doc/optimization.txt

   1 optimization Tips (for libavcodec):
   2 ===================================
   3
   4 What to optimize:
   5 -----------------
   6 If you plan to do non-x86 architecture specific optimizations (SIMD normally),
   7 then take a look in the x86/ directory, as most important functions are
   8 already optimized for MMX.
   9
  10 If you want to do x86 optimizations then you can either try to finetune the
  11 stuff in the x86 directory or find some other functions in the C source to
  12 optimize, but there aren't many left.
  13
  14
  15 Understanding these overoptimized functions:
  16 --------------------------------------------
  17 As many functions tend to be a bit difficult to understand because
  18 of optimizations, it can be hard to optimize them further, or write
  19 architecture-specific versions. It is recommended to look at older
  20 revisions of the interesting files (web frontends for the various Libav
  21 branches are listed at http://libav.org/download.html).
  22 Alternatively, look into the other architecture-specific versions in
  23 the x86/, ppc/, alpha/ subdirectories. Even if you don't exactly
  24 comprehend the instructions, it could help understanding the functions
  25 and how they can be optimized.
  26
  27 NOTE: If you still don't understand some function, ask at our mailing list!!!
  28 (https://lists.libav.org/mailman/listinfo/libav-devel)
  29
  30
  31 When is an optimization justified?
  32 ----------------------------------
  33 Normally, clean and simple optimizations for widely used codecs are
  34 justified even if they only achieve an overall speedup of 0.1%. These
  35 speedups accumulate and can make a big difference after awhile. Also, if
  36 none of the following factors get worse due to an optimization -- speed,
  37 binary code size, source size, source readability -- and at least one
  38 factor improves, then an optimization is always a good idea even if the
  39 overall gain is less than 0.1%. For obscure codecs that are not often
  40 used, the goal is more toward keeping the code clean, small, and
  41 readable instead of making it 1% faster.
  42
  43
  44 WTF is that function good for ....:
  45 -----------------------------------
  46 The primary purpose of this list is to avoid wasting time optimizing functions
  47 which are rarely used.
  48
  49 put(_no_rnd)_pixels{,_x2,_y2,_xy2}
  50     Used in motion compensation (en/decoding).
  51
  52 avg_pixels{,_x2,_y2,_xy2}
  53     Used in motion compensation of B-frames.
  54     These are less important than the put*pixels functions.
  55
  56 avg_no_rnd_pixels*
  57     unused
  58
  59 pix_abs16x16{,_x2,_y2,_xy2}
  60     Used in motion estimation (encoding) with SAD.
  61
  62 pix_abs8x8{,_x2,_y2,_xy2}
  63     Used in motion estimation (encoding) with SAD of MPEG-4 4MV only.
  64     These are less important than the pix_abs16x16* functions.
  65
  66 put_mspel8_mc* / wmv2_mspel8*
  67     Used only in WMV2.
  68     it is not recommended that you waste your time with these, as WMV2
  69     is an ugly and relatively useless codec.
  70
  71 mpeg4_qpel* / *qpel_mc*
  72     Used in MPEG-4 qpel motion compensation (encoding & decoding).
  73     The qpel8 functions are used only for 4mv,
  74     the avg_* functions are used only for B-frames.
  75     Optimizing them should have a significant impact on qpel
  76     encoding & decoding.
  77
  78 qpel{8,16}_mc??_old_c / *pixels{8,16}_l4
  79     Just used to work around a bug in an old libavcodec encoder version.
  80     Don't optimize them.
  81
  82 tpel_mc_func {put,avg}_tpel_pixels_tab
  83     Used only for SVQ3, so only optimize them if you need fast SVQ3 decoding.
  84
  85 add_bytes/diff_bytes
  86     For huffyuv only, optimize if you want a faster ffhuffyuv codec.
  87
  88 get_pixels / diff_pixels
  89     Used for encoding, easy.
  90
  91 clear_blocks
  92     easiest to optimize
  93
  94 gmc
  95     Used for MPEG-4 gmc.
  96     Optimizing this should have a significant effect on the gmc decoding
  97     speed.
  98
  99 gmc1
 100     Used for chroma blocks in MPEG-4 gmc with 1 warp point
 101     (there are 4 luma & 2 chroma blocks per macroblock, so
 102     only 1/3 of the gmc blocks use this, the other 2/3
 103     use the normal put_pixel* code, but only if there is
 104     just 1 warp point).
