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_ports/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 24
  51 #define LF_ZEROMV_ZBIN_BOOST 12
  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 duration;
 112     double count;
 113 }
 114 FIRSTPASS_STATS;
 115
 116 typedef struct
 117 {
 118     int frames_so_far;
 119     double frame_intra_error;
 120     double frame_coded_error;
 121     double frame_pcnt_inter;
 122     double frame_pcnt_motion;
 123     double frame_mvr;
 124     double frame_mvr_abs;
 125     double frame_mvc;
 126     double frame_mvc_abs;
 127
 128 } ONEPASS_FRAMESTATS;
 129
 130
 131 typedef enum
 132 {
 133     THR_ZEROMV         = 0,
 134     THR_DC             = 1,
 135
 136     THR_NEARESTMV      = 2,
 137     THR_NEARMV         = 3,
 138
 139     THR_ZEROG          = 4,
 140     THR_NEARESTG       = 5,
 141
 142     THR_ZEROA          = 6,
 143     THR_NEARESTA       = 7,
 144
 145     THR_NEARG          = 8,
 146     THR_NEARA          = 9,
 147
 148     THR_V_PRED         = 10,
 149     THR_H_PRED         = 11,
 150     THR_TM             = 12,
 151
 152     THR_NEWMV          = 13,
 153     THR_NEWG           = 14,
 154     THR_NEWA           = 15,
 155
 156     THR_SPLITMV        = 16,
 157     THR_SPLITG         = 17,
 158     THR_SPLITA         = 18,
 159
 160     THR_B_PRED         = 19,
 161 }
 162 THR_MODES;
 163
 164 typedef enum
 165 {
 166     DIAMOND = 0,
 167     NSTEP = 1,
 168     HEX = 2
 169 } SEARCH_METHODS;
 170
 171 typedef struct
 172 {
 173     int RD;
 174     SEARCH_METHODS search_method;
 175     int improved_quant;
 176     int improved_dct;
 177     int auto_filter;
 178     int recode_loop;
 179     int iterative_sub_pixel;
 180     int half_pixel_search;
 181     int quarter_pixel_search;
 182     int thresh_mult[MAX_MODES];
 183     int full_freq[2];
 184     int min_fs_radius;
 185     int max_fs_radius;
 186     int max_step_search_steps;
 187     int first_step;
 188     int optimize_coefficients;
 189
 190     int use_fastquant_for_pick;
 191     int no_skip_block4x4_search;
 192     int improved_mv_pred;
 193
 194 } SPEED_FEATURES;
 195
 196 typedef struct
 197 {
 198     MACROBLOCK  mb;
 199     int segment_counts[MAX_MB_SEGMENTS];
 200     int totalrate;
 201 } MB_ROW_COMP;
 202
 203 typedef struct
 204 {
 205     TOKENEXTRA *start;
 206     TOKENEXTRA *stop;
 207 } TOKENLIST;
 208
 209 typedef struct
 210 {
 211     int ithread;
 212     void *ptr1;
 213     void *ptr2;
 214 } ENCODETHREAD_DATA;
 215 typedef struct
 216 {
 217     int ithread;
 218     void *ptr1;
 219 } LPFTHREAD_DATA;
 220
 221
 222 typedef struct VP8_ENCODER_RTCD
 223 {
 224     VP8_COMMON_RTCD            *common;
 225     vp8_variance_rtcd_vtable_t  variance;
 226     vp8_fdct_rtcd_vtable_t      fdct;
 227     vp8_encodemb_rtcd_vtable_t  encodemb;
 228     vp8_quantize_rtcd_vtable_t  quantize;
 229     vp8_search_rtcd_vtable_t    search;
 230     vp8_temporal_rtcd_vtable_t  temporal;
 231 } VP8_ENCODER_RTCD;
 232
 233 enum
 234 {
 235     BLOCK_16X8,
 236     BLOCK_8X16,
 237     BLOCK_8X8,
 238     BLOCK_4X4,
 239     BLOCK_16X16,
 240     BLOCK_MAX_SEGMENTS
 241 };
 242
 243 typedef struct VP8_COMP
 244 {
 245
 246     DECLARE_ALIGNED(16, short, Y1quant[QINDEX_RANGE][16]);
 247     DECLARE_ALIGNED(16, unsigned char, Y1quant_shift[QINDEX_RANGE][16]);
 248     DECLARE_ALIGNED(16, short, Y1zbin[QINDEX_RANGE][16]);
 249     DECLARE_ALIGNED(16, short, Y1round[QINDEX_RANGE][16]);
 250
 251     DECLARE_ALIGNED(16, short, Y2quant[QINDEX_RANGE][16]);
 252     DECLARE_ALIGNED(16, unsigned char, Y2quant_shift[QINDEX_RANGE][16]);
 253     DECLARE_ALIGNED(16, short, Y2zbin[QINDEX_RANGE][16]);
