             prev_golden_ref_mv,
 206                                             &stats->ref[GOLDEN_FRAME].m.mv,
 207                                             mb_row, mb_col);
 208     stats->ref[GOLDEN_FRAME].err = g_motion_error;
 209   } else {
 210     stats->ref[GOLDEN_FRAME].err = INT_MAX;
 211     stats->ref[GOLDEN_FRAME].m.mv.as_int = 0;
 212   }
 213
 214   // Do an Alt-ref frame MV search, if it exists and is different than
 215   // last/golden frame.
 216   if (alt_ref) {
 217     int a_motion_error;
 218     xd->plane[0].pre[0].buf = alt_ref->y_buffer + mb_y_offset;
 219     xd->plane[0].pre[0].stride = alt_ref->y_stride;
 220     a_motion_error = do_16x16_zerozero_search(cpi,
 221                                               &stats->ref[ALTREF_FRAME].m.mv);
 222
 223     stats->ref[ALTREF_FRAME].err = a_motion_error;
 224   } else {
 225     stats->ref[ALTREF_FRAME].err = INT_MAX;
 226     stats->ref[ALTREF_FRAME].m.mv.as_int = 0;
 227   }
 228 }
 229
 230 static void update_mbgraph_frame_stats(VP9_COMP *cpi,
 231                                        MBGRAPH_FRAME_STATS *stats,
 232                                        YV12_BUFFER_CONFIG *buf,
 233                                        YV12_BUFFER_CONFIG *golden_ref,
 234                                        YV12_BUFFER_CONFIG *alt_ref) {
 235   MACROBLOCK *const x = &cpi->td.mb;
 236   MACROBLOCKD *const xd = &x->e_mbd;
 237   VP9_COMMON *const cm = &cpi->common;
 238
 239   int mb_col, mb_row, offset = 0;
 240   int mb_y_offset = 0, arf_y_offset = 0, gld_y_offset = 0;
 241   MV gld_top_mv = {0, 0};
 242   MODE_INFO mi_local;
 243
 244   vp10_zero(mi_local);
 245   // Set up limit values for motion vectors to prevent them extending outside
 246   // the UMV borders.
 247   x->mv_row_min     = -BORDER_MV_PIXELS_B16;
 248   x->mv_row_max     = (cm->mb_rows - 1) * 8 + BORDER_MV_PIXELS_B16;
 249   xd->up_available  = 0;
 250   xd->plane[0].dst.stride  = buf->y_stride;
 251   xd->plane[0].pre[0].stride  = buf->y_stride;
 252   xd->plane[1].dst.stride = buf->uv_stride;
 253   xd->mi[0] = &mi_local;
 254   mi_local.mbmi.sb_type = BLOCK_16X16;
 255   mi_local.mbmi.ref_frame[0] = LAST_FRAME;
 256   mi_local.mbmi.ref_frame[1] = NONE;
 257
 258   for (mb_row = 0; mb_row < cm->mb_rows; mb_row++) {
 259     MV gld_left_mv = gld_top_mv;
 260     int mb_y_in_offset  = mb_y_offset;
 261     int arf_y_in_offset = arf_y_offset;
 262     int gld_y_in_offset = gld_y_offset;
 263
 264     // Set up limit values for motion vectors to prevent them extending outside
 265     // the UMV borders.
 266     x->mv_col_min      = -BORDER_MV_PIXELS_B16;
 267     x->mv_col_max      = (cm->mb_cols - 1) * 8 + BORDER_MV_PIXELS_B16;
 268     xd->left_available = 0;
 269
 270     for (mb_col = 0; mb_col < cm->mb_cols; mb_col++) {
 271       MBGRAPH_MB_STATS *mb_stats = &stats->mb_stats[offset + mb_col];
 272
 273       update_mbgraph_mb_stats(cpi, mb_stats, buf, mb_y_in_offset,
 274                               golden_ref, &gld_left_mv, alt_ref,
 275                               mb_row, mb_col);
 276       gld_left_mv = mb_stats->ref[GOLDEN_FRAME].m.mv.as_mv;
 277       if (mb_col == 0) {
 278         gld_top_mv = gld_left_mv;
 279       }
 280       xd->left_available = 1;
 281       mb_y_in_offset    += 16;
 282       gld_y_in_offset   += 16;
 283       arf_y_in_offset   += 16;
 284       x->mv_col_min     -= 16;
 285       x->mv_col_max     -= 16;
 286     }
 287     xd->up_available = 1;
 288     mb_y_offset     += buf->y_stride * 16;
 289     gld_y_offset    += golden_ref->y_stride * 16;
 290     if (alt_ref)
 291       arf_y_offset    += alt_ref->y_stride * 16;
 292     x->mv_row_min   -= 16;
 293     x->mv_row_max   -= 16;
 294     offset          += cm->mb_cols;
 295   }
 296 }
 297
 298 // void separate_arf_mbs_byzz
 299 static void separate_arf_mbs(VP9_COMP *cpi) {
 300   VP9_COMMON *const cm = &cpi->common;
 301   int mb_col, mb_row, offset, i;
 302   int mi_row, mi_col;
 303   int ncnt[4] = { 0 };
 304   int n_frames = cpi->mbgraph_n_frames;
 305
 306   int *arf_not_zz;
 307
 308   CHECK_MEM_ERROR(cm, arf_not_zz,
 309                   vpx_calloc(cm->mb_rows * cm->mb_cols * sizeof(*arf_not_zz),
 310                              1));
 311
 312   // We are not interested in results beyond the alt ref itself.
