src/third_party/libvpx/source/libvpx/vp9/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 "vpx_mem/vpx_mem.h"
  14 #include "vp9/encoder/vp9_rdopt.h"
  15 #include "vp9/encoder/vp9_segmentation.h"
  16 #include "vp9/encoder/vp9_mcomp.h"
  17 #include "vp9/common/vp9_blockd.h"
  18 #include "vp9/common/vp9_reconinter.h"
  19 #include "vp9/common/vp9_reconintra.h"
  20 #include "vp9/common/vp9_systemdependent.h"
  21
  22
  23
  24 static unsigned int do_16x16_motion_iteration(VP9_COMP *cpi,
  25                                               const MV *ref_mv,
  26                                               MV *dst_mv,
  27                                               int mb_row,
  28                                               int mb_col) {
  29   MACROBLOCK   *const x  = &cpi->mb;
  30   MACROBLOCKD *const xd = &x->e_mbd;
  31   vp9_variance_fn_ptr_t v_fn_ptr = cpi->fn_ptr[BLOCK_16X16];
  32
  33   const int tmp_col_min = x->mv_col_min;
  34   const int tmp_col_max = x->mv_col_max;
  35   const int tmp_row_min = x->mv_row_min;
  36   const int tmp_row_max = x->mv_row_max;
  37   MV ref_full;
  38
  39   // Further step/diamond searches as necessary
  40   int step_param = cpi->sf.reduce_first_step_size +
  41       (cpi->speed < 8 ? (cpi->speed > 5 ? 1 : 0) : 2);
  42   step_param = MIN(step_param, (cpi->sf.max_step_search_steps - 2));
  43
  44   vp9_set_mv_search_range(x, ref_mv);
  45
  46   ref_full.col = ref_mv->col >> 3;
  47   ref_full.row = ref_mv->row >> 3;
  48
  49   /*cpi->sf.search_method == HEX*/
  50   vp9_hex_search(x, &ref_full, step_param, x->errorperbit, 0, &v_fn_ptr, 0,
  51                  ref_mv, dst_mv);
  52
  53   // Try sub-pixel MC
  54   // if (bestsme > error_thresh && bestsme < INT_MAX)
  55   {
  56     int distortion;
  57     unsigned int sse;
  58     cpi->find_fractional_mv_step(
  59         x, dst_mv, ref_mv, cpi->common.allow_high_precision_mv, x->errorperbit,
  60         &v_fn_ptr, 0, cpi->sf.subpel_iters_per_step, NULL, NULL, &distortion,
  61         &sse);
  62   }
  63
  64   vp9_set_mbmode_and_mvs(xd, NEWMV, dst_mv);
  65   vp9_build_inter_predictors_sby(xd, mb_row, mb_col, BLOCK_16X16);
  66
  67   /* restore UMV window */
  68   x->mv_col_min = tmp_col_min;
  69   x->mv_col_max = tmp_col_max;
  70   x->mv_row_min = tmp_row_min;
  71   x->mv_row_max = tmp_row_max;
  72
  73   return vp9_sad16x16(x->plane[0].src.buf, x->plane[0].src.stride,
  74           xd->plane[0].dst.buf, xd->plane[0].dst.stride,
  75           INT_MAX);
  76 }
  77
  78 static int do_16x16_motion_search(VP9_COMP *cpi, const int_mv *ref_mv,
  79                                   int_mv *dst_mv, int mb_row, int mb_col) {
  80   MACROBLOCK *const x = &cpi->mb;
  81   MACROBLOCKD *const xd = &x->e_mbd;
  82   unsigned int err, tmp_err;
  83   int_mv tmp_mv;
  84
  85   // Try zero MV first
  86   // FIXME should really use something like near/nearest MV and/or MV prediction
  87   err = vp9_sad16x16(x->plane[0].src.buf, x->plane[0].src.stride,
  88                      xd->plane[0].pre[0].buf, xd->plane[0].pre[0].stride,
  89                      INT_MAX);
  90   dst_mv->as_int = 0;
  91
  92   // Test last reference frame using the previous best mv as the
  93   // starting point (best reference) for the search
  94   tmp_err = do_16x16_motion_iteration(cpi, &ref_mv->as_mv, &tmp_mv.as_mv,
  95                                       mb_row, mb_col);
  96   if (tmp_err < err) {
  97     err = tmp_err;
  98     dst_mv->as_int = tmp_mv.as_int;
  99   }
 100
 101   // If the current best reference mv is not centered on 0,0 then do a 0,0
 102   // based search as well.
