floating point AAN DCT
[ffmpeg.git] / libavcodec / dct-test.c
1 /**
2  * @file dct-test.c
3  * DCT test. (c) 2001 Fabrice Bellard. 
4  * Started from sample code by Juan J. Sierralta P.
5  */
6
7 #include <stdlib.h>
8 #include <stdio.h>
9 #include <string.h>
10 #include <sys/time.h>
11 #include <unistd.h>
12
13 #include "dsputil.h"
14
15 #include "i386/mmx.h"
16 #include "simple_idct.h"
17 #include "faandct.h"
18
19 #ifndef MAX
20 #define MAX(a, b)  (((a) > (b)) ? (a) : (b))
21 #endif
22
23 /* reference fdct/idct */
24 extern void fdct(DCTELEM *block);
25 extern void idct(DCTELEM *block);
26 extern void init_fdct();
27
28 extern void j_rev_dct(DCTELEM *data);
29 extern void ff_mmx_idct(DCTELEM *data);
30 extern void ff_mmxext_idct(DCTELEM *data);
31
32 extern void odivx_idct_c (short *block);
33
34 #define AANSCALE_BITS 12
35 static const unsigned short aanscales[64] = {
36     /* precomputed values scaled up by 14 bits */
37     16384, 22725, 21407, 19266, 16384, 12873,  8867,  4520,
38     22725, 31521, 29692, 26722, 22725, 17855, 12299,  6270,
39     21407, 29692, 27969, 25172, 21407, 16819, 11585,  5906,
40     19266, 26722, 25172, 22654, 19266, 15137, 10426,  5315,
41     16384, 22725, 21407, 19266, 16384, 12873,  8867,  4520,
42     12873, 17855, 16819, 15137, 12873, 10114,  6967,  3552,
43     8867, 12299, 11585, 10426,  8867,  6967,  4799,  2446,
44     4520,  6270,  5906,  5315,  4520,  3552,  2446,  1247
45 };
46
47 uint8_t cropTbl[256 + 2 * MAX_NEG_CROP];
48
49 int64_t gettime(void)
50 {
51     struct timeval tv;
52     gettimeofday(&tv,NULL);
53     return (int64_t)tv.tv_sec * 1000000 + tv.tv_usec;
54 }
55
56 #define NB_ITS 20000
57 #define NB_ITS_SPEED 50000
58
59 static short idct_mmx_perm[64];
60
61 static short idct_simple_mmx_perm[64]={
62         0x00, 0x08, 0x04, 0x09, 0x01, 0x0C, 0x05, 0x0D, 
63         0x10, 0x18, 0x14, 0x19, 0x11, 0x1C, 0x15, 0x1D, 
64         0x20, 0x28, 0x24, 0x29, 0x21, 0x2C, 0x25, 0x2D, 
65         0x12, 0x1A, 0x16, 0x1B, 0x13, 0x1E, 0x17, 0x1F, 
66         0x02, 0x0A, 0x06, 0x0B, 0x03, 0x0E, 0x07, 0x0F, 
67         0x30, 0x38, 0x34, 0x39, 0x31, 0x3C, 0x35, 0x3D, 
68         0x22, 0x2A, 0x26, 0x2B, 0x23, 0x2E, 0x27, 0x2F, 
69         0x32, 0x3A, 0x36, 0x3B, 0x33, 0x3E, 0x37, 0x3F,
70 };
71
72 void idct_mmx_init(void)
73 {
74     int i;
75
76     /* the mmx/mmxext idct uses a reordered input, so we patch scan tables */
77     for (i = 0; i < 64; i++) {
78         idct_mmx_perm[i] = (i & 0x38) | ((i & 6) >> 1) | ((i & 1) << 2);
79 //      idct_simple_mmx_perm[i] = simple_block_permute_op(i);
80     }
81 }
82
83 static DCTELEM block[64] __attribute__ ((aligned (8)));
84 static DCTELEM block1[64] __attribute__ ((aligned (8)));
85 static DCTELEM block_org[64] __attribute__ ((aligned (8)));
86
87 void dct_error(const char *name, int is_idct,
88                void (*fdct_func)(DCTELEM *block),
89                void (*fdct_ref)(DCTELEM *block), int test)
90 {
91     int it, i, scale;
92     int err_inf, v;
93     int64_t err2, ti, ti1, it1;
94     int64_t sysErr[64], sysErrMax=0;
95     int maxout=0;
96     int blockSumErrMax=0, blockSumErr;
97
98     srandom(0);
99
100     err_inf = 0;
101     err2 = 0;
102     for(i=0; i<64; i++) sysErr[i]=0;
103     for(it=0;it<NB_ITS;it++) {
104         for(i=0;i<64;i++)
105             block1[i] = 0;
106         switch(test){
107         case 0: 
108             for(i=0;i<64;i++)
109                 block1[i] = (random() % 512) -256;
110             if (is_idct){
111                 fdct(block1);
112
113                 for(i=0;i<64;i++)
114                     block1[i]>>=3;
115             }
116         break;
117         case 1:{
118             int num= (random()%10)+1;
119             for(i=0;i<num;i++)
120                 block1[random()%64] = (random() % 512) -256;
121         }break;
122         case 2:
123             block1[0]= (random()%4096)-2048;
124             block1[63]= (block1[0]&1)^1;
125         break;
126         }
127
128 #if 0 // simulate mismatch control
129 { int sum=0;
130         for(i=0;i<64;i++)
