vp8/encoder/onyx_int.h

   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
  12 #ifndef __INC_VP8_INT_H
  13 #define __INC_VP8_INT_H
  14
  15 #include <stdio.h>
  16 #include "vpx_config.h"
  17 #include "vp8/common/onyx.h"
  18 #include "treewriter.h"
  19 #include "tokenize.h"
  20 #include "vp8/common/onyxc_int.h"
  21 #include "variance.h"
  22 #include "dct.h"
  23 #include "encodemb.h"
  24 #include "quantize.h"
  25 #include "vp8/common/entropy.h"
  26 #include "vp8/common/threading.h"
  27 #include "vpx_ports/mem.h"
  28 #include "vpx/internal/vpx_codec_internal.h"
  29 #include "mcomp.h"
  30 #include "temporal_filter.h"
  31 #include "vp8/common/findnearmv.h"
  32 #include "lookahead.h"
  33
  34 //#define SPEEDSTATS 1
  35 #define MIN_GF_INTERVAL             4
  36 #define DEFAULT_GF_INTERVAL         7
  37
  38 #define KEY_FRAME_CONTEXT 5
  39
  40 #define MAX_LAG_BUFFERS (CONFIG_REALTIME_ONLY? 1 : 25)
  41
  42 #define AF_THRESH   25
  43 #define AF_THRESH2  100
  44 #define ARF_DECAY_THRESH 12
  45 #define MAX_MODES 20
  46
  47 #define MIN_THRESHMULT  32
  48 #define MAX_THRESHMULT  512
  49
  50 #define GF_ZEROMV_ZBIN_BOOST 12
  51 #define LF_ZEROMV_ZBIN_BOOST 6
  52 #define MV_ZBIN_BOOST        4
  53 #define ZBIN_OQ_MAX 192
  54
  55 #if !(CONFIG_REALTIME_ONLY)
  56 #define VP8_TEMPORAL_ALT_REF 1
  57 #endif
  58
  59 typedef struct
  60 {
  61     int kf_indicated;
  62     unsigned int frames_since_key;
  63     unsigned int frames_since_golden;
  64     int filter_level;
  65     int frames_till_gf_update_due;
  66     int recent_ref_frame_usage[MAX_REF_FRAMES];
  67
  68     MV_CONTEXT mvc[2];
  69     int mvcosts[2][MVvals+1];
  70
  71 #ifdef MODE_STATS
  72     // Stats
  73     int y_modes[5];
  74     int uv_modes[4];
  75     int b_modes[10];
  76     int inter_y_modes[10];
  77     int inter_uv_modes[4];
  78     int inter_b_modes[10];
  79 #endif
  80
  81     vp8_prob ymode_prob[4], uv_mode_prob[3];   /* interframe intra mode probs */
  82     vp8_prob kf_ymode_prob[4], kf_uv_mode_prob[3];   /* keyframe "" */
  83
  84     int ymode_count[5], uv_mode_count[4];  /* intra MB type cts this frame */
  85
  86     int count_mb_ref_frame_usage[MAX_REF_FRAMES];
  87
  88     int this_frame_percent_intra;
  89     int last_frame_percent_intra;
  90
  91
  92 } CODING_CONTEXT;
  93
  94 typedef struct
  95 {
  96     double frame;
  97     double intra_error;
  98     double coded_error;
  99     double ssim_weighted_pred_err;
 100     double pcnt_inter;
 101     double pcnt_motion;
 102     double pcnt_second_ref;
 103     double pcnt_neutral;
 104     double MVr;
 105     double mvr_abs;
 106     double MVc;
 107     double mvc_abs;
 108     double MVrv;
 109     double MVcv;
 110     double mv_in_out_count;
 111     double new_mv_count;
 112     double duration;
 113     double count;
 114 }
 115 FIRSTPASS_STATS;
 116
 117 typedef struct
 118 {
 119     int frames_so_far;
 120     double frame_intra_error;
 121     double frame_coded_error;
 122     double frame_pcnt_inter;
 123     double frame_pcnt_motion;
 124     double frame_mvr;
 125     double frame_mvr_abs;
 126     double frame_mvc;
 127     double frame_mvc_abs;
 128
 129 } ONEPASS_FRAMESTATS;
 130
 131
 132 typedef enum
 133 {
 134     THR_ZEROMV         = 0,
 135     THR_DC             = 1,
