source: SHVCSoftware/branches/SHM-dev/source/Lib/TLibCommon/TComCodingStatistics.h @ 1162

Last change on this file since 1162 was 1029, checked in by seregin, 10 years ago

merge with SHM-upgrade branch
File size: 16.8 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) 2010-2014, 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#ifndef __TCOMCODINGSTATISTICS__
35#define __TCOMCODINGSTATISTICS__
36
37#include "TypeDef.h"
38#include <stdio.h>
39#include <string>
40#include <map>
41#include <math.h>
42#include "TComChromaFormat.h"
43
44static const Int64 TCOMCODINGSTATISTICS_ENTROPYSCALE=32768;
45
46
47enum TComCodingStatisticsType
48{
49  STATS__NAL_UNIT_TOTAL_BODY,// This is a special case and is not included in the total sums.
50  STATS__NAL_UNIT_PACKING,
51  STATS__EMULATION_PREVENTION_3_BYTES,
52  STATS__NAL_UNIT_HEADER_BITS,
53  STATS__CABAC_INITIALISATION,
54  STATS__CABAC_BITS__TQ_BYPASS_FLAG,
55  STATS__CABAC_BITS__SKIP_FLAG,
56  STATS__CABAC_BITS__MERGE_FLAG,
57  STATS__CABAC_BITS__MERGE_INDEX,
58  STATS__CABAC_BITS__MVP_IDX,
59  STATS__CABAC_BITS__SPLIT_FLAG,
60  STATS__CABAC_BITS__PART_SIZE,
61  STATS__CABAC_BITS__PRED_MODE,
62  STATS__CABAC_BITS__INTRA_DIR_ANG,
63  STATS__CABAC_BITS__INTER_DIR,
64  STATS__CABAC_BITS__REF_FRM_IDX,
65  STATS__CABAC_BITS__MVD,
66  STATS__CABAC_BITS__MVD_EP,
67  STATS__CABAC_BITS__TRANSFORM_SUBDIV_FLAG,
68  STATS__CABAC_BITS__QT_ROOT_CBF,
69  STATS__CABAC_BITS__DELTA_QP_EP,
70  STATS__CABAC_BITS__CHROMA_QP_ADJUSTMENT,
71  STATS__CABAC_BITS__QT_CBF,
72  STATS__CABAC_BITS__CROSS_COMPONENT_PREDICTION,
73  STATS__CABAC_BITS__TRANSFORM_SKIP_FLAGS,
74
75  STATS__CABAC_BITS__LAST_SIG_X_Y,
76  STATS__CABAC_BITS__SIG_COEFF_GROUP_FLAG,
77  STATS__CABAC_BITS__SIG_COEFF_MAP_FLAG,
78  STATS__CABAC_BITS__GT1_FLAG,
79  STATS__CABAC_BITS__GT2_FLAG,
80  STATS__CABAC_BITS__SIGN_BIT,
81  STATS__CABAC_BITS__ESCAPE_BITS,
82
83  STATS__CABAC_BITS__SAO,
84  STATS__CABAC_TRM_BITS,
85  STATS__CABAC_FIXED_BITS,
86  STATS__CABAC_PCM_ALIGN_BITS,
87  STATS__CABAC_PCM_CODE_BITS,
88  STATS__BYTE_ALIGNMENT_BITS,
89  STATS__TRAILING_BITS,
90  STATS__EXPLICIT_RDPCM_BITS,
91  STATS__CABAC_EP_BIT_ALIGNMENT,
92  STATS__CABAC_BITS__ALIGNED_SIGN_BIT,
93  STATS__CABAC_BITS__ALIGNED_ESCAPE_BITS,
94  STATS__NUM_STATS
95};
96
97static inline const Char* getName(TComCodingStatisticsType name)
98{
99  static const Char *statNames[]=
100  {
101    "NAL_UNIT_TOTAL_BODY", // This is a special case and is not included in the total sums.
