source: SHVCSoftware/branches/SHM-5.0-dev/source/Lib/TLibEncoder/TEncRateCtrl.h @ 558

Last change on this file since 558 was 540, checked in by seregin, 11 years ago

merge SHM-4.1-dev branch
  • Property svn:eol-style set to native
File size: 12.8 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.h
35    \brief    Rate control manager class
36*/
37
38#ifndef _HM_TENCRATECTRL_H_
39#define _HM_TENCRATECTRL_H_
40
41#if _MSC_VER > 1000
42#pragma once
43#endif // _MSC_VER > 1000
44
45
46#include "../TLibCommon/CommonDef.h"
47#include "../TLibCommon/TComDataCU.h"
48
49#include <vector>
50#include <algorithm>
51
52using namespace std;
53
54//! \ingroup TLibEncoder
55//! \{
56
57#include "../TLibEncoder/TEncCfg.h"
58#include <list>
59#include <cassert>
60
61const Int g_RCInvalidQPValue = -999;
62const Int g_RCSmoothWindowSize = 40;
63const Int g_RCMaxPicListSize = 32;
64const Double g_RCWeightPicTargetBitInGOP    = 0.9;
65const Double g_RCWeightPicRargetBitInBuffer = 1.0 - g_RCWeightPicTargetBitInGOP;
66const Int g_RCIterationNum = 20;
67const Double g_RCWeightHistoryLambda = 0.5;
68const Double g_RCWeightCurrentLambda = 1.0 - g_RCWeightHistoryLambda;
69const Int g_RCLCUSmoothWindowSize = 4;
70const Double g_RCAlphaMinValue = 0.05;
71const Double g_RCAlphaMaxValue = 500.0;
72const Double g_RCBetaMinValue  = -3.0;
73const Double g_RCBetaMaxValue  = -0.1;
74
75#define ALPHA     6.7542;
76#define BETA1     1.2517
77#define BETA2     1.7860
78
79struct TRCLCU
80{
81  Int m_actualBits;
82  Int m_QP;     // QP of skip mode is set to g_RCInvalidQPValue
83  Int m_targetBits;
84  Double m_lambda;
85  Double m_bitWeight;
86  Int m_numberOfPixel;
87  Double m_costIntra;
88  Int m_targetBitsLeft;
89};
90
91struct TRCParameter
92{
93  Double m_alpha;
94  Double m_beta;
95};
96
97class TEncRCSeq
98{
99public:
100  TEncRCSeq();
101  ~TEncRCSeq();
102
103public:
104  Void create( Int totalFrames, Int targetBitrate, Int frameRate, Int GOPSize, Int picWidth, Int picHeight, Int LCUWidth, Int LCUHeight, Int numberOfLevel, Bool useLCUSeparateModel, Int adaptiveBit );
105  Void destroy();
106  Void initBitsRatio( Int bitsRatio[] );
107  Void initGOPID2Level( Int GOPID2Level[] );
108  Void initPicPara( TRCParameter* picPara  = NULL );    // NULL to initial with default value
109  Void initLCUPara( TRCParameter** LCUPara = NULL );    // NULL to initial with default value
110  Void updateAfterPic ( Int bits );
111  Void setAllBitRatio( Double basicLambda, Double* equaCoeffA, Double* equaCoeffB );
112
113public:
114  Int  getTotalFrames()                 { return m_totalFrames; }
115  Int  getTargetRate()                  { return m_targetRate; }
116  Int  getFrameRate()                   { return m_frameRate; }
117  Int  getGOPSize()                     { return m_GOPSize; }
118  Int  getPicWidth()                    { return m_picWidth; }
119  Int  getPicHeight()                   { return m_picHeight; } 
120  Int  getLCUWidth()                    { return m_LCUWidth; }
121  Int  getLCUHeight()                   { return m_LCUHeight; }
122  Int  getNumberOfLevel()               { return m_numberOfLevel; }
123  Int  getAverageBits()                 { return m_averageBits; }
124  Int  getLeftAverageBits()             { assert( m_framesLeft > 0 ); return (Int)(m_bitsLeft / m_framesLeft); }
125  Bool getUseLCUSeparateModel()         { return m_useLCUSeparateModel; }
126
127  Int  getNumPixel()                    { return m_numberOfPixel; }
128  Int64  getTargetBits()                { return m_targetBits; }
129  Int  getNumberOfLCU()                 { return m_numberOfLCU; }
130  Int* getBitRatio()                    { return m_bitsRatio; }
131  Int  getBitRatio( Int idx )           { assert( idx<m_GOPSize); return m_bitsRatio[idx]; }
132  Int* getGOPID2Level()                 { return m_GOPID2Level; }
133  Int  getGOPID2Level( Int ID )         { assert( ID < m_GOPSize ); return m_GOPID2Level[ID]; }
134  TRCParameter*  getPicPara()                                   { return m_picPara; }
135  TRCParameter   getPicPara( Int level )                        { assert( level < m_numberOfLevel ); return m_picPara[level]; }
