granicus.if.org Git - libvpx/blob - examples/vpx_temporal_svc_encoder.c

   1 /*
   2  *  Copyright (c) 2012 The WebM project authors. All Rights Reserved.
   3  *
   4  *  Use of this source code is governed by a BSD-style license
   5  *  that can be found in the LICENSE file in the root of the source
   6  *  tree. An additional intellectual property rights grant can be found
   7  *  in the file PATENTS.  All contributing project authors may
   8  *  be found in the AUTHORS file in the root of the source tree.
   9  */
  10
  11 //  This is an example demonstrating how to implement a multi-layer VPx
  12 //  encoding scheme based on temporal scalability for video applications
  13 //  that benefit from a scalable bitstream.
  14
  15 #include <assert.h>
  16 #include <math.h>
  17 #include <stdio.h>
  18 #include <stdlib.h>
  19 #include <string.h>
  20
  21 #include "./vpx_config.h"
  22 #include "../vpx_ports/vpx_timer.h"
  23 #include "vpx/vp8cx.h"
  24 #include "vpx/vpx_encoder.h"
  25
  26 #include "../tools_common.h"
  27 #include "../video_writer.h"
  28
  29 static const char *exec_name;
  30
  31 void usage_exit(void) {
  32   exit(EXIT_FAILURE);
  33 }
  34
  35 // Denoiser states, for temporal denoising.
  36 enum denoiserState {
  37   kDenoiserOff,
  38   kDenoiserOnYOnly,
  39   kDenoiserOnYUV,
  40   kDenoiserOnYUVAggressive,
  41   kDenoiserOnAdaptive
  42 };
  43
  44 static int mode_to_num_layers[12] = {1, 2, 2, 3, 3, 3, 3, 5, 2, 3, 3, 3};
  45
  46 // For rate control encoding stats.
  47 struct RateControlMetrics {
  48   // Number of input frames per layer.
  49   int layer_input_frames[VPX_TS_MAX_LAYERS];
  50   // Total (cumulative) number of encoded frames per layer.
  51   int layer_tot_enc_frames[VPX_TS_MAX_LAYERS];
  52   // Number of encoded non-key frames per layer.
  53   int layer_enc_frames[VPX_TS_MAX_LAYERS];
  54   // Framerate per layer layer (cumulative).
  55   double layer_framerate[VPX_TS_MAX_LAYERS];
  56   // Target average frame size per layer (per-frame-bandwidth per layer).
  57   double layer_pfb[VPX_TS_MAX_LAYERS];
  58   // Actual average frame size per layer.
  59   double layer_avg_frame_size[VPX_TS_MAX_LAYERS];
  60   // Average rate mismatch per layer (|target - actual| / target).
  61   double layer_avg_rate_mismatch[VPX_TS_MAX_LAYERS];
  62   // Actual encoding bitrate per layer (cumulative).
  63   double layer_encoding_bitrate[VPX_TS_MAX_LAYERS];
  64   // Average of the short-time encoder actual bitrate.
  65   // TODO(marpan): Should we add these short-time stats for each layer?
  66   double avg_st_encoding_bitrate;
  67   // Variance of the short-time encoder actual bitrate.
  68   double variance_st_encoding_bitrate;
  69   // Window (number of frames) for computing short-timee encoding bitrate.
  70   int window_size;
  71   // Number of window measurements.
  72   int window_count;
  73 };
  74
  75 // Note: these rate control metrics assume only 1 key frame in the
  76 // sequence (i.e., first frame only). So for temporal pattern# 7
  77 // (which has key frame for every frame on base layer), the metrics
  78 // computation will be off/wrong.
  79 // TODO(marpan): Update these metrics to account for multiple key frames
  80 // in the stream.
  81 static void set_rate_control_metrics(struct RateControlMetrics *rc,
  82                                      vpx_codec_enc_cfg_t *cfg) {
  83   unsigned int i = 0;
  84   // Set the layer (cumulative) framerate and the target layer (non-cumulative)
  85   // per-frame-bandwidth, for the rate control encoding stats below.
  86   const double framerate = cfg->g_timebase.den / cfg->g_timebase.num;
  87   rc->layer_framerate[0] = framerate / cfg->ts_rate_decimator[0];
  88   rc->layer_pfb[0] = 1000.0 * cfg->ts_target_bitrate[0] /
  89       rc->layer_framerate[0];
  90   for (i = 0; i < cfg->ts_number_layers; ++i) {
  91     if (i > 0) {
  92       rc->layer_framerate[i] = framerate / cfg->ts_rate_decimator[i];
  93       rc->layer_pfb[i] = 1000.0 *
  94           (cfg->ts_target_bitrate[i] - cfg->ts_target_bitrate[i - 1]) /
  95           (rc->layer_framerate[i] - rc->layer_framerate[i - 1]);
  96     }
  97     rc->layer_input_frames[i] = 0;
  98     rc->layer_enc_frames[i] = 0;
  99     rc->layer_tot_enc_frames[i] = 0;
 100     rc->layer_encoding_bitrate[i] = 0.0;
 101     rc->layer_avg_frame_size[i] = 0.0;
 102     rc->layer_avg_rate_mismatch[i] = 0.0;
 103   }
 104   rc->window_count = 0;
 105   rc->window_size = 15;
 106   rc->avg_st_encoding_bitrate = 0.0;
 107   rc->variance_st_encoding_bitrate = 0.0;
 108 }
 109
 110 static void printout_rate_control_summary(struct RateControlMetrics *rc,
 111                                           vpx_codec_enc_cfg_t *cfg,
 112                                           int frame_cnt) {
 113   unsigned int i = 0;
 114   int tot_num_frames = 0;
 115   double perc_fluctuation = 0.0;
 116   printf("Total number of processed frames: %d\n\n", frame_cnt -1);
 117   printf("Rate control layer stats for %d layer(s):\n\n",
 118       cfg->ts_number_layers);
 119   for (i = 0; i < cfg->ts_number_layers; ++i) {
 120     const int num_dropped = (i > 0) ?