 105     Note: DivX5 gmc always uses just 1 warp point.
 106
 107 pix_sum
 108     Used for encoding.
 109
 110 hadamard8_diff / sse / sad == pix_norm1 / dct_sad / quant_psnr / rd / bit
 111     Specific compare functions used in encoding, it depends upon the
 112     command line switches which of these are used.
 113     Don't waste your time with dct_sad & quant_psnr, they aren't
 114     really useful.
 115
 116 put_pixels_clamped / add_pixels_clamped
 117     Used for en/decoding in the IDCT, easy.
 118     Note, some optimized IDCTs have the add/put clamped code included and
 119     then put_pixels_clamped / add_pixels_clamped will be unused.
 120
 121 idct/fdct
 122     idct (encoding & decoding)
 123     fdct (encoding)
 124     difficult to optimize
 125
 126 dct_quantize_trellis
 127     Used for encoding with trellis quantization.
 128     difficult to optimize
 129
 130 dct_quantize
 131     Used for encoding.
 132
 133 dct_unquantize_mpeg1
 134     Used in MPEG-1 en/decoding.
 135
 136 dct_unquantize_mpeg2
 137     Used in MPEG-2 en/decoding.
 138
 139 dct_unquantize_h263
 140     Used in MPEG-4/H.263 en/decoding.
 141
 142 FIXME remaining functions?
 143 BTW, most of these functions are in dsputil.c/.h, some are in mpegvideo.c/.h.
 144
 145
 146
 147 Alignment:
 148 Some instructions on some architectures have strict alignment restrictions,
 149 for example most SSE/SSE2 instructions on x86.
 150 The minimum guaranteed alignment is written in the .h files, for example:
 151     void (*put_pixels_clamped)(const DCTELEM *block/*align 16*/, UINT8 *pixels/*align 8*/, int line_size);
 152
 153
 154 General Tips:
 155 -------------
 156 Use asm loops like:
 157 __asm__(
 158     "1: ....
 159     ...
 160     "jump_instruction ....
 161 Do not use C loops:
 162 do{
 163     __asm__(
 164         ...
 165 }while()
 166
 167 For x86, mark registers that are clobbered in your asm. This means both
 168 general x86 registers (e.g. eax) as well as XMM registers. This last one is
 169 particularly important on Win64, where xmm6-15 are callee-save, and not
 170 restoring their contents leads to undefined results. In external asm (e.g.
 171 yasm), you do this by using:
 172 cglobal functon_name, num_args, num_regs, num_xmm_regs
 173 In inline asm, you specify clobbered registers at the end of your asm:
 174 __asm__(".." ::: "%eax").
 175 If gcc is not set to support sse (-msse) it will not accept xmm registers
 176 in the clobber list. For that we use two macros to declare the clobbers.
 177 XMM_CLOBBERS should be used when there are other clobbers, for example:
 178 __asm__(".." ::: XMM_CLOBBERS("xmm0",) "eax");
 179 and XMM_CLOBBERS_ONLY should be used when the only clobbers are xmm registers:
 180 __asm__(".." :: XMM_CLOBBERS_ONLY("xmm0"));
 181
 182 Do not expect a compiler to maintain values in your registers between separate
 183 (inline) asm code blocks. It is not required to. For example, this is bad:
 184 __asm__("movdqa %0, %%xmm7" : src);
 185 /* do something */
 186 __asm__("movdqa %%xmm7, %1" : dst);
 187 - first of all, you're assuming that the compiler will not use xmm7 in
 188    between the two asm blocks.  It probably won't when you test it, but it's
 189    a poor assumption that will break at some point for some --cpu compiler flag
 190 - secondly, you didn't mark xmm7 as clobbered. If you did, the compiler would
 191    have restored the original value of xmm7 after the first asm block, thus
 192    rendering the combination of the two blocks of code invalid
 193 Code that depends on data in registries being untouched, should be written as
 194 a single __asm__() statement. Ideally, a single function contains only one
 195 __asm__() block.
 196
 197 Use external asm (nasm/yasm) or inline asm (__asm__()), do not use intrinsics.
 198 The latter requires a good optimizing compiler which gcc is not.
 199
 200 Inline asm vs. external asm
 201 ---------------------------
 202 Both inline asm (__asm__("..") in a .c file, handled by a compiler such as gcc)
 203 and external asm (.s or .asm files, handled by an assembler such as yasm/nasm)
 204 are accepted in Libav. Which one to use differs per specific case.
