source: SHVCSoftware/branches/SHM-2.1-multilayers-dev/source/Lib/TLibEncoder/TEncRateCtrl.cpp @ 1606

Last change on this file since 1606 was 191, checked in by seregin, 12 years ago

unix2dos for *.cpp and *.h

File size: 47.0 KB
Line 
1/* The copyright in this software is being made available under the BSD
2 * License, included below. This software may be subject to other third party
3 * and contributor rights, including patent rights, and no such rights are
4 * granted under this license. 
5 *
6 * Copyright (c) 2010-2013, ITU/ISO/IEC
7 * All rights reserved.
8 *
9 * Redistribution and use in source and binary forms, with or without
10 * modification, are permitted provided that the following conditions are met:
11 *
12 *  * Redistributions of source code must retain the above copyright notice,
13 *    this list of conditions and the following disclaimer.
14 *  * Redistributions in binary form must reproduce the above copyright notice,
15 *    this list of conditions and the following disclaimer in the documentation
16 *    and/or other materials provided with the distribution.
17 *  * Neither the name of the ITU/ISO/IEC nor the names of its contributors may
18 *    be used to endorse or promote products derived from this software without
19 *    specific prior written permission.
20 *
21 * THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE COPYRIGHT HOLDERS AND CONTRIBUTORS "AS IS"
22 * AND ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE
23 * IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE
24 * ARE DISCLAIMED. IN NO EVENT SHALL THE COPYRIGHT HOLDER OR CONTRIBUTORS
25 * BE LIABLE FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY, OR
26 * CONSEQUENTIAL DAMAGES (INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF
27 * SUBSTITUTE GOODS OR SERVICES; LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS
28 * INTERRUPTION) HOWEVER CAUSED AND ON ANY THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN
29 * CONTRACT, STRICT LIABILITY, OR TORT (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE)
30 * ARISING IN ANY WAY OUT OF THE USE OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF
31 * THE POSSIBILITY OF SUCH DAMAGE.
32 */
33
34/** \file     TEncRateCtrl.cpp
35    \brief    Rate control manager class
36*/
37#include "TEncRateCtrl.h"
38#include "../TLibCommon/TComPic.h"
39
40#include <cmath>
41
42using namespace std;
43
44#if RATE_CONTROL_LAMBDA_DOMAIN
45
46//sequence level
47TEncRCSeq::TEncRCSeq()
48{
49  m_totalFrames         = 0;
50  m_targetRate          = 0;
51  m_frameRate           = 0;
52  m_targetBits          = 0;
53  m_GOPSize             = 0;
54  m_picWidth            = 0;
55  m_picHeight           = 0;
56  m_LCUWidth            = 0;
57  m_LCUHeight           = 0;
58  m_numberOfLevel       = 0;
59  m_numberOfLCU         = 0;
60  m_averageBits         = 0;
61  m_bitsRatio           = NULL;
62  m_GOPID2Level         = NULL;
63  m_picPara             = NULL;
64  m_LCUPara             = NULL;
65  m_numberOfPixel       = 0;
66  m_framesLeft          = 0;
67  m_bitsLeft            = 0;
68  m_useLCUSeparateModel = false;
69}
70
71TEncRCSeq::~TEncRCSeq()
72{
73  destroy();
74}
75
76Void TEncRCSeq::create( Int totalFrames, Int targetBitrate, Int frameRate, Int GOPSize, Int picWidth, Int picHeight, Int LCUWidth, Int LCUHeight, Int numberOfLevel, Bool useLCUSeparateModel )
77{
78  destroy();
79  m_totalFrames         = totalFrames;
80  m_targetRate          = targetBitrate;
81  m_frameRate           = frameRate;
82  m_GOPSize             = GOPSize;
83  m_picWidth            = picWidth;
84  m_picHeight           = picHeight;
85  m_LCUWidth            = LCUWidth;
86  m_LCUHeight           = LCUHeight;
87  m_numberOfLevel       = numberOfLevel;
88  m_useLCUSeparateModel = useLCUSeparateModel;
89
90  m_numberOfPixel   = m_picWidth * m_picHeight;
91  m_targetBits      = (Int64)m_totalFrames * (Int64)m_targetRate / (Int64)m_frameRate;
92  m_seqTargetBpp = (Double)m_targetRate / (Double)m_frameRate / (Double)m_numberOfPixel;
93  if ( m_seqTargetBpp < 0.03 )
94  {
95    m_alphaUpdate = 0.01;
96    m_betaUpdate  = 0.005;
97  }
98  else if ( m_seqTargetBpp < 0.08 )
99  {
100    m_alphaUpdate = 0.05;
101    m_betaUpdate  = 0.025;
102  }
103  else
104  {
105    m_alphaUpdate = 0.1;
106    m_betaUpdate  = 0.05;
107  }
108  m_averageBits     = (Int)(m_targetBits / totalFrames);
109  Int picWidthInBU  = ( m_picWidth  % m_LCUWidth  ) == 0 ? m_picWidth  / m_LCUWidth  : m_picWidth  / m_LCUWidth  + 1;
110  Int picHeightInBU = ( m_picHeight % m_LCUHeight ) == 0 ? m_picHeight / m_LCUHeight : m_picHeight / m_LCUHeight + 1;
111  m_numberOfLCU     = picWidthInBU * picHeightInBU;
112
113  m_bitsRatio   = new Int[m_GOPSize];
114  for ( Int i=0; i<m_GOPSize; i++ )
115  {
116    m_bitsRatio[i] = 1;
117  }
118
119  m_GOPID2Level = new Int[m_GOPSize];
120  for ( Int i=0; i<m_GOPSize; i++ )
121  {
122    m_GOPID2Level[i] = 1;
123  }
124
125  m_picPara = new TRCParameter[m_numberOfLevel];
126  for ( Int i=0; i<m_numberOfLevel; i++ )
127  {
128    m_picPara[i].m_alpha = 0.0;
129    m_picPara[i].m_beta  = 0.0;
130  }
131
132  if ( m_useLCUSeparateModel )
133  {
134    m_LCUPara = new TRCParameter*[m_numberOfLevel];
135    for ( Int i=0; i<m_numberOfLevel; i++ )
136    {
137      m_LCUPara[i] = new TRCParameter[m_numberOfLCU];
138      for ( Int j=0; j<m_numberOfLCU; j++)
139      {
140        m_LCUPara[i][j].m_alpha = 0.0;
141        m_LCUPara[i][j].m_beta  = 0.0;
142      }
143    }
144  }
145
146  m_framesLeft = m_totalFrames;
147  m_bitsLeft   = m_targetBits;
148}
149
150Void TEncRCSeq::destroy()
151{
152  if (m_bitsRatio != NULL)
153  {
154    delete[] m_bitsRatio;
155    m_bitsRatio = NULL;
156  }
157
158  if ( m_GOPID2Level != NULL )
159  {
160    delete[] m_GOPID2Level;
161    m_GOPID2Level = NULL;
162  }
163
164  if ( m_picPara != NULL )
165  {
166    delete[] m_picPara;
167    m_picPara = NULL;
168  }
169
170  if ( m_LCUPara != NULL )
171  {
172    for ( Int i=0; i<m_numberOfLevel; i++ )
173    {
174      delete[] m_LCUPara[i];
175    }
176    delete[] m_LCUPara;
177    m_LCUPara = NULL;
178  }
179}
180
181Void TEncRCSeq::initBitsRatio( Int bitsRatio[])
182{
183  for (Int i=0; i<m_GOPSize; i++)
184  {
185    m_bitsRatio[i] = bitsRatio[i];
186  }
187}
188
189Void TEncRCSeq::initGOPID2Level( Int GOPID2Level[] )
190{
191  for ( Int i=0; i<m_GOPSize; i++ )
192  {
193    m_GOPID2Level[i] = GOPID2Level[i];
194  }
195}
196
197Void TEncRCSeq::initPicPara( TRCParameter* picPara )
198{
199  assert( m_picPara != NULL );
200
201  if ( picPara == NULL )
