In frame Q adjustment experiment.
authorPaul Wilkins <paulwilkins@google.com>
Fri, 22 Nov 2013 17:21:53 +0000 (17:21 +0000)
committerYaowu Xu <yaowu@google.com>
Mon, 25 Nov 2013 18:22:55 +0000 (10:22 -0800)
The idea here is to allow "in frame" adjustment of the final Q
value used to encode each SB64, using segmentation.

There is also adjustment of the rd mult in regions of overspend.

Activated using aq_mode=2

Change-Id: I2f140cd898c9f877c32cd6d2e667f5e11ada4b1c

vp9/common/vp9_onyx.h
vp9/encoder/vp9_encodeframe.c
vp9/encoder/vp9_onyx_if.c
vp9/encoder/vp9_onyx_int.h
vp9/encoder/vp9_ratectrl.c
vpxenc.c

index cda68a2..c5faf88 100644 (file)
@@ -67,6 +67,7 @@ extern "C"
   typedef enum {
     NO_AQ = 0,
     VARIANCE_AQ = 1,
+    COMPLEXITY_AQ = 2,
     AQ_MODES_COUNT  // This should always be the last member of the enum
   } AQ_MODES;
 
index 3383937..cd02aad 100644 (file)
@@ -360,6 +360,52 @@ void vp9_activity_masking(VP9_COMP *cpi, MACROBLOCK *x) {
   adjust_act_zbin(cpi, x);
 }
 
+// Select a segment for the current SB64
+static void select_in_frame_q_segment(VP9_COMP *cpi,
+                                      int mi_row, int mi_col,
+                                      int output_enabled, int projected_rate) {
+  VP9_COMMON * const cm = &cpi->common;
+  int target_rate = cpi->rc.sb64_target_rate << 8;   // convert to bits << 8
+
+  const int mi_offset = mi_row * cm->mi_cols + mi_col;
+  const int bw = 1 << mi_width_log2(BLOCK_64X64);
+  const int bh = 1 << mi_height_log2(BLOCK_64X64);
+  const int xmis = MIN(cm->mi_cols - mi_col, bw);
+  const int ymis = MIN(cm->mi_rows - mi_row, bh);
+  int complexity_metric = 64;
+  int x, y;
+
+  unsigned char segment;
+
+  if (!output_enabled) {
+    segment = 0;
+  } else {
+    // Rate depends on fraction of a SB64 in frame (xmis * ymis / bw * bh).
+    // It is converted to bits * 256 units
+    target_rate = (cpi->rc.sb64_target_rate * xmis * ymis * 256) / (bw * bh);
+
+    if (projected_rate < (target_rate / 4)) {
+      segment = 2;
+    } else if (projected_rate < (target_rate / 2)) {
+      segment = 1;
+    } else {
+      segment = 0;
+    }
+
+    complexity_metric =
+      clamp((int)((projected_rate * 64) / target_rate), 16, 255);
+  }
+
+  // Fill in the entires in the segment map corresponding to this SB64
+  for (y = 0; y < ymis; y++) {
+    for (x = 0; x < xmis; x++) {
+      cpi->segmentation_map[mi_offset + y * cm->mi_cols + x] = segment;
+      cpi->complexity_map[mi_offset + y * cm->mi_cols + x] =
+        (unsigned char)complexity_metric;
+    }
+  }
+}
+
 static void update_state(VP9_COMP *cpi, PICK_MODE_CONTEXT *ctx,
                          BLOCK_SIZE bsize, int output_enabled) {
   int i, x_idx, y;
@@ -383,6 +429,11 @@ static void update_state(VP9_COMP *cpi, PICK_MODE_CONTEXT *ctx,
   assert(mi->mbmi.ref_frame[1] < MAX_REF_FRAMES);
   assert(mi->mbmi.sb_type == bsize);
 
+  // For in frame adaptive Q copy over the chosen segment id into the
+  // mode innfo context for the chosen mode / partition.
+  if ((cpi->oxcf.aq_mode == COMPLEXITY_AQ) && output_enabled)
+    mi->mbmi.segment_id = xd->mi_8x8[0]->mbmi.segment_id;
+
   *mi_addr = *mi;
 
   max_plane = is_inter_block(mbmi) ? MAX_MB_PLANE : 1;
@@ -405,10 +456,12 @@ static void update_state(VP9_COMP *cpi, PICK_MODE_CONTEXT *ctx,
   for (y = 0; y < mi_height; y++)
     for (x_idx = 0; x_idx < mi_width; x_idx++)
       if ((xd->mb_to_right_edge >> (3 + MI_SIZE_LOG2)) + mi_width > x_idx
-          && (xd->mb_to_bottom_edge >> (3 + MI_SIZE_LOG2)) + mi_height > y)
+        && (xd->mb_to_bottom_edge >> (3 + MI_SIZE_LOG2)) + mi_height > y) {
         xd->mi_8x8[x_idx + y * mis] = mi_addr;
+      }
 