131            sum+=block1[i];
132
133         if((sum&1)==0) block1[63]^=1; 
134 }
135 #endif
136
137         for(i=0; i<64; i++)
138             block_org[i]= block1[i];
139
140         if (fdct_func == ff_mmx_idct ||
141             fdct_func == j_rev_dct || fdct_func == ff_mmxext_idct) {
142             for(i=0;i<64;i++)
143                 block[idct_mmx_perm[i]] = block1[i];
144         } else if(fdct_func == ff_simple_idct_mmx ) {
145             for(i=0;i<64;i++)
146                 block[idct_simple_mmx_perm[i]] = block1[i];
147
148         } else {
149             for(i=0; i<64; i++)
150                 block[i]= block1[i];
151         }
152 #if 0 // simulate mismatch control for tested IDCT but not the ref
153 { int sum=0;
154         for(i=0;i<64;i++)
155            sum+=block[i];
156
157         if((sum&1)==0) block[63]^=1; 
158 }
159 #endif
160
161         fdct_func(block);
162         emms(); /* for ff_mmx_idct */
163
164         if (fdct_func == fdct_ifast) {
165             for(i=0; i<64; i++) {
166                 scale = 8*(1 << (AANSCALE_BITS + 11)) / aanscales[i];
167                 block[i] = (block[i] * scale /*+ (1<<(AANSCALE_BITS-1))*/) >> AANSCALE_BITS;
168             }
169         }
170
171         fdct_ref(block1);
172
173         blockSumErr=0;
174         for(i=0;i<64;i++) {
175             v = abs(block[i] - block1[i]);
176             if (v > err_inf)
177                 err_inf = v;
178             err2 += v * v;
179             sysErr[i] += block[i] - block1[i];
180             blockSumErr += v;
181             if( abs(block[i])>maxout) maxout=abs(block[i]);
182         }
183         if(blockSumErrMax < blockSumErr) blockSumErrMax= blockSumErr;
184 #if 0 // print different matrix pairs
185         if(blockSumErr){
186             printf("\n");
187             for(i=0; i<64; i++){
188                 if((i&7)==0) printf("\n");
189                 printf("%4d ", block_org[i]);
190             }
191             for(i=0; i<64; i++){
192                 if((i&7)==0) printf("\n");
193                 printf("%4d ", block[i] - block1[i]);
194             }
195         }
196 #endif
197     }
198     for(i=0; i<64; i++) sysErrMax= MAX(sysErrMax, ABS(sysErr[i]));
199     
200 #if 1 // dump systematic errors
201     for(i=0; i<64; i++){
202         if(i%8==0) printf("\n");
203         printf("%5d ", (int)sysErr[i]);
204     }
205     printf("\n");
206 #endif
207     
208     printf("%s %s: err_inf=%d err2=%0.8f syserr=%0.8f maxout=%d blockSumErr=%d\n",
209            is_idct ? "IDCT" : "DCT",
210            name, err_inf, (double)err2 / NB_ITS / 64.0, (double)sysErrMax / NB_ITS, maxout, blockSumErrMax);
211 #if 1 //Speed test
212     /* speed test */
213     for(i=0;i<64;i++)
214         block1[i] = 0;
215     switch(test){
216     case 0: 
217         for(i=0;i<64;i++)
218             block1[i] = (random() % 512) -256;
219         if (is_idct){
220             fdct(block1);
221
222             for(i=0;i<64;i++)
223                 block1[i]>>=3;
224         }
225     break;
226     case 1:{
227     case 2:
228         block1[0] = (random() % 512) -256;
229         block1[1] = (random() % 512) -256;
230         block1[2] = (random() % 512) -256;
231         block1[3] = (random() % 512) -256;
232     }break;
233     }
234
235     if (fdct_func == ff_mmx_idct ||
236         fdct_func == j_rev_dct || fdct_func == ff_mmxext_idct) {
237         for(i=0;i<64;i++)
238             block[idct_mmx_perm[i]] = block1[i];
239     } else if(fdct_func == ff_simple_idct_mmx ) {
240         for(i=0;i<64;i++)
241             block[idct_simple_mmx_perm[i]] = block1[i];
242     } else {
243         for(i=0; i<64; i++)
244             block[i]= block1[i];
245     }
246
247     ti = gettime();
248     it1 = 0;
249     do {
250         for(it=0;it<NB_ITS_SPEED;it++) {
251             for(i=0; i<64; i++)
252                 block[i]= block1[i];
253 //            memcpy(block, block1, sizeof(DCTELEM) * 64);
254 // dont memcpy especially not fastmemcpy because it does movntq !!!