202  {
203    for ( Int i=0; i<m_numberOfLevel; i++ )
204    {
205      m_picPara[i].m_alpha = 3.2003;
206      m_picPara[i].m_beta  = -1.367;
207    }
208  }
209  else
210  {
211    for ( Int i=0; i<m_numberOfLevel; i++ )
212    {
213      m_picPara[i] = picPara[i];
214    }
215  }
216}
217
218Void TEncRCSeq::initLCUPara( TRCParameter** LCUPara )
219{
220  if ( m_LCUPara == NULL )
221  {
222    return;
223  }
224  if ( LCUPara == NULL )
225  {
226    for ( Int i=0; i<m_numberOfLevel; i++ )
227    {
228      for ( Int j=0; j<m_numberOfLCU; j++)
229      {
230        m_LCUPara[i][j].m_alpha = 3.2003;
231        m_LCUPara[i][j].m_beta  = -1.367;
232      }
233    }
234  }
235  else
236  {
237    for ( Int i=0; i<m_numberOfLevel; i++ )
238    {
239      for ( Int j=0; j<m_numberOfLCU; j++)
240      {
241        m_LCUPara[i][j] = LCUPara[i][j];
242      }
243    }
244  }
245}
246
247Void TEncRCSeq::updateAfterPic ( Int bits )
248{
249  m_bitsLeft -= bits;
250  m_framesLeft--;
251}
252
253Int TEncRCSeq::getRefineBitsForIntra( Int orgBits )
254{
255  Double bpp = ( (Double)orgBits ) / m_picHeight / m_picHeight;
256  if ( bpp > 0.2 )
257  {
258    return orgBits * 5;
259  }
260  if ( bpp > 0.1 )
261  {
262    return orgBits * 7;
263  }
264  return orgBits * 10;
265}
266
267//GOP level
268TEncRCGOP::TEncRCGOP()
269{
270  m_encRCSeq  = NULL;
271  m_picTargetBitInGOP = NULL;
272  m_numPic     = 0;
273  m_targetBits = 0;
274  m_picLeft    = 0;
275  m_bitsLeft   = 0;
276}
277
278TEncRCGOP::~TEncRCGOP()
279{
280  destroy();
281}
282
283Void TEncRCGOP::create( TEncRCSeq* encRCSeq, Int numPic )
284{
285  destroy();
286  Int targetBits = xEstGOPTargetBits( encRCSeq, numPic );
287
288  m_picTargetBitInGOP = new Int[numPic];
289  Int i;
290  Int totalPicRatio = 0;
291  Int currPicRatio = 0;
292  for ( i=0; i<numPic; i++ )
293  {
294    totalPicRatio += encRCSeq->getBitRatio( i );
295  }
296  for ( i=0; i<numPic; i++ )
297  {
298    currPicRatio = encRCSeq->getBitRatio( i );
299    m_picTargetBitInGOP[i] = targetBits * currPicRatio / totalPicRatio;
300  }
301
302  m_encRCSeq    = encRCSeq;
303  m_numPic       = numPic;
304  m_targetBits   = targetBits;
305  m_picLeft      = m_numPic;
306  m_bitsLeft     = m_targetBits;
307}
308
309Void TEncRCGOP::destroy()
310{
311  m_encRCSeq = NULL;
312  if ( m_picTargetBitInGOP != NULL )
313  {
314    delete[] m_picTargetBitInGOP;
315    m_picTargetBitInGOP = NULL;
316  }
317}
318
319Void TEncRCGOP::updateAfterPicture( Int bitsCost )
320{
321  m_bitsLeft -= bitsCost;
322  m_picLeft--;
323}
324
325Int TEncRCGOP::xEstGOPTargetBits( TEncRCSeq* encRCSeq, Int GOPSize )
326{
327  Int realInfluencePicture = min( g_RCSmoothWindowSize, encRCSeq->getFramesLeft() );
328  Int averageTargetBitsPerPic = (Int)( encRCSeq->getTargetBits() / encRCSeq->getTotalFrames() );
329  Int currentTargetBitsPerPic = (Int)( ( encRCSeq->getBitsLeft() - averageTargetBitsPerPic * (encRCSeq->getFramesLeft() - realInfluencePicture) ) / realInfluencePicture );
330  Int targetBits = currentTargetBitsPerPic * GOPSize;
331
332  if ( targetBits < 200 )
333  {
334    targetBits = 200;   // at least allocate 200 bits for one GOP
335  }
336
337  return targetBits;
338}
339
340//picture level
341TEncRCPic::TEncRCPic()
342{
343  m_encRCSeq = NULL;
344  m_encRCGOP = NULL;
345
346  m_frameLevel    = 0;
347  m_numberOfPixel = 0;
348  m_numberOfLCU   = 0;
349  m_targetBits    = 0;
350  m_estHeaderBits = 0;
351  m_estPicQP      = 0;
352  m_estPicLambda  = 0.0;
353
354  m_LCULeft       = 0;
355  m_bitsLeft      = 0;
356  m_pixelsLeft    = 0;
357
358  m_LCUs         = NULL;
359  m_lastPicture  = NULL;
360  m_picActualHeaderBits = 0;
361  m_totalMAD            = 0.0;
362  m_picActualBits       = 0;
363  m_picQP               = 0;
364  m_picLambda           = 0.0;
365}
366
367TEncRCPic::~TEncRCPic()
368{
369  destroy();
370}
371
372Int TEncRCPic::xEstPicTargetBits( TEncRCSeq* encRCSeq, TEncRCGOP* encRCGOP )
373{
374  Int targetBits        = 0;
375  Int GOPbitsLeft       = encRCGOP->getBitsLeft();
376
377  Int i;
378  Int currPicPosition = encRCGOP->getNumPic()-encRCGOP->getPicLeft();
379  Int currPicRatio    = encRCSeq->getBitRatio( currPicPosition );
380  Int totalPicRatio   = 0;
381  for ( i=currPicPosition; i<encRCGOP->getNumPic(); i++ )
382  {
383    totalPicRatio += encRCSeq->getBitRatio( i );
384  }
385
386  targetBits  = Int( GOPbitsLeft * currPicRatio / totalPicRatio );
387
388  if ( targetBits < 100 )
389  {
390    targetBits = 100;   // at least allocate 100 bits for one picture
391  }
392
393  if ( m_encRCSeq->getFramesLeft() > 16 )
394  {
395    targetBits = Int( g_RCWeightPicRargetBitInBuffer * targetBits + g_RCWeightPicTargetBitInGOP * m_encRCGOP->getTargetBitInGOP( currPicPosition ) );
396  }
397
398  return targetBits;
399}
400
401Int TEncRCPic::xEstPicHeaderBits( list<TEncRCPic*>& listPreviousPictures, Int frameLevel )
402{
403  Int numPreviousPics   = 0;
404  Int totalPreviousBits = 0;
405
406  list<TEncRCPic*>::iterator it;
407  for ( it = listPreviousPictures.begin(); it != listPreviousPictures.end(); it++ )
408  {
409    if ( (*it)->getFrameLevel() == frameLevel )
410    {
411      totalPreviousBits += (*it)->getPicActualHeaderBits();
412      numPreviousPics++;
413    }
414  }
415
416  Int estHeaderBits = 0;
417  if ( numPreviousPics > 0 )
418  {
419    estHeaderBits = totalPreviousBits / numPreviousPics;
420  }
421
422  return estHeaderBits;
423}
424
425Void TEncRCPic::addToPictureLsit( list<TEncRCPic*>& listPreviousPictures )
426{
427  if ( listPreviousPictures.size() > g_RCMaxPicListSize )
428  {
429    TEncRCPic* p = listPreviousPictures.front();
430    listPreviousPictures.pop_front();
431    p->destroy();
432    delete p;
433  }
434
435  listPreviousPictures.push_back( this );
436}
437
438Void TEncRCPic::create( TEncRCSeq* encRCSeq, TEncRCGOP* encRCGOP, Int frameLevel, list<TEncRCPic*>& listPreviousPictures )
439{
440  destroy();
441  m_encRCSeq = encRCSeq;
442  m_encRCGOP = encRCGOP;
443
444  Int targetBits    = xEstPicTargetBits( encRCSeq, encRCGOP );
445  Int estHeaderBits = xEstPicHeaderBits( listPreviousPictures, frameLevel );
446
447  if ( targetBits < estHeaderBits + 100 )
448  {
449    targetBits = estHeaderBits + 100;   // at least allocate 100 bits for picture data
450  }
451
452  m_frameLevel       = frameLevel;
453  m_numberOfPixel    = encRCSeq->getNumPixel();
454  m_numberOfLCU      = encRCSeq->getNumberOfLCU();
455  m_estPicLambda     = 100.0;
456  m_targetBits       = targetBits;
457  m_estHeaderBits    = estHeaderBits;
