granicus.if.org Git - libvpx/blob - rate_hist.c

   1 /*
   2  *  Copyright (c) 2014 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 #include <assert.h>
  12 #include <stdlib.h>
  13 #include <limits.h>
  14 #include <stdio.h>
  15 #include <math.h>
  16
  17 #include "./rate_hist.h"
  18
  19 #define RATE_BINS 100
  20 #define HIST_BAR_MAX 40
  21
  22 struct hist_bucket {
  23   int low;
  24   int high;
  25   int count;
  26 };
  27
  28 struct rate_hist {
  29   int64_t *pts;
  30   int *sz;
  31   int samples;
  32   int frames;
  33   struct hist_bucket bucket[RATE_BINS];
  34   int total;
  35 };
  36
  37 struct rate_hist *init_rate_histogram(const vpx_codec_enc_cfg_t *cfg,
  38                                       const vpx_rational_t *fps) {
  39   int i;
  40   struct rate_hist *hist = malloc(sizeof(*hist));
  41
  42   // Determine the number of samples in the buffer. Use the file's framerate
  43   // to determine the number of frames in rc_buf_sz milliseconds, with an
  44   // adjustment (5/4) to account for alt-refs
  45   hist->samples = cfg->rc_buf_sz * 5 / 4 * fps->num / fps->den / 1000;
  46
  47   // prevent division by zero
  48   if (hist->samples == 0) hist->samples = 1;
  49
  50   hist->frames = 0;
  51   hist->total = 0;
  52
  53   hist->pts = calloc(hist->samples, sizeof(*hist->pts));
  54   hist->sz = calloc(hist->samples, sizeof(*hist->sz));
  55   for (i = 0; i < RATE_BINS; i++) {
  56     hist->bucket[i].low = INT_MAX;
  57     hist->bucket[i].high = 0;
  58     hist->bucket[i].count = 0;
  59   }
  60
  61   return hist;
  62 }
  63
  64 void destroy_rate_histogram(struct rate_hist *hist) {
  65   if (hist) {
  66     free(hist->pts);
  67     free(hist->sz);
  68     free(hist);
  69   }
  70 }
  71
  72 void update_rate_histogram(struct rate_hist *hist,
  73                            const vpx_codec_enc_cfg_t *cfg,
  74                            const vpx_codec_cx_pkt_t *pkt) {
  75   int i;
  76   int64_t then = 0;
  77   int64_t avg_bitrate = 0;
  78   int64_t sum_sz = 0;
  79   const int64_t now = pkt->data.frame.pts * 1000 *
  80                       (uint64_t)cfg->g_timebase.num /
  81                       (uint64_t)cfg->g_timebase.den;
  82
  83   int idx = hist->frames++ % hist->samples;
  84   hist->pts[idx] = now;
  85   hist->sz[idx] = (int)pkt->data.frame.sz;
  86
  87   if (now < cfg->rc_buf_initial_sz) return;
  88
  89   if (!cfg->rc_target_bitrate) return;
  90
  91   then = now;
  92
  93   /* Sum the size over the past rc_buf_sz ms */
  94   for (i = hist->frames; i > 0 && hist->frames - i < hist->samples; i--) {
  95     const int i_idx = (i - 1) % hist->samples;
  96
  97     then = hist->pts[i_idx];
  98     if (now - then > cfg->rc_buf_sz) break;
  99     sum_sz += hist->sz[i_idx];
 100   }
 101
 102   if (now == then) return;
 103
 104   avg_bitrate = sum_sz * 8 * 1000 / (now - then);
 105   idx = (int)(avg_bitrate * (RATE_BINS / 2) / (cfg->rc_target_bitrate * 1000));
 106   if (idx < 0) idx = 0;
 107   if (idx > RATE_BINS - 1) idx = RATE_BINS - 1;
 108   if (hist->bucket[idx].low > avg_bitrate)
 109     hist->bucket[idx].low = (int)avg_bitrate;
 110   if (hist->bucket[idx].high < avg_bitrate)
 111     hist->bucket[idx].high = (int)avg_bitrate;
 112   hist->bucket[idx].count++;
 113   hist->total++;
 114 }
 115
 116 static int merge_hist_buckets(struct hist_bucket *bucket, int max_buckets,
 117                               int *num_buckets) {
 118   int small_bucket = 0, merge_bucket = INT_MAX, big_bucket = 0;
 119   int buckets = *num_buckets;
 120   int i;
 121
 122   /* Find the extrema for this list of buckets */
 123   big_bucket = small_bucket = 0;
 124   for (i = 0; i < buckets; i++) {
 125     if (bucket[i].count < bucket[small_bucket].count) small_bucket = i;
 126     if (bucket[i].count > bucket[big_bucket].count) big_bucket = i;
 127   }
 128
 129   /* If we have too many buckets, merge the smallest with an adjacent
 130    * bucket.
