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->oxcf.speed > 5 ? 1 : 0);
  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   xd->mi[0]->mbmi.mode = NEWMV;
  65   xd->mi[0]->mbmi.mv[0].as_mv = *dst_mv;
  66
  67   vp9_build_inter_predictors_sby(xd, mb_row, mb_col, BLOCK_16X16);
  68
  69   /* restore UMV window */
  70   x->mv_col_min = tmp_col_min;
  71   x->mv_col_max = tmp_col_max;
  72   x->mv_row_min = tmp_row_min;
  73   x->mv_row_max = tmp_row_max;
  74
  75   return vp9_sad16x16(x->plane[0].src.buf, x->plane[0].src.stride,
  76           xd->plane[0].dst.buf, xd->plane[0].dst.stride,
  77           INT_MAX);
  78 }
  79
  80 static int do_16x16_motion_search(VP9_COMP *cpi, const MV *ref_mv,
  81                                   int_mv *dst_mv, int mb_row, int mb_col) {
  82   MACROBLOCK *const x = &cpi->mb;
  83   MACROBLOCKD *const xd = &x->e_mbd;
  84   unsigned int err, tmp_err;
  85   MV tmp_mv;
  86
  87   // Try zero MV first
  88   // FIXME should really use something like near/nearest MV and/or MV prediction
  89   err = vp9_sad16x16(x->plane[0].src.buf, x->plane[0].src.stride,
  90                      xd->plane[0].pre[0].buf, xd->plane[0].pre[0].stride,
  91                      INT_MAX);
  92   dst_mv->as_int = 0;
  93
  94   // Test last reference frame using the previous best mv as the
  95   // starting point (best reference) for the search
  96   tmp_err = do_16x16_motion_iteration(cpi, ref_mv, &tmp_mv, mb_row, mb_col);
  97   if (tmp_err < err) {
  98     err = tmp_err;
  99     dst_mv->as_mv = tmp_mv;
 100   }
 101
 102   // If the current best reference mv is not centered on 0,0 then do a 0,0
 103   // based search as well.
 104   if (ref_mv->row != 0 || ref_mv->col != 0) {
 105     unsigned int tmp_err;
 106     MV zero_ref_mv = {0, 0}, tmp_mv;
 107
 108     tmp_err = do_16x16_motion_iteration(cpi, &zero_ref_mv, &tmp_mv,
 109                                         mb_row, mb_col);
 110     if (tmp_err < err) {
 111       dst_mv->as_mv = tmp_mv;
 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, PREDICTION_MODE *pbest_mode) {
 135   MACROBLOCK   *const x  = &cpi->mb;
 136   MACROBLOCKD *const xd = &x->e_mbd;
 137   PREDICTION_MODE best_mode = -1, mode;
 138   unsigned int best_err = INT_MAX;
 139
 140   // calculate SATD for each intra prediction mode;
 141   // we're intentionally not doing 4x4, we just want a rough estimate
 142   for (mode = DC_PRED; mode <= TM_PRED; mode++) {
 143     unsigned int err;
 144
 145     xd->mi[0]->mbmi.mode = mode;
 146     vp9_predict_intra_block(xd, 0, 2, TX_16X16, mode,
 147                             x->plane[0].src.buf, x->plane[0].src.stride,
 148                             xd->plane[0].dst.buf, xd->plane[0].dst.stride,
 149                             0, 0, 0);
 150     err = vp9_sad16x16(x->plane[0].src.buf, x->plane[0].src.stride,
 151                        xd->plane[0].dst.buf, xd->plane[0].dst.stride, best_err);
 152
 153     // find best
 154     if (err < best_err) {
 155       best_err  = err;
 156       best_mode = mode;
 157     }
 158   }
 159
 160   if (pbest_mode)
 161     *pbest_mode = best_mode;
 162
 163   return best_err;
 164 }
 165
