src/third_party/webrtc/modules/video_coding/codecs/test/videoprocessor_integrationtest.cc

   1 /*
   2  *  Copyright (c) 2012 The WebRTC 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 <math.h>
  12
  13 #include "testing/gtest/include/gtest/gtest.h"
  14
  15 #include "webrtc/modules/video_coding/codecs/interface/video_codec_interface.h"
  16 #include "webrtc/modules/video_coding/codecs/test/packet_manipulator.h"
  17 #include "webrtc/modules/video_coding/codecs/test/videoprocessor.h"
  18 #include "webrtc/modules/video_coding/codecs/vp8/include/vp8.h"
  19 #include "webrtc/modules/video_coding/codecs/vp8/include/vp8_common_types.h"
  20 #include "webrtc/modules/video_coding/main/interface/video_coding.h"
  21 #include "webrtc/test/testsupport/fileutils.h"
  22 #include "webrtc/test/testsupport/frame_reader.h"
  23 #include "webrtc/test/testsupport/frame_writer.h"
  24 #include "webrtc/test/testsupport/gtest_disable.h"
  25 #include "webrtc/test/testsupport/metrics/video_metrics.h"
  26 #include "webrtc/test/testsupport/packet_reader.h"
  27 #include "webrtc/typedefs.h"
  28
  29 namespace webrtc {
  30
  31 // Maximum number of rate updates (i.e., calls to encoder to change bitrate
  32 // and/or frame rate) for the current tests.
  33 const int kMaxNumRateUpdates = 3;
  34
  35 const int kPercTargetvsActualMismatch = 20;
  36 const int kBaseKeyFrameInterval = 3000;
  37
  38 // Codec and network settings.
  39 struct CodecConfigPars {
  40   float packet_loss;
  41   int num_temporal_layers;
  42   int key_frame_interval;
  43   bool error_concealment_on;
  44   bool denoising_on;
  45   bool frame_dropper_on;
  46   bool spatial_resize_on;
  47 };
  48
  49 // Quality metrics.
  50 struct QualityMetrics {
  51   double minimum_avg_psnr;
  52   double minimum_min_psnr;
  53   double minimum_avg_ssim;
  54   double minimum_min_ssim;
  55 };
  56
  57 // The sequence of bitrate and frame rate changes for the encoder, the frame
  58 // number where the changes are made, and the total number of frames for the
  59 // test.
  60 struct RateProfile {
  61   int target_bit_rate[kMaxNumRateUpdates];
  62   int input_frame_rate[kMaxNumRateUpdates];
  63   int frame_index_rate_update[kMaxNumRateUpdates + 1];
  64   int num_frames;
  65 };
  66
  67 // Metrics for the rate control. The rate mismatch metrics are defined as
  68 // percentages.|max_time_hit_target| is defined as number of frames, after a
  69 // rate update is made to the encoder, for the encoder to reach within
  70 // |kPercTargetvsActualMismatch| of new target rate. The metrics are defined for
  71 // each rate update sequence.
  72 struct RateControlMetrics {
  73   int max_num_dropped_frames;
  74   int max_key_frame_size_mismatch;
  75   int max_delta_frame_size_mismatch;
  76   int max_encoding_rate_mismatch;
  77   int max_time_hit_target;
  78   int num_spatial_resizes;
  79 };
  80
  81
  82 // Sequence used is foreman (CIF): may be better to use VGA for resize test.
  83 const int kCIFWidth = 352;
  84 const int kCIFHeight = 288;
  85 const int kNbrFramesShort = 100;  // Some tests are run for shorter sequence.
  86 const int kNbrFramesLong = 299;
  87
  88 // Parameters from VP8 wrapper, which control target size of key frames.
  89 const float kInitialBufferSize = 0.5f;
  90 const float kOptimalBufferSize = 0.6f;
  91 const float kScaleKeyFrameSize = 0.5f;
  92
  93 // Integration test for video processor. Encodes+decodes a clip and
  94 // writes it to the output directory. After completion, quality metrics
  95 // (PSNR and SSIM) and rate control metrics are computed to verify that the
  96 // quality and encoder response is acceptable. The rate control tests allow us
  97 // to verify the behavior for changing bitrate, changing frame rate, frame
  98 // dropping/spatial resize, and temporal layers. The limits for the rate
  99 // control metrics are set to be fairly conservative, so failure should only
 100 // happen when some significant regression or breakdown occurs.
 101 class VideoProcessorIntegrationTest: public testing::Test {
 102  protected:
 103   VideoEncoder* encoder_;
 104   VideoDecoder* decoder_;
 105   webrtc::test::FrameReader* frame_reader_;
 106   webrtc::test::FrameWriter* frame_writer_;
 107   webrtc::test::PacketReader packet_reader_;
 108   webrtc::test::PacketManipulator* packet_manipulator_;
 109   webrtc::test::Stats stats_;
 110   webrtc::test::TestConfig config_;
 111   VideoCodec codec_settings_;
 112   webrtc::test::VideoProcessor* processor_;
 113
 114   // Quantities defined/updated for every encoder rate update.