-  if (cpi->oxcf.aq_mode == VARIANCE_AQ) {
+    if ((cpi->oxcf.aq_mode == VARIANCE_AQ) ||
+        (cpi->oxcf.aq_mode == COMPLEXITY_AQ)) {
     vp9_mb_init_quantizer(cpi, x);
   }
 
@@ -557,7 +610,7 @@ static void set_offsets(VP9_COMP *cpi, const TileInfo *const tile,
 
   /* segment ID */
   if (seg->enabled) {
-    if (!cpi->oxcf.aq_mode == VARIANCE_AQ) {
+    if (cpi->oxcf.aq_mode != VARIANCE_AQ) {
       uint8_t *map = seg->update_map ? cpi->segmentation_map
           : cm->last_frame_seg_map;
       mbmi->segment_id = vp9_get_segment_id(cm, map, bsize, mi_row, mi_col);
@@ -653,6 +706,14 @@ static void pick_sb_modes(VP9_COMP *cpi, const TileInfo *const tile,
   if (cpi->oxcf.aq_mode == VARIANCE_AQ) {
     vp9_clear_system_state();  // __asm emms;
     x->rdmult = round(x->rdmult * rdmult_ratio);
+  } else if (cpi->oxcf.aq_mode == COMPLEXITY_AQ) {
+    const int mi_offset = mi_row * cm->mi_cols + mi_col;
+    unsigned char complexity = cpi->complexity_map[mi_offset];
+    const int is_edge = (mi_row == 0) || (mi_row == (cm->mi_rows - 1)) ||
+                        (mi_col == 0) || (mi_col == (cm->mi_cols - 1));
+
+    if (!is_edge && (complexity > 128))
+      x->rdmult = x->rdmult  + ((x->rdmult * (complexity - 128)) / 256);
   }
 
   // Find best coding mode & reconstruct the MB so it is available
@@ -1261,8 +1322,19 @@ static void rd_use_partition(VP9_COMP *cpi,
   if ( bsize == BLOCK_64X64)
     assert(chosen_rate < INT_MAX && chosen_dist < INT_MAX);
 
-  if (do_recon)
-    encode_sb(cpi, tile, tp, mi_row, mi_col, bsize == BLOCK_64X64, bsize);
+  if (do_recon) {
+    int output_enabled = (bsize == BLOCK_64X64);
+
+    // Check the projected output rate for this SB against it's target
+    // and and if necessary apply a Q delta using segmentation to get
+    // closer to the target.
+    if ((cpi->oxcf.aq_mode == COMPLEXITY_AQ) && cm->seg.update_map) {
+      select_in_frame_q_segment(cpi, mi_row, mi_col,
+                                output_enabled, chosen_rate);
+    }
+
+    encode_sb(cpi, tile, tp, mi_row, mi_col, output_enabled, bsize);
+  }
 
   *rate = chosen_rate;
   *dist = chosen_dist;
@@ -1740,8 +1812,17 @@ static void rd_pick_partition(VP9_COMP *cpi, const TileInfo *const tile,
   *rate = best_rate;
   *dist = best_dist;
 