 313   if (n_frames > cpi->rc.frames_till_gf_update_due)
 314     n_frames = cpi->rc.frames_till_gf_update_due;
 315
 316   // defer cost to reference frames
 317   for (i = n_frames - 1; i >= 0; i--) {
 318     MBGRAPH_FRAME_STATS *frame_stats = &cpi->mbgraph_stats[i];
 319
 320     for (offset = 0, mb_row = 0; mb_row < cm->mb_rows;
 321          offset += cm->mb_cols, mb_row++) {
 322       for (mb_col = 0; mb_col < cm->mb_cols; mb_col++) {
 323         MBGRAPH_MB_STATS *mb_stats = &frame_stats->mb_stats[offset + mb_col];
 324
 325         int altref_err = mb_stats->ref[ALTREF_FRAME].err;
 326         int intra_err  = mb_stats->ref[INTRA_FRAME ].err;
 327         int golden_err = mb_stats->ref[GOLDEN_FRAME].err;
 328
 329         // Test for altref vs intra and gf and that its mv was 0,0.
 330         if (altref_err > 1000 ||
 331             altref_err > intra_err ||
 332             altref_err > golden_err) {
 333           arf_not_zz[offset + mb_col]++;
 334         }
 335       }
 336     }
 337   }
 338
 339   // arf_not_zz is indexed by MB, but this loop is indexed by MI to avoid out
 340   // of bound access in segmentation_map
 341   for (mi_row = 0; mi_row < cm->mi_rows; mi_row++) {
 342     for (mi_col = 0; mi_col < cm->mi_cols; mi_col++) {
 343       // If any of the blocks in the sequence failed then the MB
 344       // goes in segment 0
 345       if (arf_not_zz[mi_row / 2 * cm->mb_cols + mi_col / 2]) {
 346         ncnt[0]++;
 347         cpi->segmentation_map[mi_row * cm->mi_cols + mi_col] = 0;
 348       } else {
 349         cpi->segmentation_map[mi_row * cm->mi_cols + mi_col] = 1;
 350         ncnt[1]++;
 351       }
 352     }
 353   }
 354
 355   // Only bother with segmentation if over 10% of the MBs in static segment
 356   // if ( ncnt[1] && (ncnt[0] / ncnt[1] < 10) )
 357   if (1) {
 358     // Note % of blocks that are marked as static
 359     if (cm->MBs)
 360       cpi->static_mb_pct = (ncnt[1] * 100) / (cm->mi_rows * cm->mi_cols);
 361
 362     // This error case should not be reachable as this function should
 363     // never be called with the common data structure uninitialized.
 364     else
 365       cpi->static_mb_pct = 0;
 366
 367     vp10_enable_segmentation(&cm->seg);
 368   } else {
 369     cpi->static_mb_pct = 0;
 370     vp10_disable_segmentation(&cm->seg);
 371   }
 372
 373   // Free localy allocated storage
 374   vpx_free(arf_not_zz);
 375 }
 376
 377 void vp10_update_mbgraph_stats(VP9_COMP *cpi) {
 378   VP9_COMMON *const cm = &cpi->common;
 379   int i, n_frames = vp10_lookahead_depth(cpi->lookahead);
 380   YV12_BUFFER_CONFIG *golden_ref = get_ref_frame_buffer(cpi, GOLDEN_FRAME);
 381
 382   assert(golden_ref != NULL);
 383
 384   // we need to look ahead beyond where the ARF transitions into
 385   // being a GF - so exit if we don't look ahead beyond that
 386   if (n_frames <= cpi->rc.frames_till_gf_update_due)
 387     return;
 388
 389   if (n_frames > MAX_LAG_BUFFERS)
 390     n_frames = MAX_LAG_BUFFERS;
 391
 392   cpi->mbgraph_n_frames = n_frames;
 393   for (i = 0; i < n_frames; i++) {
 394     MBGRAPH_FRAME_STATS *frame_stats = &cpi->mbgraph_stats[i];
 395     memset(frame_stats->mb_stats, 0,
 396            cm->mb_rows * cm->mb_cols * sizeof(*cpi->mbgraph_stats[i].mb_stats));
 397   }
 398
 399   // do motion search to find contribution of each reference to data
 400   // later on in this GF group
 401   // FIXME really, the GF/last MC search should be done forward, and
 402   // the ARF MC search backwards, to get optimal results for MV caching
 403   for (i = 0; i < n_frames; i++) {
 404     MBGRAPH_FRAME_STATS *frame_stats = &cpi->mbgraph_stats[i];
 405     struct lookahead_entry *q_cur = vp10_lookahead_peek(cpi->lookahead, i);
 406
 407     assert(q_cur != NULL);
 408
 409     update_mbgraph_frame_stats(cpi, frame_stats, &q_cur->img,
 410                                golden_ref, cpi->Source);
 411   }
 412
 413   vpx_clear_system_state();
 414
 415   separate_arf_mbs(cpi);
 416 }