136  Void           setPicPara( Int level, TRCParameter para )     { assert( level < m_numberOfLevel ); m_picPara[level] = para; }
137  TRCParameter** getLCUPara()                                   { return m_LCUPara; }
138  TRCParameter*  getLCUPara( Int level )                        { assert( level < m_numberOfLevel ); return m_LCUPara[level]; }
139  TRCParameter   getLCUPara( Int level, Int LCUIdx )            { assert( LCUIdx  < m_numberOfLCU ); return getLCUPara(level)[LCUIdx]; }
140  Void           setLCUPara( Int level, Int LCUIdx, TRCParameter para ) { assert( level < m_numberOfLevel ); assert( LCUIdx  < m_numberOfLCU ); m_LCUPara[level][LCUIdx] = para; }
141
142  Int  getFramesLeft()                  { return m_framesLeft; }
143  Int64  getBitsLeft()                  { return m_bitsLeft; }
144
145  Double getSeqBpp()                    { return m_seqTargetBpp; }
146  Double getAlphaUpdate()               { return m_alphaUpdate; }
147  Double getBetaUpdate()                { return m_betaUpdate; }
148
149  Int    getAdaptiveBits()              { return m_adaptiveBit;  }
150  Double getLastLambda()                { return m_lastLambda;   }
151  Void   setLastLambda( Double lamdba ) { m_lastLambda = lamdba; }
152
153private:
154  Int m_totalFrames;
155  Int m_targetRate;
156  Int m_frameRate; 
157  Int m_GOPSize;
158  Int m_picWidth;
159  Int m_picHeight;
160  Int m_LCUWidth;
161  Int m_LCUHeight;
162  Int m_numberOfLevel;
163  Int m_averageBits;
164
165  Int m_numberOfPixel;
166  Int64 m_targetBits;
167  Int m_numberOfLCU;
168  Int* m_bitsRatio;
169  Int* m_GOPID2Level;
170  TRCParameter*  m_picPara;
171  TRCParameter** m_LCUPara;
172
173  Int m_framesLeft;
174  Int64 m_bitsLeft;
175  Double m_seqTargetBpp;
176  Double m_alphaUpdate;
177  Double m_betaUpdate;
178  Bool m_useLCUSeparateModel;
179
180  Int m_adaptiveBit;
181  Double m_lastLambda;
182};
183
184class TEncRCGOP
185{
186public:
187  TEncRCGOP();
188  ~TEncRCGOP();
189
190public:
191  Void create( TEncRCSeq* encRCSeq, Int numPic );
192  Void destroy();
193  Void updateAfterPicture( Int bitsCost );
194
195private:
196  Int  xEstGOPTargetBits( TEncRCSeq* encRCSeq, Int GOPSize );
197  Void   xCalEquaCoeff( TEncRCSeq* encRCSeq, Double* lambdaRatio, Double* equaCoeffA, Double* equaCoeffB, Int GOPSize );
198  Double xSolveEqua( Double targetBpp, Double* equaCoeffA, Double* equaCoeffB, Int GOPSize );
199
200public:
201  TEncRCSeq* getEncRCSeq()        { return m_encRCSeq; }
202  Int  getNumPic()                { return m_numPic;}
203  Int  getTargetBits()            { return m_targetBits; }
204  Int  getPicLeft()               { return m_picLeft; }
205  Int  getBitsLeft()              { return m_bitsLeft; }
206  Int  getTargetBitInGOP( Int i ) { return m_picTargetBitInGOP[i]; }
207
208private:
209  TEncRCSeq* m_encRCSeq;
210  Int* m_picTargetBitInGOP;
211  Int m_numPic;
212  Int m_targetBits;
213  Int m_picLeft;
214  Int m_bitsLeft;
215};
216
217class TEncRCPic
218{
219public:
220  TEncRCPic();
221  ~TEncRCPic();
222
223public:
224  Void create( TEncRCSeq* encRCSeq, TEncRCGOP* encRCGOP, Int frameLevel, list<TEncRCPic*>& listPreviousPictures );
225  Void destroy();
226
227  Int    estimatePicQP    ( Double lambda, list<TEncRCPic*>& listPreviousPictures );
228  Int    getRefineBitsForIntra(Int orgBits);
229  Double calculateLambdaIntra(double alpha, double beta, double MADPerPixel, double bitsPerPixel);
230  Double estimatePicLambda( list<TEncRCPic*>& listPreviousPictures, SliceType eSliceType);
231
232  Void   updateAlphaBetaIntra(double *alpha, double *beta);
233
234  Double getLCUTargetBpp(SliceType eSliceType);
235  Double getLCUEstLambdaAndQP(Double bpp, Int clipPicQP, Int *estQP);
236  Double getLCUEstLambda( Double bpp );
237  Int    getLCUEstQP( Double lambda, Int clipPicQP );
238
239  Void updateAfterLCU( Int LCUIdx, Int bits, Int QP, Double lambda, Bool updateLCUParameter = true );
240  Void updateAfterPicture( Int actualHeaderBits, Int actualTotalBits, Double averageQP, Double averageLambda, SliceType eSliceType);
241
242  Void addToPictureLsit( list<TEncRCPic*>& listPreviousPictures );
243  Double calAverageQP();