 254     DECLARE_ALIGNED(16, short, Y2round[QINDEX_RANGE][16]);
 255
 256     DECLARE_ALIGNED(16, short, UVquant[QINDEX_RANGE][16]);
 257     DECLARE_ALIGNED(16, unsigned char, UVquant_shift[QINDEX_RANGE][16]);
 258     DECLARE_ALIGNED(16, short, UVzbin[QINDEX_RANGE][16]);
 259     DECLARE_ALIGNED(16, short, UVround[QINDEX_RANGE][16]);
 260
 261     DECLARE_ALIGNED(16, short, zrun_zbin_boost_y1[QINDEX_RANGE][16]);
 262     DECLARE_ALIGNED(16, short, zrun_zbin_boost_y2[QINDEX_RANGE][16]);
 263     DECLARE_ALIGNED(16, short, zrun_zbin_boost_uv[QINDEX_RANGE][16]);
 264     DECLARE_ALIGNED(16, short, Y1quant_fast[QINDEX_RANGE][16]);
 265     DECLARE_ALIGNED(16, short, Y2quant_fast[QINDEX_RANGE][16]);
 266     DECLARE_ALIGNED(16, short, UVquant_fast[QINDEX_RANGE][16]);
 267
 268
 269     MACROBLOCK mb;
 270     VP8_COMMON common;
 271     vp8_writer bc, bc2;
 272     // bool_writer *bc2;
 273
 274     VP8_CONFIG oxcf;
 275
 276     struct lookahead_ctx    *lookahead;
 277     struct lookahead_entry  *source;
 278     struct lookahead_entry  *alt_ref_source;
 279
 280     YV12_BUFFER_CONFIG *Source;
 281     YV12_BUFFER_CONFIG *un_scaled_source;
 282     YV12_BUFFER_CONFIG scaled_source;
 283
 284     int source_alt_ref_pending; // frame in src_buffers has been identified to be encoded as an alt ref
 285     int source_alt_ref_active;  // an alt ref frame has been encoded and is usable
 286
 287     int is_src_frame_alt_ref;   // source of frame to encode is an exact copy of an alt ref frame
 288
 289     int gold_is_last; // golden frame same as last frame ( short circuit gold searches)
 290     int alt_is_last;  // Alt reference frame same as last ( short circuit altref search)
 291     int gold_is_alt;  // don't do both alt and gold search ( just do gold).
 292
 293     //int refresh_alt_ref_frame;
 294     YV12_BUFFER_CONFIG last_frame_uf;
 295
 296     TOKENEXTRA *tok;
 297     unsigned int tok_count;
 298
 299
 300     unsigned int frames_since_key;
 301     unsigned int key_frame_frequency;
 302     unsigned int this_key_frame_forced;
 303     unsigned int next_key_frame_forced;
 304
 305     // Ambient reconstruction err target for force key frames
 306     int ambient_err;
 307
 308     unsigned int mode_check_freq[MAX_MODES];
 309     unsigned int mode_test_hit_counts[MAX_MODES];
 310     unsigned int mode_chosen_counts[MAX_MODES];
 311     unsigned int mbs_tested_so_far;
 312
 313     int rd_thresh_mult[MAX_MODES];
 314     int rd_baseline_thresh[MAX_MODES];
 315     int rd_threshes[MAX_MODES];
 316
 317     int RDMULT;
 318     int RDDIV ;
 319
 320     CODING_CONTEXT coding_context;
 321
 322     // Rate targetting variables
 323     long long prediction_error;
 324     long long last_prediction_error;
 325     long long intra_error;
 326     long long last_intra_error;
 327
 328     int this_frame_target;
 329     int projected_frame_size;
 330     int last_q[2];                   // Separate values for Intra/Inter
 331
 332     double rate_correction_factor;
 333     double key_frame_rate_correction_factor;
 334     double gf_rate_correction_factor;
 335     double est_max_qcorrection_factor;
 336
 337     int frames_till_gf_update_due;      // Count down till next GF
 338     int current_gf_interval;          // GF interval chosen when we coded the last GF
 339
 340     int gf_overspend_bits;            // Total bits overspent becasue of GF boost (cumulative)
 341
 342     int gf_group_bits;                // Projected Bits available for a group of frames including 1 GF or ARF
 343     int gf_bits;                     // Bits for the golden frame or ARF - 2 pass only
 344     int mid_gf_extra_bits;             // A few extra bits for the frame half way between two gfs.