 115   // Some quantities defined per temporal layer (at most 3 layers in this test).
 116   int num_frames_per_update_[3];
 117   float sum_frame_size_mismatch_[3];
 118   float sum_encoded_frame_size_[3];
 119   float encoding_bitrate_[3];
 120   float per_frame_bandwidth_[3];
 121   float bit_rate_layer_[3];
 122   float frame_rate_layer_[3];
 123   int num_frames_total_;
 124   float sum_encoded_frame_size_total_;
 125   float encoding_bitrate_total_;
 126   float perc_encoding_rate_mismatch_;
 127   int num_frames_to_hit_target_;
 128   bool encoding_rate_within_target_;
 129   int bit_rate_;
 130   int frame_rate_;
 131   int layer_;
 132   float target_size_key_frame_initial_;
 133   float target_size_key_frame_;
 134   float sum_key_frame_size_mismatch_;
 135   int num_key_frames_;
 136   float start_bitrate_;
 137
 138   // Codec and network settings.
 139   float packet_loss_;
 140   int num_temporal_layers_;
 141   int key_frame_interval_;
 142   bool error_concealment_on_;
 143   bool denoising_on_;
 144   bool frame_dropper_on_;
 145   bool spatial_resize_on_;
 146
 147
 148   VideoProcessorIntegrationTest() {}
 149   virtual ~VideoProcessorIntegrationTest() {}
 150
 151   void SetUpCodecConfig() {
 152     encoder_ = VP8Encoder::Create();
 153     decoder_ = VP8Decoder::Create();
 154
 155     // CIF is currently used for all tests below.
 156     // Setup the TestConfig struct for processing of a clip in CIF resolution.
 157     config_.input_filename =
 158         webrtc::test::ResourcePath("foreman_cif", "yuv");
 159
 160     // Generate an output filename in a safe way.
 161     config_.output_filename = webrtc::test::TempFilename(
 162         webrtc::test::OutputPath(), "videoprocessor_integrationtest");
 163     config_.frame_length_in_bytes = CalcBufferSize(kI420,
 164                                                    kCIFWidth, kCIFHeight);
 165     config_.verbose = false;
 166     // Only allow encoder/decoder to use single core, for predictability.
 167     config_.use_single_core = true;
 168     // Key frame interval and packet loss are set for each test.
 169     config_.keyframe_interval = key_frame_interval_;
 170     config_.networking_config.packet_loss_probability = packet_loss_;
 171
 172     // Get a codec configuration struct and configure it.
 173     VideoCodingModule::Codec(kVideoCodecVP8, &codec_settings_);
 174     config_.codec_settings = &codec_settings_;
 175     config_.codec_settings->startBitrate = start_bitrate_;
 176     config_.codec_settings->width = kCIFWidth;
 177     config_.codec_settings->height = kCIFHeight;
 178     // These features may be set depending on the test.
 179     config_.codec_settings->codecSpecific.VP8.errorConcealmentOn =
 180         error_concealment_on_;
 181     config_.codec_settings->codecSpecific.VP8.denoisingOn =
 182         denoising_on_;
 183     config_.codec_settings->codecSpecific.VP8.numberOfTemporalLayers =
 184         num_temporal_layers_;
 185     config_.codec_settings->codecSpecific.VP8.frameDroppingOn =
 186         frame_dropper_on_;
 187     config_.codec_settings->codecSpecific.VP8.automaticResizeOn =
 188         spatial_resize_on_;
 189     config_.codec_settings->codecSpecific.VP8.keyFrameInterval =
 190         kBaseKeyFrameInterval;
 191
 192     frame_reader_ =
 193         new webrtc::test::FrameReaderImpl(config_.input_filename,
 194                                           config_.frame_length_in_bytes);
 195     frame_writer_ =
 196         new webrtc::test::FrameWriterImpl(config_.output_filename,
 197                                           config_.frame_length_in_bytes);
 198     ASSERT_TRUE(frame_reader_->Init());
 199     ASSERT_TRUE(frame_writer_->Init());
 200
 201     packet_manipulator_ = new webrtc::test::PacketManipulatorImpl(
 202         &packet_reader_, config_.networking_config, config_.verbose);
 203     processor_ = new webrtc::test::VideoProcessorImpl(encoder_, decoder_,
 204                                                       frame_reader_,
 205                                                       frame_writer_,
 206                                                       packet_manipulator_,
 207                                                       config_, &stats_);
 208     ASSERT_TRUE(processor_->Init());
 209   }
 210
 211   // Reset quantities after each encoder update, update the target
 212   // per-frame bandwidth.
 213   void ResetRateControlMetrics(int num_frames) {
 214     for (int i = 0; i < num_temporal_layers_; i++) {
 215       num_frames_per_update_[i] = 0;
 216       sum_frame_size_mismatch_[i] = 0.0f;
 217       sum_encoded_frame_size_[i] = 0.0f;
 218       encoding_bitrate_[i] = 0.0f;
 219       // Update layer per-frame-bandwidth.