102    "NAL_UNIT_PACKING",
103    "EMULATION_PREVENTION_3_BYTES",
104    "NAL_UNIT_HEADER_BITS",
105    "CABAC_INITIALISATION-and-rounding",
106    "CABAC_BITS__TQ_BYPASS_FLAG",
107    "CABAC_BITS__SKIP_FLAG",
108    "CABAC_BITS__MERGE_FLAG",
109    "CABAC_BITS__MERGE_INDEX",
110    "CABAC_BITS__MVP_IDX",
111    "CABAC_BITS__SPLIT_FLAG",
112    "CABAC_BITS__PART_SIZE",
113    "CABAC_BITS__PRED_MODE",
114    "CABAC_BITS__INTRA_DIR_ANG",
115    "CABAC_BITS__INTER_DIR",
116    "CABAC_BITS__REF_FRM_IDX",
117    "CABAC_BITS__MVD",
118    "CABAC_BITS__MVD_EP",
119    "CABAC_BITS__TRANSFORM_SUBDIV_FLAG",
120    "CABAC_BITS__QT_ROOT_CBF",
121    "CABAC_BITS__DELTA_QP_EP",
122    "CABAC_BITS__CHROMA_QP_ADJUSTMENT",
123    "CABAC_BITS__QT_CBF",
124    "CABAC_BITS__CROSS_COMPONENT_PREDICTION",
125    "CABAC_BITS__TRANSFORM_SKIP_FLAGS",
126    "CABAC_BITS__LAST_SIG_X_Y",
127    "CABAC_BITS__SIG_COEFF_GROUP_FLAG",
128    "CABAC_BITS__SIG_COEFF_MAP_FLAG",
129    "CABAC_BITS__GT1_FLAG",
130    "CABAC_BITS__GT2_FLAG",
131    "CABAC_BITS__SIGN_BIT",
132    "CABAC_BITS__ESCAPE_BITS",
133    "CABAC_BITS__SAO",
134    "CABAC_TRM_BITS",
135    "CABAC_FIXED_BITS",
136    "CABAC_PCM_ALIGN_BITS",
137    "CABAC_PCM_CODE_BITS",
138    "BYTE_ALIGNMENT_BITS",
139    "TRAILING_BITS",
140    "EXPLICIT_RDPCM_BITS",
141    "CABAC_EP_BIT_ALIGNMENT",
142    "CABAC_BITS__ALIGNED_SIGN_BIT",
143    "CABAC_BITS__ALIGNED_ESCAPE_BITS"
144  };
145  assert(STATS__NUM_STATS == sizeof(statNames)/sizeof(Char *) && name < STATS__NUM_STATS);
146  return statNames[name];
147}
148
149static inline Bool isAlignedBins(TComCodingStatisticsType statT) { return statT==STATS__CABAC_BITS__ALIGNED_SIGN_BIT || statT==STATS__CABAC_BITS__ALIGNED_ESCAPE_BITS; }
150
151static const UInt CODING_STATS_NUM_WIDTHS=7;
152static const UInt CODING_STATS_NUM_SUBCLASSES=CODING_STATS_NUM_WIDTHS*(1+MAX_NUM_COMPONENT+MAX_NUM_CHANNEL_TYPE);
153
154class TComCodingStatisticsClassType
155{
156public:
157
158  TComCodingStatisticsClassType(const TComCodingStatisticsType t)
159    : type(t), subClass(0)
160  { }
161  TComCodingStatisticsClassType(const TComCodingStatisticsType t, const UInt log2w )
162    : type(t), subClass(log2w)
163  { }
164  TComCodingStatisticsClassType(const TComCodingStatisticsType t, const Int log2w )
165    : type(t), subClass(log2w)
166  { }
167  TComCodingStatisticsClassType(const TComCodingStatisticsType t, const ComponentID cid )
168    : type(t), subClass((cid+1)*CODING_STATS_NUM_WIDTHS)
169  { }
170  TComCodingStatisticsClassType(const TComCodingStatisticsType t, const ChannelType chid )
171    : type(t), subClass((chid+MAX_NUM_COMPONENT+1)*CODING_STATS_NUM_WIDTHS)
172  { }
173  TComCodingStatisticsClassType(const TComCodingStatisticsType t, const UInt log2w, const ComponentID cid )
174    : type(t), subClass((cid+1)*CODING_STATS_NUM_WIDTHS + log2w)
175  { }
176  TComCodingStatisticsClassType(const TComCodingStatisticsType t, const UInt log2w, const ChannelType chid )
177    : type(t), subClass((chid+MAX_NUM_COMPONENT+1)*CODING_STATS_NUM_WIDTHS + log2w)
178  { }
179
180  static UInt GetSubClassWidth(const UInt subClass)
181  {
182    return subClass%CODING_STATS_NUM_WIDTHS;
183  }
184
185  static const Char *GetSubClassString(const UInt subClass)
186  {
187    assert (subClass<CODING_STATS_NUM_SUBCLASSES);
188    static const Char *strings[1+MAX_NUM_COMPONENT+MAX_NUM_CHANNEL_TYPE]={"-", "Y", "Cb", "Cr", "Luma", "Chroma"};
189    return strings[subClass/CODING_STATS_NUM_WIDTHS];
190  }
191
192  TComCodingStatisticsType type;
193  UInt subClass;
194};
195
196
197
198class TComCodingStatistics
199{
200  public:
201
202
203    struct StatLogValue
204    {
205      UInt values[512+1];
206      StatLogValue()
207      {
208        const Double es=Double(TCOMCODINGSTATISTICS_ENTROPYSCALE);
209        values[0]=0;
210        for(UInt i=1; i<sizeof(values)/sizeof(UInt); i++)
211        {
212          values[i]=UInt(    log(Double(i))*es/log(2.0)  );
213        }
214      }
215    };
216
217    struct SStat
218    {
219      SStat() : bits(0), count(0), sum(0) { }
220      Int64 bits;
221      Int64 count;
222      Int64 sum;
223      Void clear() { bits=0; count=0; sum=0; }
224
225      SStat &operator+=(const SStat &src)
226      { bits+=src.bits; count+=src.count; sum+=src.sum; return *this; }
227    };
228
229    class TComCodingStatisticsData
230    {
231      private:
232        SStat statistics[STATS__NUM_STATS+1][CODING_STATS_NUM_SUBCLASSES];
233        SStat statistics_ep[STATS__NUM_STATS+1][CODING_STATS_NUM_SUBCLASSES ];
234        std::map<std::string, SStat> mappings_ep;
235        friend class TComCodingStatistics;
236    };
237
238  private:
239
240    TComCodingStatisticsData data;
241
242    TComCodingStatistics() : data()
243    { }
244
245    static Void OutputLine(const Char *pName, const Char sep, UInt width, const Char *pSubClassStr, const SStat &sCABAC, const SStat &sEP)
246    {
247      if (width==0)
248        OutputLine(pName, sep, "-", pSubClassStr, sCABAC, sEP);
249      else
250        printf("%c%-45s%c  %6d %6s %12lld %12lld %12lld %12lld %12lld %12lld %12lld (%12lld)%c\n",
251          sep=='~'?'[':' ', pName, sep, 1<<width, pSubClassStr,
252              sCABAC.count, sCABAC.sum, sCABAC.bits, sEP.count, sEP.sum, sEP.bits, sCABAC.bits+sEP.bits, (sCABAC.bits+sEP.bits)/8, sep=='~'?']':' ');
253    }
254    static Void OutputLine(const Char *pName, const Char sep, const Char *pWidthString, const Char *pSubClassStr, const SStat &sCABAC, const SStat &sEP)
255    {
256      printf("%c%-45s%c  %6s %6s %12lld %12lld %12lld %12lld %12lld %12lld %12lld (%12lld)%c\n",
257          sep=='~'?'[':' ', pName, sep, pWidthString, pSubClassStr,
258              sCABAC.count, sCABAC.sum, sCABAC.bits, sEP.count, sEP.sum, sEP.bits, sCABAC.bits+sEP.bits, (sCABAC.bits+sEP.bits)/8, sep=='~'?']':' ');
259    }
260    static Void OutputLine(const Char *pName, const Char sep, const Char *pWidthString, const Char *pSubClassStr,  const SStat &sEP)
261    {
262      printf("%c%-45s%c  %6s %6s %12s %12s %12s %12lld %12lld %12lld %12lld (%12lld)%c\n",
263          sep=='~'?'[':' ', pName, sep, pWidthString, pSubClassStr,
264              "", "", "", sEP.count, sEP.sum, sEP.bits, sEP.bits, (sEP.bits)/8, sep=='~'?']':' ');
265    }
266
267    static Void OutputDashedLine(const Char *pText)
268    {
269      printf("--%s",pText);
270      UInt tot=0;
271      for(;pText[tot]!=0; tot++);
272      tot+=2;
273      for (; tot<168; tot++)
274      {
275        printf("-");
276      }
277      printf("\n");
278    }
279
280    ~TComCodingStatistics()
281    {
282      const Int64 es=TCOMCODINGSTATISTICS_ENTROPYSCALE;
283
284      Int64 cr=0; // CABAC remainder, which is added to "STATS__CABAC_INITIALISATION"
285      {
286        Int64 totalCABACbits=0, roundedCABACbits=0;
287        for(Int i=STATS__NAL_UNIT_PACKING; i<STATS__NUM_STATS; i++)
288        {
289          for(UInt c=0; c<CODING_STATS_NUM_SUBCLASSES; c++)
290          {
291            totalCABACbits+=data.statistics[i][c].bits;
292            roundedCABACbits+=data.statistics[i][c].bits/es;
293          }
294        }
295        Int64 remainder=totalCABACbits - roundedCABACbits*es;
296        cr=(remainder+es/2)/es;
