bc7b34ba6a993478be7bac30350db08e29850afd
[ffmpeg.git] / libavcodec / dct-test.c
1 /*
2  * (c) 2001 Fabrice Bellard
3  *     2007 Marc Hoffman <marc.hoffman@analog.com>
4  *
5  * This file is part of FFmpeg.
6  *
7  * FFmpeg is free software; you can redistribute it and/or
8  * modify it under the terms of the GNU Lesser General Public
9  * License as published by the Free Software Foundation; either
10  * version 2.1 of the License, or (at your option) any later version.
11  *
12  * FFmpeg is distributed in the hope that it will be useful,
13  * but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
14  * MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the GNU
15  * Lesser General Public License for more details.
16  *
17  * You should have received a copy of the GNU Lesser General Public
18  * License along with FFmpeg; if not, write to the Free Software
19  * Foundation, Inc., 51 Franklin Street, Fifth Floor, Boston, MA 02110-1301 USA
20  */
21
22 /**
23  * @file dct-test.c
24  * DCT test. (c) 2001 Fabrice Bellard.
25  * Started from sample code by Juan J. Sierralta P.
26  */
27
28 #include <stdlib.h>
29 #include <stdio.h>
30 #include <string.h>
31 #include <sys/time.h>
32 #include <unistd.h>
33 #include <math.h>
34
35 #include "libavutil/common.h"
36
37 #include "simple_idct.h"
38 #include "aandcttab.h"
39 #include "faandct.h"
40 #include "faanidct.h"
41 #include "i386/idct_xvid.h"
42
43 #undef printf
44 #undef random
45
46 void *fast_memcpy(void *a, const void *b, size_t c){return memcpy(a,b,c);};
47
48 /* reference fdct/idct */
49 void fdct(DCTELEM *block);
50 void idct(DCTELEM *block);
51 void init_fdct();
52
53 void ff_mmx_idct(DCTELEM *data);
54 void ff_mmxext_idct(DCTELEM *data);
55
56 void odivx_idct_c(short *block);
57
58 // BFIN
59 void ff_bfin_idct(DCTELEM *block);
60 void ff_bfin_fdct(DCTELEM *block);
61
62 // ALTIVEC
63 void fdct_altivec(DCTELEM *block);
64 //void idct_altivec(DCTELEM *block);?? no routine
65
66
67 struct algo {
68   const char *name;
69   enum { FDCT, IDCT } is_idct;
70   void (* func) (DCTELEM *block);
71   void (* ref)  (DCTELEM *block);
72   enum formattag { NO_PERM,MMX_PERM, MMX_SIMPLE_PERM, SCALE_PERM, SSE2_PERM } format;
73   int  mm_support;
74 };
75
76 #ifndef FAAN_POSTSCALE
77 #define FAAN_SCALE SCALE_PERM
78 #else
79 #define FAAN_SCALE NO_PERM
80 #endif
81
82 static int cpu_flags;
83
84 struct algo algos[] = {
85   {"REF-DBL",         0, fdct,               fdct, NO_PERM},
86   {"FAAN",            0, ff_faandct,         fdct, FAAN_SCALE},
87   {"FAANI",           1, ff_faanidct,        idct, NO_PERM},
88   {"IJG-AAN-INT",     0, fdct_ifast,         fdct, SCALE_PERM},
89   {"IJG-LLM-INT",     0, ff_jpeg_fdct_islow, fdct, NO_PERM},
90   {"REF-DBL",         1, idct,               idct, NO_PERM},
91   {"INT",             1, j_rev_dct,          idct, MMX_PERM},
92   {"SIMPLE-C",        1, ff_simple_idct,     idct, NO_PERM},
93
94 #ifdef HAVE_MMX
95   {"MMX",             0, ff_fdct_mmx,        fdct, NO_PERM, FF_MM_MMX},
96 #ifdef HAVE_MMX2
97   {"MMX2",            0, ff_fdct_mmx2,       fdct, NO_PERM, FF_MM_MMXEXT},
98   {"SSE2",            0, ff_fdct_sse2,       fdct, NO_PERM, FF_MM_SSE2},
99 #endif
100
101 #ifdef CONFIG_GPL
102   {"LIBMPEG2-MMX",    1, ff_mmx_idct,        idct, MMX_PERM, FF_MM_MMX},
103   {"LIBMPEG2-MMXEXT", 1, ff_mmxext_idct,     idct, MMX_PERM, FF_MM_MMXEXT},
104 #endif
105   {"SIMPLE-MMX",      1, ff_simple_idct_mmx, idct, MMX_SIMPLE_PERM, FF_MM_MMX},
106   {"XVID-MMX",        1, ff_idct_xvid_mmx,   idct, NO_PERM, FF_MM_MMX},
107   {"XVID-MMX2",       1, ff_idct_xvid_mmx2,  idct, NO_PERM, FF_MM_MMXEXT},