 136
 137     THR_NEARESTMV      = 2,
 138     THR_NEARMV         = 3,
 139
 140     THR_ZEROG          = 4,
 141     THR_NEARESTG       = 5,
 142
 143     THR_ZEROA          = 6,
 144     THR_NEARESTA       = 7,
 145
 146     THR_NEARG          = 8,
 147     THR_NEARA          = 9,
 148
 149     THR_V_PRED         = 10,
 150     THR_H_PRED         = 11,
 151     THR_TM             = 12,
 152
 153     THR_NEWMV          = 13,
 154     THR_NEWG           = 14,
 155     THR_NEWA           = 15,
 156
 157     THR_SPLITMV        = 16,
 158     THR_SPLITG         = 17,
 159     THR_SPLITA         = 18,
 160
 161     THR_B_PRED         = 19,
 162 }
 163 THR_MODES;
 164
 165 typedef enum
 166 {
 167     DIAMOND = 0,
 168     NSTEP = 1,
 169     HEX = 2
 170 } SEARCH_METHODS;
 171
 172 typedef struct
 173 {
 174     int RD;
 175     SEARCH_METHODS search_method;
 176     int improved_quant;
 177     int improved_dct;
 178     int auto_filter;
 179     int recode_loop;
 180     int iterative_sub_pixel;
 181     int half_pixel_search;
 182     int quarter_pixel_search;
 183     int thresh_mult[MAX_MODES];
 184     int max_step_search_steps;
 185     int first_step;
 186     int optimize_coefficients;
 187
 188     int use_fastquant_for_pick;
 189     int no_skip_block4x4_search;
 190     int improved_mv_pred;
 191
 192 } SPEED_FEATURES;
 193
 194 typedef struct
 195 {
 196     MACROBLOCK  mb;
 197     int segment_counts[MAX_MB_SEGMENTS];
 198     int totalrate;
 199 } MB_ROW_COMP;
 200
 201 typedef struct
 202 {
 203     TOKENEXTRA *start;
 204     TOKENEXTRA *stop;
 205 } TOKENLIST;
 206
 207 typedef struct
 208 {
 209     int ithread;
 210     void *ptr1;
 211     void *ptr2;
 212 } ENCODETHREAD_DATA;
 213 typedef struct
 214 {
 215     int ithread;
 216     void *ptr1;
 217 } LPFTHREAD_DATA;
 218
 219
 220 typedef struct VP8_ENCODER_RTCD
 221 {
 222     VP8_COMMON_RTCD            *common;
 223     vp8_variance_rtcd_vtable_t  variance;
 224     vp8_fdct_rtcd_vtable_t      fdct;
 225     vp8_encodemb_rtcd_vtable_t  encodemb;
 226     vp8_quantize_rtcd_vtable_t  quantize;
 227     vp8_search_rtcd_vtable_t    search;
 228     vp8_temporal_rtcd_vtable_t  temporal;
 229 } VP8_ENCODER_RTCD;
 230
 231 enum
 232 {
 233     BLOCK_16X8,
 234     BLOCK_8X16,
 235     BLOCK_8X8,
 236     BLOCK_4X4,
 237     BLOCK_16X16,
 238     BLOCK_MAX_SEGMENTS
 239 };
 240
 241 typedef struct VP8_COMP
 242 {
 243
 244     DECLARE_ALIGNED(16, short, Y1quant[QINDEX_RANGE][16]);
 245     DECLARE_ALIGNED(16, unsigned char, Y1quant_shift[QINDEX_RANGE][16]);
 246     DECLARE_ALIGNED(16, short, Y1zbin[QINDEX_RANGE][16]);
 247     DECLARE_ALIGNED(16, short, Y1round[QINDEX_RANGE][16]);
 248
 249     DECLARE_ALIGNED(16, short, Y2quant[QINDEX_RANGE][16]);
 250     DECLARE_ALIGNED(16, unsigned char, Y2quant_shift[QINDEX_RANGE][16]);
 251     DECLARE_ALIGNED(16, short, Y2zbin[QINDEX_RANGE][16]);
 252     DECLARE_ALIGNED(16, short, Y2round[QINDEX_RANGE][16]);
 253
 254     DECLARE_ALIGNED(16, short, UVquant[QINDEX_RANGE][16]);
 255     DECLARE_ALIGNED(16, unsigned char, UVquant_shift[QINDEX_RANGE][16]);
 256     DECLARE_ALIGNED(16, short, UVzbin[QINDEX_RANGE][16]);
 257     DECLARE_ALIGNED(16, short, UVround[QINDEX_RANGE][16]);
 258
 259     DECLARE_ALIGNED(16, short, zrun_zbin_boost_y1[QINDEX_RANGE][16]);