 103   if (ref_mv->as_int) {
 104     unsigned int tmp_err;
 105     int_mv zero_ref_mv, tmp_mv;
 106
 107     zero_ref_mv.as_int = 0;
 108     tmp_err = do_16x16_motion_iteration(cpi, &zero_ref_mv.as_mv, &tmp_mv.as_mv,
 109                                         mb_row, mb_col);
 110     if (tmp_err < err) {
 111       dst_mv->as_int = tmp_mv.as_int;
 112       err = tmp_err;
 113     }
 114   }
 115
 116   return err;
 117 }
 118
 119 static int do_16x16_zerozero_search(VP9_COMP *cpi, int_mv *dst_mv) {
 120   MACROBLOCK *const x = &cpi->mb;
 121   MACROBLOCKD *const xd = &x->e_mbd;
 122   unsigned int err;
 123
 124   // Try zero MV first
 125   // FIXME should really use something like near/nearest MV and/or MV prediction
 126   err = vp9_sad16x16(x->plane[0].src.buf, x->plane[0].src.stride,
 127                      xd->plane[0].pre[0].buf, xd->plane[0].pre[0].stride,
 128                      INT_MAX);
 129
 130   dst_mv->as_int = 0;
 131
 132   return err;
 133 }
 134 static int find_best_16x16_intra(VP9_COMP *cpi,
 135                                  int mb_y_offset,
 136                                  MB_PREDICTION_MODE *pbest_mode) {
 137   MACROBLOCK   *const x  = &cpi->mb;
 138   MACROBLOCKD *const xd = &x->e_mbd;
 139   MB_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_8x8[0]->mbmi.mode = mode;
 148     vp9_predict_intra_block(xd, 0, 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 = vp9_sad16x16(x->plane[0].src.buf, x->plane[0].src.stride,
 153                        xd->plane[0].dst.buf, xd->plane[0].dst.stride, best_err);
 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   int_mv *prev_golden_ref_mv,
 176   int gld_y_offset,
 177   YV12_BUFFER_CONFIG *alt_ref,
 178   int_mv *prev_alt_ref_mv,
 179   int arf_y_offset,
 180   int mb_row,
 181   int mb_col
 182 ) {
 183   MACROBLOCK *const x = &cpi->mb;
 184   MACROBLOCKD *const xd = &x->e_mbd;
 185   int intra_error;
 186   VP9_COMMON *cm = &cpi->common;
 187
 188   // FIXME in practice we're completely ignoring chroma here
 189   x->plane[0].src.buf = buf->y_buffer + mb_y_offset;
 190   x->plane[0].src.stride = buf->y_stride;
 191
 192   xd->plane[0].dst.buf = get_frame_new_buffer(cm)->y_buffer + mb_y_offset;
 193   xd->plane[0].dst.stride = get_frame_new_buffer(cm)->y_stride;
 194
 195   // do intra 16x16 prediction
 196   intra_error = find_best_16x16_intra(cpi, mb_y_offset,
 197                                       &stats->ref[INTRA_FRAME].m.mode);
 198   if (intra_error <= 0)
 199     intra_error = 1;
 200   stats->ref[INTRA_FRAME].err = intra_error;
 201
 202   // Golden frame MV search, if it exists and is different than last frame
 203   if (golden_ref) {
 204     int g_motion_error;
 205     xd->plane[0].pre[0].buf = golden_ref->y_buffer + mb_y_offset;
 206     xd->plane[0].pre[0].stride = golden_ref->y_stride;
 207     g_motion_error = do_16x16_motion_search(cpi,
 208                                             prev_golden_ref_mv,
 209                                             &stats->ref[GOLDEN_FRAME].m.mv,
 210                                             mb_row, mb_col);
 211     stats->ref[GOLDEN_FRAME].err = g_motion_error;
 212   } else {
 213     stats->ref[GOLDEN_FRAME].err = INT_MAX;
 214     stats->ref[GOLDEN_FRAME].m.mv.as_int = 0;
 215   }
 216
 217   // Do an Alt-ref frame MV search, if it exists and is different than
 218   // last/golden frame.
 219   if (alt_ref) {
 220     int a_motion_error;
 221     xd->plane[0].pre[0].buf = alt_ref->y_buffer + mb_y_offset;
 222     xd->plane[0].pre[0].stride = alt_ref->y_stride;
 223     a_motion_error = do_16x16_zerozero_search(cpi,
 224                                               &stats->ref[ALTREF_FRAME].m.mv);
 225
 226     stats->ref[ALTREF_FRAME].err = a_motion_error;
 227   } else {
 228     stats->ref[ALTREF_FRAME].err = INT_MAX;
 229     stats->ref[ALTREF_FRAME].m.mv.as_int = 0;
 230   }
 231 }
 232
 233 static void update_mbgraph_frame_stats(VP9_COMP *cpi,
 234                                        MBGRAPH_FRAME_STATS *stats,
 235                                        YV12_BUFFER_CONFIG *buf,
 236                                        YV12_BUFFER_CONFIG *golden_ref,
 237                                        YV12_BUFFER_CONFIG *alt_ref) {
 238   MACROBLOCK *const x = &cpi->mb;
 239   MACROBLOCKD *const xd = &x->e_mbd;
 240   VP9_COMMON *const cm = &cpi->common;
 241
 242   int mb_col, mb_row, offset = 0;
 243   int mb_y_offset = 0, arf_y_offset = 0, gld_y_offset = 0;
 244   int_mv arf_top_mv, gld_top_mv;
 245   MODE_INFO mi_local = { { 0 } };
 246
 247   // Set up limit values for motion vectors to prevent them extending outside
 248   // the UMV borders.