108   {"XVID-SSE2",       1, ff_idct_xvid_sse2,  idct, SSE2_PERM, FF_MM_SSE2},
109 #endif
110
111 #ifdef HAVE_ALTIVEC
112   {"altivecfdct",     0, fdct_altivec,       fdct, NO_PERM, FF_MM_ALTIVEC},
113 #endif
114
115 #ifdef ARCH_BFIN
116   {"BFINfdct",        0, ff_bfin_fdct,       fdct, NO_PERM},
117   {"BFINidct",        1, ff_bfin_idct,       idct, NO_PERM},
118 #endif
119
120   { 0 }
121 };
122
123 #define AANSCALE_BITS 12
124
125 uint8_t cropTbl[256 + 2 * MAX_NEG_CROP];
126
127 int64_t gettime(void)
128 {
129     struct timeval tv;
130     gettimeofday(&tv,NULL);
131     return (int64_t)tv.tv_sec * 1000000 + tv.tv_usec;
132 }
133
134 #define NB_ITS 20000
135 #define NB_ITS_SPEED 50000
136
137 static short idct_mmx_perm[64];
138
139 static short idct_simple_mmx_perm[64]={
140         0x00, 0x08, 0x04, 0x09, 0x01, 0x0C, 0x05, 0x0D,
141         0x10, 0x18, 0x14, 0x19, 0x11, 0x1C, 0x15, 0x1D,
142         0x20, 0x28, 0x24, 0x29, 0x21, 0x2C, 0x25, 0x2D,
143         0x12, 0x1A, 0x16, 0x1B, 0x13, 0x1E, 0x17, 0x1F,
144         0x02, 0x0A, 0x06, 0x0B, 0x03, 0x0E, 0x07, 0x0F,
145         0x30, 0x38, 0x34, 0x39, 0x31, 0x3C, 0x35, 0x3D,
146         0x22, 0x2A, 0x26, 0x2B, 0x23, 0x2E, 0x27, 0x2F,
147         0x32, 0x3A, 0x36, 0x3B, 0x33, 0x3E, 0x37, 0x3F,
148 };
149
150 static const uint8_t idct_sse2_row_perm[8] = {0, 4, 1, 5, 2, 6, 3, 7};
151
152 void idct_mmx_init(void)
153 {
154     int i;
155
156     /* the mmx/mmxext idct uses a reordered input, so we patch scan tables */
157     for (i = 0; i < 64; i++) {
158         idct_mmx_perm[i] = (i & 0x38) | ((i & 6) >> 1) | ((i & 1) << 2);
159 //        idct_simple_mmx_perm[i] = simple_block_permute_op(i);
160     }
161 }
162
163 static DCTELEM block[64] __attribute__ ((aligned (16)));
164 static DCTELEM block1[64] __attribute__ ((aligned (8)));
165 static DCTELEM block_org[64] __attribute__ ((aligned (8)));
166
167 static inline void mmx_emms(void)
168 {
169 #ifdef HAVE_MMX
170     if (cpu_flags & FF_MM_MMX)
171         __asm__ volatile ("emms\n\t");
172 #endif
173 }
174
175 void dct_error(const char *name, int is_idct,
176                void (*fdct_func)(DCTELEM *block),
177                void (*fdct_ref)(DCTELEM *block), int form, int test)
178 {
179     int it, i, scale;
180     int err_inf, v;
181     int64_t err2, ti, ti1, it1;
182     int64_t sysErr[64], sysErrMax=0;
183     int maxout=0;
184     int blockSumErrMax=0, blockSumErr;
185
186     srandom(0);
187
188     err_inf = 0;
189     err2 = 0;
190     for(i=0; i<64; i++) sysErr[i]=0;
191     for(it=0;it<NB_ITS;it++) {
192         for(i=0;i<64;i++)
193             block1[i] = 0;
194         switch(test){
195         case 0:
196             for(i=0;i<64;i++)
197                 block1[i] = (random() % 512) -256;
198             if (is_idct){
199                 fdct(block1);
200
201                 for(i=0;i<64;i++)
202                     block1[i]>>=3;
203             }
204         break;
205         case 1:{
206             int num= (random()%10)+1;
207             for(i=0;i<num;i++)
208                 block1[random()%64] = (random() % 512) -256;
209         }break;
210         case 2:
211             block1[0]= (random()%4096)-2048;
212             block1[63]= (block1[0]&1)^1;
213         break;
214         }
215
216 #if 0 // simulate mismatch control
217 { int sum=0;
218         for(i=0;i<64;i++)
219            sum+=block1[i];
220
221         if((sum&1)==0) block1[63]^=1;
222 }
223 #endif
224
225         for(i=0; i<64; i++)
226             block_org[i]= block1[i];
227
228         if (form == MMX_PERM) {
229             for(i=0;i<64;i++)
230                 block[idct_mmx_perm[i]] = block1[i];
231             } else if (form == MMX_SIMPLE_PERM) {