 220       per_frame_bandwidth_[i] = static_cast<float>(bit_rate_layer_[i]) /
 221              static_cast<float>(frame_rate_layer_[i]);
 222     }
 223     // Set maximum size of key frames, following setting in the VP8 wrapper.
 224     float max_key_size = kScaleKeyFrameSize * kOptimalBufferSize * frame_rate_;
 225     // We don't know exact target size of the key frames (except for first one),
 226     // but the minimum in libvpx is ~|3 * per_frame_bandwidth| and maximum is
 227     // set by |max_key_size_  * per_frame_bandwidth|. Take middle point/average
 228     // as reference for mismatch. Note key frames always correspond to base
 229     // layer frame in this test.
 230     target_size_key_frame_ = 0.5 * (3 + max_key_size) * per_frame_bandwidth_[0];
 231     num_frames_total_ = 0;
 232     sum_encoded_frame_size_total_ = 0.0f;
 233     encoding_bitrate_total_ = 0.0f;
 234     perc_encoding_rate_mismatch_ = 0.0f;
 235     num_frames_to_hit_target_ = num_frames;
 236     encoding_rate_within_target_ = false;
 237     sum_key_frame_size_mismatch_ = 0.0;
 238     num_key_frames_ = 0;
 239   }
 240
 241   // For every encoded frame, update the rate control metrics.
 242   void UpdateRateControlMetrics(int frame_num, VideoFrameType frame_type) {
 243     int encoded_frame_size = processor_->EncodedFrameSize();
 244     float encoded_size_kbits = encoded_frame_size * 8.0f / 1000.0f;
 245     // Update layer data.
 246     // Update rate mismatch relative to per-frame bandwidth for delta frames.
 247     if (frame_type == kDeltaFrame) {
 248       // TODO(marpan): Should we count dropped (zero size) frames in mismatch?
 249       sum_frame_size_mismatch_[layer_] += fabs(encoded_size_kbits -
 250                                                per_frame_bandwidth_[layer_]) /
 251                                                per_frame_bandwidth_[layer_];
 252     } else {
 253       float target_size = (frame_num == 1) ? target_size_key_frame_initial_ :
 254           target_size_key_frame_;
 255       sum_key_frame_size_mismatch_ += fabs(encoded_size_kbits - target_size) /
 256           target_size;
 257       num_key_frames_ += 1;
 258     }
 259     sum_encoded_frame_size_[layer_] += encoded_size_kbits;
 260     // Encoding bitrate per layer: from the start of the update/run to the
 261     // current frame.
 262     encoding_bitrate_[layer_] = sum_encoded_frame_size_[layer_] *
 263         frame_rate_layer_[layer_] /
 264         num_frames_per_update_[layer_];
 265     // Total encoding rate: from the start of the update/run to current frame.
 266     sum_encoded_frame_size_total_ += encoded_size_kbits;
 267     encoding_bitrate_total_ = sum_encoded_frame_size_total_ * frame_rate_ /
 268         num_frames_total_;
 269     perc_encoding_rate_mismatch_ =  100 * fabs(encoding_bitrate_total_ -
 270                                                bit_rate_) / bit_rate_;
 271     if (perc_encoding_rate_mismatch_ < kPercTargetvsActualMismatch &&
 272         !encoding_rate_within_target_) {
 273       num_frames_to_hit_target_ = num_frames_total_;
 274       encoding_rate_within_target_ = true;
 275     }
 276   }
 277
 278   // Verify expected behavior of rate control and print out data.