 345
 346     // Projected total bits available for a key frame group of frames
 347     long long kf_group_bits;
 348
 349     // Error score of frames still to be coded in kf group
 350     long long kf_group_error_left;
 351
 352     // Bits for the key frame in a key frame group - 2 pass only
 353     int kf_bits;
 354
 355     int non_gf_bitrate_adjustment;     // Used in the few frames following a GF to recover the extra bits spent in that GF
 356     int initial_gf_use;               // percentage use of gf 2 frames after gf
 357
 358     int gf_group_error_left;           // Remaining error from uncoded frames in a gf group. Two pass use only
 359
 360     int kf_overspend_bits;            // Extra bits spent on key frames that need to be recovered on inter frames
 361     int kf_bitrate_adjustment;        // Current number of bit s to try and recover on each inter frame.
 362     int max_gf_interval;
 363     int static_scene_max_gf_interval;
 364     int baseline_gf_interval;
 365     int gf_decay_rate;
 366     int active_arnr_frames;           // <= cpi->oxcf.arnr_max_frames
 367
 368     INT64 key_frame_count;
 369     int prior_key_frame_distance[KEY_FRAME_CONTEXT];
 370     int per_frame_bandwidth;          // Current section per frame bandwidth target
 371     int av_per_frame_bandwidth;        // Average frame size target for clip
 372     int min_frame_bandwidth;          // Minimum allocation that should be used for any frame
 373     int inter_frame_target;
 374     double output_frame_rate;
 375     long long last_time_stamp_seen;
 376     long long last_end_time_stamp_seen;
 377     long long first_time_stamp_ever;
 378
 379     int ni_av_qi;
 380     int ni_tot_qi;
 381     int ni_frames;
 382     int avg_frame_qindex;
 383
 384     int zbin_over_quant;
 385     int zbin_mode_boost;
 386     int zbin_mode_boost_enabled;
 387
 388     INT64 total_byte_count;
 389
 390     int buffered_mode;
 391
 392     int buffer_level;
 393     int bits_off_target;
 394
 395     int rolling_target_bits;
 396     int rolling_actual_bits;
 397
 398     int long_rolling_target_bits;
 399     int long_rolling_actual_bits;
 400
 401     long long total_actual_bits;
 402     int total_target_vs_actual;        // debug stats
 403
 404     int worst_quality;
 405     int active_worst_quality;
 406     int best_quality;
 407     int active_best_quality;
 408
 409     int cq_target_quality;
 410     int maxq_max_limit;
 411     int maxq_min_limit;
 412
 413     int drop_frames_allowed;          // Are we permitted to drop frames?
 414     int drop_frame;                  // Drop this frame?
 415     int drop_count;                  // How many frames have we dropped?
 416     int max_drop_count;               // How many frames should we drop?
 417     int max_consec_dropped_frames;     // Limit number of consecutive frames that can be dropped.