 260     DECLARE_ALIGNED(16, short, zrun_zbin_boost_y2[QINDEX_RANGE][16]);
 261     DECLARE_ALIGNED(16, short, zrun_zbin_boost_uv[QINDEX_RANGE][16]);
 262     DECLARE_ALIGNED(16, short, Y1quant_fast[QINDEX_RANGE][16]);
 263     DECLARE_ALIGNED(16, short, Y2quant_fast[QINDEX_RANGE][16]);
 264     DECLARE_ALIGNED(16, short, UVquant_fast[QINDEX_RANGE][16]);
 265
 266
 267     MACROBLOCK mb;
 268     VP8_COMMON common;
 269     vp8_writer bc, bc2;
 270     // bool_writer *bc2;
 271
 272     VP8_CONFIG oxcf;
 273
 274     struct lookahead_ctx    *lookahead;
 275     struct lookahead_entry  *source;
 276     struct lookahead_entry  *alt_ref_source;
 277
 278     YV12_BUFFER_CONFIG *Source;
 279     YV12_BUFFER_CONFIG *un_scaled_source;
 280     YV12_BUFFER_CONFIG scaled_source;
 281
 282     int source_alt_ref_pending; // frame in src_buffers has been identified to be encoded as an alt ref
 283     int source_alt_ref_active;  // an alt ref frame has been encoded and is usable
 284
 285     int is_src_frame_alt_ref;   // source of frame to encode is an exact copy of an alt ref frame
 286
 287     int gold_is_last; // golden frame same as last frame ( short circuit gold searches)
 288     int alt_is_last;  // Alt reference frame same as last ( short circuit altref search)
 289     int gold_is_alt;  // don't do both alt and gold search ( just do gold).
 290
 291     //int refresh_alt_ref_frame;
 292     YV12_BUFFER_CONFIG last_frame_uf;
 293
 294     TOKENEXTRA *tok;
 295     unsigned int tok_count;
 296
 297
 298     unsigned int frames_since_key;
 299     unsigned int key_frame_frequency;
 300     unsigned int this_key_frame_forced;
 301     unsigned int next_key_frame_forced;
 302
 303     // Ambient reconstruction err target for force key frames
 304     int ambient_err;
 305
 306     unsigned int mode_check_freq[MAX_MODES];
 307     unsigned int mode_test_hit_counts[MAX_MODES];
 308     unsigned int mode_chosen_counts[MAX_MODES];
 309     unsigned int mbs_tested_so_far;
 310
 311     int rd_thresh_mult[MAX_MODES];
 312     int rd_baseline_thresh[MAX_MODES];
 313     int rd_threshes[MAX_MODES];
 314
 315     int RDMULT;
 316     int RDDIV ;
 317
 318     CODING_CONTEXT coding_context;
 319
 320     // Rate targetting variables
 321     int64_t prediction_error;
 322     int64_t last_prediction_error;
 323     int64_t intra_error;
 324     int64_t last_intra_error;
 325
 326     int this_frame_target;
 327     int projected_frame_size;
 328     int last_q[2];                   // Separate values for Intra/Inter
 329
 330     double rate_correction_factor;
 331     double key_frame_rate_correction_factor;
 332     double gf_rate_correction_factor;
 333
 334     int frames_till_gf_update_due;      // Count down till next GF
 335     int current_gf_interval;          // GF interval chosen when we coded the last GF
 336
 337     int gf_overspend_bits;            // Total bits overspent becasue of GF boost (cumulative)
 338
 339     int non_gf_bitrate_adjustment;     // Used in the few frames following a GF to recover the extra bits spent in that GF
 340
 341     int kf_overspend_bits;            // Extra bits spent on key frames that need to be recovered on inter frames
 342     int kf_bitrate_adjustment;        // Current number of bit s to try and recover on each inter frame.