 279   void VerifyRateControl(int update_index,
 280                          int max_key_frame_size_mismatch,
 281                          int max_delta_frame_size_mismatch,
 282                          int max_encoding_rate_mismatch,
 283                          int max_time_hit_target,
 284                          int max_num_dropped_frames,
 285                          int num_spatial_resizes) {
 286     int num_dropped_frames = processor_->NumberDroppedFrames();
 287     int num_resize_actions = processor_->NumberSpatialResizes();
 288     printf("For update #: %d,\n "
 289         " Target Bitrate: %d,\n"
 290         " Encoding bitrate: %f,\n"
 291         " Frame rate: %d \n",
 292         update_index, bit_rate_, encoding_bitrate_total_, frame_rate_);
 293     printf(" Number of frames to approach target rate = %d, \n"
 294            " Number of dropped frames = %d, \n"
 295            " Number of spatial resizes = %d, \n",
 296            num_frames_to_hit_target_, num_dropped_frames, num_resize_actions);
 297     EXPECT_LE(perc_encoding_rate_mismatch_, max_encoding_rate_mismatch);
 298     if (num_key_frames_ > 0) {
 299       int perc_key_frame_size_mismatch = 100 * sum_key_frame_size_mismatch_ /
 300               num_key_frames_;
 301       printf(" Number of Key frames: %d \n"
 302              " Key frame rate mismatch: %d \n",
 303              num_key_frames_, perc_key_frame_size_mismatch);
 304       EXPECT_LE(perc_key_frame_size_mismatch, max_key_frame_size_mismatch);
 305     }
 306     printf("\n");
 307     printf("Rates statistics for Layer data \n");
 308     for (int i = 0; i < num_temporal_layers_ ; i++) {
 309       printf("Layer #%d \n", i);
 310       int perc_frame_size_mismatch = 100 * sum_frame_size_mismatch_[i] /
 311         num_frames_per_update_[i];
 312       int perc_encoding_rate_mismatch = 100 * fabs(encoding_bitrate_[i] -
 313                                                    bit_rate_layer_[i]) /
 314                                                    bit_rate_layer_[i];
 315       printf(" Target Layer Bit rate: %f \n"
 316           " Layer frame rate: %f, \n"
 317           " Layer per frame bandwidth: %f, \n"
 318           " Layer Encoding bit rate: %f, \n"
 319           " Layer Percent frame size mismatch: %d,  \n"
 320           " Layer Percent encoding rate mismatch = %d, \n"
 321           " Number of frame processed per layer = %d \n",
 322           bit_rate_layer_[i], frame_rate_layer_[i], per_frame_bandwidth_[i],
 323           encoding_bitrate_[i], perc_frame_size_mismatch,
 324           perc_encoding_rate_mismatch, num_frames_per_update_[i]);
 325       EXPECT_LE(perc_frame_size_mismatch, max_delta_frame_size_mismatch);
 326       EXPECT_LE(perc_encoding_rate_mismatch, max_encoding_rate_mismatch);
 327     }
 328     printf("\n");
 329     EXPECT_LE(num_frames_to_hit_target_, max_time_hit_target);
 330     EXPECT_LE(num_dropped_frames, max_num_dropped_frames);
 331     EXPECT_EQ(num_resize_actions, num_spatial_resizes);
 332   }
 333
 334   // Layer index corresponding to frame number, for up to 3 layers.
 335   void LayerIndexForFrame(int frame_number) {
 336     if (num_temporal_layers_ == 1) {
 337       layer_ = 0;
 338     } else if (num_temporal_layers_ == 2) {
 339         // layer 0:  0     2     4 ...
 340         // layer 1:     1     3
 341         if (frame_number % 2 == 0) {
 342           layer_ = 0;
 343         } else {
 344           layer_ = 1;
 345         }
 346     } else if (num_temporal_layers_ == 3) {
 347       // layer 0:  0            4            8 ...
 348       // layer 1:        2            6
 349       // layer 2:     1      3     5      7
 350       if (frame_number % 4 == 0) {
 351         layer_ = 0;
 352       } else if ((frame_number + 2) % 4 == 0) {
 353         layer_ = 1;
 354       } else if ((frame_number + 1) % 2 == 0) {
 355         layer_ = 2;
 356       }
 357     } else {
 358       assert(false);  // Only up to 3 layers.
 359     }
 360   }
 361
 362   // Set the bitrate and frame rate per layer, for up to 3 layers.
 363   void SetLayerRates() {
 364     assert(num_temporal_layers_<= 3);
 365     for (int i = 0; i < num_temporal_layers_; i++) {
 366       float bit_rate_ratio =
 367           kVp8LayerRateAlloction[num_temporal_layers_ - 1][i];
 368       if (i > 0) {
 369         float bit_rate_delta_ratio = kVp8LayerRateAlloction
 370             [num_temporal_layers_ - 1][i] -
 371             kVp8LayerRateAlloction[num_temporal_layers_ - 1][i - 1];
 372         bit_rate_layer_[i] = bit_rate_ * bit_rate_delta_ratio;
 373       } else {
 374         bit_rate_layer_[i] = bit_rate_ * bit_rate_ratio;
 375       }
 376       frame_rate_layer_[i] = frame_rate_ / static_cast<float>(
 377           1 << (num_temporal_layers_ - 1));
 378     }
 379     if (num_temporal_layers_ == 3) {
 380       frame_rate_layer_[2] = frame_rate_ / 2.0f;
 381     }
 382   }
 383
 384   VideoFrameType FrameType(int frame_number) {
 385     if (frame_number == 0 || ((frame_number) % key_frame_interval_ == 0 &&
 386         key_frame_interval_ > 0)) {
 387       return kKeyFrame;
 388     } else {
 389       return kDeltaFrame;
 390     }
 391   }
 392
 393   void TearDown() {
 394     delete processor_;
 395     delete packet_manipulator_;
 396     delete frame_writer_;
 397     delete frame_reader_;
 398     delete decoder_;
 399     delete encoder_;
 400   }
 401
 402   // Processes all frames in the clip and verifies the result.
 403   void ProcessFramesAndVerify(QualityMetrics quality_metrics,
 404                               RateProfile rate_profile,
 405                               CodecConfigPars process,
 406                               RateControlMetrics* rc_metrics) {
 407     // Codec/config settings.