 121         (rc->layer_input_frames[i] - rc->layer_enc_frames[i]) :
 122         (rc->layer_input_frames[i] - rc->layer_enc_frames[i] - 1);
 123     tot_num_frames += rc->layer_input_frames[i];
 124     rc->layer_encoding_bitrate[i] = 0.001 * rc->layer_framerate[i] *
 125         rc->layer_encoding_bitrate[i] / tot_num_frames;
 126     rc->layer_avg_frame_size[i] = rc->layer_avg_frame_size[i] /
 127         rc->layer_enc_frames[i];
 128     rc->layer_avg_rate_mismatch[i] = 100.0 * rc->layer_avg_rate_mismatch[i] /
 129         rc->layer_enc_frames[i];
 130     printf("For layer#: %d \n", i);
 131     printf("Bitrate (target vs actual): %d %f \n", cfg->ts_target_bitrate[i],
 132            rc->layer_encoding_bitrate[i]);
 133     printf("Average frame size (target vs actual): %f %f \n", rc->layer_pfb[i],
 134            rc->layer_avg_frame_size[i]);
 135     printf("Average rate_mismatch: %f \n", rc->layer_avg_rate_mismatch[i]);
 136     printf("Number of input frames, encoded (non-key) frames, "
 137         "and perc dropped frames: %d %d %f \n", rc->layer_input_frames[i],
 138         rc->layer_enc_frames[i],
 139         100.0 * num_dropped / rc->layer_input_frames[i]);
 140     printf("\n");
 141   }
 142   rc->avg_st_encoding_bitrate = rc->avg_st_encoding_bitrate / rc->window_count;
 143   rc->variance_st_encoding_bitrate =
 144       rc->variance_st_encoding_bitrate / rc->window_count -
 145       (rc->avg_st_encoding_bitrate * rc->avg_st_encoding_bitrate);
 146   perc_fluctuation = 100.0 * sqrt(rc->variance_st_encoding_bitrate) /
 147       rc->avg_st_encoding_bitrate;
 148   printf("Short-time stats, for window of %d frames: \n",rc->window_size);
 149   printf("Average, rms-variance, and percent-fluct: %f %f %f \n",
 150          rc->avg_st_encoding_bitrate,
 151          sqrt(rc->variance_st_encoding_bitrate),
 152          perc_fluctuation);
 153   if ((frame_cnt - 1) != tot_num_frames)
 154     die("Error: Number of input frames not equal to output! \n");
 155 }
 156
 157 // Temporal scaling parameters:
 158 // NOTE: The 3 prediction frames cannot be used interchangeably due to
 159 // differences in the way they are handled throughout the code. The
 160 // frames should be allocated to layers in the order LAST, GF, ARF.
 161 // Other combinations work, but may produce slightly inferior results.
 162 static void set_temporal_layer_pattern(int layering_mode,
 163                                        vpx_codec_enc_cfg_t *cfg,
 164                                        int *layer_flags,
 165                                        int *flag_periodicity) {
 166   switch (layering_mode) {
 167     case 0: {
 168       // 1-layer.
 169       int ids[1] = {0};
 170       cfg->ts_periodicity = 1;
 171       *flag_periodicity = 1;
 172       cfg->ts_number_layers = 1;
 173       cfg->ts_rate_decimator[0] = 1;
 174       memcpy(cfg->ts_layer_id, ids, sizeof(ids));
 175       // Update L only.
 176       layer_flags[0] = VPX_EFLAG_FORCE_KF  | VP8_EFLAG_NO_UPD_GF |
 177           VP8_EFLAG_NO_UPD_ARF;
 178       break;
 179     }
 180     case 1: {
 181       // 2-layers, 2-frame period.
 182       int ids[2] = {0, 1};
 183       cfg->ts_periodicity = 2;
 184       *flag_periodicity = 2;
 185       cfg->ts_number_layers = 2;
 186       cfg->ts_rate_decimator[0] = 2;
 187       cfg->ts_rate_decimator[1] = 1;
 188       memcpy(cfg->ts_layer_id, ids, sizeof(ids));
 189 #if 1
 190       // 0=L, 1=GF, Intra-layer prediction enabled.
 191       layer_flags[0] = VPX_EFLAG_FORCE_KF  | VP8_EFLAG_NO_UPD_GF |
 192           VP8_EFLAG_NO_UPD_ARF | VP8_EFLAG_NO_REF_GF | VP8_EFLAG_NO_REF_ARF;
 193       layer_flags[1] = VP8_EFLAG_NO_UPD_ARF | VP8_EFLAG_NO_UPD_LAST |
 194           VP8_EFLAG_NO_REF_ARF;
 195 #else
 196        // 0=L, 1=GF, Intra-layer prediction disabled.
 197       layer_flags[0] = VPX_EFLAG_FORCE_KF  | VP8_EFLAG_NO_UPD_GF |
 198           VP8_EFLAG_NO_UPD_ARF | VP8_EFLAG_NO_REF_GF | VP8_EFLAG_NO_REF_ARF;
 199       layer_flags[1] = VP8_EFLAG_NO_UPD_ARF | VP8_EFLAG_NO_UPD_LAST |
 200           VP8_EFLAG_NO_REF_ARF | VP8_EFLAG_NO_REF_LAST;
 201 #endif
 202       break;
 203     }
 204     case 2: {
 205       // 2-layers, 3-frame period.