458  m_bitsLeft         = m_targetBits;
459  Int picWidth       = encRCSeq->getPicWidth();
460  Int picHeight      = encRCSeq->getPicHeight();
461  Int LCUWidth       = encRCSeq->getLCUWidth();
462  Int LCUHeight      = encRCSeq->getLCUHeight();
463  Int picWidthInLCU  = ( picWidth  % LCUWidth  ) == 0 ? picWidth  / LCUWidth  : picWidth  / LCUWidth  + 1;
464  Int picHeightInLCU = ( picHeight % LCUHeight ) == 0 ? picHeight / LCUHeight : picHeight / LCUHeight + 1;
465
466  m_LCULeft         = m_numberOfLCU;
467  m_bitsLeft       -= m_estHeaderBits;
468  m_pixelsLeft      = m_numberOfPixel;
469
470  m_LCUs           = new TRCLCU[m_numberOfLCU];
471  Int i, j;
472  Int LCUIdx;
473  for ( i=0; i<picWidthInLCU; i++ )
474  {
475    for ( j=0; j<picHeightInLCU; j++ )
476    {
477      LCUIdx = j*picWidthInLCU + i;
478      m_LCUs[LCUIdx].m_actualBits = 0;
479      m_LCUs[LCUIdx].m_QP         = 0;
480      m_LCUs[LCUIdx].m_lambda     = 0.0;
481      m_LCUs[LCUIdx].m_targetBits = 0;
482      m_LCUs[LCUIdx].m_MAD        = 0.0;
483      Int currWidth  = ( (i == picWidthInLCU -1) ? picWidth  - LCUWidth *(picWidthInLCU -1) : LCUWidth  );
484      Int currHeight = ( (j == picHeightInLCU-1) ? picHeight - LCUHeight*(picHeightInLCU-1) : LCUHeight );
485      m_LCUs[LCUIdx].m_numberOfPixel = currWidth * currHeight;
486    }
487  }
488  m_picActualHeaderBits = 0;
489  m_totalMAD            = 0.0;
490  m_picActualBits       = 0;
491  m_picQP               = 0;
492  m_picLambda           = 0.0;
493
494  m_lastPicture = NULL;
495  list<TEncRCPic*>::reverse_iterator it;
496  for ( it = listPreviousPictures.rbegin(); it != listPreviousPictures.rend(); it++ )
497  {
498    if ( (*it)->getFrameLevel() == m_frameLevel )
499    {
500      m_lastPicture = (*it);
501      break;
502    }
503  }
504}
505
506Void TEncRCPic::destroy()
507{
508  if( m_LCUs != NULL )
509  {
510    delete[] m_LCUs;
511    m_LCUs = NULL;
512  }
513  m_encRCSeq = NULL;
514  m_encRCGOP = NULL;
515}
516
517Double TEncRCPic::estimatePicLambda( list<TEncRCPic*>& listPreviousPictures )
518{
519  Double alpha         = m_encRCSeq->getPicPara( m_frameLevel ).m_alpha;
520  Double beta          = m_encRCSeq->getPicPara( m_frameLevel ).m_beta;
521  Double bpp       = (Double)m_targetBits/(Double)m_numberOfPixel;
522  Double estLambda = alpha * pow( bpp, beta );
523  Double lastLevelLambda = -1.0;
524  Double lastPicLambda   = -1.0;
525  Double lastValidLambda = -1.0;
526  list<TEncRCPic*>::iterator it;
527  for ( it = listPreviousPictures.begin(); it != listPreviousPictures.end(); it++ )
528  {
529    if ( (*it)->getFrameLevel() == m_frameLevel )
530    {
531      lastLevelLambda = (*it)->getPicActualLambda();
532    }
533    lastPicLambda     = (*it)->getPicActualLambda();
534
535    if ( lastPicLambda > 0.0 )
536    {
537      lastValidLambda = lastPicLambda;
538    }
539  }
540
541  if ( lastLevelLambda > 0.0 )
542  {
543    lastLevelLambda = Clip3( 0.1, 10000.0, lastLevelLambda );
544    estLambda = Clip3( lastLevelLambda * pow( 2.0, -3.0/3.0 ), lastLevelLambda * pow( 2.0, 3.0/3.0 ), estLambda );
545  }
546
547  if ( lastPicLambda > 0.0 )
548  {
549    lastPicLambda = Clip3( 0.1, 2000.0, lastPicLambda );
550    estLambda = Clip3( lastPicLambda * pow( 2.0, -10.0/3.0 ), lastPicLambda * pow( 2.0, 10.0/3.0 ), estLambda );
551  }
552  else if ( lastValidLambda > 0.0 )
553  {
554    lastValidLambda = Clip3( 0.1, 2000.0, lastValidLambda );
555    estLambda = Clip3( lastValidLambda * pow(2.0, -10.0/3.0), lastValidLambda * pow(2.0, 10.0/3.0), estLambda );
556  }
557  else
558  {
559    estLambda = Clip3( 0.1, 10000.0, estLambda );
560  }
561
562  if ( estLambda < 0.1 )
563  {
564    estLambda = 0.1;
565  }
566
567  m_estPicLambda = estLambda;
568  return estLambda;
569}
570
571Int TEncRCPic::estimatePicQP( Double lambda, list<TEncRCPic*>& listPreviousPictures )
572{
573  Int QP = Int( 4.2005 * log( lambda ) + 13.7122 + 0.5 ); 
574
575  Int lastLevelQP = g_RCInvalidQPValue;
576  Int lastPicQP   = g_RCInvalidQPValue;
577  Int lastValidQP = g_RCInvalidQPValue;
578  list<TEncRCPic*>::iterator it;
579  for ( it = listPreviousPictures.begin(); it != listPreviousPictures.end(); it++ )
580  {
581    if ( (*it)->getFrameLevel() == m_frameLevel )
582    {
583      lastLevelQP = (*it)->getPicActualQP();
584    }
585    lastPicQP = (*it)->getPicActualQP();
586    if ( lastPicQP > g_RCInvalidQPValue )
587    {
588      lastValidQP = lastPicQP;
589    }
590  }
591
592  if ( lastLevelQP > g_RCInvalidQPValue )
593  {
594    QP = Clip3( lastLevelQP - 3, lastLevelQP + 3, QP );
595  }
596
597  if( lastPicQP > g_RCInvalidQPValue )
598  {
599    QP = Clip3( lastPicQP - 10, lastPicQP + 10, QP );
600  }
601  else if( lastValidQP > g_RCInvalidQPValue )
602  {
603    QP = Clip3( lastValidQP - 10, lastValidQP + 10, QP );
604  }
605
606  return QP;
607}
608
609Double TEncRCPic::getLCUTargetBpp()
610{
611  Int   LCUIdx    = getLCUCoded();
612  Double bpp      = -1.0;
613  Int avgBits     = 0;
614  Double totalMAD = -1.0;
615  Double MAD      = -1.0;
616
617  if ( m_lastPicture == NULL )
618  {
619    avgBits = Int( m_bitsLeft / m_LCULeft );
620  }
621  else
622  {
623    MAD = m_lastPicture->getLCU(LCUIdx).m_MAD;
624    totalMAD = m_lastPicture->getTotalMAD();
625    for ( Int i=0; i<LCUIdx; i++ )
626    {
627      totalMAD -= m_lastPicture->getLCU(i).m_MAD;
628    }
629
630    if ( totalMAD > 0.1 )
631    {
632      avgBits = Int( m_bitsLeft * MAD / totalMAD );
633    }
634    else
635    {
636      avgBits = Int( m_bitsLeft / m_LCULeft );
637    }
638  }
639
640#if L0033_RC_BUGFIX
641  if ( avgBits < 1 )
642  {
643    avgBits = 1;
644  }
645#else
646  if ( avgBits < 5 )
647  {
648    avgBits = 5;
649  }
650#endif
651
652  bpp = ( Double )avgBits/( Double )m_LCUs[ LCUIdx ].m_numberOfPixel;
653  m_LCUs[ LCUIdx ].m_targetBits = avgBits;
654
655  return bpp;
656}
657
658Double TEncRCPic::getLCUEstLambda( Double bpp )
659{
660  Int   LCUIdx = getLCUCoded();
661  Double alpha;
662  Double beta;
663  if ( m_encRCSeq->getUseLCUSeparateModel() )
664  {
665    alpha = m_encRCSeq->getLCUPara( m_frameLevel, LCUIdx ).m_alpha;
666    beta  = m_encRCSeq->getLCUPara( m_frameLevel, LCUIdx ).m_beta;
667  }
668  else
669  {
670    alpha = m_encRCSeq->getPicPara( m_frameLevel ).m_alpha;
671    beta  = m_encRCSeq->getPicPara( m_frameLevel ).m_beta;
672  }
673
674  Double estLambda = alpha * pow( bpp, beta );
675  //for Lambda clip, picture level clip
676  Double clipPicLambda = m_estPicLambda;
677
678  //for Lambda clip, LCU level clip
679  Double clipNeighbourLambda = -1.0;