232             for(i=0;i<64;i++)
233                 block[idct_simple_mmx_perm[i]] = block1[i];
234
235         } else if (form == SSE2_PERM) {
236             for(i=0; i<64; i++)
237                 block[(i&0x38) | idct_sse2_row_perm[i&7]] = block1[i];
238         } else {
239             for(i=0; i<64; i++)
240                 block[i]= block1[i];
241         }
242 #if 0 // simulate mismatch control for tested IDCT but not the ref
243 { int sum=0;
244         for(i=0;i<64;i++)
245            sum+=block[i];
246
247         if((sum&1)==0) block[63]^=1;
248 }
249 #endif
250
251         fdct_func(block);
252         mmx_emms();
253
254         if (form == SCALE_PERM) {
255             for(i=0; i<64; i++) {
256                 scale = 8*(1 << (AANSCALE_BITS + 11)) / ff_aanscales[i];
257                 block[i] = (block[i] * scale /*+ (1<<(AANSCALE_BITS-1))*/) >> AANSCALE_BITS;
258             }
259         }
260
261         fdct_ref(block1);
262
263         blockSumErr=0;
264         for(i=0;i<64;i++) {
265             v = abs(block[i] - block1[i]);
266             if (v > err_inf)
267                 err_inf = v;
268             err2 += v * v;
269             sysErr[i] += block[i] - block1[i];
270             blockSumErr += v;
271             if( abs(block[i])>maxout) maxout=abs(block[i]);
272         }
273         if(blockSumErrMax < blockSumErr) blockSumErrMax= blockSumErr;
274 #if 0 // print different matrix pairs
275         if(blockSumErr){
276             printf("\n");
277             for(i=0; i<64; i++){
278                 if((i&7)==0) printf("\n");
279                 printf("%4d ", block_org[i]);
280             }
281             for(i=0; i<64; i++){
282                 if((i&7)==0) printf("\n");
283                 printf("%4d ", block[i] - block1[i]);
284             }
285         }
286 #endif
287     }
288     for(i=0; i<64; i++) sysErrMax= FFMAX(sysErrMax, FFABS(sysErr[i]));
289
290 #if 1 // dump systematic errors
291     for(i=0; i<64; i++){
292         if(i%8==0) printf("\n");
293         printf("%5d ", (int)sysErr[i]);
294     }
295     printf("\n");
296 #endif
297
298     printf("%s %s: err_inf=%d err2=%0.8f syserr=%0.8f maxout=%d blockSumErr=%d\n",
299            is_idct ? "IDCT" : "DCT",
300            name, err_inf, (double)err2 / NB_ITS / 64.0, (double)sysErrMax / NB_ITS, maxout, blockSumErrMax);
301 #if 1 //Speed test
302     /* speed test */
303     for(i=0;i<64;i++)
304         block1[i] = 0;
305     switch(test){
306     case 0:
307         for(i=0;i<64;i++)
308             block1[i] = (random() % 512) -256;
309         if (is_idct){
310             fdct(block1);
311
312             for(i=0;i<64;i++)
313                 block1[i]>>=3;
314         }
315     break;
316     case 1:{
317     case 2:
318         block1[0] = (random() % 512) -256;
319         block1[1] = (random() % 512) -256;
320         block1[2] = (random() % 512) -256;
321         block1[3] = (random() % 512) -256;
322     }break;
323     }
324
325     if (form == MMX_PERM) {
326         for(i=0;i<64;i++)
327             block[idct_mmx_perm[i]] = block1[i];
328     } else if(form == MMX_SIMPLE_PERM) {
329         for(i=0;i<64;i++)
330             block[idct_simple_mmx_perm[i]] = block1[i];
331     } else {
332         for(i=0; i<64; i++)
333             block[i]= block1[i];
334     }
335
336     ti = gettime();
337     it1 = 0;
338     do {
339         for(it=0;it<NB_ITS_SPEED;it++) {
340             for(i=0; i<64; i++)
341                 block[i]= block1[i];
342 //            memcpy(block, block1, sizeof(DCTELEM) * 64);
343 // do not memcpy especially not fastmemcpy because it does movntq !!!