 249   arf_top_mv.as_int = 0;
 250   gld_top_mv.as_int = 0;
 251   x->mv_row_min     = -BORDER_MV_PIXELS_B16;
 252   x->mv_row_max     = (cm->mb_rows - 1) * 8 + BORDER_MV_PIXELS_B16;
 253   xd->up_available  = 0;
 254   xd->plane[0].dst.stride  = buf->y_stride;
 255   xd->plane[0].pre[0].stride  = buf->y_stride;
 256   xd->plane[1].dst.stride = buf->uv_stride;
 257   xd->mi_8x8[0] = &mi_local;
 258   mi_local.mbmi.sb_type = BLOCK_16X16;
 259   mi_local.mbmi.ref_frame[0] = LAST_FRAME;
 260   mi_local.mbmi.ref_frame[1] = NONE;
 261
 262   for (mb_row = 0; mb_row < cm->mb_rows; mb_row++) {
 263     int_mv arf_left_mv, gld_left_mv;
 264     int mb_y_in_offset  = mb_y_offset;
 265     int arf_y_in_offset = arf_y_offset;
 266     int gld_y_in_offset = gld_y_offset;
 267
 268     // Set up limit values for motion vectors to prevent them extending outside
 269     // the UMV borders.
 270     arf_left_mv.as_int = arf_top_mv.as_int;
 271     gld_left_mv.as_int = gld_top_mv.as_int;
 272     x->mv_col_min      = -BORDER_MV_PIXELS_B16;
 273     x->mv_col_max      = (cm->mb_cols - 1) * 8 + BORDER_MV_PIXELS_B16;
 274     xd->left_available = 0;
 275
 276     for (mb_col = 0; mb_col < cm->mb_cols; mb_col++) {
 277       MBGRAPH_MB_STATS *mb_stats = &stats->mb_stats[offset + mb_col];
 278
 279       update_mbgraph_mb_stats(cpi, mb_stats, buf, mb_y_in_offset,
 280                               golden_ref, &gld_left_mv, gld_y_in_offset,
 281                               alt_ref,    &arf_left_mv, arf_y_in_offset,
 282                               mb_row, mb_col);
 283       arf_left_mv.as_int = mb_stats->ref[ALTREF_FRAME].m.mv.as_int;
 284       gld_left_mv.as_int = mb_stats->ref[GOLDEN_FRAME].m.mv.as_int;
 285       if (mb_col == 0) {
 286         arf_top_mv.as_int = arf_left_mv.as_int;
 287         gld_top_mv.as_int = gld_left_mv.as_int;
 288       }
 289       xd->left_available = 1;
 290       mb_y_in_offset    += 16;
 291       gld_y_in_offset   += 16;
 292       arf_y_in_offset   += 16;
 293       x->mv_col_min     -= 16;
 294       x->mv_col_max     -= 16;
 295     }
 296     xd->up_available = 1;
 297     mb_y_offset     += buf->y_stride * 16;
 298     gld_y_offset    += golden_ref->y_stride * 16;
 299     if (alt_ref)
 300       arf_y_offset    += alt_ref->y_stride * 16;
 301     x->mv_row_min   -= 16;
 302     x->mv_row_max   -= 16;
 303     offset          += cm->mb_cols;
 304   }
 305 }
 306
 307 // void separate_arf_mbs_byzz
 308 static void separate_arf_mbs(VP9_COMP *cpi) {
 309   VP9_COMMON *const cm = &cpi->common;
 310   int mb_col, mb_row, offset, i;
 311   int mi_row, mi_col;
 312   int ncnt[4] = { 0 };
 313   int n_frames = cpi->mbgraph_n_frames;
 314
 315   int *arf_not_zz;
 316
 317   CHECK_MEM_ERROR(cm, arf_not_zz,
 318                   vpx_calloc(cm->mb_rows * cm->mb_cols * sizeof(*arf_not_zz),
 319                              1));
 320
 321   // We are not interested in results beyond the alt ref itself.