680  for ( int i=LCUIdx - 1; i>=0; i-- )
681  {
682    if ( m_LCUs[i].m_lambda > 0 )
683    {
684      clipNeighbourLambda = m_LCUs[i].m_lambda;
685      break;
686    }
687  }
688
689  if ( clipNeighbourLambda > 0.0 )
690  {
691    estLambda = Clip3( clipNeighbourLambda * pow( 2.0, -1.0/3.0 ), clipNeighbourLambda * pow( 2.0, 1.0/3.0 ), estLambda );
692  } 
693
694  if ( clipPicLambda > 0.0 )
695  {
696    estLambda = Clip3( clipPicLambda * pow( 2.0, -2.0/3.0 ), clipPicLambda * pow( 2.0, 2.0/3.0 ), estLambda );
697  }
698  else
699  {
700    estLambda = Clip3( 10.0, 1000.0, estLambda );
701  }
702
703  if ( estLambda < 0.1 )
704  {
705    estLambda = 0.1;
706  }
707
708  return estLambda;
709}
710
711Int TEncRCPic::getLCUEstQP( Double lambda, Int clipPicQP )
712{
713  Int LCUIdx = getLCUCoded();
714  Int estQP = Int( 4.2005 * log( lambda ) + 13.7122 + 0.5 );
715
716  //for Lambda clip, LCU level clip
717  Int clipNeighbourQP = g_RCInvalidQPValue;
718#if L0033_RC_BUGFIX
719  for ( int i=LCUIdx - 1; i>=0; i-- )
720#else
721  for ( int i=LCUIdx; i>=0; i-- )
722#endif
723  {
724    if ( (getLCU(i)).m_QP > g_RCInvalidQPValue )
725    {
726      clipNeighbourQP = getLCU(i).m_QP;
727      break;
728    }
729  }
730
731  if ( clipNeighbourQP > g_RCInvalidQPValue )
732  {
733    estQP = Clip3( clipNeighbourQP - 1, clipNeighbourQP + 1, estQP );
734  }
735
736  estQP = Clip3( clipPicQP - 2, clipPicQP + 2, estQP );
737
738  return estQP;
739}
740
741Void TEncRCPic::updateAfterLCU( Int LCUIdx, Int bits, Int QP, Double lambda, Bool updateLCUParameter )
742{
743  m_LCUs[LCUIdx].m_actualBits = bits;
744  m_LCUs[LCUIdx].m_QP         = QP;
745  m_LCUs[LCUIdx].m_lambda     = lambda;
746
747  m_LCULeft--;
748  m_bitsLeft   -= bits;
749  m_pixelsLeft -= m_LCUs[LCUIdx].m_numberOfPixel;
750
751  if ( !updateLCUParameter )
752  {
753    return;
754  }
755
756  if ( !m_encRCSeq->getUseLCUSeparateModel() )
757  {
758    return;
759  }
760
761  Double alpha = m_encRCSeq->getLCUPara( m_frameLevel, LCUIdx ).m_alpha;
762  Double beta  = m_encRCSeq->getLCUPara( m_frameLevel, LCUIdx ).m_beta;
763
764  Int LCUActualBits   = m_LCUs[LCUIdx].m_actualBits;
765  Int LCUTotalPixels  = m_LCUs[LCUIdx].m_numberOfPixel;
766  Double bpp         = ( Double )LCUActualBits/( Double )LCUTotalPixels;
767  Double calLambda   = alpha * pow( bpp, beta );
768  Double inputLambda = m_LCUs[LCUIdx].m_lambda;
769
770  if( inputLambda < 0.01 || calLambda < 0.01 || bpp < 0.0001 )
771  {
772    alpha *= ( 1.0 - m_encRCSeq->getAlphaUpdate() / 2.0 );
773    beta  *= ( 1.0 - m_encRCSeq->getBetaUpdate() / 2.0 );
774
775    alpha = Clip3( 0.05, 20.0, alpha );
776    beta  = Clip3( -3.0, -0.1, beta  );
777
778    TRCParameter rcPara;
779    rcPara.m_alpha = alpha;
780    rcPara.m_beta  = beta;
781    m_encRCSeq->setLCUPara( m_frameLevel, LCUIdx, rcPara );
782
783    return;
784  }
785
786  calLambda = Clip3( inputLambda / 10.0, inputLambda * 10.0, calLambda );
787  alpha += m_encRCSeq->getAlphaUpdate() * ( log( inputLambda ) - log( calLambda ) ) * alpha;
788  double lnbpp = log( bpp );
789  lnbpp = Clip3( -5.0, 1.0, lnbpp );
790  beta  += m_encRCSeq->getBetaUpdate() * ( log( inputLambda ) - log( calLambda ) ) * lnbpp;
791
792  alpha = Clip3( 0.05, 20.0, alpha );
793  beta  = Clip3( -3.0, -0.1, beta  );
794  TRCParameter rcPara;
795  rcPara.m_alpha = alpha;
796  rcPara.m_beta  = beta;
797  m_encRCSeq->setLCUPara( m_frameLevel, LCUIdx, rcPara );
798
799}
800
801Double TEncRCPic::getEffectivePercentage()
802{
803  Int effectivePiexels = 0;
804  Int totalPixels = 0;
805
806  for ( Int i=0; i<m_numberOfLCU; i++ )
807  {
808    totalPixels += m_LCUs[i].m_numberOfPixel;
809    if ( m_LCUs[i].m_QP > 0 )
810    {
811      effectivePiexels += m_LCUs[i].m_numberOfPixel;
812    }
813  }
814
815  Double effectivePixelPercentage = (Double)effectivePiexels/(Double)totalPixels;
816  return effectivePixelPercentage;
817}
818
819Double TEncRCPic::calAverageQP()
820{
821  Int totalQPs = 0;
822  Int numTotalLCUs = 0;
823
824  Int i;
825  for ( i=0; i<m_numberOfLCU; i++ )
826  {
827    if ( m_LCUs[i].m_QP > 0 )
828    {
829      totalQPs += m_LCUs[i].m_QP;
830      numTotalLCUs++;
831    }
832  }
833
834  Double avgQP = 0.0;
835  if ( numTotalLCUs == 0 )
836  {
837    avgQP = g_RCInvalidQPValue;
838  }
839  else
840  {
841    avgQP = ((Double)totalQPs) / ((Double)numTotalLCUs);
842  }
843  return avgQP;
844}
845
846Double TEncRCPic::calAverageLambda()
847{
848  Double totalLambdas = 0.0;
849  Int numTotalLCUs = 0;
850
851  Int i;
852  for ( i=0; i<m_numberOfLCU; i++ )
853  {
854    if ( m_LCUs[i].m_lambda > 0.01 )
855    {
856      totalLambdas += log( m_LCUs[i].m_lambda );
857      numTotalLCUs++;
858    }
859  }
860
861  Double avgLambda; 
862  if( numTotalLCUs == 0 )
863  {
864    avgLambda = -1.0;
865  }
866  else
867  {
868    avgLambda = pow( 2.7183, totalLambdas / numTotalLCUs );
869  }
870  return avgLambda;
871}
872
873Void TEncRCPic::updateAfterPicture( Int actualHeaderBits, Int actualTotalBits, Double averageQP, Double averageLambda, Double effectivePercentage )
874{
875  m_picActualHeaderBits = actualHeaderBits;
876  m_picActualBits       = actualTotalBits;
877  if ( averageQP > 0.0 )
878  {
879    m_picQP             = Int( averageQP + 0.5 );
880  }
881  else
882  {
883    m_picQP             = g_RCInvalidQPValue;
884  }
885  m_picLambda           = averageLambda;
886  for ( Int i=0; i<m_numberOfLCU; i++ )
887  {
888    m_totalMAD += m_LCUs[i].m_MAD;
889  }
890
891  Double alpha = m_encRCSeq->getPicPara( m_frameLevel ).m_alpha;
892  Double beta  = m_encRCSeq->getPicPara( m_frameLevel ).m_beta;
893
894  // update parameters
895  Double picActualBits = ( Double )m_picActualBits;
896  Double picActualBpp  = picActualBits/(Double)m_numberOfPixel;
897  Double calLambda     = alpha * pow( picActualBpp, beta );
898  Double inputLambda   = m_picLambda;
899
900  if ( inputLambda < 0.01 || calLambda < 0.01 || picActualBpp < 0.0001 || effectivePercentage < 0.05 )
901  {
902    alpha *= ( 1.0 - m_encRCSeq->getAlphaUpdate() / 2.0 );
903    beta  *= ( 1.0 - m_encRCSeq->getBetaUpdate() / 2.0 );
904
905    alpha = Clip3( 0.05, 20.0, alpha );
906    beta  = Clip3( -3.0, -0.1, beta  );
907    TRCParameter rcPara;
908    rcPara.m_alpha = alpha;
909    rcPara.m_beta  = beta;
910    m_encRCSeq->setPicPara( m_frameLevel, rcPara );
911
912    return;
913  }
914
915  calLambda = Clip3( inputLambda / 10.0, inputLambda * 10.0, calLambda );
916  alpha += m_encRCSeq->getAlphaUpdate() * ( log( inputLambda ) - log( calLambda ) ) * alpha;
917  double lnbpp = log( picActualBpp );