 408     start_bitrate_ = rate_profile.target_bit_rate[0];
 409     packet_loss_ = process.packet_loss;
 410     key_frame_interval_ = process.key_frame_interval;
 411     num_temporal_layers_ = process.num_temporal_layers;
 412     error_concealment_on_ = process.error_concealment_on;
 413     denoising_on_ = process.denoising_on;
 414     frame_dropper_on_ = process.frame_dropper_on;
 415     spatial_resize_on_ = process.spatial_resize_on;
 416     SetUpCodecConfig();
 417     // Update the layers and the codec with the initial rates.
 418     bit_rate_ =  rate_profile.target_bit_rate[0];
 419     frame_rate_ = rate_profile.input_frame_rate[0];
 420     SetLayerRates();
 421     // Set the initial target size for key frame.
 422     target_size_key_frame_initial_ = 0.5 * kInitialBufferSize *
 423         bit_rate_layer_[0];
 424     processor_->SetRates(bit_rate_, frame_rate_);
 425     // Process each frame, up to |num_frames|.
 426     int num_frames = rate_profile.num_frames;
 427     int update_index = 0;
 428     ResetRateControlMetrics(
 429         rate_profile.frame_index_rate_update[update_index + 1]);
 430     int frame_number = 0;
 431     VideoFrameType frame_type = kDeltaFrame;
 432     while (processor_->ProcessFrame(frame_number) &&
 433         frame_number < num_frames) {
 434       // Get the layer index for the frame |frame_number|.
 435       LayerIndexForFrame(frame_number);
 436       frame_type = FrameType(frame_number);
 437       // Counter for whole sequence run.
 438       ++frame_number;
 439       // Counters for each rate update.
 440       ++num_frames_per_update_[layer_];
 441       ++num_frames_total_;
 442       UpdateRateControlMetrics(frame_number, frame_type);
 443       // If we hit another/next update, verify stats for current state and
 444       // update layers and codec with new rates.
 445       if (frame_number ==
 446           rate_profile.frame_index_rate_update[update_index + 1]) {
 447         VerifyRateControl(
 448             update_index,
 449             rc_metrics[update_index].max_key_frame_size_mismatch,
 450             rc_metrics[update_index].max_delta_frame_size_mismatch,
 451             rc_metrics[update_index].max_encoding_rate_mismatch,
 452             rc_metrics[update_index].max_time_hit_target,
 453             rc_metrics[update_index].max_num_dropped_frames,
 454             rc_metrics[update_index].num_spatial_resizes);
 455         // Update layer rates and the codec with new rates.
 456         ++update_index;
 457         bit_rate_ =  rate_profile.target_bit_rate[update_index];
 458         frame_rate_ = rate_profile.input_frame_rate[update_index];
 459         SetLayerRates();
 460         ResetRateControlMetrics(rate_profile.
 461                                 frame_index_rate_update[update_index + 1]);
 462         processor_->SetRates(bit_rate_, frame_rate_);
 463       }
 464     }
 465     VerifyRateControl(
 466         update_index,
 467         rc_metrics[update_index].max_key_frame_size_mismatch,
 468         rc_metrics[update_index].max_delta_frame_size_mismatch,
 469         rc_metrics[update_index].max_encoding_rate_mismatch,
 470         rc_metrics[update_index].max_time_hit_target,
 471         rc_metrics[update_index].max_num_dropped_frames,
 472         rc_metrics[update_index].num_spatial_resizes);
 473     EXPECT_EQ(num_frames, frame_number);
 474     EXPECT_EQ(num_frames + 1, static_cast<int>(stats_.stats_.size()));
 475
 476     // Release encoder and decoder to make sure they have finished processing:
 477     EXPECT_EQ(WEBRTC_VIDEO_CODEC_OK, encoder_->Release());
 478     EXPECT_EQ(WEBRTC_VIDEO_CODEC_OK, decoder_->Release());
 479     // Close the files before we start using them for SSIM/PSNR calculations.
 480     frame_reader_->Close();
 481     frame_writer_->Close();
 482
 483     // TODO(marpan): should compute these quality metrics per SetRates update.