 206       int ids[3] = {0, 1, 1};
 207       cfg->ts_periodicity = 3;
 208       *flag_periodicity = 3;
 209       cfg->ts_number_layers = 2;
 210       cfg->ts_rate_decimator[0] = 3;
 211       cfg->ts_rate_decimator[1] = 1;
 212       memcpy(cfg->ts_layer_id, ids, sizeof(ids));
 213       // 0=L, 1=GF, Intra-layer prediction enabled.
 214       layer_flags[0] = VPX_EFLAG_FORCE_KF  | VP8_EFLAG_NO_REF_GF |
 215           VP8_EFLAG_NO_REF_ARF | VP8_EFLAG_NO_UPD_GF | VP8_EFLAG_NO_UPD_ARF;
 216       layer_flags[1] =
 217       layer_flags[2] = VP8_EFLAG_NO_REF_GF  | VP8_EFLAG_NO_REF_ARF |
 218           VP8_EFLAG_NO_UPD_ARF | VP8_EFLAG_NO_UPD_LAST;
 219       break;
 220     }
 221     case 3: {
 222       // 3-layers, 6-frame period.
 223       int ids[6] = {0, 2, 2, 1, 2, 2};
 224       cfg->ts_periodicity = 6;
 225       *flag_periodicity = 6;
 226       cfg->ts_number_layers = 3;
 227       cfg->ts_rate_decimator[0] = 6;
 228       cfg->ts_rate_decimator[1] = 3;
 229       cfg->ts_rate_decimator[2] = 1;
 230       memcpy(cfg->ts_layer_id, ids, sizeof(ids));
 231       // 0=L, 1=GF, 2=ARF, Intra-layer prediction enabled.
 232       layer_flags[0] = VPX_EFLAG_FORCE_KF  | VP8_EFLAG_NO_REF_GF |
 233           VP8_EFLAG_NO_REF_ARF | VP8_EFLAG_NO_UPD_GF | VP8_EFLAG_NO_UPD_ARF;
 234       layer_flags[3] = VP8_EFLAG_NO_REF_ARF | VP8_EFLAG_NO_UPD_ARF |
 235           VP8_EFLAG_NO_UPD_LAST;
 236       layer_flags[1] =
 237       layer_flags[2] =
 238       layer_flags[4] =
 239       layer_flags[5] = VP8_EFLAG_NO_UPD_GF | VP8_EFLAG_NO_UPD_LAST;
 240       break;
 241     }
 242     case 4: {
 243       // 3-layers, 4-frame period.
 244       int ids[4] = {0, 2, 1, 2};
 245       cfg->ts_periodicity = 4;
 246       *flag_periodicity = 4;
 247       cfg->ts_number_layers = 3;
 248       cfg->ts_rate_decimator[0] = 4;
 249       cfg->ts_rate_decimator[1] = 2;
 250       cfg->ts_rate_decimator[2] = 1;
 251       memcpy(cfg->ts_layer_id, ids, sizeof(ids));
 252       // 0=L, 1=GF, 2=ARF, Intra-layer prediction disabled.
 253       layer_flags[0] = VPX_EFLAG_FORCE_KF  | VP8_EFLAG_NO_REF_GF |
 254           VP8_EFLAG_NO_REF_ARF | VP8_EFLAG_NO_UPD_GF | VP8_EFLAG_NO_UPD_ARF;
 255       layer_flags[2] = VP8_EFLAG_NO_REF_GF | VP8_EFLAG_NO_REF_ARF |
 256           VP8_EFLAG_NO_UPD_ARF | VP8_EFLAG_NO_UPD_LAST;
 257       layer_flags[1] =
 258       layer_flags[3] = VP8_EFLAG_NO_REF_ARF | VP8_EFLAG_NO_UPD_LAST |
 259           VP8_EFLAG_NO_UPD_GF | VP8_EFLAG_NO_UPD_ARF;
 260       break;
 261     }
 262     case 5: {
 263       // 3-layers, 4-frame period.
 264       int ids[4] = {0, 2, 1, 2};
 265       cfg->ts_periodicity = 4;
 266       *flag_periodicity = 4;
 267       cfg->ts_number_layers     = 3;
 268       cfg->ts_rate_decimator[0] = 4;
 269       cfg->ts_rate_decimator[1] = 2;
 270       cfg->ts_rate_decimator[2] = 1;
 271       memcpy(cfg->ts_layer_id, ids, sizeof(ids));
 272       // 0=L, 1=GF, 2=ARF, Intra-layer prediction enabled in layer 1, disabled
 273       // in layer 2.
 274       layer_flags[0] = VPX_EFLAG_FORCE_KF  | VP8_EFLAG_NO_REF_GF |
 275           VP8_EFLAG_NO_REF_ARF | VP8_EFLAG_NO_UPD_GF | VP8_EFLAG_NO_UPD_ARF;
 276       layer_flags[2] = VP8_EFLAG_NO_REF_ARF | VP8_EFLAG_NO_UPD_LAST |
 277           VP8_EFLAG_NO_UPD_ARF;
 278       layer_flags[1] =
 279       layer_flags[3] = VP8_EFLAG_NO_REF_ARF | VP8_EFLAG_NO_UPD_LAST |
 280           VP8_EFLAG_NO_UPD_GF | VP8_EFLAG_NO_UPD_ARF;
 281       break;
 282     }
 283     case 6: {
 284       // 3-layers, 4-frame period.
 285       int ids[4] = {0, 2, 1, 2};
 286       cfg->ts_periodicity = 4;
 287       *flag_periodicity = 4;
 288       cfg->ts_number_layers = 3;
 289       cfg->ts_rate_decimator[0] = 4;
 290       cfg->ts_rate_decimator[1] = 2;
 291       cfg->ts_rate_decimator[2] = 1;
 292       memcpy(cfg->ts_layer_id, ids, sizeof(ids));
 293       // 0=L, 1=GF, 2=ARF, Intra-layer prediction enabled.