 205
 206 - if your code is intended to be inlined in a C function, inline asm is always
 207    better, because external asm cannot be inlined
 208 - if your code calls external functions, yasm is always better
 209 - if your code takes huge and complex structs as function arguments (e.g.
 210    MpegEncContext; note that this is not ideal and is discouraged if there
 211    are alternatives), then inline asm is always better, because predicting
 212    member offsets in complex structs is almost impossible. It's safest to let
 213    the compiler take care of that
 214 - in many cases, both can be used and it just depends on the preference of the
 215    person writing the asm. For new asm, the choice is up to you. For existing
 216    asm, you'll likely want to maintain whatever form it is currently in unless
 217    there is a good reason to change it.
 218 - if, for some reason, you believe that a particular chunk of existing external
 219    asm could be improved upon further if written in inline asm (or the other
 220    way around), then please make the move from external asm <-> inline asm a
 221    separate patch before your patches that actually improve the asm.
 222
 223
 224 Links:
 225 ======
 226 http://www.aggregate.org/MAGIC/
 227
 228 x86-specific:
 229 -------------
 230 http://developer.intel.com/design/pentium4/manuals/248966.htm
 231
 232 The IA-32 Intel Architecture Software Developer's Manual, Volume 2:
 233 Instruction Set Reference
 234 http://developer.intel.com/design/pentium4/manuals/245471.htm
 235
 236 http://www.agner.org/assem/
 237
 238 AMD Athlon Processor x86 Code Optimization Guide:
 239 http://www.amd.com/us-en/assets/content_type/white_papers_and_tech_docs/22007.pdf
 240
 241
 242 ARM-specific:
 243 -------------
 244 ARM Architecture Reference Manual (up to ARMv5TE):
 245 http://www.arm.com/community/university/eulaarmarm.html
 246
 247 Procedure Call Standard for the ARM Architecture:
 248 http://www.arm.com/pdfs/aapcs.pdf
 249
 250 Optimization guide for ARM9E (used in Nokia 770 Internet Tablet):
 251 http://infocenter.arm.com/help/topic/com.arm.doc.ddi0240b/DDI0240A.pdf
 252 Optimization guide for ARM11 (used in Nokia N800 Internet Tablet):
 253 http://infocenter.arm.com/help/topic/com.arm.doc.ddi0211j/DDI0211J_arm1136_r1p5_trm.pdf
 254 Optimization guide for Intel XScale (used in Sharp Zaurus PDA):
 255 http://download.intel.com/design/intelxscale/27347302.pdf
 256 Intel Wireless MMX2 Coprocessor: Programmers Reference Manual
 257 http://download.intel.com/design/intelxscale/31451001.pdf
 258
 259 PowerPC-specific:
 260 -----------------
 261 PowerPC32/AltiVec PIM:
 262 www.freescale.com/files/32bit/doc/ref_manual/ALTIVECPEM.pdf
 263
 264 PowerPC32/AltiVec PEM:
 265 www.freescale.com/files/32bit/doc/ref_manual/ALTIVECPIM.pdf
 266
 267 CELL/SPU:
 268 http://www-01.ibm.com/chips/techlib/techlib.nsf/techdocs/30B3520C93F437AB87257060006FFE5E/$file/Language_Extensions_for_CBEA_2.4.pdf
 269 http://www-01.ibm.com/chips/techlib/techlib.nsf/techdocs/9F820A5FFA3ECE8C8725716A0062585F/$file/CBE_Handbook_v1.1_24APR2007_pub.pdf
 270
 271 SPARC-specific:
 272 ---------------
 273 SPARC Joint Programming Specification (JPS1): Commonality
 274 http://www.fujitsu.com/downloads/PRMPWR/JPS1-R1.0.4-Common-pub.pdf
 275
 276 UltraSPARC III Processor User's Manual (contains instruction timings)
 277 http://www.sun.com/processors/manuals/USIIIv2.pdf
 278
 279 VIS Whitepaper (contains optimization guidelines)
 280 http://www.sun.com/processors/vis/download/vis/vis_whitepaper.pdf
 281
 282 GCC asm links:
 283 --------------
 284 official doc but quite ugly
 285 http://gcc.gnu.org/onlinedocs/gcc/Extended-Asm.html
 286
 287 a bit old (note "+" is valid for input-output, even though the next disagrees)
 288 http://www.cs.virginia.edu/~clc5q/gcc-inline-asm.pdf