918  lnbpp = Clip3( -5.0, 1.0, lnbpp );
919  beta  += m_encRCSeq->getBetaUpdate() * ( log( inputLambda ) - log( calLambda ) ) * lnbpp;
920
921  alpha = Clip3( 0.05, 20.0, alpha );
922  beta  = Clip3( -3.0, -0.1, beta  );
923
924  TRCParameter rcPara;
925  rcPara.m_alpha = alpha;
926  rcPara.m_beta  = beta;
927
928  m_encRCSeq->setPicPara( m_frameLevel, rcPara );
929}
930
931TEncRateCtrl::TEncRateCtrl()
932{
933  m_encRCSeq = NULL;
934  m_encRCGOP = NULL;
935  m_encRCPic = NULL;
936}
937
938TEncRateCtrl::~TEncRateCtrl()
939{
940  destroy();
941}
942
943Void TEncRateCtrl::destroy()
944{
945  if ( m_encRCSeq != NULL )
946  {
947    delete m_encRCSeq;
948    m_encRCSeq = NULL;
949  }
950  if ( m_encRCGOP != NULL )
951  {
952    delete m_encRCGOP;
953    m_encRCGOP = NULL;
954  }
955  while ( m_listRCPictures.size() > 0 )
956  {
957    TEncRCPic* p = m_listRCPictures.front();
958    m_listRCPictures.pop_front();
959    delete p;
960  }
961}
962
963Void TEncRateCtrl::init( Int totalFrames, Int targetBitrate, Int frameRate, Int GOPSize, Int picWidth, Int picHeight, Int LCUWidth, Int LCUHeight, Bool keepHierBits, Bool useLCUSeparateModel, GOPEntry  GOPList[MAX_GOP] )
964{
965  destroy();
966
967  Bool isLowdelay = true;
968  for ( Int i=0; i<GOPSize-1; i++ )
969  {
970    if ( GOPList[i].m_POC > GOPList[i+1].m_POC )
971    {
972      isLowdelay = false;
973      break;
974    }
975  }
976
977  Int numberOfLevel = 1;
978  if ( keepHierBits )
979  {
980    numberOfLevel = Int( log((Double)GOPSize)/log(2.0) + 0.5 ) + 1;
981  }
982  if ( !isLowdelay && GOPSize == 8 )
983  {
984    numberOfLevel = Int( log((Double)GOPSize)/log(2.0) + 0.5 ) + 1;
985  }
986  numberOfLevel++;    // intra picture
987  numberOfLevel++;    // non-reference picture
988
989
990  Int* bitsRatio;
991  bitsRatio = new Int[ GOPSize ];
992  for ( Int i=0; i<GOPSize; i++ )
993  {
994    bitsRatio[i] = 10;
995    if ( !GOPList[i].m_refPic )
996    {
997      bitsRatio[i] = 2;
998    }
999  }
1000  if ( keepHierBits )
1001  {
1002    Double bpp = (Double)( targetBitrate / (Double)( frameRate*picWidth*picHeight ) );
1003    if ( GOPSize == 4 && isLowdelay )
1004    {
1005      if ( bpp > 0.2 )
1006      {
1007        bitsRatio[0] = 2;
1008        bitsRatio[1] = 3;
1009        bitsRatio[2] = 2;
1010        bitsRatio[3] = 6;
1011      }
1012      else if( bpp > 0.1 )
1013      {
1014        bitsRatio[0] = 2;
1015        bitsRatio[1] = 3;
1016        bitsRatio[2] = 2;
1017        bitsRatio[3] = 10;
1018      }
1019      else if ( bpp > 0.05 )
1020      {
1021        bitsRatio[0] = 2;
1022        bitsRatio[1] = 3;
1023        bitsRatio[2] = 2;
1024        bitsRatio[3] = 12;
1025      }
1026      else
1027      {
1028        bitsRatio[0] = 2;
1029        bitsRatio[1] = 3;
1030        bitsRatio[2] = 2;
1031        bitsRatio[3] = 14;
1032      }
1033    }
1034    else if ( GOPSize == 8 && !isLowdelay )
1035    {
1036      if ( bpp > 0.2 )
1037      {
1038        bitsRatio[0] = 15;
1039        bitsRatio[1] = 5;
1040        bitsRatio[2] = 4;
1041        bitsRatio[3] = 1;
1042        bitsRatio[4] = 1;
1043        bitsRatio[5] = 4;
1044        bitsRatio[6] = 1;
1045        bitsRatio[7] = 1;
1046      }
1047      else if ( bpp > 0.1 )
1048      {
1049        bitsRatio[0] = 20;
1050        bitsRatio[1] = 6;
1051        bitsRatio[2] = 4;
1052        bitsRatio[3] = 1;
1053        bitsRatio[4] = 1;
1054        bitsRatio[5] = 4;
1055        bitsRatio[6] = 1;
1056        bitsRatio[7] = 1;
1057      }
1058      else if ( bpp > 0.05 )
1059      {
1060        bitsRatio[0] = 25;
1061        bitsRatio[1] = 7;
1062        bitsRatio[2] = 4;
1063        bitsRatio[3] = 1;
1064        bitsRatio[4] = 1;
1065        bitsRatio[5] = 4;
1066        bitsRatio[6] = 1;
1067        bitsRatio[7] = 1;
1068      }
1069      else
1070      {
1071        bitsRatio[0] = 30;
1072        bitsRatio[1] = 8;
1073        bitsRatio[2] = 4;
1074        bitsRatio[3] = 1;
1075        bitsRatio[4] = 1;
1076        bitsRatio[5] = 4;
1077        bitsRatio[6] = 1;
1078        bitsRatio[7] = 1;
1079      }
1080    }
1081    else
1082    {
1083      printf( "\n hierarchical bit allocation is not support for the specified coding structure currently." );
1084    }
1085  }
1086
1087  Int* GOPID2Level = new int[ GOPSize ];
1088  for ( int i=0; i<GOPSize; i++ )
1089  {
1090    GOPID2Level[i] = 1;
1091    if ( !GOPList[i].m_refPic )
1092    {
1093      GOPID2Level[i] = 2;
1094    }
1095  }
1096  if ( keepHierBits )
1097  {
1098    if ( GOPSize == 4 && isLowdelay )
1099    {
1100      GOPID2Level[0] = 3;
1101      GOPID2Level[1] = 2;
1102      GOPID2Level[2] = 3;
1103      GOPID2Level[3] = 1;
1104    }
1105    else if ( GOPSize == 8 && !isLowdelay )
1106    {
1107      GOPID2Level[0] = 1;
1108      GOPID2Level[1] = 2;
1109      GOPID2Level[2] = 3;
1110      GOPID2Level[3] = 4;
1111      GOPID2Level[4] = 4;
1112      GOPID2Level[5] = 3;
1113      GOPID2Level[6] = 4;
1114      GOPID2Level[7] = 4;
1115    }
1116  }
1117
1118  if ( !isLowdelay && GOPSize == 8 )
1119  {
1120    GOPID2Level[0] = 1;
1121    GOPID2Level[1] = 2;
1122    GOPID2Level[2] = 3;
1123    GOPID2Level[3] = 4;
1124    GOPID2Level[4] = 4;
1125    GOPID2Level[5] = 3;
1126    GOPID2Level[6] = 4;
1127    GOPID2Level[7] = 4;
1128  }
1129
1130  m_encRCSeq = new TEncRCSeq;
1131  m_encRCSeq->create( totalFrames, targetBitrate, frameRate, GOPSize, picWidth, picHeight, LCUWidth, LCUHeight, numberOfLevel, useLCUSeparateModel );
1132  m_encRCSeq->initBitsRatio( bitsRatio );
1133  m_encRCSeq->initGOPID2Level( GOPID2Level );
1134  m_encRCSeq->initPicPara();
1135  if ( useLCUSeparateModel )
1136  {
1137    m_encRCSeq->initLCUPara();
1138  }
1139
1140  delete[] bitsRatio;
1141  delete[] GOPID2Level;
1142}
1143
1144Void TEncRateCtrl::initRCPic( Int frameLevel )
1145{
1146  m_encRCPic = new TEncRCPic;
1147  m_encRCPic->create( m_encRCSeq, m_encRCGOP, frameLevel, m_listRCPictures );
1148}
1149
1150Void TEncRateCtrl::initRCGOP( Int numberOfPictures )
1151{
1152  m_encRCGOP = new TEncRCGOP;
1153  m_encRCGOP->create( m_encRCSeq, numberOfPictures );
1154}
1155
1156Void TEncRateCtrl::destroyRCGOP()
1157{
1158  delete m_encRCGOP;
1159  m_encRCGOP = NULL;
1160}
1161
1162#else
1163
1164#define ADJUSTMENT_FACTOR       0.60
1165#define HIGH_QSTEP_THRESHOLD    9.5238
1166#define HIGH_QSTEP_ALPHA        4.9371
1167#define HIGH_QSTEP_BETA         0.0922
1168#define LOW_QSTEP_ALPHA         16.7429
1169#define LOW_QSTEP_BETA          -1.1494
1170
1171#define MAD_PRED_Y1             1.0
1172#define MAD_PRED_Y2             0.0