244  Double calAverageLambda();
245
246private:
247  Int xEstPicTargetBits( TEncRCSeq* encRCSeq, TEncRCGOP* encRCGOP );
248  Int xEstPicHeaderBits( list<TEncRCPic*>& listPreviousPictures, Int frameLevel );
249
250public:
251  TEncRCSeq*      getRCSequence()                         { return m_encRCSeq; }
252  TEncRCGOP*      getRCGOP()                              { return m_encRCGOP; }
253
254  Int  getFrameLevel()                                    { return m_frameLevel; }
255  Int  getNumberOfPixel()                                 { return m_numberOfPixel; }
256  Int  getNumberOfLCU()                                   { return m_numberOfLCU; }
257  Int  getTargetBits()                                    { return m_targetBits; }
258  Int  getEstHeaderBits()                                 { return m_estHeaderBits; }
259  Int  getLCULeft()                                       { return m_LCULeft; }
260  Int  getBitsLeft()                                      { return m_bitsLeft; }
261  Int  getPixelsLeft()                                    { return m_pixelsLeft; }
262  Int  getBitsCoded()                                     { return m_targetBits - m_estHeaderBits - m_bitsLeft; }
263  Int  getLCUCoded()                                      { return m_numberOfLCU - m_LCULeft; }
264  TRCLCU* getLCU()                                        { return m_LCUs; }
265  TRCLCU& getLCU( Int LCUIdx )                            { return m_LCUs[LCUIdx]; }
266  Int  getPicActualHeaderBits()                           { return m_picActualHeaderBits; }
267  Void setTargetBits( Int bits )                          { m_targetBits = bits; m_bitsLeft = bits;}
268  Void setTotalIntraCost(Double cost)                     { m_totalCostIntra = cost; }
269  Void getLCUInitTargetBits();
270
271  Int  getPicActualBits()                                 { return m_picActualBits; }
272  Int  getPicActualQP()                                   { return m_picQP; }
273  Double getPicActualLambda()                             { return m_picLambda; }
274  Int  getPicEstQP()                                      { return m_estPicQP; }
275  Void setPicEstQP( Int QP )                              { m_estPicQP = QP; }
276  Double getPicEstLambda()                                { return m_estPicLambda; }
277  Void setPicEstLambda( Double lambda )                   { m_picLambda = lambda; }
278
279private:
280  TEncRCSeq* m_encRCSeq;
281  TEncRCGOP* m_encRCGOP;
282
283  Int m_frameLevel;
284  Int m_numberOfPixel;
285  Int m_numberOfLCU;
286  Int m_targetBits;
287  Int m_estHeaderBits;
288  Int m_estPicQP;
289  Double m_estPicLambda;
290
291  Int m_LCULeft;
292  Int m_bitsLeft;
293  Int m_pixelsLeft;
294
295  TRCLCU* m_LCUs;
296  Int m_picActualHeaderBits;    // only SH and potential APS
297  Double m_totalCostIntra; 
298  Double m_remainingCostIntra;
299  Int m_picActualBits;          // the whole picture, including header
300  Int m_picQP;                  // in integer form
301  Double m_picLambda;
302};
303
304class TEncRateCtrl
305{
306public:
307  TEncRateCtrl();
308  ~TEncRateCtrl();
309
310public:
311  Void init( Int totalFrames, Int targetBitrate, Int frameRate, Int GOPSize, Int picWidth, Int picHeight, Int LCUWidth, Int LCUHeight, Int keepHierBits, Bool useLCUSeparateModel, GOPEntry GOPList[MAX_GOP] );
312  Void destroy();
313  Void initRCPic( Int frameLevel );
314  Void initRCGOP( Int numberOfPictures );
315  Void destroyRCGOP();
316
317public:
318  Void       setRCQP ( Int QP ) { m_RCQP = QP;   }
319  Int        getRCQP ()         { return m_RCQP; }
320  TEncRCSeq* getRCSeq()          { assert ( m_encRCSeq != NULL ); return m_encRCSeq; }
321  TEncRCGOP* getRCGOP()          { assert ( m_encRCGOP != NULL ); return m_encRCGOP; }
322  TEncRCPic* getRCPic()          { assert ( m_encRCPic != NULL ); return m_encRCPic; }
323  list<TEncRCPic*>& getPicList() { return m_listRCPictures; }
324
325private:
326  TEncRCSeq* m_encRCSeq;
327  TEncRCGOP* m_encRCGOP;
328  TEncRCPic* m_encRCPic;
329  list<TEncRCPic*> m_listRCPictures;
330  Int        m_RCQP;
331};
332
333#endif
334
335
Note: See TracBrowser for help on using the repository browser.