 343     int max_gf_interval;
 344     int baseline_gf_interval;
 345     int active_arnr_frames;           // <= cpi->oxcf.arnr_max_frames
 346
 347     int64_t key_frame_count;
 348     int prior_key_frame_distance[KEY_FRAME_CONTEXT];
 349     int per_frame_bandwidth;          // Current section per frame bandwidth target
 350     int av_per_frame_bandwidth;        // Average frame size target for clip
 351     int min_frame_bandwidth;          // Minimum allocation that should be used for any frame
 352     int inter_frame_target;
 353     double output_frame_rate;
 354     int64_t last_time_stamp_seen;
 355     int64_t last_end_time_stamp_seen;
 356     int64_t first_time_stamp_ever;
 357
 358     int ni_av_qi;
 359     int ni_tot_qi;
 360     int ni_frames;
 361     int avg_frame_qindex;
 362
 363     int zbin_over_quant;
 364     int zbin_mode_boost;
 365     int zbin_mode_boost_enabled;
 366
 367     int64_t total_byte_count;
 368
 369     int buffered_mode;
 370
 371     int buffer_level;
 372     int bits_off_target;
 373
 374     int rolling_target_bits;
 375     int rolling_actual_bits;
 376
 377     int long_rolling_target_bits;
 378     int long_rolling_actual_bits;
 379
 380     int64_t total_actual_bits;
 381     int total_target_vs_actual;        // debug stats
 382
 383     int worst_quality;
 384     int active_worst_quality;
 385     int best_quality;
 386     int active_best_quality;
 387
 388     int cq_target_quality;
 389
 390     int drop_frames_allowed;          // Are we permitted to drop frames?
 391     int drop_frame;                  // Drop this frame?
 392     int drop_count;                  // How many frames have we dropped?
 393     int max_drop_count;               // How many frames should we drop?
 394     int max_consec_dropped_frames;     // Limit number of consecutive frames that can be dropped.
 395
 396
 397     int ymode_count [VP8_YMODES];        /* intra MB type cts this frame */
 398     int uv_mode_count[VP8_UV_MODES];       /* intra MB type cts this frame */
 399
 400     unsigned int MVcount [2] [MVvals];  /* (row,col) MV cts this frame */
 401
 402     unsigned int coef_counts [BLOCK_TYPES] [COEF_BANDS] [PREV_COEF_CONTEXTS] [MAX_ENTROPY_TOKENS];  /* for this frame */
 403     //DECLARE_ALIGNED(16, int, coef_counts_backup [BLOCK_TYPES] [COEF_BANDS] [PREV_COEF_CONTEXTS] [MAX_ENTROPY_TOKENS]);   //not used any more
 404     //save vp8_tree_probs_from_distribution result for each frame to avoid repeat calculation
 405     vp8_prob frame_coef_probs [BLOCK_TYPES] [COEF_BANDS] [PREV_COEF_CONTEXTS] [ENTROPY_NODES];
 406     unsigned int frame_branch_ct [BLOCK_TYPES] [COEF_BANDS] [PREV_COEF_CONTEXTS] [ENTROPY_NODES][2];
 407
 408     int gfu_boost;
 409     int kf_boost;
 410     int last_boost;
 411
 412     int target_bandwidth;
 413     struct vpx_codec_pkt_list  *output_pkt_list;
 414
 415 #if 0
 416     // Experimental code for lagged and one pass
 417     ONEPASS_FRAMESTATS one_pass_frame_stats[MAX_LAG_BUFFERS];
 418     int one_pass_frame_index;
 419 #endif
 420
 421     int decimation_factor;
 422     int decimation_count;
 423
 424     // for real time encoding
 425     int avg_encode_time;              //microsecond
 426     int avg_pick_mode_time;            //microsecond
 427     int Speed;
 428     unsigned int cpu_freq;           //Mhz
 429     int compressor_speed;
 430
 431     int interquantizer;
 432     int auto_gold;
 433     int auto_adjust_gold_quantizer;
 434     int goldfreq;
 435     int auto_worst_q;
 436     int cpu_used;