 322   if (n_frames > cpi->rc.frames_till_gf_update_due)
 323     n_frames = cpi->rc.frames_till_gf_update_due;
 324
 325   // defer cost to reference frames
 326   for (i = n_frames - 1; i >= 0; i--) {
 327     MBGRAPH_FRAME_STATS *frame_stats = &cpi->mbgraph_stats[i];
 328
 329     for (offset = 0, mb_row = 0; mb_row < cm->mb_rows;
 330          offset += cm->mb_cols, mb_row++) {
 331       for (mb_col = 0; mb_col < cm->mb_cols; mb_col++) {
 332         MBGRAPH_MB_STATS *mb_stats = &frame_stats->mb_stats[offset + mb_col];
 333
 334         int altref_err = mb_stats->ref[ALTREF_FRAME].err;
 335         int intra_err  = mb_stats->ref[INTRA_FRAME ].err;
 336         int golden_err = mb_stats->ref[GOLDEN_FRAME].err;
 337
 338         // Test for altref vs intra and gf and that its mv was 0,0.
 339         if (altref_err > 1000 ||
 340             altref_err > intra_err ||
 341             altref_err > golden_err) {
 342           arf_not_zz[offset + mb_col]++;
 343         }
 344       }
 345     }
 346   }
 347
 348   // arf_not_zz is indexed by MB, but this loop is indexed by MI to avoid out
 349   // of bound access in segmentation_map
 350   for (mi_row = 0; mi_row < cm->mi_rows; mi_row++) {
 351     for (mi_col = 0; mi_col < cm->mi_cols; mi_col++) {
 352       // If any of the blocks in the sequence failed then the MB
 353       // goes in segment 0
 354       if (arf_not_zz[mi_row / 2 * cm->mb_cols + mi_col / 2]) {
 355         ncnt[0]++;
 356         cpi->segmentation_map[mi_row * cm->mi_cols + mi_col] = 0;
 357       } else {
 358         cpi->segmentation_map[mi_row * cm->mi_cols + mi_col] = 1;
 359         ncnt[1]++;
 360       }
 361     }
 362   }
 363
 364   // Only bother with segmentation if over 10% of the MBs in static segment
 365   // if ( ncnt[1] && (ncnt[0] / ncnt[1] < 10) )
 366   if (1) {
 367     // Note % of blocks that are marked as static
 368     if (cm->MBs)
 369       cpi->static_mb_pct = (ncnt[1] * 100) / (cm->mi_rows * cm->mi_cols);
 370
 371     // This error case should not be reachable as this function should
 372     // never be called with the common data structure uninitialized.
 373     else
 374       cpi->static_mb_pct = 0;
 375
 376     cpi->seg0_cnt = ncnt[0];
 377     vp9_enable_segmentation((VP9_PTR)cpi);
 378   } else {
 379     cpi->static_mb_pct = 0;
 380     vp9_disable_segmentation((VP9_PTR)cpi);
 381   }
 382
 383   // Free localy allocated storage
 384   vpx_free(arf_not_zz);
 385 }
 386
 387 void vp9_update_mbgraph_stats(VP9_COMP *cpi) {
 388   VP9_COMMON *const cm = &cpi->common;
 389   int i, n_frames = vp9_lookahead_depth(cpi->lookahead);
 390   YV12_BUFFER_CONFIG *golden_ref = get_ref_frame_buffer(cpi, GOLDEN_FRAME);
 391
 392   // we need to look ahead beyond where the ARF transitions into
 393   // being a GF - so exit if we don't look ahead beyond that
 394   if (n_frames <= cpi->rc.frames_till_gf_update_due)
 395     return;
 396
 397   if (n_frames > MAX_LAG_BUFFERS)
 398     n_frames = MAX_LAG_BUFFERS;
 399
 400   cpi->mbgraph_n_frames = n_frames;
 401   for (i = 0; i < n_frames; i++) {
 402     MBGRAPH_FRAME_STATS *frame_stats = &cpi->mbgraph_stats[i];
 403     vpx_memset(frame_stats->mb_stats, 0,
 404                cm->mb_rows * cm->mb_cols *
 405                sizeof(*cpi->mbgraph_stats[i].mb_stats));
 406   }
 407
 408   // do motion search to find contribution of each reference to data
 409   // later on in this GF group
 410   // FIXME really, the GF/last MC search should be done forward, and
 411   // the ARF MC search backwards, to get optimal results for MV caching
 412   for (i = 0; i < n_frames; i++) {
 413     MBGRAPH_FRAME_STATS *frame_stats = &cpi->mbgraph_stats[i];
 414     struct lookahead_entry *q_cur = vp9_lookahead_peek(cpi->lookahead, i);
 415
 416     assert(q_cur != NULL);
 417
 418     update_mbgraph_frame_stats(cpi, frame_stats, &q_cur->img,
 419                                golden_ref, cpi->Source);
 420   }
 421
 422   vp9_clear_system_state();  // __asm emms;
 423
 424   separate_arf_mbs(cpi);
 425 }