 294       layer_flags[0] = VPX_EFLAG_FORCE_KF  | VP8_EFLAG_NO_REF_GF |
 295           VP8_EFLAG_NO_REF_ARF | VP8_EFLAG_NO_UPD_GF | VP8_EFLAG_NO_UPD_ARF;
 296       layer_flags[2] = VP8_EFLAG_NO_REF_ARF | VP8_EFLAG_NO_UPD_LAST |
 297           VP8_EFLAG_NO_UPD_ARF;
 298       layer_flags[1] =
 299       layer_flags[3] = VP8_EFLAG_NO_UPD_LAST | VP8_EFLAG_NO_UPD_GF;
 300       break;
 301     }
 302     case 7: {
 303       // NOTE: Probably of academic interest only.
 304       // 5-layers, 16-frame period.
 305       int ids[16] = {0, 4, 3, 4, 2, 4, 3, 4, 1, 4, 3, 4, 2, 4, 3, 4};
 306       cfg->ts_periodicity = 16;
 307       *flag_periodicity = 16;
 308       cfg->ts_number_layers = 5;
 309       cfg->ts_rate_decimator[0] = 16;
 310       cfg->ts_rate_decimator[1] = 8;
 311       cfg->ts_rate_decimator[2] = 4;
 312       cfg->ts_rate_decimator[3] = 2;
 313       cfg->ts_rate_decimator[4] = 1;
 314       memcpy(cfg->ts_layer_id, ids, sizeof(ids));
 315       layer_flags[0]  = VPX_EFLAG_FORCE_KF;
 316       layer_flags[1]  =
 317       layer_flags[3]  =
 318       layer_flags[5]  =
 319       layer_flags[7]  =
 320       layer_flags[9]  =
 321       layer_flags[11] =
 322       layer_flags[13] =
 323       layer_flags[15] = VP8_EFLAG_NO_UPD_LAST | VP8_EFLAG_NO_UPD_GF |
 324           VP8_EFLAG_NO_UPD_ARF;
 325       layer_flags[2]  =
 326       layer_flags[6]  =
 327       layer_flags[10] =
 328       layer_flags[14] = VP8_EFLAG_NO_UPD_ARF | VP8_EFLAG_NO_UPD_GF;
 329       layer_flags[4] =
 330       layer_flags[12] = VP8_EFLAG_NO_REF_LAST | VP8_EFLAG_NO_UPD_ARF;
 331       layer_flags[8]  = VP8_EFLAG_NO_REF_LAST | VP8_EFLAG_NO_REF_GF;
 332       break;
 333     }
 334     case 8: {
 335       // 2-layers, with sync point at first frame of layer 1.
 336       int ids[2] = {0, 1};
 337       cfg->ts_periodicity = 2;
 338       *flag_periodicity = 8;
 339       cfg->ts_number_layers = 2;
 340       cfg->ts_rate_decimator[0] = 2;
 341       cfg->ts_rate_decimator[1] = 1;
 342       memcpy(cfg->ts_layer_id, ids, sizeof(ids));
 343       // 0=L, 1=GF.
 344       // ARF is used as predictor for all frames, and is only updated on
 345       // key frame. Sync point every 8 frames.
 346
 347       // Layer 0: predict from L and ARF, update L and G.
 348       layer_flags[0] = VPX_EFLAG_FORCE_KF  | VP8_EFLAG_NO_REF_GF |
 349           VP8_EFLAG_NO_UPD_ARF;
 350       // Layer 1: sync point: predict from L and ARF, and update G.
 351       layer_flags[1] = VP8_EFLAG_NO_REF_GF | VP8_EFLAG_NO_UPD_LAST |
 352           VP8_EFLAG_NO_UPD_ARF;
 353       // Layer 0, predict from L and ARF, update L.
 354       layer_flags[2] = VP8_EFLAG_NO_REF_GF  | VP8_EFLAG_NO_UPD_GF |
 355           VP8_EFLAG_NO_UPD_ARF;
 356       // Layer 1: predict from L, G and ARF, and update G.
 357       layer_flags[3] = VP8_EFLAG_NO_UPD_ARF | VP8_EFLAG_NO_UPD_LAST |
 358           VP8_EFLAG_NO_UPD_ENTROPY;
 359       // Layer 0.
 360       layer_flags[4] = layer_flags[2];
 361       // Layer 1.
 362       layer_flags[5] = layer_flags[3];
 363       // Layer 0.
 364       layer_flags[6] = layer_flags[4];
 365       // Layer 1.
 366       layer_flags[7] = layer_flags[5];
 367      break;
 368     }
 369     case 9: {
 370       // 3-layers: Sync points for layer 1 and 2 every 8 frames.
 371       int ids[4] = {0, 2, 1, 2};
 372       cfg->ts_periodicity = 4;
 373       *flag_periodicity = 8;
 374       cfg->ts_number_layers = 3;
 375       cfg->ts_rate_decimator[0] = 4;
 376       cfg->ts_rate_decimator[1] = 2;
 377       cfg->ts_rate_decimator[2] = 1;
 378       memcpy(cfg->ts_layer_id, ids, sizeof(ids));
 379       // 0=L, 1=GF, 2=ARF.