-  if (best_rate < INT_MAX && best_dist < INT64_MAX && do_recon)
-    encode_sb(cpi, tile, tp, mi_row, mi_col, bsize == BLOCK_64X64, bsize);
+  if (best_rate < INT_MAX && best_dist < INT64_MAX && do_recon) {
+    int output_enabled = (bsize == BLOCK_64X64);
+
+    // Check the projected output rate for this SB against it's target
+    // and and if necessary apply a Q delta using segmentation to get
+    // closer to the target.
+    if ((cpi->oxcf.aq_mode == COMPLEXITY_AQ) && cm->seg.update_map) {
+      select_in_frame_q_segment(cpi, mi_row, mi_col, output_enabled, best_rate);
+    }
+    encode_sb(cpi, tile, tp, mi_row, mi_col, output_enabled, bsize);
+  }
   if (bsize == BLOCK_64X64) {
     assert(tp_orig < *tp);
     assert(best_rate < INT_MAX);
@@ -2415,7 +2496,8 @@ static void encode_superblock(VP9_COMP *cpi, TOKENEXTRA **t, int output_enabled,
   const int mis = cm->mode_info_stride;
   const int mi_width = num_8x8_blocks_wide_lookup[bsize];
   const int mi_height = num_8x8_blocks_high_lookup[bsize];
-  x->skip_recode = !x->select_txfm_size && mbmi->sb_type >= BLOCK_8X8;
+  x->skip_recode = !x->select_txfm_size && mbmi->sb_type >= BLOCK_8X8 &&
+                   (cpi->oxcf.aq_mode != COMPLEXITY_AQ);
   x->skip_optimize = ctx->is_coded;
   ctx->is_coded = 1;
   x->use_lp32x32fdct = cpi->sf.use_lp32x32fdct;
index 07f0c2e..8b27651 100644 (file)
@@ -109,6 +109,9 @@ extern unsigned __int64 Sectionbits[500];
 
 extern void vp9_init_quantizer(VP9_COMP *cpi);
 
+static const double in_frame_q_adj_ratio[MAX_SEGMENTS] =
+  {1.0, 1.5, 2.0, 1.0, 1.0, 1.0, 1.0, 1.0};
+
 static INLINE void Scale2Ratio(int mode, int *hr, int *hs) {
   switch (mode) {
     case NORMAL:
@@ -192,6 +195,8 @@ static void dealloc_compressor_data(VP9_COMP *cpi) {
   vpx_free(cpi->coding_context.last_frame_seg_map_copy);
   cpi->coding_context.last_frame_seg_map_copy = 0;
 
+  vpx_free(cpi->complexity_map);
+  cpi->complexity_map = 0;
   vpx_free(cpi->active_map);
   cpi->active_map = 0;
 
@@ -243,6 +248,79 @@ int vp9_compute_qdelta(VP9_COMP *cpi, double qstart, double qtarget) {
   return target_index - start_index;
 }
 
+// Computes a q delta (in "q index" terms) to get from a starting q value
+// to a value that should equate to thegiven rate ratio.
+
+int vp9_compute_qdelta_by_rate(VP9_COMP *cpi,
+                               double base_q_index, double rate_target_ratio) {
+  int i;
+  int base_bits_per_mb;
+  int target_bits_per_mb;
+  int target_index = cpi->rc.worst_quality;
+
+  // Make SURE use of floating point in this function is safe.
+  vp9_clear_system_state();
+
+  // Look up the current projected bits per block for the base index
+  base_bits_per_mb = vp9_bits_per_mb(cpi->common.frame_type,
+                                     base_q_index, 1.0);
+
+  // Find the target bits per mb based on the base value and given ratio.
+  target_bits_per_mb = rate_target_ratio * base_bits_per_mb;
+
+  // Convert the q target to an index
+  for (i = cpi->rc.best_quality; i < cpi->rc.worst_quality; i++) {
+    target_index = i;
+    if (vp9_bits_per_mb(cpi->common.frame_type,
+                        i, 1.0) <= target_bits_per_mb )
+      break;
+  }
+
+  return target_index - base_q_index;
+}
+
+// This function sets up a set of segments with delta Q values around
+// the baseline frame quantizer.
+static void setup_in_frame_q_adj(VP9_COMP *cpi) {
+  VP9_COMMON *cm = &cpi->common;
+  struct segmentation *seg = &cm->seg;
+  // double q_ratio;
+  int segment;
+  int qindex_delta;
+
+  // Make SURE use of floating point in this function is safe.
+  vp9_clear_system_state();
+
+  if (cm->frame_type == KEY_FRAME ||
+      cpi->refresh_alt_ref_frame ||
+      (cpi->refresh_golden_frame && !cpi->is_src_frame_alt_ref)) {
+    // Clear down the segment map
+    vpx_memset(cpi->segmentation_map, 0, cm->mi_rows * cm->mi_cols);
+
+    // Clear down the complexity map used for rd
+    vpx_memset(cpi->complexity_map, 0, cm->mi_rows * cm->mi_cols);
+
+    // Enable segmentation
+    vp9_enable_segmentation((VP9_PTR)cpi);
+    vp9_clearall_segfeatures(seg);
+
+    // Select delta coding method
+    seg->abs_delta = SEGMENT_DELTADATA;
+
+    // Segment 0 "Q" feature is disabled so it defaults to the baseline Q
+    vp9_disable_segfeature(seg, 0, SEG_LVL_ALT_Q);
+
+    // Use some of the segments for in frame Q adjustment
+    for (segment = 1; segment < 3; segment++) {
+      qindex_delta =
+        vp9_compute_qdelta_by_rate(cpi, cm->base_qindex,
+                                   in_frame_q_adj_ratio[segment]);
+      vp9_enable_segfeature(seg, segment, SEG_LVL_ALT_Q);
+      vp9_set_segdata(seg, segment, SEG_LVL_ALT_Q, qindex_delta);
+    }
+  }
+}
+
 static void configure_static_seg_features(VP9_COMP *cpi) {
   VP9_COMMON *cm = &cpi->common;
   struct segmentation *seg = &cm->seg;
@@ -1446,6 +1524,11 @@ VP9_PTR vp9_create_compressor(VP9_CONFIG *oxcf) {
   CHECK_MEM_ERROR(cm, cpi->segmentation_map,
                   vpx_calloc(cm->mi_rows * cm->mi_cols, 1));
 