1173
1174enum MAD_HISOTRY {
1175  MAD_PPPrevious = 0,
1176  MAD_PPrevious  = 1,
1177  MAD_Previous   = 2
1178};
1179
1180Void    MADLinearModel::initMADLinearModel()
1181{
1182  m_activeOn = false;
1183  m_paramY1  = 1.0;
1184  m_paramY2  = 0.0;
1185  m_costMADs[0] = m_costMADs[1] = m_costMADs[2] = 0.0;
1186}
1187
1188Double  MADLinearModel::getMAD()
1189{
1190  Double costPredMAD = m_paramY1 * m_costMADs[MAD_Previous] + m_paramY2;
1191
1192  if(costPredMAD < 0)
1193  {
1194    costPredMAD = m_costMADs[MAD_Previous];
1195    m_paramY1   = MAD_PRED_Y1;
1196    m_paramY2   = MAD_PRED_Y2;
1197  } 
1198  return costPredMAD;
1199}
1200
1201Void    MADLinearModel::updateMADLiearModel()
1202{
1203  Double dNewY1 = ((m_costMADs[MAD_Previous] - m_costMADs[MAD_PPrevious]) / (m_costMADs[MAD_PPrevious] - m_costMADs[MAD_PPPrevious]));
1204  Double dNewY2 =  (m_costMADs[MAD_Previous] - (dNewY1*m_costMADs[MAD_PPrevious]));
1205 
1206  m_paramY1 = 0.70+0.20*m_paramY1+ 0.10*dNewY1;
1207  m_paramY2 =      0.20*m_paramY2+ 0.10*dNewY2;
1208}
1209
1210Void    MADLinearModel::updateMADHistory(Double dMAD)
1211{
1212  m_costMADs[MAD_PPPrevious] = m_costMADs[MAD_PPrevious];
1213  m_costMADs[MAD_PPrevious ] = m_costMADs[MAD_Previous ];
1214  m_costMADs[MAD_Previous  ] = dMAD;
1215  m_activeOn = (m_costMADs[MAD_Previous  ] && m_costMADs[MAD_PPrevious ] && m_costMADs[MAD_PPPrevious]);
1216}
1217
1218
1219Void    PixelBaseURQQuadraticModel::initPixelBaseQuadraticModel()
1220{
1221  m_paramHighX1 = HIGH_QSTEP_ALPHA;
1222  m_paramHighX2 = HIGH_QSTEP_BETA;
1223  m_paramLowX1  = LOW_QSTEP_ALPHA;
1224  m_paramLowX2  = LOW_QSTEP_BETA;
1225}
1226
1227Int     PixelBaseURQQuadraticModel::getQP(Int qp, Int targetBits, Int numberOfPixels, Double costPredMAD)
1228{
1229  Double qStep;
1230  Double bppPerMAD = (Double)(targetBits/(numberOfPixels*costPredMAD));
1231 
1232  if(xConvertQP2QStep(qp) >= HIGH_QSTEP_THRESHOLD)
1233  {
1234    qStep = 1/( sqrt((bppPerMAD/m_paramHighX1)+((m_paramHighX2*m_paramHighX2)/(4*m_paramHighX1*m_paramHighX1))) - (m_paramHighX2/(2*m_paramHighX1)));
1235  }
1236  else
1237  {
1238    qStep = 1/( sqrt((bppPerMAD/m_paramLowX1)+((m_paramLowX2*m_paramLowX2)/(4*m_paramLowX1*m_paramLowX1))) - (m_paramLowX2/(2*m_paramLowX1)));
1239  }
1240 
1241  return xConvertQStep2QP(qStep);
1242}
1243
1244Void    PixelBaseURQQuadraticModel::updatePixelBasedURQQuadraticModel (Int qp, Int bits, Int numberOfPixels, Double costMAD)
1245{
1246  Double qStep     = xConvertQP2QStep(qp);
1247  Double invqStep = (1/qStep);
1248  Double paramNewX1, paramNewX2;
1249 
1250  if(qStep >= HIGH_QSTEP_THRESHOLD)
1251  {
1252    paramNewX2    = (((bits/(numberOfPixels*costMAD))-(23.3772*invqStep*invqStep))/((1-200*invqStep)*invqStep));
1253    paramNewX1    = (23.3772-200*paramNewX2);
1254    m_paramHighX1 = 0.70*HIGH_QSTEP_ALPHA + 0.20 * m_paramHighX1 + 0.10 * paramNewX1;
1255    m_paramHighX2 = 0.70*HIGH_QSTEP_BETA  + 0.20 * m_paramHighX2 + 0.10 * paramNewX2;
1256  }
1257  else
1258  {
1259    paramNewX2   = (((bits/(numberOfPixels*costMAD))-(5.8091*invqStep*invqStep))/((1-9.5455*invqStep)*invqStep));
1260    paramNewX1   = (5.8091-9.5455*paramNewX2);
1261    m_paramLowX1 = 0.90*LOW_QSTEP_ALPHA + 0.09 * m_paramLowX1 + 0.01 * paramNewX1;
1262    m_paramLowX2 = 0.90*LOW_QSTEP_BETA  + 0.09 * m_paramLowX2 + 0.01 * paramNewX2;
1263  }
1264}
1265
1266Bool    PixelBaseURQQuadraticModel::checkUpdateAvailable(Int qpReference )
1267{ 
1268  Double qStep = xConvertQP2QStep(qpReference);
1269
1270  if (qStep > xConvertQP2QStep(MAX_QP) 
1271    ||qStep < xConvertQP2QStep(MIN_QP) )
1272  {
1273    return false;
1274  }
1275
1276  return true;
1277}
1278
1279Double  PixelBaseURQQuadraticModel::xConvertQP2QStep(Int qp )
1280{
1281  Int i;
1282  Double qStep;
1283  static const Double mapQP2QSTEP[6] = { 0.625, 0.703, 0.797, 0.891, 1.000, 1.125 };
1284
1285  qStep = mapQP2QSTEP[qp % 6];
1286  for( i=0; i<(qp/6); i++)
1287  {
1288    qStep *= 2;
1289  }
1290
1291  return qStep;
1292}
1293
1294Int     PixelBaseURQQuadraticModel::xConvertQStep2QP(Double qStep )
1295{
1296  Int per = 0, rem = 0;
1297
1298  if( qStep < xConvertQP2QStep(MIN_QP))
1299  {
1300    return MIN_QP;
1301  }
1302  else if (qStep > xConvertQP2QStep(MAX_QP) )
1303  {
1304    return MAX_QP;
1305  }
1306
1307  while( qStep > xConvertQP2QStep(5) )
1308  {
1309    qStep /= 2.0;
1310    per++;
1311  }
1312
1313  if (qStep <= 0.625)
1314  {
1315    rem = 0;
1316  }
1317  else if (qStep <= 0.703)
1318  {
1319    rem = 1;
1320  }
1321  else if (qStep <= 0.797)
1322  {
1323    rem = 2;
1324  }
1325  else if (qStep <= 0.891)
1326  {
1327    rem = 3;
1328  }
1329  else if (qStep <= 1.000)
1330  {
1331    rem = 4;
1332  }
1333  else
1334  {
1335    rem = 5;
1336  }
1337  return (per * 6 + rem);
1338}
1339
1340
1341Void  TEncRateCtrl::create(Int sizeIntraPeriod, Int sizeGOP, Int frameRate, Int targetKbps, Int qp, Int numLCUInBasicUnit, Int sourceWidth, Int sourceHeight, Int maxCUWidth, Int maxCUHeight)
1342{
1343  Int leftInHeight, leftInWidth;
1344
1345  m_sourceWidthInLCU         = (sourceWidth  / maxCUWidth  ) + (( sourceWidth  %  maxCUWidth ) ? 1 : 0);
1346  m_sourceHeightInLCU        = (sourceHeight / maxCUHeight) + (( sourceHeight %  maxCUHeight) ? 1 : 0); 
1347  m_isLowdelay               = (sizeIntraPeriod == -1) ? true : false;
1348  m_prevBitrate              = ( targetKbps << 10 );  // in units of 1,024 bps
1349  m_currBitrate              = ( targetKbps << 10 );
1350  m_frameRate                = frameRate;
1351  m_refFrameNum              = m_isLowdelay ? (sizeGOP) : (sizeGOP>>1);
1352  m_nonRefFrameNum           = sizeGOP-m_refFrameNum;
1353  m_sizeGOP                  = sizeGOP;
1354  m_numOfPixels              = ((sourceWidth*sourceHeight*3)>>1);
1355  m_indexGOP                 = 0;
1356  m_indexFrame               = 0;
1357  m_indexLCU                 = 0;
1358  m_indexUnit                = 0;
1359  m_indexRefFrame            = 0;
1360  m_indexNonRefFrame         = 0;
1361  m_occupancyVB              = 0;
1362  m_initialOVB               = 0;
1363  m_targetBufLevel           = 0;
1364  m_initialTBL               = 0;
1365  m_occupancyVBInFrame       = 0;
1366  m_remainingBitsInGOP       = (m_currBitrate*sizeGOP/m_frameRate);
1367  m_remainingBitsInFrame     = 0;
1368  m_numUnitInFrame           = m_sourceWidthInLCU*m_sourceHeightInLCU;
1369  m_cMADLinearModel.        initMADLinearModel();
1370  m_cPixelURQQuadraticModel.initPixelBaseQuadraticModel();
1371
1372  m_costRefAvgWeighting      = 0.0;
1373  m_costNonRefAvgWeighting   = 0.0;