 380       layer_flags[0] = VPX_EFLAG_FORCE_KF  | VP8_EFLAG_NO_REF_GF |
 381           VP8_EFLAG_NO_REF_ARF | VP8_EFLAG_NO_UPD_GF | VP8_EFLAG_NO_UPD_ARF;
 382       layer_flags[1] = VP8_EFLAG_NO_REF_GF | VP8_EFLAG_NO_REF_ARF |
 383           VP8_EFLAG_NO_UPD_LAST | VP8_EFLAG_NO_UPD_GF;
 384       layer_flags[2] = VP8_EFLAG_NO_REF_GF   | VP8_EFLAG_NO_REF_ARF |
 385           VP8_EFLAG_NO_UPD_LAST | VP8_EFLAG_NO_UPD_ARF;
 386       layer_flags[3] =
 387       layer_flags[5] = VP8_EFLAG_NO_UPD_LAST | VP8_EFLAG_NO_UPD_GF;
 388       layer_flags[4] = VP8_EFLAG_NO_REF_GF | VP8_EFLAG_NO_REF_ARF |
 389           VP8_EFLAG_NO_UPD_GF | VP8_EFLAG_NO_UPD_ARF;
 390       layer_flags[6] = VP8_EFLAG_NO_REF_ARF | VP8_EFLAG_NO_UPD_LAST |
 391           VP8_EFLAG_NO_UPD_ARF;
 392       layer_flags[7] = VP8_EFLAG_NO_UPD_LAST | VP8_EFLAG_NO_UPD_GF |
 393           VP8_EFLAG_NO_UPD_ARF | VP8_EFLAG_NO_UPD_ENTROPY;
 394       break;
 395     }
 396     case 10: {
 397       // 3-layers structure where ARF is used as predictor for all frames,
 398       // and is only updated on key frame.
 399       // Sync points for layer 1 and 2 every 8 frames.
 400
 401       int ids[4] = {0, 2, 1, 2};
 402       cfg->ts_periodicity = 4;
 403       *flag_periodicity = 8;
 404       cfg->ts_number_layers = 3;
 405       cfg->ts_rate_decimator[0] = 4;
 406       cfg->ts_rate_decimator[1] = 2;
 407       cfg->ts_rate_decimator[2] = 1;
 408       memcpy(cfg->ts_layer_id, ids, sizeof(ids));
 409       // 0=L, 1=GF, 2=ARF.
 410       // Layer 0: predict from L and ARF; update L and G.
 411       layer_flags[0] = VPX_EFLAG_FORCE_KF | VP8_EFLAG_NO_UPD_ARF |
 412           VP8_EFLAG_NO_REF_GF;
 413       // Layer 2: sync point: predict from L and ARF; update none.
 414       layer_flags[1] = VP8_EFLAG_NO_REF_GF | VP8_EFLAG_NO_UPD_GF |
 415           VP8_EFLAG_NO_UPD_ARF | VP8_EFLAG_NO_UPD_LAST |
 416           VP8_EFLAG_NO_UPD_ENTROPY;
 417       // Layer 1: sync point: predict from L and ARF; update G.
 418       layer_flags[2] = VP8_EFLAG_NO_REF_GF | VP8_EFLAG_NO_UPD_ARF |
 419           VP8_EFLAG_NO_UPD_LAST;
 420       // Layer 2: predict from L, G, ARF; update none.
 421       layer_flags[3] = VP8_EFLAG_NO_UPD_GF | VP8_EFLAG_NO_UPD_ARF |
 422           VP8_EFLAG_NO_UPD_LAST | VP8_EFLAG_NO_UPD_ENTROPY;
 423       // Layer 0: predict from L and ARF; update L.
 424       layer_flags[4] = VP8_EFLAG_NO_UPD_GF | VP8_EFLAG_NO_UPD_ARF |
 425           VP8_EFLAG_NO_REF_GF;
 426       // Layer 2: predict from L, G, ARF; update none.
 427       layer_flags[5] = layer_flags[3];
 428       // Layer 1: predict from L, G, ARF; update G.
 429       layer_flags[6] = VP8_EFLAG_NO_UPD_ARF | VP8_EFLAG_NO_UPD_LAST;
 430       // Layer 2: predict from L, G, ARF; update none.
 431       layer_flags[7] = layer_flags[3];
 432       break;
 433     }
 434     case 11:
 435     default: {
 436       // 3-layers structure as in case 10, but no sync/refresh points for
 437       // layer 1 and 2.
 438       int ids[4] = {0, 2, 1, 2};
 439       cfg->ts_periodicity = 4;
 440       *flag_periodicity = 8;
 441       cfg->ts_number_layers = 3;
 442       cfg->ts_rate_decimator[0] = 4;
 443       cfg->ts_rate_decimator[1] = 2;
 444       cfg->ts_rate_decimator[2] = 1;
 445       memcpy(cfg->ts_layer_id, ids, sizeof(ids));
 446       // 0=L, 1=GF, 2=ARF.
 447       // Layer 0: predict from L and ARF; update L.
 448       layer_flags[0] = VP8_EFLAG_NO_UPD_GF | VP8_EFLAG_NO_UPD_ARF |
 449           VP8_EFLAG_NO_REF_GF;
 450       layer_flags[4] = layer_flags[0];
 451       // Layer 1: predict from L, G, ARF; update G.
 452       layer_flags[2] = VP8_EFLAG_NO_UPD_ARF | VP8_EFLAG_NO_UPD_LAST;
 453       layer_flags[6] = layer_flags[2];
 454       // Layer 2: predict from L, G, ARF; update none.
 455       layer_flags[1] = VP8_EFLAG_NO_UPD_GF | VP8_EFLAG_NO_UPD_ARF |
 456           VP8_EFLAG_NO_UPD_LAST | VP8_EFLAG_NO_UPD_ENTROPY;
 457       layer_flags[3] = layer_flags[1];
 458       layer_flags[5] = layer_flags[1];
 459       layer_flags[7] = layer_flags[1];
 460       break;
 461     }
 462   }
 463 }
 464
 465 int main(int argc, char **argv) {
 466   VpxVideoWriter *outfile[VPX_TS_MAX_LAYERS] = {NULL};
 467   vpx_codec_ctx_t codec;
 468   vpx_codec_enc_cfg_t cfg;
 469   int frame_cnt = 0;
 470   vpx_image_t raw;
 471   vpx_codec_err_t res;
 472   unsigned int width;
 473   unsigned int height;
 474   int speed;
 475   int frame_avail;
 476   int got_data;
 477   int flags = 0;
 478   unsigned int i;
 479   int pts = 0;  // PTS starts at 0.