 166 static void update_mbgraph_mb_stats
 167 (
 168   VP9_COMP *cpi,
 169   MBGRAPH_MB_STATS *stats,
 170   YV12_BUFFER_CONFIG *buf,
 171   int mb_y_offset,
 172   YV12_BUFFER_CONFIG *golden_ref,
 173   const MV *prev_golden_ref_mv,
 174   YV12_BUFFER_CONFIG *alt_ref,
 175   int mb_row,
 176   int mb_col
 177 ) {
 178   MACROBLOCK *const x = &cpi->mb;
 179   MACROBLOCKD *const xd = &x->e_mbd;
 180   int intra_error;
 181   VP9_COMMON *cm = &cpi->common;
 182
 183   // FIXME in practice we're completely ignoring chroma here
 184   x->plane[0].src.buf = buf->y_buffer + mb_y_offset;
 185   x->plane[0].src.stride = buf->y_stride;
 186
 187   xd->plane[0].dst.buf = get_frame_new_buffer(cm)->y_buffer + mb_y_offset;
 188   xd->plane[0].dst.stride = get_frame_new_buffer(cm)->y_stride;
 189
 190   // do intra 16x16 prediction
 191   intra_error = find_best_16x16_intra(cpi,
 192                                       &stats->ref[INTRA_FRAME].m.mode);
 193   if (intra_error <= 0)
 194     intra_error = 1;
 195   stats->ref[INTRA_FRAME].err = intra_error;
 196
 197   // Golden frame MV search, if it exists and is different than last frame
 198   if (golden_ref) {
 199     int g_motion_error;
 200     xd->plane[0].pre[0].buf = golden_ref->y_buffer + mb_y_offset;
 201     xd->plane[0].pre[0].stride = golden_ref->y_stride;
 202     g_motion_error = do_16x16_motion_search(cpi,
 203                                             prev_golden_ref_mv,
 204                                             &stats->ref[GOLDEN_FRAME].m.mv,
 205                                             mb_row, mb_col);
 206     stats->ref[GOLDEN_FRAME].err = g_motion_error;
 207   } else {
 208     stats->ref[GOLDEN_FRAME].err = INT_MAX;
 209     stats->ref[GOLDEN_FRAME].m.mv.as_int = 0;
 210   }
 211
 212   // Do an Alt-ref frame MV search, if it exists and is different than
 213   // last/golden frame.
 214   if (alt_ref) {
 215     int a_motion_error;
 216     xd->plane[0].pre[0].buf = alt_ref->y_buffer + mb_y_offset;
 217     xd->plane[0].pre[0].stride = alt_ref->y_stride;
 218     a_motion_error = do_16x16_zerozero_search(cpi,
 219                                               &stats->ref[ALTREF_FRAME].m.mv);
 220
 221     stats->ref[ALTREF_FRAME].err = a_motion_error;
 222   } else {
 223     stats->ref[ALTREF_FRAME].err = INT_MAX;
 224     stats->ref[ALTREF_FRAME].m.mv.as_int = 0;
 225   }
 226 }
 227
 228 static void update_mbgraph_frame_stats(VP9_COMP *cpi,
 229                                        MBGRAPH_FRAME_STATS *stats,
 230                                        YV12_BUFFER_CONFIG *buf,
 231                                        YV12_BUFFER_CONFIG *golden_ref,
 232                                        YV12_BUFFER_CONFIG *alt_ref) {
 233   MACROBLOCK *const x = &cpi->mb;
 234   MACROBLOCKD *const xd = &x->e_mbd;
 235   VP9_COMMON *const cm = &cpi->common;
 236
 237   int mb_col, mb_row, offset = 0;
 238   int mb_y_offset = 0, arf_y_offset = 0, gld_y_offset = 0;
 239   MV arf_top_mv = {0, 0}, gld_top_mv = {0, 0};
 240   MODE_INFO mi_local = { { 0 } };
 241
 242   // Set up limit values for motion vectors to prevent them extending outside
 243   // the UMV borders.