344             fdct_func(block);
345         }
346         it1 += NB_ITS_SPEED;
347         ti1 = gettime() - ti;
348     } while (ti1 < 1000000);
349     mmx_emms();
350
351     printf("%s %s: %0.1f kdct/s\n",
352            is_idct ? "IDCT" : "DCT",
353            name, (double)it1 * 1000.0 / (double)ti1);
354 #endif
355 }
356
357 static uint8_t img_dest[64] __attribute__ ((aligned (8)));
358 static uint8_t img_dest1[64] __attribute__ ((aligned (8)));
359
360 void idct248_ref(uint8_t *dest, int linesize, int16_t *block)
361 {
362     static int init;
363     static double c8[8][8];
364     static double c4[4][4];
365     double block1[64], block2[64], block3[64];
366     double s, sum, v;
367     int i, j, k;
368
369     if (!init) {
370         init = 1;
371
372         for(i=0;i<8;i++) {
373             sum = 0;
374             for(j=0;j<8;j++) {
375                 s = (i==0) ? sqrt(1.0/8.0) : sqrt(1.0/4.0);
376                 c8[i][j] = s * cos(M_PI * i * (j + 0.5) / 8.0);
377                 sum += c8[i][j] * c8[i][j];
378             }
379         }
380
381         for(i=0;i<4;i++) {
382             sum = 0;
383             for(j=0;j<4;j++) {
384                 s = (i==0) ? sqrt(1.0/4.0) : sqrt(1.0/2.0);
385                 c4[i][j] = s * cos(M_PI * i * (j + 0.5) / 4.0);
386                 sum += c4[i][j] * c4[i][j];
387             }
388         }
389     }
390
391     /* butterfly */
392     s = 0.5 * sqrt(2.0);
393     for(i=0;i<4;i++) {
394         for(j=0;j<8;j++) {
395             block1[8*(2*i)+j] = (block[8*(2*i)+j] + block[8*(2*i+1)+j]) * s;
396             block1[8*(2*i+1)+j] = (block[8*(2*i)+j] - block[8*(2*i+1)+j]) * s;
397         }
398     }
399
400     /* idct8 on lines */
401     for(i=0;i<8;i++) {
402         for(j=0;j<8;j++) {
403             sum = 0;
404             for(k=0;k<8;k++)
405                 sum += c8[k][j] * block1[8*i+k];
406             block2[8*i+j] = sum;
407         }
408     }
409
410     /* idct4 */
411     for(i=0;i<8;i++) {
412         for(j=0;j<4;j++) {
413             /* top */
414             sum = 0;
415             for(k=0;k<4;k++)
416                 sum += c4[k][j] * block2[8*(2*k)+i];
417             block3[8*(2*j)+i] = sum;
418
419             /* bottom */
420             sum = 0;
421             for(k=0;k<4;k++)
422                 sum += c4[k][j] * block2[8*(2*k+1)+i];
423             block3[8*(2*j+1)+i] = sum;
424         }
425     }
426
427     /* clamp and store the result */
428     for(i=0;i<8;i++) {
429         for(j=0;j<8;j++) {
430             v = block3[8*i+j];
431             if (v < 0)
432                 v = 0;
433             else if (v > 255)
434                 v = 255;
435             dest[i * linesize + j] = (int)rint(v);
436         }
437     }
438 }
439
440 void idct248_error(const char *name,
441                     void (*idct248_put)(uint8_t *dest, int line_size, int16_t *block))
442 {
443     int it, i, it1, ti, ti1, err_max, v;
444
445     srandom(0);
446
447     /* just one test to see if code is correct (precision is less
448        important here) */
449     err_max = 0;
450     for(it=0;it<NB_ITS;it++) {
451
452         /* XXX: use forward transform to generate values */
453         for(i=0;i<64;i++)
454             block1[i] = (random() % 256) - 128;
455         block1[0] += 1024;
456
457         for(i=0; i<64; i++)
458             block[i]= block1[i];