 480   int frame_duration = 1;  // 1 timebase tick per frame.
 481   int layering_mode = 0;
 482   int layer_flags[VPX_TS_MAX_PERIODICITY] = {0};
 483   int flag_periodicity = 1;
 484 #if VPX_ENCODER_ABI_VERSION > (4 + VPX_CODEC_ABI_VERSION)
 485   vpx_svc_layer_id_t layer_id = {0, 0};
 486 #else
 487   vpx_svc_layer_id_t layer_id = {0};
 488 #endif
 489   const VpxInterface *encoder = NULL;
 490   FILE *infile = NULL;
 491   struct RateControlMetrics rc;
 492   int64_t cx_time = 0;
 493   const int min_args_base = 11;
 494 #if CONFIG_VP9_HIGHBITDEPTH
 495   vpx_bit_depth_t bit_depth = VPX_BITS_8;
 496   int input_bit_depth = 8;
 497   const int min_args = min_args_base + 1;
 498 #else
 499   const int min_args = min_args_base;
 500 #endif  // CONFIG_VP9_HIGHBITDEPTH
 501   double sum_bitrate = 0.0;
 502   double sum_bitrate2 = 0.0;
 503   double framerate  = 30.0;
 504
 505   exec_name = argv[0];
 506   // Check usage and arguments.
 507   if (argc < min_args) {
 508 #if CONFIG_VP9_HIGHBITDEPTH
 509     die("Usage: %s <infile> <outfile> <codec_type(vp8/vp9)> <width> <height> "
 510         "<rate_num> <rate_den> <speed> <frame_drop_threshold> <mode> "
 511         "<Rate_0> ... <Rate_nlayers-1> <bit-depth> \n", argv[0]);
 512 #else
 513     die("Usage: %s <infile> <outfile> <codec_type(vp8/vp9)> <width> <height> "
 514         "<rate_num> <rate_den> <speed> <frame_drop_threshold> <mode> "
 515         "<Rate_0> ... <Rate_nlayers-1> \n", argv[0]);
 516 #endif  // CONFIG_VP9_HIGHBITDEPTH
 517   }
 518
 519   encoder = get_vpx_encoder_by_name(argv[3]);
 520   if (!encoder)
 521     die("Unsupported codec.");
 522
 523   printf("Using %s\n", vpx_codec_iface_name(encoder->codec_interface()));
 524
 525   width = strtol(argv[4], NULL, 0);
 526   height = strtol(argv[5], NULL, 0);
 527   if (width < 16 || width % 2 || height < 16 || height % 2) {
 528     die("Invalid resolution: %d x %d", width, height);
 529   }
 530
 531   layering_mode = strtol(argv[10], NULL, 0);
 532   if (layering_mode < 0 || layering_mode > 12) {
 533     die("Invalid layering mode (0..12) %s", argv[10]);
 534   }
 535
 536   if (argc != min_args + mode_to_num_layers[layering_mode]) {
 537     die("Invalid number of arguments");
 538   }
 539
 540 #if CONFIG_VP9_HIGHBITDEPTH
 541   switch (strtol(argv[argc-1], NULL, 0)) {
 542     case 8:
 543       bit_depth = VPX_BITS_8;
 544       input_bit_depth = 8;
 545       break;
 546     case 10:
 547       bit_depth = VPX_BITS_10;
 548       input_bit_depth = 10;
 549       break;
 550     case 12:
 551       bit_depth = VPX_BITS_12;
 552       input_bit_depth = 12;
 553       break;
 554     default:
 555       die("Invalid bit depth (8, 10, 12) %s", argv[argc-1]);
 556   }
 557   if (!vpx_img_alloc(&raw,
 558                      bit_depth == VPX_BITS_8 ? VPX_IMG_FMT_I420 :
 559                                                VPX_IMG_FMT_I42016,
 560                      width, height, 32)) {
 561     die("Failed to allocate image", width, height);
 562   }
 563 #else
 564   if (!vpx_img_alloc(&raw, VPX_IMG_FMT_I420, width, height, 32)) {
 565     die("Failed to allocate image", width, height);
 566   }
 567 #endif  // CONFIG_VP9_HIGHBITDEPTH
 568
 569   // Populate encoder configuration.
 570   res = vpx_codec_enc_config_default(encoder->codec_interface(), &cfg, 0);
 571   if (res) {
 572     printf("Failed to get config: %s\n", vpx_codec_err_to_string(res));
 573     return EXIT_FAILURE;
 574   }
 575
 576   // Update the default configuration with our settings.
 577   cfg.g_w = width;
 578   cfg.g_h = height;
 579
 580 #if CONFIG_VP9_HIGHBITDEPTH
 581   if (bit_depth != VPX_BITS_8) {
 582     cfg.g_bit_depth = bit_depth;
 583     cfg.g_input_bit_depth = input_bit_depth;
 584     cfg.g_profile = 2;
 585   }
 586 #endif  // CONFIG_VP9_HIGHBITDEPTH
 587
 588   // Timebase format e.g. 30fps: numerator=1, demoninator = 30.