1374  m_costAvgbpp               = 0.0; 
1375  m_activeUnitLevelOn        = false;
1376
1377  m_pcFrameData              = new FrameData   [sizeGOP+1];         initFrameData(qp);
1378  m_pcLCUData                = new LCUData     [m_numUnitInFrame];  initUnitData (qp);
1379
1380  for(Int i = 0, addressUnit = 0; i < m_sourceHeightInLCU*maxCUHeight; i += maxCUHeight) 
1381  {
1382    leftInHeight = sourceHeight - i;
1383    leftInHeight = min(leftInHeight, maxCUHeight);
1384    for(Int j = 0; j < m_sourceWidthInLCU*maxCUWidth; j += maxCUWidth, addressUnit++)
1385    {
1386      leftInWidth = sourceWidth - j;
1387      leftInWidth = min(leftInWidth, maxCUWidth);
1388      m_pcLCUData[addressUnit].m_widthInPixel = leftInWidth;
1389      m_pcLCUData[addressUnit].m_heightInPixel= leftInHeight;
1390      m_pcLCUData[addressUnit].m_pixels       = ((leftInHeight*leftInWidth*3)>>1);
1391    }
1392  }
1393}
1394
1395Void  TEncRateCtrl::destroy()
1396{
1397  if(m_pcFrameData)
1398  {
1399    delete [] m_pcFrameData;
1400    m_pcFrameData = NULL;
1401  }
1402  if(m_pcLCUData)
1403  {
1404    delete [] m_pcLCUData;
1405    m_pcLCUData = NULL;
1406  }
1407}
1408
1409Void  TEncRateCtrl::initFrameData   (Int qp)
1410{
1411  for(Int i = 0 ; i <= m_sizeGOP; i++)
1412  {
1413    m_pcFrameData[i].m_isReferenced = false;
1414    m_pcFrameData[i].m_costMAD      = 0.0;
1415    m_pcFrameData[i].m_bits         = 0;
1416    m_pcFrameData[i].m_qp           = qp;
1417  }
1418}
1419
1420Void  TEncRateCtrl::initUnitData    (Int qp)
1421{
1422  for(Int i = 1 ; i < m_numUnitInFrame; i++)
1423  {
1424    m_pcLCUData[i].m_qp            = qp;
1425    m_pcLCUData[i].m_bits          = 0;
1426    m_pcLCUData[i].m_pixels        = 0;
1427    m_pcLCUData[i].m_widthInPixel  = 0;
1428    m_pcLCUData[i].m_heightInPixel = 0;
1429    m_pcLCUData[i].m_costMAD       = 0.0;
1430  }
1431}
1432
1433Int  TEncRateCtrl::getFrameQP(Bool isReferenced, Int POC)
1434{
1435  Int numofReferenced = 0;
1436  Int finalQP = 0;
1437  FrameData* pcFrameData;
1438
1439  m_indexPOCInGOP = (POC%m_sizeGOP) == 0 ? m_sizeGOP : (POC%m_sizeGOP);
1440  pcFrameData     = &m_pcFrameData[m_indexPOCInGOP];
1441   
1442  if(m_indexFrame != 0)
1443  {
1444    if(isReferenced)
1445    {
1446      Double gamma = m_isLowdelay ? 0.5 : 0.25;
1447      Double beta  = m_isLowdelay ? 0.9 : 0.6;
1448      Int    numRemainingRefFrames  = m_refFrameNum    - m_indexRefFrame;
1449      Int    numRemainingNRefFrames = m_nonRefFrameNum - m_indexNonRefFrame;
1450     
1451      Double targetBitsOccupancy  = (m_currBitrate/(Double)m_frameRate) + gamma*(m_targetBufLevel-m_occupancyVB - (m_initialOVB/(Double)m_frameRate));
1452      Double targetBitsLeftBudget = ((m_costRefAvgWeighting*m_remainingBitsInGOP)/((m_costRefAvgWeighting*numRemainingRefFrames)+(m_costNonRefAvgWeighting*numRemainingNRefFrames)));
1453
1454      m_targetBits = (Int)(beta * targetBitsLeftBudget + (1-beta) * targetBitsOccupancy);
1455 
1456      if(m_targetBits <= 0 || m_remainingBitsInGOP <= 0)
1457      {
1458        finalQP = m_pcFrameData[m_indexPrevPOCInGOP].m_qp + 2;
1459      }
1460      else
1461      {
1462        Double costPredMAD   = m_cMADLinearModel.getMAD();
1463        Int    qpLowerBound = m_pcFrameData[m_indexPrevPOCInGOP].m_qp-2;
1464        Int    qpUpperBound = m_pcFrameData[m_indexPrevPOCInGOP].m_qp+2;
1465        finalQP = m_cPixelURQQuadraticModel.getQP(m_pcFrameData[m_indexPrevPOCInGOP].m_qp, m_targetBits, m_numOfPixels, costPredMAD);
1466        finalQP = max(qpLowerBound, min(qpUpperBound, finalQP));
1467        m_activeUnitLevelOn    = true;
1468        m_remainingBitsInFrame = m_targetBits;
1469        m_costAvgbpp           = (m_targetBits/(Double)m_numOfPixels);
1470      }
1471
1472      m_indexRefFrame++;
1473    }
1474    else
1475    {
1476      Int bwdQP = m_pcFrameData[m_indexPOCInGOP-1].m_qp;
1477      Int fwdQP = m_pcFrameData[m_indexPOCInGOP+1].m_qp;
1478       
1479      if( (fwdQP+bwdQP) == m_pcFrameData[m_indexPOCInGOP-1].m_qp
1480        ||(fwdQP+bwdQP) == m_pcFrameData[m_indexPOCInGOP+1].m_qp)
1481      {
1482        finalQP = (fwdQP+bwdQP);
1483      }
1484      else if(bwdQP != fwdQP)
1485      {
1486        finalQP = ((bwdQP+fwdQP+2)>>1);
1487      }
1488      else
1489      {
1490        finalQP = bwdQP+2;
1491      }
1492      m_indexNonRefFrame++;
1493    }
1494  }
1495  else
1496  {
1497    Int lastQPminus2 = m_pcFrameData[0].m_qp - 2;
1498    Int lastQPplus2  = m_pcFrameData[0].m_qp + 2;
1499
1500    for(Int idx = 1; idx <= m_sizeGOP; idx++)
1501    {
1502      if(m_pcFrameData[idx].m_isReferenced)
1503      {
1504        finalQP += m_pcFrameData[idx].m_qp;
1505        numofReferenced++;
1506      }
1507    }
1508   
1509    finalQP = (numofReferenced == 0) ? m_pcFrameData[0].m_qp : ((finalQP + (1<<(numofReferenced>>1)))/numofReferenced);
1510    finalQP = max( lastQPminus2, min( lastQPplus2, finalQP));
1511
1512    Double costAvgFrameBits = m_remainingBitsInGOP/(Double)m_sizeGOP;
1513    Int    bufLevel  = m_occupancyVB + m_initialOVB;
1514
1515    if(abs(bufLevel) > costAvgFrameBits)
1516    {
1517      if(bufLevel < 0)
1518      {
1519        finalQP -= 2;
1520      }
1521      else
1522      {
1523        finalQP += 2;
1524      }
1525    }
1526    m_indexRefFrame++;
1527  }
1528  finalQP = max(MIN_QP, min(MAX_QP, finalQP));
1529
1530  for(Int indexLCU = 0 ; indexLCU < m_numUnitInFrame; indexLCU++)
1531  {
1532    m_pcLCUData[indexLCU].m_qp = finalQP;
1533  }
1534
1535  pcFrameData->m_isReferenced = isReferenced;
1536  pcFrameData->m_qp           = finalQP;
1537
1538  return finalQP;
1539}
1540
1541Bool  TEncRateCtrl::calculateUnitQP ()
1542{
1543  if(!m_activeUnitLevelOn || m_indexLCU == 0)
1544  {
1545    return false;
1546  }
1547  Int upperQPBound, lowerQPBound, finalQP;
1548  Int    colQP        = m_pcLCUData[m_indexLCU].m_qp;
1549  Double colMAD       = m_pcLCUData[m_indexLCU].m_costMAD;
1550  Double budgetInUnit = m_pcLCUData[m_indexLCU].m_pixels*m_costAvgbpp;
1551
1552
1553  Int targetBitsOccupancy = (Int)(budgetInUnit - (m_occupancyVBInFrame/(m_numUnitInFrame-m_indexUnit)));
1554  Int targetBitsLeftBudget= (Int)((m_remainingBitsInFrame*m_pcLCUData[m_indexLCU].m_pixels)/(Double)(m_numOfPixels-m_codedPixels));
1555  Int targetBits = (targetBitsLeftBudget>>1) + (targetBitsOccupancy>>1);
1556 
1557
1558  if( m_indexLCU >= m_sourceWidthInLCU)
1559  {
1560    upperQPBound = ( (m_pcLCUData[m_indexLCU-1].m_qp + m_pcLCUData[m_indexLCU - m_sourceWidthInLCU].m_qp)>>1) + MAX_DELTA_QP;
