Implement the discrete sine/cosine transforms DCT-I and DST-I
[ffmpeg.git] / libavcodec / dct.c
1 /*
2  * (I)DCT Transforms
3  * Copyright (c) 2009 Peter Ross <pross@xvid.org>
4  * Copyright (c) 2010 Alex Converse <alex.converse@gmail.com>
5  * Copyright (c) 2010 Vitor Sessak
6  *
7  * This file is part of FFmpeg.
8  *
9  * FFmpeg is free software; you can redistribute it and/or
10  * modify it under the terms of the GNU Lesser General Public
11  * License as published by the Free Software Foundation; either
12  * version 2.1 of the License, or (at your option) any later version.
13  *
14  * FFmpeg is distributed in the hope that it will be useful,
15  * but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
16  * MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the GNU
17  * Lesser General Public License for more details.
18  *
19  * You should have received a copy of the GNU Lesser General Public
20  * License along with FFmpeg; if not, write to the Free Software
21  * Foundation, Inc., 51 Franklin St, Fifth Floor, Boston, MA  02110-1301  USA
22  */
23
24 /**
25  * @file libavcodec/dct.c
26  * (Inverse) Discrete Cosine Transforms. These are also known as the
27  * type II and type III DCTs respectively.
28  */
29
30 #include <math.h>
31 #include "libavutil/mathematics.h"
32 #include "fft.h"
33
34 /* sin((M_PI * x / (2*n)) */
35 #define SIN(s,n,x) (s->costab[(n) - (x)])
36
37 /* cos((M_PI * x / (2*n)) */
38 #define COS(s,n,x) (s->costab[x])
39
40 static void ff_dst_calc_I_c(DCTContext *ctx, FFTSample *data)
41 {
42     int n = 1 << ctx->nbits;
43     int i;
44
45     data[0] = 0;
46     for(i = 1; i < n/2; i++) {
47         float tmp1 = data[i    ];
48         float tmp2 = data[n - i];
49         float s = SIN(ctx, n, 2*i);
50
51         s *= tmp1 + tmp2;
52         tmp1 = (tmp1 - tmp2) * 0.5f;
53         data[i    ] = s + tmp1;
54         data[n - i] = s - tmp1;
55     }
56
57     data[n/2] *= 2;
58     ff_rdft_calc(&ctx->rdft, data);
59
60     data[0] *= 0.5f;
61
62     for(i = 1; i < n-2; i += 2) {
63         data[i + 1] += data[i - 1];
64         data[i    ] = -data[i + 2];
65     }
66
67     data[n-1] = 0;
68 }
69
70 static void ff_dct_calc_I_c(DCTContext *ctx, FFTSample *data)
71 {
72     int n = 1 << ctx->nbits;
73     int i;
74     float next = -0.5f * (data[0] - data[n]);
75
76     for(i = 0; i < n/2; i++) {
77         float tmp1 = data[i    ];
78         float tmp2 = data[n - i];
79         float s = SIN(ctx, n, 2*i);
80         float c = COS(ctx, n, 2*i);
81
82         c *= tmp1 - tmp2;
83         s *= tmp1 - tmp2;
84
85         next += c;
86
87         tmp1 = (tmp1 + tmp2) * 0.5f;
88         data[i    ] = tmp1 - s;
89         data[n - i] = tmp1 + s;
90     }
91
92     ff_rdft_calc(&ctx->rdft, data);
93     data[n] = data[1];
94     data[1] = next;
95
96     for(i = 3; i <= n; i += 2)
97         data[i] = data[i - 2] - data[i];
98 }
99
100 static void ff_dct_calc_III_c(DCTContext *ctx, FFTSample *data)
101 {
102     int n = 1 << ctx->nbits;
103     int i;
104
105     float next = data[n - 1];
106     float inv_n = 1.0f / n;
107
108     for (i = n - 2; i >= 2; i -= 2) {
109         float val1 = data[i    ];
110         float val2 = data[i - 1] - data[i + 1];
111         float c = COS(ctx, n, i);
112         float s = SIN(ctx, n, i);
113
114         data[i    ] = c * val1 + s * val2;
115         data[i + 1] = s * val1 - c * val2;
116     }
117
118     data[1] = 2 * next;
119
120     ff_rdft_calc(&ctx->rdft, data);
121
122     for (i = 0; i < n / 2; i++) {
123         float tmp1 = data[i        ] * inv_n;
124         float tmp2 = data[n - i - 1] * inv_n;
125         float csc = ctx->csc2[i] * (tmp1 - tmp2);
126
127         tmp1 += tmp2;
128         data[i        ] = tmp1 + csc;
129         data[n - i - 1] = tmp1 - csc;
130     }
131 }
132
133 static void ff_dct_calc_II_c(DCTContext *ctx, FFTSample *data)
134 {
135     int n = 1 << ctx->nbits;
136     int i;
137     float next;
138
139     for (i=0; i < n/2; i++) {
140         float tmp1 = data[i        ];
141         float tmp2 = data[n - i - 1];
142         float s = SIN(ctx, n, 2*i + 1);
143
144         s *= tmp1 - tmp2;
145         tmp1 = (tmp1 + tmp2) * 0.5f;
146
147         data[i    ] = tmp1 + s;
148         data[n-i-1] = tmp1 - s;
149     }
150
151     ff_rdft_calc(&ctx->rdft, data);
152
153     next = data[1] * 0.5;
154     data[1] *= -1;
155
156     for (i = n - 2; i >= 0; i -= 2) {
157         float inr = data[i    ];
158         float ini = data[i + 1];
159         float c = COS(ctx, n, i);
160         float s = SIN(ctx, n, i);
161
162         data[i  ] = c * inr + s * ini;
163
164         data[i+1] = next;
165
166         next +=     s * inr - c * ini;
167     }
168 }
169
170 void ff_dct_calc(DCTContext *s, FFTSample *data)
171 {
172     s->dct_calc(s, data);
173 }
174
175 av_cold int ff_dct_init(DCTContext *s, int nbits, enum DCTTransformType inverse)
176 {
177     int n = 1 << nbits;
178     int i;
179
180     s->nbits    = nbits;
181     s->inverse  = inverse;
182
183     ff_init_ff_cos_tabs(nbits+2);
184
185     s->costab = ff_cos_tabs[nbits+2];
186
187     s->csc2 = av_malloc(n/2 * sizeof(FFTSample));
188
189     if (ff_rdft_init(&s->rdft, nbits, inverse == DCT_III) < 0) {
190         av_free(s->csc2);
191         return -1;
192     }
193
194     for (i = 0; i < n/2; i++)
195         s->csc2[i] = 0.5 / sin((M_PI / (2*n) * (2*i + 1)));
196
197     switch(inverse) {
198     case DCT_I  : s->dct_calc = ff_dct_calc_I_c; break;
199     case DCT_II : s->dct_calc = ff_dct_calc_II_c ; break;
200     case DCT_III: s->dct_calc = ff_dct_calc_III_c; break;
201     case DST_I  : s->dct_calc = ff_dst_calc_I_c; break;
202     }
203     return 0;
204 }
205
206 av_cold void ff_dct_end(DCTContext *s)
207 {
208     ff_rdft_end(&s->rdft);
209     av_free(s->csc2);
210 }