per file doxy
[ffmpeg.git] / libavcodec / fft-test.c
1 /**
2  * @file fft-test.c
3  * FFT and MDCT tests.
4  */
5
6 #include "dsputil.h"
7 #include <math.h>
8 #include <unistd.h>
9 #include <sys/time.h>
10
11 int mm_flags;
12
13 /* reference fft */
14
15 #define MUL16(a,b) ((a) * (b))
16
17 #define CMAC(pre, pim, are, aim, bre, bim) \
18 {\
19    pre += (MUL16(are, bre) - MUL16(aim, bim));\
20    pim += (MUL16(are, bim) + MUL16(bre, aim));\
21 }
22
23 FFTComplex *exptab;
24
25 void fft_ref_init(int nbits, int inverse)
26 {
27     int n, i;
28     float c1, s1, alpha;
29
30     n = 1 << nbits;
31     exptab = av_malloc((n / 2) * sizeof(FFTComplex));
32
33     for(i=0;i<(n/2);i++) {
34         alpha = 2 * M_PI * (float)i / (float)n;
35         c1 = cos(alpha);
36         s1 = sin(alpha);
37         if (!inverse)
38             s1 = -s1;
39         exptab[i].re = c1;
40         exptab[i].im = s1;
41     }
42 }
43
44 void fft_ref(FFTComplex *tabr, FFTComplex *tab, int nbits)
45 {
46     int n, i, j, k, n2;
47     float tmp_re, tmp_im, s, c;
48     FFTComplex *q;
49
50     n = 1 << nbits;
51     n2 = n >> 1;
52     for(i=0;i<n;i++) {
53         tmp_re = 0;
54         tmp_im = 0;
55         q = tab;
56         for(j=0;j<n;j++) {
57             k = (i * j) & (n - 1);
58             if (k >= n2) {
59                 c = -exptab[k - n2].re;
60                 s = -exptab[k - n2].im;
61             } else {
62                 c = exptab[k].re;
63                 s = exptab[k].im;
64             }
65             CMAC(tmp_re, tmp_im, c, s, q->re, q->im);
66             q++;
67         }
68         tabr[i].re = tmp_re;
69         tabr[i].im = tmp_im;
70     }
71 }
72
73 void imdct_ref(float *out, float *in, int n)
74 {
75     int k, i, a;
76     float sum, f;
77
78     for(i=0;i<n;i++) {
79         sum = 0;
80         for(k=0;k<n/2;k++) {
81             a = (2 * i + 1 + (n / 2)) * (2 * k + 1);
82             f = cos(M_PI * a / (double)(2 * n));
83             sum += f * in[k];
84         }
85         out[i] = -sum;
86     }
87 }
88
89 /* NOTE: no normalisation by 1 / N is done */
90 void mdct_ref(float *output, float *input, int n)
91 {
92     int k, i;
93     float a, s;
94
95     /* do it by hand */
96     for(k=0;k<n/2;k++) {
97         s = 0;
98         for(i=0;i<n;i++) {
99             a = (2*M_PI*(2*i+1+n/2)*(2*k+1) / (4 * n));
100             s += input[i] * cos(a);
101         }
102         output[k] = s;
103     }
104 }
105
106
107 float frandom(void)
108 {
109     return (float)((random() & 0xffff) - 32768) / 32768.0;
110 }
111
112 int64_t gettime(void)
113 {
114     struct timeval tv;
115     gettimeofday(&tv,NULL);
116     return (int64_t)tv.tv_sec * 1000000 + tv.tv_usec;
117 }
118
119 void check_diff(float *tab1, float *tab2, int n)
120 {
121     int i;
122
123     for(i=0;i<n;i++) {
124         if (fabsf(tab1[i] - tab2[i]) >= 1e-3) {
125             printf("ERROR %d: %f %f\n", 
126                    i, tab1[i], tab2[i]);
127         }
128     }
129 }
130
131
132 void help(void)
133 {
134     printf("usage: fft-test [-h] [-s] [-i] [-n b]\n"
135            "-h     print this help\n"
136            "-s     speed test\n"
137            "-m     (I)MDCT test\n"
138            "-i     inverse transform test\n"
139            "-n b   set the transform size to 2^b\n"
140            );
141     exit(1);
142 }
143
144
145
146 int main(int argc, char **argv)
147 {
148     FFTComplex *tab, *tab1, *tab_ref;
149     FFTSample *tabtmp, *tab2;
150     int it, i, c;
151     int do_speed = 0;
152     int do_mdct = 0;
153     int do_inverse = 0;
154     FFTContext s1, *s = &s1;
155     MDCTContext m1, *m = &m1;
156     int fft_nbits, fft_size;
157
158     mm_flags = 0;