 244   x->mv_row_min     = -BORDER_MV_PIXELS_B16;
 245   x->mv_row_max     = (cm->mb_rows - 1) * 8 + BORDER_MV_PIXELS_B16;
 246   xd->up_available  = 0;
 247   xd->plane[0].dst.stride  = buf->y_stride;
 248   xd->plane[0].pre[0].stride  = buf->y_stride;
 249   xd->plane[1].dst.stride = buf->uv_stride;
 250   xd->mi[0] = &mi_local;
 251   mi_local.mbmi.sb_type = BLOCK_16X16;
 252   mi_local.mbmi.ref_frame[0] = LAST_FRAME;
 253   mi_local.mbmi.ref_frame[1] = NONE;
 254
 255   for (mb_row = 0; mb_row < cm->mb_rows; mb_row++) {
 256     MV arf_left_mv = arf_top_mv, gld_left_mv = gld_top_mv;
 257     int mb_y_in_offset  = mb_y_offset;
 258     int arf_y_in_offset = arf_y_offset;
 259     int gld_y_in_offset = gld_y_offset;
 260
 261     // Set up limit values for motion vectors to prevent them extending outside
 262     // the UMV borders.
 263     x->mv_col_min      = -BORDER_MV_PIXELS_B16;
 264     x->mv_col_max      = (cm->mb_cols - 1) * 8 + BORDER_MV_PIXELS_B16;
 265     xd->left_available = 0;
 266
 267     for (mb_col = 0; mb_col < cm->mb_cols; mb_col++) {
 268       MBGRAPH_MB_STATS *mb_stats = &stats->mb_stats[offset + mb_col];
 269
 270       update_mbgraph_mb_stats(cpi, mb_stats, buf, mb_y_in_offset,
 271                               golden_ref, &gld_left_mv, alt_ref,
 272                               mb_row, mb_col);
 273       arf_left_mv = mb_stats->ref[ALTREF_FRAME].m.mv.as_mv;
 274       gld_left_mv = mb_stats->ref[GOLDEN_FRAME].m.mv.as_mv;
 275       if (mb_col == 0) {
 276         arf_top_mv = arf_left_mv;
 277         gld_top_mv = gld_left_mv;
 278       }
 279       xd->left_available = 1;
 280       mb_y_in_offset    += 16;
 281       gld_y_in_offset   += 16;
 282       arf_y_in_offset   += 16;
 283       x->mv_col_min     -= 16;
 284       x->mv_col_max     -= 16;
 285     }
 286     xd->up_available = 1;
 287     mb_y_offset     += buf->y_stride * 16;
 288     gld_y_offset    += golden_ref->y_stride * 16;
 289     if (alt_ref)
 290       arf_y_offset    += alt_ref->y_stride * 16;
 291     x->mv_row_min   -= 16;
 292     x->mv_row_max   -= 16;
 293     offset          += cm->mb_cols;
 294   }
 295 }
 296
 297 // void separate_arf_mbs_byzz
 298 static void separate_arf_mbs(VP9_COMP *cpi) {
 299   VP9_COMMON *const cm = &cpi->common;
 300   int mb_col, mb_row, offset, i;
 301   int mi_row, mi_col;
 302   int ncnt[4] = { 0 };
 303   int n_frames = cpi->mbgraph_n_frames;
 304
 305   int *arf_not_zz;
 306
 307   CHECK_MEM_ERROR(cm, arf_not_zz,
 308                   vpx_calloc(cm->mb_rows * cm->mb_cols * sizeof(*arf_not_zz),
 309                              1));
 310
 311   // We are not interested in results beyond the alt ref itself.
 312   if (n_frames > cpi->rc.frames_till_gf_update_due)
 313     n_frames = cpi->rc.frames_till_gf_update_due;
 314
 315   // defer cost to reference frames
 316   for (i = n_frames - 1; i >= 0; i--) {
 317     MBGRAPH_FRAME_STATS *frame_stats = &cpi->mbgraph_stats[i];
 318
 319     for (offset = 0, mb_row = 0; mb_row < cm->mb_rows;
 320          offset += cm->mb_cols, mb_row++) {
 321       for (mb_col = 0; mb_col < cm->mb_cols; mb_col++) {
 322         MBGRAPH_MB_STATS *mb_stats = &frame_stats->mb_stats[offset + mb_col];
 323
 324         int altref_err = mb_stats->ref[ALTREF_FRAME].err;
 325         int intra_err  = mb_stats->ref[INTRA_FRAME ].err;
 326         int golden_err = mb_stats->ref[GOLDEN_FRAME].err;
 327
 328         // Test for altref vs intra and gf and that its mv was 0,0.