 589   cfg.g_timebase.num = strtol(argv[6], NULL, 0);
 590   cfg.g_timebase.den = strtol(argv[7], NULL, 0);
 591
 592   speed = strtol(argv[8], NULL, 0);
 593   if (speed < 0) {
 594     die("Invalid speed setting: must be positive");
 595   }
 596
 597   for (i = min_args_base;
 598        (int)i < min_args_base + mode_to_num_layers[layering_mode];
 599        ++i) {
 600     cfg.ts_target_bitrate[i - 11] = strtol(argv[i], NULL, 0);
 601   }
 602
 603   // Real time parameters.
 604   cfg.rc_dropframe_thresh = strtol(argv[9], NULL, 0);
 605   cfg.rc_end_usage = VPX_CBR;
 606   cfg.rc_resize_allowed = 0;
 607   cfg.rc_min_quantizer = 2;
 608   cfg.rc_max_quantizer = 56;
 609   if (strncmp(encoder->name, "vp9", 3) == 0)
 610     cfg.rc_max_quantizer = 52;
 611   cfg.rc_undershoot_pct = 50;
 612   cfg.rc_overshoot_pct = 50;
 613   cfg.rc_buf_initial_sz = 500;
 614   cfg.rc_buf_optimal_sz = 600;
 615   cfg.rc_buf_sz = 1000;
 616
 617   // Use 1 thread as default.
 618   cfg.g_threads = 1;
 619
 620   // Enable error resilient mode.
 621   cfg.g_error_resilient = 1;
 622   cfg.g_lag_in_frames   = 0;
 623   cfg.kf_mode = VPX_KF_AUTO;
 624
 625   // Disable automatic keyframe placement.
 626   cfg.kf_min_dist = cfg.kf_max_dist = 3000;
 627
 628   set_temporal_layer_pattern(layering_mode,
 629                              &cfg,
 630                              layer_flags,
 631                              &flag_periodicity);
 632
 633   set_rate_control_metrics(&rc, &cfg);
 634
 635   // Target bandwidth for the whole stream.
 636   // Set to ts_target_bitrate for highest layer (total bitrate).
 637   cfg.rc_target_bitrate = cfg.ts_target_bitrate[cfg.ts_number_layers - 1];
 638
 639   // Open input file.
 640   if (!(infile = fopen(argv[1], "rb"))) {
 641     die("Failed to open %s for reading", argv[1]);
 642   }
 643
 644   framerate = cfg.g_timebase.den / cfg.g_timebase.num;
 645   // Open an output file for each stream.
 646   for (i = 0; i < cfg.ts_number_layers; ++i) {
 647     char file_name[PATH_MAX];
 648     VpxVideoInfo info;
 649     info.codec_fourcc = encoder->fourcc;
 650     info.frame_width = cfg.g_w;
 651     info.frame_height = cfg.g_h;
 652     info.time_base.numerator = cfg.g_timebase.num;
 653     info.time_base.denominator = cfg.g_timebase.den;
 654
 655     snprintf(file_name, sizeof(file_name), "%s_%d.ivf", argv[2], i);
 656     outfile[i] = vpx_video_writer_open(file_name, kContainerIVF, &info);
 657     if (!outfile[i])
 658       die("Failed to open %s for writing", file_name);
 659
 660     assert(outfile[i] != NULL);
 661   }
 662   // No spatial layers in this encoder.
 663   cfg.ss_number_layers = 1;
 664
 665   // Initialize codec.
 666 #if CONFIG_VP9_HIGHBITDEPTH
 667   if (vpx_codec_enc_init(
 668           &codec, encoder->codec_interface(), &cfg,
 669           bit_depth == VPX_BITS_8 ? 0 : VPX_CODEC_USE_HIGHBITDEPTH))
 670 #else
 671   if (vpx_codec_enc_init(&codec, encoder->codec_interface(), &cfg, 0))
 672 #endif  // CONFIG_VP9_HIGHBITDEPTH
 673     die_codec(&codec, "Failed to initialize encoder");
 674
 675   if (strncmp(encoder->name, "vp8", 3) == 0) {
 676     vpx_codec_control(&codec, VP8E_SET_CPUUSED, -speed);
 677     vpx_codec_control(&codec, VP8E_SET_NOISE_SENSITIVITY, kDenoiserOff);
 678     vpx_codec_control(&codec, VP8E_SET_STATIC_THRESHOLD, 0);
 679   } else if (strncmp(encoder->name, "vp9", 3) == 0) {
 680       vpx_codec_control(&codec, VP8E_SET_CPUUSED, speed);
 681       vpx_codec_control(&codec, VP9E_SET_AQ_MODE, 3);
 682       vpx_codec_control(&codec, VP9E_SET_FRAME_PERIODIC_BOOST, 0);
 683       vpx_codec_control(&codec, VP9E_SET_NOISE_SENSITIVITY, 0);
 684       vpx_codec_control(&codec, VP8E_SET_STATIC_THRESHOLD, 0);
 685       vpx_codec_control(&codec, VP9E_SET_TILE_COLUMNS, (cfg.g_threads >> 1));
 686       if (vpx_codec_control(&codec, VP9E_SET_SVC, layering_mode > 0 ? 1: 0)) {
 687         die_codec(&codec, "Failed to set SVC");
 688     }
 689   }
 690   if (strncmp(encoder->name, "vp8", 3) == 0) {
 691     vpx_codec_control(&codec, VP8E_SET_SCREEN_CONTENT_MODE, 0);
 692   }
 693   vpx_codec_control(&codec, VP8E_SET_TOKEN_PARTITIONS, 1);
 694   // This controls the maximum target size of the key frame.
 695   // For generating smaller key frames, use a smaller max_intra_size_pct
 696   // value, like 100 or 200.