+  // Create a complexity map used for rd adjustment
+  CHECK_MEM_ERROR(cm, cpi->complexity_map,
+                  vpx_calloc(cm->mi_rows * cm->mi_cols, 1));
+
+
   // And a place holder structure is the coding context
   // for use if we want to save and restore it
   CHECK_MEM_ERROR(cm, cpi->coding_context.last_frame_seg_map_copy,
@@ -2630,8 +2713,12 @@ static void encode_with_recode_loop(VP9_COMP *cpi,
       }
     }
 
+    // Variance adaptive and in frame q adjustment experiments are mutually
+    // exclusive.
     if (cpi->oxcf.aq_mode == VARIANCE_AQ) {
-        vp9_vaq_frame_setup(cpi);
+      vp9_vaq_frame_setup(cpi);
+    } else if (cpi->oxcf.aq_mode == COMPLEXITY_AQ) {
+      setup_in_frame_q_adj(cpi);
     }
 
     // transform / motion compensation build reconstruction frame
index 54af756..52ad1e1 100644 (file)
@@ -293,6 +293,7 @@ typedef struct {
   // Rate targetting variables
   int this_frame_target;
   int projected_frame_size;
+  int sb64_target_rate;
   int last_q[2];                   // Separate values for Intra/Inter
   int last_boosted_qindex;         // Last boosted GF/KF/ARF q
 
@@ -516,6 +517,8 @@ typedef struct VP9_COMP {
   // segment threashold for encode breakout
   int  segment_encode_breakout[MAX_SEGMENTS];
 
+  unsigned char *complexity_map;
+
   unsigned char *active_map;
   unsigned int active_map_enabled;
 
index 1293e86..6e4c56c 100644 (file)
@@ -242,6 +242,10 @@ static void calc_iframe_target_size(VP9_COMP *cpi) {
   }
 
   cpi->rc.this_frame_target = target;
+
+  // Target rate per SB64 (including partial SB64s.
+  cpi->rc.sb64_target_rate = (cpi->rc.this_frame_target * 64 * 64) /
+                             (cpi->common.width * cpi->common.height);
 }
 
 
@@ -269,6 +273,11 @@ static void calc_pframe_target_size(VP9_COMP *cpi) {
     cpi->rc.this_frame_target = cpi->rc.per_frame_bandwidth;
   }
 
+  // Target rate per SB64 (including partial SB64s.
+  cpi->rc.sb64_target_rate = (cpi->rc.this_frame_target * 64 * 64) /
+                             (cpi->common.width * cpi->common.height);
+
+
   // Check that the total sum of adjustments is not above the maximum allowed.
   // That is, having allowed for the KF and GF penalties, we have not pushed
   // the current inter-frame target too low. If the adjustment we apply here is
index c35493f..c58a292 100644 (file)
--- a/vpxenc.c
+++ b/vpxenc.c
@@ -384,7 +384,7 @@ static const arg_def_t frame_parallel_decoding  = ARG_DEF(
     NULL, "frame-parallel", 1, "Enable frame parallel decodability features");
 static const arg_def_t aq_mode  = ARG_DEF(
     NULL, "aq-mode", 1,
-    "Adaptive quantization mode (0: disabled (by default), 1: variance based)");
+    "Adaptive q mode (0: off (by default), 1: variance 2: complexity)");
 #endif
 
 #if CONFIG_VP8_ENCODER