 329         if (altref_err > 1000 ||
 330             altref_err > intra_err ||
 331             altref_err > golden_err) {
 332           arf_not_zz[offset + mb_col]++;
 333         }
 334       }
 335     }
 336   }
 337
 338   // arf_not_zz is indexed by MB, but this loop is indexed by MI to avoid out
 339   // of bound access in segmentation_map
 340   for (mi_row = 0; mi_row < cm->mi_rows; mi_row++) {
 341     for (mi_col = 0; mi_col < cm->mi_cols; mi_col++) {
 342       // If any of the blocks in the sequence failed then the MB
 343       // goes in segment 0
 344       if (arf_not_zz[mi_row / 2 * cm->mb_cols + mi_col / 2]) {
 345         ncnt[0]++;
 346         cpi->segmentation_map[mi_row * cm->mi_cols + mi_col] = 0;
 347       } else {
 348         cpi->segmentation_map[mi_row * cm->mi_cols + mi_col] = 1;
 349         ncnt[1]++;
 350       }
 351     }
 352   }
 353
 354   // Only bother with segmentation if over 10% of the MBs in static segment
 355   // if ( ncnt[1] && (ncnt[0] / ncnt[1] < 10) )
 356   if (1) {
 357     // Note % of blocks that are marked as static
 358     if (cm->MBs)
 359       cpi->static_mb_pct = (ncnt[1] * 100) / (cm->mi_rows * cm->mi_cols);
 360
 361     // This error case should not be reachable as this function should
 362     // never be called with the common data structure uninitialized.
 363     else
 364       cpi->static_mb_pct = 0;
 365
 366     vp9_enable_segmentation(&cm->seg);
 367   } else {
 368     cpi->static_mb_pct = 0;
 369     vp9_disable_segmentation(&cm->seg);
 370   }
 371
 372   // Free localy allocated storage
 373   vpx_free(arf_not_zz);
 374 }
 375
 376 void vp9_update_mbgraph_stats(VP9_COMP *cpi) {
 377   VP9_COMMON *const cm = &cpi->common;
 378   int i, n_frames = vp9_lookahead_depth(cpi->lookahead);
 379   YV12_BUFFER_CONFIG *golden_ref = get_ref_frame_buffer(cpi, GOLDEN_FRAME);
 380
 381   // we need to look ahead beyond where the ARF transitions into
 382   // being a GF - so exit if we don't look ahead beyond that
 383   if (n_frames <= cpi->rc.frames_till_gf_update_due)
 384     return;
 385
 386   if (n_frames > MAX_LAG_BUFFERS)
 387     n_frames = MAX_LAG_BUFFERS;
 388
 389   cpi->mbgraph_n_frames = n_frames;
 390   for (i = 0; i < n_frames; i++) {
 391     MBGRAPH_FRAME_STATS *frame_stats = &cpi->mbgraph_stats[i];
 392     vpx_memset(frame_stats->mb_stats, 0,
 393                cm->mb_rows * cm->mb_cols *
 394                sizeof(*cpi->mbgraph_stats[i].mb_stats));
 395   }
 396
 397   // do motion search to find contribution of each reference to data
 398   // later on in this GF group
 399   // FIXME really, the GF/last MC search should be done forward, and
 400   // the ARF MC search backwards, to get optimal results for MV caching
 401   for (i = 0; i < n_frames; i++) {
 402     MBGRAPH_FRAME_STATS *frame_stats = &cpi->mbgraph_stats[i];
 403     struct lookahead_entry *q_cur = vp9_lookahead_peek(cpi->lookahead, i);
 404
 405     assert(q_cur != NULL);
 406
 407     update_mbgraph_frame_stats(cpi, frame_stats, &q_cur->img,
 408                                golden_ref, cpi->Source);
 409   }
 410
 411   vp9_clear_system_state();
 412
 413   separate_arf_mbs(cpi);
 414 }