459         idct248_ref(img_dest1, 8, block);
460
461         for(i=0; i<64; i++)
462             block[i]= block1[i];
463         idct248_put(img_dest, 8, block);
464
465         for(i=0;i<64;i++) {
466             v = abs((int)img_dest[i] - (int)img_dest1[i]);
467             if (v == 255)
468                 printf("%d %d\n", img_dest[i], img_dest1[i]);
469             if (v > err_max)
470                 err_max = v;
471         }
472 #if 0
473         printf("ref=\n");
474         for(i=0;i<8;i++) {
475             int j;
476             for(j=0;j<8;j++) {
477                 printf(" %3d", img_dest1[i*8+j]);
478             }
479             printf("\n");
480         }
481
482         printf("out=\n");
483         for(i=0;i<8;i++) {
484             int j;
485             for(j=0;j<8;j++) {
486                 printf(" %3d", img_dest[i*8+j]);
487             }
488             printf("\n");
489         }
490 #endif
491     }
492     printf("%s %s: err_inf=%d\n",
493            1 ? "IDCT248" : "DCT248",
494            name, err_max);
495
496     ti = gettime();
497     it1 = 0;
498     do {
499         for(it=0;it<NB_ITS_SPEED;it++) {
500             for(i=0; i<64; i++)
501                 block[i]= block1[i];
502 //            memcpy(block, block1, sizeof(DCTELEM) * 64);
503 // do not memcpy especially not fastmemcpy because it does movntq !!!
504             idct248_put(img_dest, 8, block);
505         }
506         it1 += NB_ITS_SPEED;
507         ti1 = gettime() - ti;
508     } while (ti1 < 1000000);
509     mmx_emms();
510
511     printf("%s %s: %0.1f kdct/s\n",
512            1 ? "IDCT248" : "DCT248",
513            name, (double)it1 * 1000.0 / (double)ti1);
514 }
515
516 void help(void)
517 {
518     printf("dct-test [-i] [<test-number>]\n"
519            "test-number 0 -> test with random matrixes\n"
520            "            1 -> test with random sparse matrixes\n"
521            "            2 -> do 3. test from mpeg4 std\n"
522            "-i          test IDCT implementations\n"
523            "-4          test IDCT248 implementations\n");
524 }
525
526 int main(int argc, char **argv)
527 {
528     int test_idct = 0, test_248_dct = 0;
529     int c,i;
530     int test=1;
531     cpu_flags = mm_support();
532
533     init_fdct();
534     idct_mmx_init();
535
536     for(i=0;i<256;i++) cropTbl[i + MAX_NEG_CROP] = i;
537     for(i=0;i<MAX_NEG_CROP;i++) {
538         cropTbl[i] = 0;
539         cropTbl[i + MAX_NEG_CROP + 256] = 255;
540     }
541
542     for(;;) {
543         c = getopt(argc, argv, "ih4");
544         if (c == -1)
545             break;
546         switch(c) {
547         case 'i':
548             test_idct = 1;
549             break;
550         case '4':
551             test_248_dct = 1;
552             break;
553         default :
554         case 'h':
555             help();
556             return 0;
557         }
558     }
559
560     if(optind <argc) test= atoi(argv[optind]);
561
562     printf("ffmpeg DCT/IDCT test\n");
563
564     if (test_248_dct) {
565         idct248_error("SIMPLE-C", ff_simple_idct248_put);
566     } else {
567       for (i=0;algos[i].name;i++)
568         if (algos[i].is_idct == test_idct && !(~cpu_flags & algos[i].mm_support)) {
569           dct_error (algos[i].name, algos[i].is_idct, algos[i].func, algos[i].ref, algos[i].format, test);
570         }
571     }
572     return 0;
573 }