297      }
298
299      printf("Note %s will be excluded from the total as it should be the sum of all the other entries (except for %s)\n", getName(STATS__NAL_UNIT_TOTAL_BODY), getName(STATS__NAL_UNIT_PACKING));
300      printf(" %-45s-   Width   Type  CABAC Count    CABAC Sum   CABAC bits     EP Count       EP Sum      EP bits   Total bits ( Total bytes)\n", "Decoder statistics");
301
302      OutputDashedLine("");
303      SStat cabacTotalBits, epTotalBits;
304      SStat statTotals_cabac[CODING_STATS_NUM_SUBCLASSES];
305      SStat statTotals_ep[CODING_STATS_NUM_SUBCLASSES];
306
307      for(Int i=0; i<STATS__NUM_STATS; i++)
308      {
309        SStat cabacSubTotal, epSubTotal;
310        Bool bHadClassifiedEntry=false;
311        const Char *pName=getName(TComCodingStatisticsType(i));
312
313        for(UInt c=0; c<CODING_STATS_NUM_SUBCLASSES; c++)
314        {
315          SStat &sCABACorig=data.statistics[i][c];
316          SStat &sEP=data.statistics_ep[i][c];
317
318          if (sCABACorig.bits==0 && sEP.bits==0) continue;
319
320          SStat sCABAC;
321          {
322            Int64 thisCABACbits=sCABACorig.bits/es; if (i==STATS__CABAC_INITIALISATION && sCABACorig.bits!=0) { thisCABACbits+=cr; cr=0; }
323            sCABAC.bits=thisCABACbits; sCABAC.count=sCABACorig.count; sCABAC.sum=sCABACorig.sum;
324          }
325          UInt width=TComCodingStatisticsClassType::GetSubClassWidth(c);
326          OutputLine(pName, ':', width, TComCodingStatisticsClassType::GetSubClassString(c), sCABAC, sEP);
327          cabacSubTotal+=sCABAC;
328          epSubTotal+=sEP;
329          if (i!=STATS__NAL_UNIT_TOTAL_BODY)
330          {
331            cabacTotalBits+=sCABAC;
332            epTotalBits+=sEP;
333            statTotals_cabac[c]+=sCABAC;
334            statTotals_ep[c]+=sEP;
335          }
336          bHadClassifiedEntry=bHadClassifiedEntry||(c!=0);
337        }
338        if (bHadClassifiedEntry)
339        {
340          OutputLine(pName, '~', "~~ST~~", "~~ST~~", cabacSubTotal, epSubTotal);
341        }
342        if (i==STATS__NAL_UNIT_TOTAL_BODY)
343        {
344          OutputDashedLine("");
345        }
346      }
347      OutputDashedLine("");
348      OutputLine("CABAC Sub-total", '~', "~~ST~~", "~~ST~~", cabacTotalBits, epTotalBits);
349
350      OutputDashedLine("CAVLC HEADER BITS");
351      SStat cavlcTotalBits;
352      for(std::map<std::string, SStat>::iterator it=data.mappings_ep.begin(); it!=data.mappings_ep.end(); it++)
353      {
354        SStat s=it->second;
355        cavlcTotalBits+=s;
356        OutputLine(it->first.c_str(), ':', "-", "-", s);
357      }
358
359      OutputDashedLine("");
360      OutputLine("CAVLC Header Sub-total", '~', "~~ST~~", "~~ST~~", cavlcTotalBits);
361
362      // Now output the breakdowns
363      OutputDashedLine("CABAC Break down by size");
364      for(UInt s=0; s<CODING_STATS_NUM_WIDTHS; s++)
365      {
366        SStat subTotalCabac, subTotalEP;
367        for(UInt c=0; c<CODING_STATS_NUM_SUBCLASSES; c+=CODING_STATS_NUM_WIDTHS)
368        {
369          subTotalCabac+=statTotals_cabac[c+s];
370          subTotalEP+=statTotals_ep[c+s];
371        }
372        if (subTotalCabac.bits!=0 || subTotalEP.bits!=0)
373        {
374          OutputLine("CABAC by size Sub-total", '=', s, "All", subTotalCabac, subTotalEP);
375        }
376      }
377      OutputDashedLine("Break down by component/Channel type");
378      for(UInt c=0; c<CODING_STATS_NUM_SUBCLASSES; c+=CODING_STATS_NUM_WIDTHS)
379      {
380        SStat subTotalCabac, subTotalEP;
381        for(UInt s=0; s<CODING_STATS_NUM_WIDTHS; s++)