 484     webrtc::test::QualityMetricsResult psnr_result, ssim_result;
 485     EXPECT_EQ(0, webrtc::test::I420MetricsFromFiles(
 486         config_.input_filename.c_str(),
 487         config_.output_filename.c_str(),
 488         config_.codec_settings->width,
 489         config_.codec_settings->height,
 490         &psnr_result,
 491         &ssim_result));
 492     printf("PSNR avg: %f, min: %f    SSIM avg: %f, min: %f\n",
 493            psnr_result.average, psnr_result.min,
 494            ssim_result.average, ssim_result.min);
 495     stats_.PrintSummary();
 496     EXPECT_GT(psnr_result.average, quality_metrics.minimum_avg_psnr);
 497     EXPECT_GT(psnr_result.min, quality_metrics.minimum_min_psnr);
 498     EXPECT_GT(ssim_result.average, quality_metrics.minimum_avg_ssim);
 499     EXPECT_GT(ssim_result.min, quality_metrics.minimum_min_ssim);
 500     if (!remove(config_.output_filename.c_str())) {
 501       fprintf(stderr, "Failed to remove temporary file!");
 502     }
 503   }
 504 };
 505
 506 void SetRateProfilePars(RateProfile* rate_profile,
 507                         int update_index,
 508                         int bit_rate,
 509                         int frame_rate,
 510                         int frame_index_rate_update) {
 511   rate_profile->target_bit_rate[update_index] = bit_rate;
 512   rate_profile->input_frame_rate[update_index] = frame_rate;
 513   rate_profile->frame_index_rate_update[update_index] = frame_index_rate_update;
 514 }
 515
 516 void SetCodecParameters(CodecConfigPars* process_settings,
 517                         float packet_loss,
 518                         int key_frame_interval,
 519                         int num_temporal_layers,
 520                         bool error_concealment_on,
 521                         bool denoising_on,
 522                         bool frame_dropper_on,
 523                         bool spatial_resize_on) {
 524   process_settings->packet_loss = packet_loss;
 525   process_settings->key_frame_interval =  key_frame_interval;
 526   process_settings->num_temporal_layers = num_temporal_layers,
 527   process_settings->error_concealment_on = error_concealment_on;
 528   process_settings->denoising_on = denoising_on;
 529   process_settings->frame_dropper_on = frame_dropper_on;
 530   process_settings->spatial_resize_on = spatial_resize_on;
 531 }
 532
 533 void SetQualityMetrics(QualityMetrics* quality_metrics,
 534                        double minimum_avg_psnr,
 535                        double minimum_min_psnr,
 536                        double minimum_avg_ssim,
 537                        double minimum_min_ssim) {
 538   quality_metrics->minimum_avg_psnr = minimum_avg_psnr;
 539   quality_metrics->minimum_min_psnr = minimum_min_psnr;
 540   quality_metrics->minimum_avg_ssim = minimum_avg_ssim;
 541   quality_metrics->minimum_min_ssim = minimum_min_ssim;
 542 }
 543
 544 void SetRateControlMetrics(RateControlMetrics* rc_metrics,
 545                            int update_index,
 546                            int max_num_dropped_frames,
 547                            int max_key_frame_size_mismatch,
 548                            int max_delta_frame_size_mismatch,
 549                            int max_encoding_rate_mismatch,
 550                            int max_time_hit_target,
 551                            int num_spatial_resizes) {
 552   rc_metrics[update_index].max_num_dropped_frames = max_num_dropped_frames;
 553   rc_metrics[update_index].max_key_frame_size_mismatch =
 554       max_key_frame_size_mismatch;
 555   rc_metrics[update_index].max_delta_frame_size_mismatch =
 556       max_delta_frame_size_mismatch;
 557   rc_metrics[update_index].max_encoding_rate_mismatch =
 558       max_encoding_rate_mismatch;
 559   rc_metrics[update_index].max_time_hit_target = max_time_hit_target;
 560   rc_metrics[update_index].num_spatial_resizes = num_spatial_resizes;
 561 }
 562
 563 // Run with no packet loss and fixed bitrate. Quality should be very high.
 564 // One key frame (first frame only) in sequence. Setting |key_frame_interval|
 565 // to -1 below means no periodic key frames in test.
 566 TEST_F(VideoProcessorIntegrationTest, ProcessZeroPacketLoss) {
 567   // Bitrate and frame rate profile.
 568   RateProfile rate_profile;
 569   SetRateProfilePars(&rate_profile, 0, 500, 30, 0);
 570   rate_profile.frame_index_rate_update[1] = kNbrFramesShort + 1;
 571   rate_profile.num_frames = kNbrFramesShort;
 572   // Codec/network settings.
 573   CodecConfigPars process_settings;
 574   SetCodecParameters(&process_settings, 0.0f, -1, 1, false, true, true, false);
 575   // Metrics for expected quality.
 576   QualityMetrics quality_metrics;
 577   SetQualityMetrics(&quality_metrics, 34.95, 33.0, 0.90, 0.89);
 578   // Metrics for rate control.
 579   RateControlMetrics rc_metrics[1];
 580   SetRateControlMetrics(rc_metrics, 0, 0, 40, 20, 10, 15, 0);
 581   ProcessFramesAndVerify(quality_metrics,
 582                          rate_profile,
 583                          process_settings,
 584                          rc_metrics);
 585 }
 586
 587 // Run with 5% packet loss and fixed bitrate. Quality should be a bit lower.
 588 // One key frame (first frame only) in sequence.
 589 TEST_F(VideoProcessorIntegrationTest, Process5PercentPacketLoss) {
 590   // Bitrate and frame rate profile.