 437     int horiz_scale;
 438     int vert_scale;
 439     int pass;
 440
 441
 442     int prob_intra_coded;
 443     int prob_last_coded;
 444     int prob_gf_coded;
 445     int prob_skip_false;
 446     int last_skip_false_probs[3];
 447     int last_skip_probs_q[3];
 448     int recent_ref_frame_usage[MAX_REF_FRAMES];
 449
 450     int count_mb_ref_frame_usage[MAX_REF_FRAMES];
 451     int this_frame_percent_intra;
 452     int last_frame_percent_intra;
 453
 454     int ref_frame_flags;
 455
 456     SPEED_FEATURES sf;
 457     int error_bins[1024];
 458
 459     // Data used for real time conferencing mode to help determine if it would be good to update the gf
 460     int inter_zz_count;
 461     int gf_bad_count;
 462     int gf_update_recommended;
 463     int skip_true_count;
 464     int skip_false_count;
 465
 466     unsigned char *segmentation_map;
 467     signed char segment_feature_data[MB_LVL_MAX][MAX_MB_SEGMENTS];            // Segment data (can be deltas or absolute values)
 468     int  segment_encode_breakout[MAX_MB_SEGMENTS];                    // segment threashold for encode breakout
 469
 470     unsigned char *active_map;
 471     unsigned int active_map_enabled;
 472     // Video conferencing cyclic refresh mode flags etc
 473     // This is a mode designed to clean up the background over time in live encoding scenarious. It uses segmentation
 474     int cyclic_refresh_mode_enabled;
 475     int cyclic_refresh_mode_max_mbs_perframe;
 476     int cyclic_refresh_mode_index;
 477     int cyclic_refresh_q;
 478     signed char *cyclic_refresh_map;
 479
 480 #if CONFIG_MULTITHREAD
 481     // multithread data
 482     int * mt_current_mb_col;
 483     int mt_sync_range;
 484     int b_multi_threaded;
 485     int encoding_thread_count;
 486
 487     pthread_t *h_encoding_thread;
 488     pthread_t h_filter_thread;
 489
 490     MB_ROW_COMP *mb_row_ei;
 491     ENCODETHREAD_DATA *en_thread_data;
 492     LPFTHREAD_DATA lpf_thread_data;
 493
 494     //events
 495     sem_t *h_event_start_encoding;
 496     sem_t h_event_end_encoding;
 497     sem_t h_event_start_lpf;
 498     sem_t h_event_end_lpf;
 499 #endif
 500
 501     TOKENLIST *tplist;
 502     unsigned int partition_sz[MAX_PARTITIONS];
 503     // end of multithread data
 504
 505
 506     fractional_mv_step_fp *find_fractional_mv_step;
 507     vp8_full_search_fn_t full_search_sad;
 508     vp8_refining_search_fn_t refining_search_sad;
 509     vp8_diamond_search_fn_t diamond_search_sad;
 510     vp8_variance_fn_ptr_t fn_ptr[BLOCK_MAX_SEGMENTS];
 511     unsigned int time_receive_data;
 512     unsigned int time_compress_data;
 513     unsigned int time_pick_lpf;
 514     unsigned int time_encode_mb_row;
 515
 516     int base_skip_false_prob[128];
 517
 518     struct twopass_rc
 519     {
 520         unsigned int section_intra_rating;
 521         double section_max_qfactor;
 522         unsigned int next_iiratio;
 523         unsigned int this_iiratio;
 524         FIRSTPASS_STATS *total_stats;
 525         FIRSTPASS_STATS *this_frame_stats;
 526         FIRSTPASS_STATS *stats_in, *stats_in_end, *stats_in_start;
 527         FIRSTPASS_STATS *total_left_stats;
 528         int first_pass_done;
 529         int64_t bits_left;
 530         int64_t clip_bits_total;
 531         double avg_iiratio;
 532         double modified_error_total;
 533         double modified_error_used;
 534         double modified_error_left;
 535         double kf_intra_err_min;
 536         double gf_intra_err_min;
 537         int frames_to_key;