 131    */
 132   while (buckets > max_buckets) {
 133     int last_bucket = buckets - 1;
 134
 135     /* merge the small bucket with an adjacent one. */
 136     if (small_bucket == 0)
 137       merge_bucket = 1;
 138     else if (small_bucket == last_bucket)
 139       merge_bucket = last_bucket - 1;
 140     else if (bucket[small_bucket - 1].count < bucket[small_bucket + 1].count)
 141       merge_bucket = small_bucket - 1;
 142     else
 143       merge_bucket = small_bucket + 1;
 144
 145     assert(abs(merge_bucket - small_bucket) <= 1);
 146     assert(small_bucket < buckets);
 147     assert(big_bucket < buckets);
 148     assert(merge_bucket < buckets);
 149
 150     if (merge_bucket < small_bucket) {
 151       bucket[merge_bucket].high = bucket[small_bucket].high;
 152       bucket[merge_bucket].count += bucket[small_bucket].count;
 153     } else {
 154       bucket[small_bucket].high = bucket[merge_bucket].high;
 155       bucket[small_bucket].count += bucket[merge_bucket].count;
 156       merge_bucket = small_bucket;
 157     }
 158
 159     assert(bucket[merge_bucket].low != bucket[merge_bucket].high);
 160
 161     buckets--;
 162
 163     /* Remove the merge_bucket from the list, and find the new small
 164      * and big buckets while we're at it
 165      */
 166     big_bucket = small_bucket = 0;
 167     for (i = 0; i < buckets; i++) {
 168       if (i > merge_bucket) bucket[i] = bucket[i + 1];
 169
 170       if (bucket[i].count < bucket[small_bucket].count) small_bucket = i;
 171       if (bucket[i].count > bucket[big_bucket].count) big_bucket = i;
 172     }
 173   }
 174
 175   *num_buckets = buckets;
 176   return bucket[big_bucket].count;
 177 }
 178
 179 static void show_histogram(const struct hist_bucket *bucket, int buckets,
 180                            int total, int scale) {
 181   const char *pat1, *pat2;
 182   int i;
 183
 184   switch ((int)(log(bucket[buckets - 1].high) / log(10)) + 1) {
 185     case 1:
 186     case 2:
 187       pat1 = "%4d %2s: ";
 188       pat2 = "%4d-%2d: ";
 189       break;
 190     case 3:
 191       pat1 = "%5d %3s: ";
 192       pat2 = "%5d-%3d: ";
 193       break;
 194     case 4:
 195       pat1 = "%6d %4s: ";
 196       pat2 = "%6d-%4d: ";
 197       break;
 198     case 5:
 199       pat1 = "%7d %5s: ";
 200       pat2 = "%7d-%5d: ";
 201       break;
 202     case 6:
 203       pat1 = "%8d %6s: ";
 204       pat2 = "%8d-%6d: ";
 205       break;
 206     case 7:
 207       pat1 = "%9d %7s: ";
 208       pat2 = "%9d-%7d: ";
 209       break;
 210     default:
 211       pat1 = "%12d %10s: ";
 212       pat2 = "%12d-%10d: ";
 213       break;
 214   }
 215
 216   for (i = 0; i < buckets; i++) {
 217     int len;
 218     int j;
 219     float pct;
 220
 221     pct = (float)(100.0 * bucket[i].count / total);
 222     len = HIST_BAR_MAX * bucket[i].count / scale;
 223     if (len < 1) len = 1;
 224     assert(len <= HIST_BAR_MAX);
 225
 226     if (bucket[i].low == bucket[i].high)
 227       fprintf(stderr, pat1, bucket[i].low, "");
 228     else
 229       fprintf(stderr, pat2, bucket[i].low, bucket[i].high);
 230
 231     for (j = 0; j < HIST_BAR_MAX; j++) fprintf(stderr, j < len ? "=" : " ");
 232     fprintf(stderr, "\t%5d (%6.2f%%)\n", bucket[i].count, pct);
 233   }
 234 }
 235
 236 void show_q_histogram(const int counts[64], int max_buckets) {
 237   struct hist_bucket bucket[64];
 238   int buckets = 0;
 239   int total = 0;
 240   int scale;
 241   int i;
 242
 243   for (i = 0; i < 64; i++) {
 244     if (counts[i]) {
 245       bucket[buckets].low = bucket[buckets].high = i;
 246       bucket[buckets].count = counts[i];
 247       buckets++;
 248       total += counts[i];
 249     }
 250   }
 251
 252   fprintf(stderr, "\nQuantizer Selection:\n");
 253   scale = merge_hist_buckets(bucket, max_buckets, &buckets);
 254   show_histogram(bucket, buckets, total, scale);
 255 }
 256
 257 void show_rate_histogram(struct rate_hist *hist, const vpx_codec_enc_cfg_t *cfg,
 258                          int max_buckets) {
 259   int i, scale;
 260   int buckets = 0;
 261
 262   for (i = 0; i < RATE_BINS; i++) {
 263     if (hist->bucket[i].low == INT_MAX) continue;
 264     hist->bucket[buckets++] = hist->bucket[i];
 265   }
 266
 267   fprintf(stderr, "\nRate (over %dms window):\n", cfg->rc_buf_sz);
 268   scale = merge_hist_buckets(hist->bucket, max_buckets, &buckets);
 269   show_histogram(hist->bucket, buckets, hist->total, scale);
 270 }