 697   {
 698     const int max_intra_size_pct = 900;
 699     vpx_codec_control(&codec, VP8E_SET_MAX_INTRA_BITRATE_PCT,
 700                       max_intra_size_pct);
 701   }
 702
 703   frame_avail = 1;
 704   while (frame_avail || got_data) {
 705     struct vpx_usec_timer timer;
 706     vpx_codec_iter_t iter = NULL;
 707     const vpx_codec_cx_pkt_t *pkt;
 708 #if VPX_ENCODER_ABI_VERSION > (4 + VPX_CODEC_ABI_VERSION)
 709     // Update the temporal layer_id. No spatial layers in this test.
 710     layer_id.spatial_layer_id = 0;
 711 #endif
 712     layer_id.temporal_layer_id =
 713         cfg.ts_layer_id[frame_cnt % cfg.ts_periodicity];
 714     if (strncmp(encoder->name, "vp9", 3) == 0) {
 715       vpx_codec_control(&codec, VP9E_SET_SVC_LAYER_ID, &layer_id);
 716     } else if (strncmp(encoder->name, "vp8", 3) == 0) {
 717       vpx_codec_control(&codec, VP8E_SET_TEMPORAL_LAYER_ID,
 718                         layer_id.temporal_layer_id);
 719     }
 720     flags = layer_flags[frame_cnt % flag_periodicity];
 721     if (layering_mode == 0)
 722       flags = 0;
 723     frame_avail = vpx_img_read(&raw, infile);
 724     if (frame_avail)
 725       ++rc.layer_input_frames[layer_id.temporal_layer_id];
 726     vpx_usec_timer_start(&timer);
 727     if (vpx_codec_encode(&codec, frame_avail? &raw : NULL, pts, 1, flags,
 728         VPX_DL_REALTIME)) {
 729       die_codec(&codec, "Failed to encode frame");
 730     }
 731     vpx_usec_timer_mark(&timer);
 732     cx_time += vpx_usec_timer_elapsed(&timer);
 733     // Reset KF flag.
 734     if (layering_mode != 7) {
 735       layer_flags[0] &= ~VPX_EFLAG_FORCE_KF;
 736     }
 737     got_data = 0;
 738     while ( (pkt = vpx_codec_get_cx_data(&codec, &iter)) ) {
 739       got_data = 1;
 740       switch (pkt->kind) {
 741         case VPX_CODEC_CX_FRAME_PKT:
 742           for (i = cfg.ts_layer_id[frame_cnt % cfg.ts_periodicity];
 743               i < cfg.ts_number_layers; ++i) {
 744             vpx_video_writer_write_frame(outfile[i], pkt->data.frame.buf,
 745                                          pkt->data.frame.sz, pts);
 746             ++rc.layer_tot_enc_frames[i];
 747             rc.layer_encoding_bitrate[i] += 8.0 * pkt->data.frame.sz;
 748             // Keep count of rate control stats per layer (for non-key frames).
 749             if (i == cfg.ts_layer_id[frame_cnt % cfg.ts_periodicity] &&
 750                 !(pkt->data.frame.flags & VPX_FRAME_IS_KEY)) {
 751               rc.layer_avg_frame_size[i] += 8.0 * pkt->data.frame.sz;
 752               rc.layer_avg_rate_mismatch[i] +=
 753                   fabs(8.0 * pkt->data.frame.sz - rc.layer_pfb[i]) /
 754                   rc.layer_pfb[i];
 755               ++rc.layer_enc_frames[i];
 756             }
 757           }
 758           // Update for short-time encoding bitrate states, for moving window
 759           // of size rc->window, shifted by rc->window / 2.
 760           // Ignore first window segment, due to key frame.
 761           if (frame_cnt > rc.window_size) {
 762             sum_bitrate += 0.001 * 8.0 * pkt->data.frame.sz * framerate;
 763             if (frame_cnt % rc.window_size == 0) {
 764               rc.window_count += 1;
 765               rc.avg_st_encoding_bitrate += sum_bitrate / rc.window_size;
 766               rc.variance_st_encoding_bitrate +=
 767                   (sum_bitrate / rc.window_size) *
 768                   (sum_bitrate / rc.window_size);
 769               sum_bitrate = 0.0;
 770             }
 771           }
 772           // Second shifted window.
 773           if (frame_cnt > rc.window_size + rc.window_size / 2) {
 774             sum_bitrate2 += 0.001 * 8.0 * pkt->data.frame.sz * framerate;
 775             if (frame_cnt > 2 * rc.window_size &&
 776                 frame_cnt % rc.window_size == 0) {
 777               rc.window_count += 1;
 778               rc.avg_st_encoding_bitrate += sum_bitrate2 / rc.window_size;
 779               rc.variance_st_encoding_bitrate +=
 780                   (sum_bitrate2 / rc.window_size) *
 781                   (sum_bitrate2 / rc.window_size);
 782               sum_bitrate2 = 0.0;
 783             }
 784           }
 785           break;
 786           default:
 787             break;
 788       }
 789     }
 790     ++frame_cnt;
 791     pts += frame_duration;
 792   }
 793   fclose(infile);
 794   printout_rate_control_summary(&rc, &cfg, frame_cnt);
 795   printf("\n");
 796   printf("Frame cnt and encoding time/FPS stats for encoding: %d %f %f \n",
 797           frame_cnt,
 798           1000 * (float)cx_time / (double)(frame_cnt * 1000000),
 799           1000000 * (double)frame_cnt / (double)cx_time);
 800
 801   if (vpx_codec_destroy(&codec))
 802     die_codec(&codec, "Failed to destroy codec");
 803
 804   // Try to rewrite the output file headers with the actual frame count.
 805   for (i = 0; i < cfg.ts_number_layers; ++i)
 806     vpx_video_writer_close(outfile[i]);
 807
 808   vpx_img_free(&raw);
 809   return EXIT_SUCCESS;
 810 }