255             fdct_func(block);
256         }
257         it1 += NB_ITS_SPEED;
258         ti1 = gettime() - ti;
259     } while (ti1 < 1000000);
260     emms();
261
262     printf("%s %s: %0.1f kdct/s\n",
263            is_idct ? "IDCT" : "DCT",
264            name, (double)it1 * 1000.0 / (double)ti1);
265 #endif
266 }
267
268 static uint8_t img_dest[64] __attribute__ ((aligned (8)));
269 static uint8_t img_dest1[64] __attribute__ ((aligned (8)));
270
271 void idct248_ref(uint8_t *dest, int linesize, int16_t *block)
272 {
273     static int init;
274     static double c8[8][8];
275     static double c4[4][4];
276     double block1[64], block2[64], block3[64];
277     double s, sum, v;
278     int i, j, k;
279
280     if (!init) {
281         init = 1;
282
283         for(i=0;i<8;i++) {
284             sum = 0;
285             for(j=0;j<8;j++) {
286                 s = (i==0) ? sqrt(1.0/8.0) : sqrt(1.0/4.0);
287                 c8[i][j] = s * cos(M_PI * i * (j + 0.5) / 8.0);
288                 sum += c8[i][j] * c8[i][j];
289             }
290         }
291         
292         for(i=0;i<4;i++) {
293             sum = 0;
294             for(j=0;j<4;j++) {
295                 s = (i==0) ? sqrt(1.0/4.0) : sqrt(1.0/2.0);
296                 c4[i][j] = s * cos(M_PI * i * (j + 0.5) / 4.0);
297                 sum += c4[i][j] * c4[i][j];
298             }
299         }
300     }
301
302     /* butterfly */
303     s = 0.5 * sqrt(2.0);
304     for(i=0;i<4;i++) {
305         for(j=0;j<8;j++) {
306             block1[8*(2*i)+j] = (block[8*(2*i)+j] + block[8*(2*i+1)+j]) * s;
307             block1[8*(2*i+1)+j] = (block[8*(2*i)+j] - block[8*(2*i+1)+j]) * s;
308         }
309     }
310
311     /* idct8 on lines */
312     for(i=0;i<8;i++) {
313         for(j=0;j<8;j++) {
314             sum = 0;
315             for(k=0;k<8;k++)
316                 sum += c8[k][j] * block1[8*i+k];
317             block2[8*i+j] = sum;
318         }
319     }
320
321     /* idct4 */
322     for(i=0;i<8;i++) {
323         for(j=0;j<4;j++) {
324             /* top */
325             sum = 0;
326             for(k=0;k<4;k++)
327                 sum += c4[k][j] * block2[8*(2*k)+i];
328             block3[8*(2*j)+i] = sum;
329
330             /* bottom */
331             sum = 0;
332             for(k=0;k<4;k++)
333                 sum += c4[k][j] * block2[8*(2*k+1)+i];
334             block3[8*(2*j+1)+i] = sum;
335         }
336     }
337
338     /* clamp and store the result */
339     for(i=0;i<8;i++) {
340         for(j=0;j<8;j++) {
341             v = block3[8*i+j];
342             if (v < 0)
343                 v = 0;
344             else if (v > 255)
345                 v = 255;
346             dest[i * linesize + j] = (int)rint(v);
347         }
348     }
349 }
350
351 void idct248_error(const char *name, 
352                     void (*idct248_put)(uint8_t *dest, int line_size, int16_t *block))
353 {
354     int it, i, it1, ti, ti1, err_max, v;
355
356     srandom(0);
357     
358     /* just one test to see if code is correct (precision is less
359        important here) */
360     err_max = 0;
361     for(it=0;it<NB_ITS;it++) {
362         
363         /* XXX: use forward transform to generate values */
364         for(i=0;i<64;i++)
365             block1[i] = (random() % 256) - 128;
366         block1[0] += 1024;
367
368         for(i=0; i<64; i++)
369             block[i]= block1[i];
370         idct248_ref(img_dest1, 8, block);
371         
372         for(i=0; i<64; i++)
373             block[i]= block1[i];
374         idct248_put(img_dest, 8, block);
375         
376         for(i=0;i<64;i++) {
377             v = abs((int)img_dest[i] - (int)img_dest1[i]);
378             if (v == 255)
379                 printf("%d %d\n", img_dest[i], img_dest1[i]);
380             if (v > err_max)
381                 err_max = v;
382         }
383 #if 0
384         printf("ref=\n");
385         for(i=0;i<8;i++) {
386             int j;
387             for(j=0;j<8;j++) {
388                 printf(" %3d", img_dest1[i*8+j]);
389             }
390             printf("\n");
391         }
392         
393         printf("out=\n");
394         for(i=0;i<8;i++) {
395             int j;
396             for(j=0;j<8;j++) {
397                 printf(" %3d", img_dest[i*8+j]);
398             }
399             printf("\n");
400         }
401 #endif
402     }
403     printf("%s %s: err_inf=%d\n",
404            1 ? "IDCT248" : "DCT248",
405            name, err_max);
406
407     ti = gettime();
408     it1 = 0;
409     do {
410         for(it=0;it<NB_ITS_SPEED;it++) {
411             for(i=0; i<64; i++)
412                 block[i]= block1[i];
413 //            memcpy(block, block1, sizeof(DCTELEM) * 64);
414 // dont memcpy especially not fastmemcpy because it does movntq !!!