1561    lowerQPBound = ( (m_pcLCUData[m_indexLCU-1].m_qp + m_pcLCUData[m_indexLCU - m_sourceWidthInLCU].m_qp)>>1) - MAX_DELTA_QP;
1562  }
1563  else
1564  {
1565    upperQPBound = m_pcLCUData[m_indexLCU-1].m_qp + MAX_DELTA_QP;
1566    lowerQPBound = m_pcLCUData[m_indexLCU-1].m_qp - MAX_DELTA_QP;
1567  }
1568
1569  if(targetBits < 0)
1570  {
1571    finalQP = m_pcLCUData[m_indexLCU-1].m_qp + 1;
1572  }
1573  else
1574  {
1575    finalQP = m_cPixelURQQuadraticModel.getQP(colQP, targetBits, m_pcLCUData[m_indexLCU].m_pixels, colMAD);
1576  }
1577 
1578  finalQP = max(lowerQPBound, min(upperQPBound, finalQP));
1579  m_pcLCUData[m_indexLCU].m_qp = max(MIN_QP, min(MAX_QP, finalQP));
1580 
1581  return true;
1582}
1583
1584Void  TEncRateCtrl::updateRCGOPStatus()
1585{
1586  m_remainingBitsInGOP = ((m_currBitrate/m_frameRate)*m_sizeGOP) - m_occupancyVB;
1587 
1588  FrameData cFrameData = m_pcFrameData[m_sizeGOP];
1589  initFrameData();
1590
1591  m_pcFrameData[0]   = cFrameData;
1592  m_indexGOP++;
1593  m_indexFrame       = 0;
1594  m_indexRefFrame    = 0;
1595  m_indexNonRefFrame = 0;
1596}
1597
1598Void  TEncRateCtrl::updataRCFrameStatus(Int frameBits, SliceType eSliceType)
1599{
1600  FrameData* pcFrameData = &m_pcFrameData[m_indexPOCInGOP];
1601  Int occupancyBits;
1602  Double adjustmentBits;
1603
1604  m_remainingBitsInGOP = m_remainingBitsInGOP + ( ((m_currBitrate-m_prevBitrate)/m_frameRate)*(m_sizeGOP-m_indexFrame) ) - frameBits;
1605  occupancyBits        = (Int)((Double)frameBits - (m_currBitrate/(Double)m_frameRate));
1606 
1607  if( (occupancyBits < 0) && (m_initialOVB > 0) )
1608  {
1609    adjustmentBits = xAdjustmentBits(occupancyBits, m_initialOVB );
1610
1611    if(m_initialOVB < 0)
1612    {
1613      adjustmentBits = m_initialOVB;
1614      occupancyBits += (Int)adjustmentBits;
1615      m_initialOVB   =  0;
1616    }
1617  }
1618  else if( (occupancyBits > 0) && (m_initialOVB < 0) )
1619  {
1620    adjustmentBits = xAdjustmentBits(m_initialOVB, occupancyBits );
1621   
1622    if(occupancyBits < 0)
1623    {
1624      adjustmentBits = occupancyBits;
1625      m_initialOVB  += (Int)adjustmentBits;
1626      occupancyBits  =  0;
1627    }
1628  }
1629
1630  if(m_indexGOP == 0)
1631  {
1632    m_initialOVB = occupancyBits;
1633  }
1634  else
1635  {
1636    m_occupancyVB= m_occupancyVB + occupancyBits;
1637  }
1638
1639  if(pcFrameData->m_isReferenced)
1640  {
1641    m_costRefAvgWeighting  = ((pcFrameData->m_bits*pcFrameData->m_qp)/8.0) + (7.0*(m_costRefAvgWeighting)/8.0);
1642
1643    if(m_indexFrame == 0)
1644    {
1645      m_initialTBL = m_targetBufLevel  = (frameBits - (m_currBitrate/m_frameRate));
1646    }
1647    else
1648    {
1649      Int distance = (m_costNonRefAvgWeighting == 0) ? 0 : 1;
1650      m_targetBufLevel =  m_targetBufLevel
1651                            - (m_initialTBL/(m_refFrameNum-1)) 
1652                            + (Int)((m_costRefAvgWeighting*(distance+1)*m_currBitrate)/(m_frameRate*(m_costRefAvgWeighting+(m_costNonRefAvgWeighting*distance)))) 
1653                            - (m_currBitrate/m_frameRate);
1654    }
1655
1656    if(m_cMADLinearModel.IsUpdateAvailable())
1657    {
1658      m_cMADLinearModel.updateMADLiearModel();
1659    }
1660
1661    if(eSliceType != I_SLICE &&
1662       m_cPixelURQQuadraticModel.checkUpdateAvailable(pcFrameData->m_qp))
1663    {
1664      m_cPixelURQQuadraticModel.updatePixelBasedURQQuadraticModel(pcFrameData->m_qp, pcFrameData->m_bits, m_numOfPixels, pcFrameData->m_costMAD);
1665    }
1666  }
1667  else
1668  {
1669    m_costNonRefAvgWeighting = ((pcFrameData->m_bits*pcFrameData->m_qp)/8.0) + (7.0*(m_costNonRefAvgWeighting)/8.0);
1670  }
1671
1672  m_indexFrame++;
1673  m_indexLCU             = 0;
1674  m_indexUnit            = 0;
1675  m_occupancyVBInFrame   = 0;
1676  m_remainingBitsInFrame = 0;
1677  m_codedPixels          = 0;
1678  m_activeUnitLevelOn    = false;
1679  m_costAvgbpp           = 0.0;
1680}
1681Void  TEncRateCtrl::updataRCUnitStatus ()
1682{
1683  if(!m_activeUnitLevelOn || m_indexLCU == 0)
1684  {
1685    return;
1686  }
1687
1688  m_codedPixels  += m_pcLCUData[m_indexLCU-1].m_pixels;
1689  m_remainingBitsInFrame = m_remainingBitsInFrame - m_pcLCUData[m_indexLCU-1].m_bits;
1690  m_occupancyVBInFrame   = (Int)(m_occupancyVBInFrame + m_pcLCUData[m_indexLCU-1].m_bits - m_pcLCUData[m_indexLCU-1].m_pixels*m_costAvgbpp);
1691
1692  if( m_cPixelURQQuadraticModel.checkUpdateAvailable(m_pcLCUData[m_indexLCU-1].m_qp) )
1693  {
1694    m_cPixelURQQuadraticModel.updatePixelBasedURQQuadraticModel(m_pcLCUData[m_indexLCU-1].m_qp, m_pcLCUData[m_indexLCU-1].m_bits, m_pcLCUData[m_indexLCU-1].m_pixels, m_pcLCUData[m_indexLCU-1].m_costMAD);
1695  }
1696
1697  m_indexUnit++;
1698}
1699
1700Void  TEncRateCtrl::updateFrameData(UInt64 actualFrameBits)
1701{
1702  Double costMAD = 0.0;
1703 
1704  for(Int i = 0; i < m_numUnitInFrame; i++)
1705  {
1706    costMAD    += m_pcLCUData[i].m_costMAD;
1707  }
1708 
1709  m_pcFrameData[m_indexPOCInGOP].m_costMAD = (costMAD/(Double)m_numUnitInFrame);
1710  m_pcFrameData[m_indexPOCInGOP].m_bits    = (Int)actualFrameBits;
1711 
1712  if(m_pcFrameData[m_indexPOCInGOP].m_isReferenced)
1713  {
1714    m_indexPrevPOCInGOP = m_indexPOCInGOP;
1715    m_cMADLinearModel.updateMADHistory(m_pcFrameData[m_indexPOCInGOP].m_costMAD);
1716  }
1717}
1718
1719Void  TEncRateCtrl::updateLCUData(TComDataCU* pcCU, UInt64 actualLCUBits, Int qp)
1720{
1721  Int     x, y;
1722  Double  costMAD = 0.0;
1723
1724  Pel*  pOrg   = pcCU->getPic()->getPicYuvOrg()->getLumaAddr(pcCU->getAddr(), 0);
1725  Pel*  pRec   = pcCU->getPic()->getPicYuvRec()->getLumaAddr(pcCU->getAddr(), 0);
1726  Int   stride = pcCU->getPic()->getStride();
1727
1728  Int   width  = m_pcLCUData[m_indexLCU].m_widthInPixel;
1729  Int   height = m_pcLCUData[m_indexLCU].m_heightInPixel;
1730
1731  for( y = 0; y < height; y++ )
1732  {
1733    for( x = 0; x < width; x++ )
1734    {
1735      costMAD += abs( pOrg[x] - pRec[x] );
1736    }
1737    pOrg += stride;
1738    pRec += stride;
1739  }
1740  m_pcLCUData[m_indexLCU  ].m_qp      = qp;
1741  m_pcLCUData[m_indexLCU  ].m_costMAD = (costMAD /(Double)(width*height));
1742  m_pcLCUData[m_indexLCU++].m_bits    = (Int)actualLCUBits;
1743}
1744
1745Double TEncRateCtrl::xAdjustmentBits(Int& reductionBits, Int& compensationBits)
1746{
1747  Double adjustment  = ADJUSTMENT_FACTOR*reductionBits;
1748  reductionBits     -= (Int)adjustment;
1749  compensationBits  += (Int)adjustment;
1750
1751  return adjustment;
1752}
1753
1754#endif
1755
Note: See TracBrowser for help on using the repository browser.