 591   RateProfile rate_profile;
 592   SetRateProfilePars(&rate_profile, 0, 500, 30, 0);
 593   rate_profile.frame_index_rate_update[1] = kNbrFramesShort + 1;
 594   rate_profile.num_frames = kNbrFramesShort;
 595   // Codec/network settings.
 596   CodecConfigPars process_settings;
 597   SetCodecParameters(&process_settings, 0.05f, -1, 1, false, true, true, false);
 598   // Metrics for expected quality.
 599   QualityMetrics quality_metrics;
 600   SetQualityMetrics(&quality_metrics, 20.0, 16.0, 0.60, 0.40);
 601   // Metrics for rate control.
 602   RateControlMetrics rc_metrics[1];
 603   SetRateControlMetrics(rc_metrics, 0, 0, 40, 20, 10, 15, 0);
 604   ProcessFramesAndVerify(quality_metrics,
 605                          rate_profile,
 606                          process_settings,
 607                          rc_metrics);
 608 }
 609
 610 // Run with 10% packet loss and fixed bitrate. Quality should be even lower.
 611 // One key frame (first frame only) in sequence.
 612 TEST_F(VideoProcessorIntegrationTest, Process10PercentPacketLoss) {
 613   // Bitrate and frame rate profile.
 614   RateProfile rate_profile;
 615   SetRateProfilePars(&rate_profile, 0, 500, 30, 0);
 616   rate_profile.frame_index_rate_update[1] = kNbrFramesShort + 1;
 617   rate_profile.num_frames = kNbrFramesShort;
 618   // Codec/network settings.
 619   CodecConfigPars process_settings;
 620   SetCodecParameters(&process_settings, 0.1f, -1, 1, false, true, true, false);
 621   // Metrics for expected quality.
 622   QualityMetrics quality_metrics;
 623   SetQualityMetrics(&quality_metrics, 19.0, 16.0, 0.50, 0.35);
 624   // Metrics for rate control.
 625   RateControlMetrics rc_metrics[1];
 626   SetRateControlMetrics(rc_metrics, 0, 0, 40, 20, 10, 15, 0);
 627   ProcessFramesAndVerify(quality_metrics,
 628                          rate_profile,
 629                          process_settings,
 630                          rc_metrics);
 631 }
 632
 633 // The tests below are currently disabled for Android. For ARM, the encoder
 634 // uses |cpu_speed| = 12, as opposed to default |cpu_speed| <= 6 for x86,
 635 // which leads to significantly different quality. The quality and rate control
 636 // settings in the tests below are defined for encoder speed setting
 637 // |cpu_speed| <= ~6. A number of settings would need to be significantly
 638 // modified for the |cpu_speed| = 12 case. For now, keep the tests below
 639 // disabled on Android. Some quality parameter in the above test has been
 640 // adjusted to also pass for |cpu_speed| <= 12.
 641
 642 // Run with no packet loss, with varying bitrate (3 rate updates):
 643 // low to high to medium. Check that quality and encoder response to the new
 644 // target rate/per-frame bandwidth (for each rate update) is within limits.
 645 // One key frame (first frame only) in sequence.
 646 TEST_F(VideoProcessorIntegrationTest,
 647        DISABLED_ON_ANDROID(ProcessNoLossChangeBitRate)) {
 648   // Bitrate and frame rate profile.
 649   RateProfile rate_profile;
 650   SetRateProfilePars(&rate_profile, 0, 200, 30, 0);
 651   SetRateProfilePars(&rate_profile, 1, 800, 30, 100);
 652   SetRateProfilePars(&rate_profile, 2, 500, 30, 200);
 653   rate_profile.frame_index_rate_update[3] = kNbrFramesLong + 1;
 654   rate_profile.num_frames = kNbrFramesLong;
 655   // Codec/network settings.
 656   CodecConfigPars process_settings;
 657   SetCodecParameters(&process_settings, 0.0f, -1, 1, false, true, true, false);
 658   // Metrics for expected quality.
 659   QualityMetrics quality_metrics;
 660   SetQualityMetrics(&quality_metrics, 34.0, 32.0, 0.85, 0.80);
 661   // Metrics for rate control.
 662   RateControlMetrics rc_metrics[3];
 663   SetRateControlMetrics(rc_metrics, 0, 0, 45, 20, 10, 15, 0);
 664   SetRateControlMetrics(rc_metrics, 1, 0, 0, 25, 20, 10, 0);
 665   SetRateControlMetrics(rc_metrics, 2, 0, 0, 25, 15, 10, 0);
 666   ProcessFramesAndVerify(quality_metrics,
 667                          rate_profile,
 668                          process_settings,
 669                          rc_metrics);
 670 }
 671
 672 // Run with no packet loss, with an update (decrease) in frame rate.
 673 // Lower frame rate means higher per-frame-bandwidth, so easier to encode.
 674 // At the bitrate in this test, this means better rate control after the
 675 // update(s) to lower frame rate. So expect less frame drops, and max values
 676 // for the rate control metrics can be lower. One key frame (first frame only).