 418
 419
 420     int ymode_count [VP8_YMODES];        /* intra MB type cts this frame */
 421     int uv_mode_count[VP8_UV_MODES];       /* intra MB type cts this frame */
 422
 423     unsigned int MVcount [2] [MVvals];  /* (row,col) MV cts this frame */
 424
 425     unsigned int coef_counts [BLOCK_TYPES] [COEF_BANDS] [PREV_COEF_CONTEXTS] [vp8_coef_tokens];  /* for this frame */
 426     //DECLARE_ALIGNED(16, int, coef_counts_backup [BLOCK_TYPES] [COEF_BANDS] [PREV_COEF_CONTEXTS] [vp8_coef_tokens]);   //not used any more
 427     //save vp8_tree_probs_from_distribution result for each frame to avoid repeat calculation
 428     vp8_prob frame_coef_probs [BLOCK_TYPES] [COEF_BANDS] [PREV_COEF_CONTEXTS] [vp8_coef_tokens-1];
 429     unsigned int frame_branch_ct [BLOCK_TYPES] [COEF_BANDS] [PREV_COEF_CONTEXTS] [vp8_coef_tokens-1][2];
 430
 431     int frames_to_key;
 432     int gfu_boost;
 433     int kf_boost;
 434     int last_boost;
 435     double total_error_left;
 436     double total_intra_error_left;
 437     double total_coded_error_left;
 438     double start_tot_err_left;
 439     double kf_intra_err_min;
 440     double gf_intra_err_min;
 441
 442     double modified_error_total;
 443     double modified_error_used;
 444     double modified_error_left;
 445
 446     double avg_iiratio;
 447
 448     int target_bandwidth;
 449     long long bits_left;
 450     long long clip_bits_total;
 451     FIRSTPASS_STATS *total_stats;
 452     FIRSTPASS_STATS *this_frame_stats;
 453     FIRSTPASS_STATS *stats_in, *stats_in_end;
 454     struct vpx_codec_pkt_list  *output_pkt_list;
 455     int                          first_pass_done;
 456
 457 #if 0
 458     // Experimental code for lagged and one pass
 459     ONEPASS_FRAMESTATS one_pass_frame_stats[MAX_LAG_BUFFERS];
 460     int one_pass_frame_index;
 461 #endif
 462
 463     int decimation_factor;
 464     int decimation_count;
 465
 466     // for real time encoding
 467     int avg_encode_time;              //microsecond
 468     int avg_pick_mode_time;            //microsecond
 469     int Speed;
 470     unsigned int cpu_freq;           //Mhz
 471     int compressor_speed;
 472
 473     int interquantizer;
 474     int auto_gold;
 475     int auto_adjust_gold_quantizer;
 476     int goldfreq;
 477     int auto_worst_q;
 478     int cpu_used;
 479     int horiz_scale;
 480     int vert_scale;
 481     int pass;
 482
 483
 484     int prob_intra_coded;
 485     int prob_last_coded;
 486     int prob_gf_coded;
 487     int prob_skip_false;
 488     int last_skip_false_probs[3];
 489     int last_skip_probs_q[3];
 490     int recent_ref_frame_usage[MAX_REF_FRAMES];
 491
 492     int count_mb_ref_frame_usage[MAX_REF_FRAMES];
 493     int this_frame_percent_intra;
 494     int last_frame_percent_intra;
 495
 496     int ref_frame_flags;
 497
 498     SPEED_FEATURES sf;
 499     int error_bins[1024];
 500
 501     unsigned int next_iiratio;
 502     unsigned int this_iiratio;
 503
 504     // Data used for real time conferencing mode to help determine if it would be good to update the gf
 505     int inter_zz_count;
 506     int gf_bad_count;
 507     int gf_update_recommended;
 508     int skip_true_count;
 509     int skip_false_count;
 510
 511     unsigned char *segmentation_map;
 512     signed char segment_feature_data[MB_LVL_MAX][MAX_MB_SEGMENTS];            // Segment data (can be deltas or absolute values)
 513     int  segment_encode_breakout[MAX_MB_SEGMENTS];                    // segment threashold for encode breakout
 514
 515     unsigned char *active_map;
 516     unsigned int active_map_enabled;
 517     // Video conferencing cyclic refresh mode flags etc
 518     // This is a mode designed to clean up the background over time in live encoding scenarious. It uses segmentation
 519     int cyclic_refresh_mode_enabled;
 520     int cyclic_refresh_mode_max_mbs_perframe;
 521     int cyclic_refresh_mode_index;
