Reduce overshoot in 1 pass rate control
authorJohn Koleszar <jkoleszar@google.com>
Tue, 3 May 2011 15:17:05 +0000 (11:17 -0400)
committerJohn Koleszar <jkoleszar@google.com>
Fri, 3 Jun 2011 20:38:11 +0000 (16:38 -0400)
commit212f6183739d448ad5fa2ccf1b4edd30829b2806
tree252cb0b08e7d54fd67fb6b6f0048fba8ef8e1a75
parentfbea372817484d91390a127573ba6218c6e5450f
Reduce overshoot in 1 pass rate control

This patch attempts to reduce the peak bitrate hit by the encoder
when using small buffer windows.

Tested on the CIF set over 200-500kbps using these settings:

  --buf-sz=500 --buf-initial-sz=250 --buf-optimal-sz=250 \
  --undershoot-pct=100

Two pass encodes were tested at best quality. One pass encodes were
tested only at realtime speed 4:

  --rt --cpu-used=-4

The peak datarate (over the specified 500ms window) was measured
for each encode, and averaged together to get metric for
"average peak," computed as SUM(peak)/SUM(target). This patch
reduces the average peak datarate as follows:

  One pass:
    baseline:   1.29715
    this patch: 1.23664

  Two pass:
    baseline:   1.32702
    this patch: 1.37824

This change had a positive effect on our quality metrics as well:

  One pass CBR:
                    Min  / Mean / Max (pct)
    Average PSNR    -0.42 / 2.86 / 27.32
    Overall PSNR    -0.90 / 2.00 / 17.27
    SSIM            -0.05 / 3.95 / 37.46

  Two pass CBR:
                    Min  / Mean / Max (pct)
    Average PSNR    -4.47 / 4.35 / 35.99
    Overall PSNR    -3.40 / 4.18 / 36.46
    SSIM            -4.56 / 6.98 / 53.67

  One pass VBR:
                    Min  / Mean / Max (pct)
    Average PSNR    -5.21 /  0.01 / 3.30
    Overall PSNR    -8.10 / -0.38 / 1.21
    SSIM            -7.38 / -0.11 / 3.17
    (note: most values here were close to the mean, there were a few
     outliers on files that were very sensitive to golden frame size)

  Two pass VBR:
                    Min  / Mean / Max (pct)
    Average PSNR    0.00 / 0.00 / 0.00
    Overall PSNR    0.00 / 0.00 / 0.00
    SSIM            0.00 / 0.00 / 0.00

Neither one pass or two pass CBR mode adheres particularly strictly
to the short term buffer constraints, and two pass is less
consistent, even in the baseline commit. This should be addressed
in a later commit. This likely will hurt the quality numbers, as it
will have to reduce the burstiness of golden frames.

Aside: My work on this commit makes it clear that we need to make
rate control modes "pluggable", where you can easily write a new
one or work on one in isolation.

Change-Id: I1ea9a48f2beedd59891f1288aabf7064956b4716
vp8/encoder/firstpass.c
vp8/encoder/onyx_if.c
vp8/encoder/onyx_int.h
vp8/encoder/ratectrl.c