 677 // Note: quality after update should be higher but we currently compute quality
 678 // metrics avergaed over whole sequence run.
 679 TEST_F(VideoProcessorIntegrationTest,
 680        DISABLED_ON_ANDROID(ProcessNoLossChangeFrameRateFrameDrop)) {
 681   config_.networking_config.packet_loss_probability = 0;
 682   // Bitrate and frame rate profile.
 683   RateProfile rate_profile;
 684   SetRateProfilePars(&rate_profile, 0, 80, 24, 0);
 685   SetRateProfilePars(&rate_profile, 1, 80, 15, 100);
 686   SetRateProfilePars(&rate_profile, 2, 80, 10, 200);
 687   rate_profile.frame_index_rate_update[3] = kNbrFramesLong + 1;
 688   rate_profile.num_frames = kNbrFramesLong;
 689   // Codec/network settings.
 690   CodecConfigPars process_settings;
 691   SetCodecParameters(&process_settings, 0.0f, -1, 1, false, true, true, false);
 692   // Metrics for expected quality.
 693   QualityMetrics quality_metrics;
 694   SetQualityMetrics(&quality_metrics, 31.0, 22.0, 0.80, 0.65);
 695   // Metrics for rate control.
 696   RateControlMetrics rc_metrics[3];
 697   SetRateControlMetrics(rc_metrics, 0, 40, 20, 75, 15, 60, 0);
 698   SetRateControlMetrics(rc_metrics, 1, 10, 0, 25, 10, 35, 0);
 699   SetRateControlMetrics(rc_metrics, 2, 0, 0, 20, 10, 15, 0);
 700   ProcessFramesAndVerify(quality_metrics,
 701                          rate_profile,
 702                          process_settings,
 703                          rc_metrics);
 704 }
 705
 706 // Run with no packet loss, at low bitrate. During this time we should've
 707 // resized once.
 708 TEST_F(VideoProcessorIntegrationTest,
 709        DISABLED_ON_ANDROID(ProcessNoLossSpatialResizeFrameDrop)) {
 710   config_.networking_config.packet_loss_probability = 0;
 711   // Bitrate and frame rate profile.
 712   RateProfile rate_profile;
 713   SetRateProfilePars(&rate_profile, 0, 50, 30, 0);
 714   rate_profile.frame_index_rate_update[1] = kNbrFramesLong + 1;
 715   rate_profile.num_frames = kNbrFramesLong;
 716   // Codec/network settings.
 717   CodecConfigPars process_settings;
 718   SetCodecParameters(
 719       &process_settings, 0.0f, kNbrFramesLong, 1, false, true, true, true);
 720   // Metrics for expected quality.
 721   QualityMetrics quality_metrics;
 722   SetQualityMetrics(&quality_metrics, 25.0, 15.0, 0.70, 0.40);
 723   // Metrics for rate control.
 724   RateControlMetrics rc_metrics[1];
 725   SetRateControlMetrics(rc_metrics, 0, 160, 60, 120, 20, 70, 1);
 726   ProcessFramesAndVerify(quality_metrics,
 727                          rate_profile,
 728                          process_settings,
 729                          rc_metrics);
 730 }
 731
 732 // Run with no packet loss, with 3 temporal layers, with a rate update in the
 733 // middle of the sequence. The max values for the frame size mismatch and
 734 // encoding rate mismatch are applied to each layer.
 735 // No dropped frames in this test, and internal spatial resizer is off.
 736 // One key frame (first frame only) in sequence, so no spatial resizing.
 737 TEST_F(VideoProcessorIntegrationTest,
 738        DISABLED_ON_ANDROID(ProcessNoLossTemporalLayers)) {
 739   config_.networking_config.packet_loss_probability = 0;
 740   // Bitrate and frame rate profile.
 741   RateProfile rate_profile;
 742   SetRateProfilePars(&rate_profile, 0, 200, 30, 0);
 743   SetRateProfilePars(&rate_profile, 1, 400, 30, 150);
 744   rate_profile.frame_index_rate_update[2] = kNbrFramesLong + 1;
 745   rate_profile.num_frames = kNbrFramesLong;
 746   // Codec/network settings.
 747   CodecConfigPars process_settings;
 748   SetCodecParameters(&process_settings, 0.0f, -1, 3, false, true, true, false);
 749   // Metrics for expected quality.
 750   QualityMetrics quality_metrics;
 751   SetQualityMetrics(&quality_metrics, 32.5, 30.0, 0.85, 0.80);
 752   // Metrics for rate control.
 753   RateControlMetrics rc_metrics[2];
 754   SetRateControlMetrics(rc_metrics, 0, 0, 20, 30, 10, 10, 0);
 755   SetRateControlMetrics(rc_metrics, 1, 0, 0, 30, 15, 10, 0);
 756   ProcessFramesAndVerify(quality_metrics,
 757                          rate_profile,
 758                          process_settings,
 759                          rc_metrics);
 760 }
 761 }  // namespace webrtc