 522     int cyclic_refresh_q;
 523     signed char *cyclic_refresh_map;
 524
 525 #if CONFIG_MULTITHREAD
 526     // multithread data
 527     int * mt_current_mb_col;
 528     int mt_sync_range;
 529     int b_multi_threaded;
 530     int encoding_thread_count;
 531
 532     pthread_t *h_encoding_thread;
 533     pthread_t h_filter_thread;
 534
 535     MB_ROW_COMP *mb_row_ei;
 536     ENCODETHREAD_DATA *en_thread_data;
 537     LPFTHREAD_DATA lpf_thread_data;
 538
 539     //events
 540     sem_t *h_event_start_encoding;
 541     sem_t h_event_end_encoding;
 542     sem_t h_event_start_lpf;
 543     sem_t h_event_end_lpf;
 544 #endif
 545
 546     TOKENLIST *tplist;
 547     // end of multithread data
 548
 549
 550     fractional_mv_step_fp *find_fractional_mv_step;
 551     vp8_full_search_fn_t full_search_sad;
 552     vp8_refining_search_fn_t refining_search_sad;
 553     vp8_diamond_search_fn_t diamond_search_sad;
 554     vp8_variance_fn_ptr_t fn_ptr[BLOCK_MAX_SEGMENTS];
 555     unsigned int time_receive_data;
 556     unsigned int time_compress_data;
 557     unsigned int time_pick_lpf;
 558     unsigned int time_encode_mb_row;
 559
 560     int base_skip_false_prob[128];
 561     unsigned int section_intra_rating;
 562
 563     double section_max_qfactor;
 564
 565
 566 #if CONFIG_RUNTIME_CPU_DETECT
 567     VP8_ENCODER_RTCD            rtcd;
 568 #endif
 569 #if VP8_TEMPORAL_ALT_REF
 570     YV12_BUFFER_CONFIG alt_ref_buffer;
 571     YV12_BUFFER_CONFIG *frames[MAX_LAG_BUFFERS];
 572     int fixed_divide[512];
 573 #endif
 574
 575 #if CONFIG_INTERNAL_STATS
 576     int    count;
 577     double total_y;
 578     double total_u;
 579     double total_v;
 580     double total ;
 581     double total_sq_error;
 582     double totalp_y;
 583     double totalp_u;
 584     double totalp_v;
 585     double totalp;
 586     double total_sq_error2;
 587     int    bytes;
 588     double summed_quality;
 589     double summed_weights;
 590     unsigned int tot_recode_hits;
 591
 592
 593     double total_ssimg_y;
 594     double total_ssimg_u;
 595     double total_ssimg_v;
 596     double total_ssimg_all;
 597
 598     int b_calculate_ssimg;
 599 #endif
 600     int b_calculate_psnr;
 601
 602     // Per MB activity measurement
 603     unsigned int activity_avg;
 604     unsigned int * mb_activity_map;
 605     int * mb_norm_activity_map;
 606
 607     // Record of which MBs still refer to last golden frame either
 608     // directly or through 0,0
 609     unsigned char *gf_active_flags;
 610     int gf_active_count;
 611
 612     //Store last frame's MV info for next frame MV prediction
 613     int_mv *lfmv;
 614     int *lf_ref_frame_sign_bias;
 615     int *lf_ref_frame;
 616
 617 #if CONFIG_REALTIME_ONLY
 618     int force_next_frame_intra; /* force next frame to intra when kf_auto says so */
 619 #endif
 620 } VP8_COMP;
 621
 622 void control_data_rate(VP8_COMP *cpi);
 623
 624 void vp8_encode_frame(VP8_COMP *cpi);
 625
 626 void vp8_pack_bitstream(VP8_COMP *cpi, unsigned char *dest, unsigned long *size);
 627
 628 void vp8_activity_masking(VP8_COMP *cpi, MACROBLOCK *x);
 629
 630 int rd_cost_intra_mb(MACROBLOCKD *x);
 631
 632 void vp8_tokenize_mb(VP8_COMP *, MACROBLOCKD *, TOKENEXTRA **);
 633
 634 void vp8_set_speed_features(VP8_COMP *cpi);
 635
 636 #if CONFIG_DEBUG
 637 #define CHECK_MEM_ERROR(lval,expr) do {\
 638         lval = (expr); \
 639         if(!lval) \
 640             vpx_internal_error(&cpi->common.error, VPX_CODEC_MEM_ERROR,\
 641                                "Failed to allocate "#lval" at %s:%d", \
 642                                __FILE__,__LINE__);\
 643     } while(0)
 644 #else
 645 #define CHECK_MEM_ERROR(lval,expr) do {\
 646         lval = (expr); \
 647         if(!lval) \
 648             vpx_internal_error(&cpi->common.error, VPX_CODEC_MEM_ERROR,\
 649                                "Failed to allocate "#lval);\
 650     } while(0)
 651 #endif
 652 #endif