 538         int maxq_max_limit;
 539         int maxq_min_limit;
 540         int gf_decay_rate;
 541         int static_scene_max_gf_interval;
 542         int kf_bits;
 543         int gf_group_error_left;           // Remaining error from uncoded frames in a gf group. Two pass use only
 544
 545         // Projected total bits available for a key frame group of frames
 546         int64_t kf_group_bits;
 547
 548         // Error score of frames still to be coded in kf group
 549         int64_t kf_group_error_left;
 550
 551         int gf_group_bits;                // Projected Bits available for a group of frames including 1 GF or ARF
 552         int gf_bits;                     // Bits for the golden frame or ARF - 2 pass only
 553         int alt_extra_bits;
 554         double est_max_qcorrection_factor;
 555     } twopass;
 556
 557 #if CONFIG_RUNTIME_CPU_DETECT
 558     VP8_ENCODER_RTCD            rtcd;
 559 #endif
 560 #if VP8_TEMPORAL_ALT_REF
 561     YV12_BUFFER_CONFIG alt_ref_buffer;
 562     YV12_BUFFER_CONFIG *frames[MAX_LAG_BUFFERS];
 563     int fixed_divide[512];
 564 #endif
 565
 566 #if CONFIG_INTERNAL_STATS
 567     int    count;
 568     double total_y;
 569     double total_u;
 570     double total_v;
 571     double total ;
 572     double total_sq_error;
 573     double totalp_y;
 574     double totalp_u;
 575     double totalp_v;
 576     double totalp;
 577     double total_sq_error2;
 578     int    bytes;
 579     double summed_quality;
 580     double summed_weights;
 581     unsigned int tot_recode_hits;
 582
 583
 584     double total_ssimg_y;
 585     double total_ssimg_u;
 586     double total_ssimg_v;
 587     double total_ssimg_all;
 588
 589     int b_calculate_ssimg;
 590 #endif
 591     int b_calculate_psnr;
 592
 593     // Per MB activity measurement
 594     unsigned int activity_avg;
 595     unsigned int * mb_activity_map;
 596     int * mb_norm_activity_map;
 597
 598     // Record of which MBs still refer to last golden frame either
 599     // directly or through 0,0
 600     unsigned char *gf_active_flags;
 601     int gf_active_count;
 602
 603     int output_partition;
 604
 605     //Store last frame's MV info for next frame MV prediction
 606     int_mv *lfmv;
 607     int *lf_ref_frame_sign_bias;
 608     int *lf_ref_frame;
 609
 610     int force_next_frame_intra; /* force next frame to intra when kf_auto says so */
 611
 612     int droppable;
 613 } VP8_COMP;
 614
 615 void control_data_rate(VP8_COMP *cpi);
 616
 617 void vp8_encode_frame(VP8_COMP *cpi);
 618
 619 void vp8_pack_bitstream(VP8_COMP *cpi, unsigned char *dest, unsigned long *size);
 620
 621 void vp8_activity_masking(VP8_COMP *cpi, MACROBLOCK *x);
 622
 623 int rd_cost_intra_mb(MACROBLOCKD *x);
 624
 625 void vp8_tokenize_mb(VP8_COMP *, MACROBLOCKD *, TOKENEXTRA **);
 626
 627 void vp8_set_speed_features(VP8_COMP *cpi);
 628
 629 #if CONFIG_DEBUG
 630 #define CHECK_MEM_ERROR(lval,expr) do {\
 631         lval = (expr); \
 632         if(!lval) \
 633             vpx_internal_error(&cpi->common.error, VPX_CODEC_MEM_ERROR,\
 634                                "Failed to allocate "#lval" at %s:%d", \
 635                                __FILE__,__LINE__);\
 636     } while(0)
 637 #else
 638 #define CHECK_MEM_ERROR(lval,expr) do {\
 639         lval = (expr); \
 640         if(!lval) \
 641             vpx_internal_error(&cpi->common.error, VPX_CODEC_MEM_ERROR,\
 642                                "Failed to allocate "#lval);\
 643     } while(0)
 644 #endif
 645 #endif