382        {
383          subTotalCabac+=statTotals_cabac[c+s];
384          subTotalEP+=statTotals_ep[c+s];
385        }
386        if (subTotalCabac.bits!=0 || subTotalEP.bits!=0)
387        {
388          OutputLine("CABAC by type Sub-total", '=', "-", TComCodingStatisticsClassType::GetSubClassString(c), subTotalCabac, subTotalEP);
389        }
390      }
391      OutputDashedLine("Break down by size and component/Channel type");
392      for(UInt c=0; c<CODING_STATS_NUM_SUBCLASSES; c+=CODING_STATS_NUM_WIDTHS)
393      {
394        for(UInt s=0; s<CODING_STATS_NUM_WIDTHS; s++)
395        {
396          SStat subTotalCabac, subTotalEP;
397          subTotalCabac+=statTotals_cabac[c+s];
398          subTotalEP+=statTotals_ep[c+s];
399          if (subTotalCabac.bits!=0 || subTotalEP.bits!=0)
400          {
401            OutputLine("CABAC by size and type Sub-total", '=', s, TComCodingStatisticsClassType::GetSubClassString(c), subTotalCabac, subTotalEP);
402          }
403        }
404      }
405
406      OutputDashedLine("");
407      OutputLine("CABAC Sub-total", '~', "~~ST~~", "~~ST~~", cabacTotalBits, epTotalBits);
408      OutputLine("CAVLC Header Sub-total", '~', "~~ST~~", "~~ST~~", cavlcTotalBits);
409      OutputDashedLine("GRAND TOTAL");
410      epTotalBits+=cavlcTotalBits;
411      OutputLine("TOTAL", '~', "~~GT~~", "~~GT~~", cabacTotalBits, epTotalBits);
412    }
413
414
415  public:
416    static TComCodingStatistics& GetSingletonInstance()
417    {
418      static TComCodingStatistics inst;
419      return inst;
420    }
421
422    static const TComCodingStatisticsData &GetStatistics()         { return GetSingletonInstance().data; }
423    static Void SetStatistics(const TComCodingStatisticsData &src) { GetSingletonInstance().data=src; }
424
425    static SStat &GetStatisticEP(const TComCodingStatisticsClassType &stat) { return GetSingletonInstance().data.statistics_ep[stat.type][stat.subClass]; }
426
427    static SStat &GetStatisticEP(const std::string &str) { return GetSingletonInstance().data.mappings_ep[str]; }
428
429    static SStat &GetStatisticEP(const Char *pKey) {return GetStatisticEP(std::string(pKey)); }
430
431    static Void IncrementStatisticEP(const TComCodingStatisticsClassType &stat, const Int numBits, const Int value)
432    {
433      SStat &s=GetStatisticEP(stat);
434      s.bits+=numBits;
435      s.count++;
436      s.sum+=value;
437    }
438
439    static Void IncrementStatisticEP(const std::string &str, const Int numBits, const Int value)
440    {
441      SStat &s=GetStatisticEP(str);
442      s.bits+=numBits;
443      s.count++;
444      s.sum+=value;
445    }
446
447    static Void IncrementStatisticEP(const Char *pKey, const Int numBits, const Int value)
448    {
449      SStat &s=GetStatisticEP(pKey);
450      s.bits+=numBits;
451      s.count++;
452      s.sum+=value;
453    }
454
455    StatLogValue values;
456
457    static Void UpdateCABACStat(const TComCodingStatisticsClassType &stat, UInt uiRangeBefore, UInt uiRangeAfter, Int val)
458    {
459      TComCodingStatistics &inst=GetSingletonInstance();
460      // doing rangeBefore*p(x)=rangeAfter
461      // p(x)=rangeAfter/rangeBefore
462      // entropy = -log2(p(x))=-log(p(x))/log(2) = -(log rangeAfter - log rangeBefore) / log(2) = (log rangeBefore / log 2 - log rangeAfter / log 2)
463      SStat &s=inst.data.statistics[stat.type][stat.subClass];
464      s.bits+=inst.values.values[uiRangeBefore]-inst.values.values[uiRangeAfter];
465      s.count++;
466      s.sum+=val;
467    }
468};
469
470#endif
Note: See TracBrowser for help on using the repository browser.