159     fft_nbits = 9;
160     for(;;) {
161         c = getopt(argc, argv, "hsimn:");
162         if (c == -1)
163             break;
164         switch(c) {
165         case 'h':
166             help();
167             break;
168         case 's':
169             do_speed = 1;
170             break;
171         case 'i':
172             do_inverse = 1;
173             break;
174         case 'm':
175             do_mdct = 1;
176             break;
177         case 'n':
178             fft_nbits = atoi(optarg);
179             break;
180         }
181     }
182
183     fft_size = 1 << fft_nbits;
184     tab = av_malloc(fft_size * sizeof(FFTComplex));
185     tab1 = av_malloc(fft_size * sizeof(FFTComplex));
186     tab_ref = av_malloc(fft_size * sizeof(FFTComplex));
187     tabtmp = av_malloc(fft_size / 2 * sizeof(FFTSample));
188     tab2 = av_malloc(fft_size * sizeof(FFTSample));
189
190     if (do_mdct) {
191         if (do_inverse)
192             printf("IMDCT");
193         else
194             printf("MDCT");
195         ff_mdct_init(m, fft_nbits, do_inverse);
196     } else {
197         if (do_inverse)
198             printf("IFFT");
199         else
200             printf("FFT");
201         fft_init(s, fft_nbits, do_inverse);
202         fft_ref_init(fft_nbits, do_inverse);
203     }
204     printf(" %d test\n", fft_size);
205
206     /* generate random data */
207
208     for(i=0;i<fft_size;i++) {
209         tab1[i].re = frandom();
210         tab1[i].im = frandom();
211     }
212
213     /* checking result */
214     printf("Checking...\n");
215
216     if (do_mdct) {
217         if (do_inverse) {
218             imdct_ref((float *)tab_ref, (float *)tab1, fft_size);
219             ff_imdct_calc(m, tab2, (float *)tab1, tabtmp);
220             check_diff((float *)tab_ref, tab2, fft_size);
221         } else {
222             mdct_ref((float *)tab_ref, (float *)tab1, fft_size);
223             
224             ff_mdct_calc(m, tab2, (float *)tab1, tabtmp);
225
226             check_diff((float *)tab_ref, tab2, fft_size / 2);
227         }
228     } else {
229         memcpy(tab, tab1, fft_size * sizeof(FFTComplex));
230         fft_permute(s, tab);
231         fft_calc(s, tab);
232         
233         fft_ref(tab_ref, tab1, fft_nbits);
234         check_diff((float *)tab_ref, (float *)tab, fft_size * 2);
235     }
236
237     /* do a speed test */
238
239     if (do_speed) {
240         int64_t time_start, duration;
241         int nb_its;
242
243         printf("Speed test...\n");
244         /* we measure during about 1 seconds */
245         nb_its = 1;
246         for(;;) {
247             time_start = gettime();
248             for(it=0;it<nb_its;it++) {
249                 if (do_mdct) {
250                     if (do_inverse) {
251                         ff_imdct_calc(m, (float *)tab, (float *)tab1, tabtmp);
252                     } else {
253                         ff_mdct_calc(m, (float *)tab, (float *)tab1, tabtmp);
254                     }
255                 } else {
256                     memcpy(tab, tab1, fft_size * sizeof(FFTComplex));
257                     fft_calc(s, tab);
258                 }
259             }
260             duration = gettime() - time_start;
261             if (duration >= 1000000)
262                 break;
263             nb_its *= 2;
264         }
265         printf("time: %0.1f us/transform [total time=%0.2f s its=%d]\n", 
266                (double)duration / nb_its, 
267                (double)duration / 1000000.0,
268                nb_its);
269     }
270     
271     if (do_mdct) {
272         ff_mdct_end(m);
273     } else {
274         fft_end(s);
275     }
276     return 0;
277 }