415             idct248_put(img_dest, 8, block);
416         }
417         it1 += NB_ITS_SPEED;
418         ti1 = gettime() - ti;
419     } while (ti1 < 1000000);
420     emms();
421
422     printf("%s %s: %0.1f kdct/s\n",
423            1 ? "IDCT248" : "DCT248",
424            name, (double)it1 * 1000.0 / (double)ti1);
425 }
426
427 void help(void)
428 {
429     printf("dct-test [-i] [<test-number>]\n"
430            "test-number 0 -> test with random matrixes\n"
431            "            1 -> test with random sparse matrixes\n"
432            "            2 -> do 3. test from mpeg4 std\n"
433            "-i          test IDCT implementations\n"
434            "-4          test IDCT248 implementations\n");
435     exit(1);
436 }
437
438 int main(int argc, char **argv)
439 {
440     int test_idct = 0, test_248_dct = 0;
441     int c,i;
442     int test=1;
443
444     init_fdct();
445     idct_mmx_init();
446
447     for(i=0;i<256;i++) cropTbl[i + MAX_NEG_CROP] = i;
448     for(i=0;i<MAX_NEG_CROP;i++) {
449         cropTbl[i] = 0;
450         cropTbl[i + MAX_NEG_CROP + 256] = 255;
451     }
452     
453     for(;;) {
454         c = getopt(argc, argv, "ih4");
455         if (c == -1)
456             break;
457         switch(c) {
458         case 'i':
459             test_idct = 1;
460             break;
461         case '4':
462             test_248_dct = 1;
463             break;
464         default :
465         case 'h':
466             help();
467             break;
468         }
469     }
470     
471     if(optind <argc) test= atoi(argv[optind]);
472                
473     printf("ffmpeg DCT/IDCT test\n");
474
475     if (test_248_dct) {
476         idct248_error("SIMPLE-C", simple_idct248_put);
477     } else {
478         if (!test_idct) {
479             dct_error("REF-DBL", 0, fdct, fdct, test); /* only to verify code ! */
480             dct_error("IJG-AAN-INT", 0, fdct_ifast, fdct, test);
481             dct_error("IJG-LLM-INT", 0, ff_jpeg_fdct_islow, fdct, test);
482             dct_error("MMX", 0, ff_fdct_mmx, fdct, test);
483             dct_error("FAAN", 0, ff_faandct, fdct, test);
484         } else {
485             dct_error("REF-DBL", 1, idct, idct, test);
486             dct_error("INT", 1, j_rev_dct, idct, test);
487             dct_error("LIBMPEG2-MMX", 1, ff_mmx_idct, idct, test);
488             dct_error("LIBMPEG2-MMXEXT", 1, ff_mmxext_idct, idct, test);
489             dct_error("SIMPLE-C", 1, simple_idct, idct, test);
490             dct_error("SIMPLE-MMX", 1, ff_simple_idct_mmx, idct, test);
491             //        dct_error("ODIVX-C", 1, odivx_idct_c, idct);
492             //printf(" test against odivx idct\n");
493             //  dct_error("REF", 1, idct, odivx_idct_c);
494             //        dct_error("INT", 1, j_rev_dct, odivx_idct_c);
495             //        dct_error("MMX", 1, ff_mmx_idct, odivx_idct_c);
496             //        dct_error("MMXEXT", 1, ff_mmxext_idct, odivx_idct_c);
497             //        dct_error("SIMPLE-C", 1, simple_idct, odivx_idct_c);
498             //        dct_error("SIMPLE-MMX", 1, ff_simple_idct_mmx, odivx_idct_c);
499             //        dct_error("ODIVX-C", 1, odivx_idct_c, odivx_idct_c);
500         }
501     }
502     return 0;
503 }