Simplify rotate_block()
[ffmpeg.git] / libavcodec / fft-test.c
1 /*
2  * (c) 2002 Fabrice Bellard
3  *
4  * This file is part of FFmpeg.
5  *
6  * FFmpeg is free software; you can redistribute it and/or
7  * modify it under the terms of the GNU Lesser General Public
8  * License as published by the Free Software Foundation; either
9  * version 2.1 of the License, or (at your option) any later version.
10  *
11  * FFmpeg is distributed in the hope that it will be useful,
12  * but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
13  * MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the GNU
14  * Lesser General Public License for more details.
15  *
16  * You should have received a copy of the GNU Lesser General Public
17  * License along with FFmpeg; if not, write to the Free Software
18  * Foundation, Inc., 51 Franklin Street, Fifth Floor, Boston, MA 02110-1301 USA
19  */
20
21 /**
22  * @file fft-test.c
23  * FFT and MDCT tests.
24  */
25
26 #include "dsputil.h"
27 #include <math.h>
28 #include <unistd.h>
29 #include <sys/time.h>
30 #include <stdlib.h>
31 #include <string.h>
32
33 #undef exit
34 #undef random
35
36 int mm_flags;
37
38 /* reference fft */
39
40 #define MUL16(a,b) ((a) * (b))
41
42 #define CMAC(pre, pim, are, aim, bre, bim) \
43 {\
44    pre += (MUL16(are, bre) - MUL16(aim, bim));\
45    pim += (MUL16(are, bim) + MUL16(bre, aim));\
46 }
47
48 FFTComplex *exptab;
49
50 void fft_ref_init(int nbits, int inverse)
51 {
52     int n, i;
53     double c1, s1, alpha;
54
55     n = 1 << nbits;
56     exptab = av_malloc((n / 2) * sizeof(FFTComplex));
57
58     for(i=0;i<(n/2);i++) {
59         alpha = 2 * M_PI * (float)i / (float)n;
60         c1 = cos(alpha);
61         s1 = sin(alpha);
62         if (!inverse)
63             s1 = -s1;
64         exptab[i].re = c1;
65         exptab[i].im = s1;
66     }
67 }
68
69 void fft_ref(FFTComplex *tabr, FFTComplex *tab, int nbits)
70 {
71     int n, i, j, k, n2;
72     double tmp_re, tmp_im, s, c;
73     FFTComplex *q;
74
75     n = 1 << nbits;
76     n2 = n >> 1;
77     for(i=0;i<n;i++) {
78         tmp_re = 0;
79         tmp_im = 0;
80         q = tab;
81         for(j=0;j<n;j++) {
82             k = (i * j) & (n - 1);
83             if (k >= n2) {
84                 c = -exptab[k - n2].re;
85                 s = -exptab[k - n2].im;
86             } else {
87                 c = exptab[k].re;
88                 s = exptab[k].im;
89             }
90             CMAC(tmp_re, tmp_im, c, s, q->re, q->im);
91             q++;
92         }
93         tabr[i].re = tmp_re;
94         tabr[i].im = tmp_im;
95     }
96 }
97
98 void imdct_ref(float *out, float *in, int nbits)
99 {
100     int n = 1<<nbits;
101     int k, i, a;
102     double sum, f;
103
104     for(i=0;i<n;i++) {
105         sum = 0;
106         for(k=0;k<n/2;k++) {
107             a = (2 * i + 1 + (n / 2)) * (2 * k + 1);
108             f = cos(M_PI * a / (double)(2 * n));
109             sum += f * in[k];
110         }
111         out[i] = -sum;
112     }
113 }
114
115 /* NOTE: no normalisation by 1 / N is done */
116 void mdct_ref(float *output, float *input, int nbits)
117 {
118     int n = 1<<nbits;
119     int k, i;
120     double a, s;
121
122     /* do it by hand */
123     for(k=0;k<n/2;k++) {
124         s = 0;
125         for(i=0;i<n;i++) {
126             a = (2*M_PI*(2*i+1+n/2)*(2*k+1) / (4 * n));
127             s += input[i] * cos(a);
128         }
129         output[k] = s;
130     }
131 }
132
133
134 float frandom(void)
135 {
136     return (float)((random() & 0xffff) - 32768) / 32768.0;
137 }
138
139 int64_t gettime(void)
140 {
141     struct timeval tv;
142     gettimeofday(&tv,NULL);
143     return (int64_t)tv.tv_sec * 1000000 + tv.tv_usec;
144 }
145
146 void check_diff(float *tab1, float *tab2, int n)
147 {
148     int i;
149     double max= 0;
150     double error= 0;
151
152     for(i=0;i<n;i++) {
153         double e= fabsf(tab1[i] - tab2[i]);
154         if (e >= 1e-3) {
155             av_log(NULL, AV_LOG_ERROR, "ERROR %d: %f %f\n",
156                    i, tab1[i], tab2[i]);
157         }
158         error+= e*e;
159         if(e>max) max= e;
160     }
161     av_log(NULL, AV_LOG_INFO, "max:%f e:%g\n", max, sqrt(error)/n);
162 }
163
164
165 void help(void)
166 {
167     av_log(NULL, AV_LOG_INFO,"usage: fft-test [-h] [-s] [-i] [-n b]\n"
168            "-h     print this help\n"
169            "-s     speed test\n"
170            "-m     (I)MDCT test\n"
171            "-i     inverse transform test\n"
172            "-n b   set the transform size to 2^b\n"
173            );
174     exit(1);
175 }
176
177
178
179 int main(int argc, char **argv)
180 {
181     FFTComplex *tab, *tab1, *tab_ref;
182     FFTSample *tabtmp, *tab2;
183     int it, i, c;
184     int do_speed = 0;
185     int do_mdct = 0;
186     int do_inverse = 0;
187     FFTContext s1, *s = &s1;
188     MDCTContext m1, *m = &m1;
189     int fft_nbits, fft_size;
190
191     mm_flags = 0;
192     fft_nbits = 9;
193     for(;;) {
194         c = getopt(argc, argv, "hsimn:");
195         if (c == -1)
196             break;
197         switch(c) {
198         case 'h':
199             help();
200             break;
201         case 's':
202             do_speed = 1;
203             break;
204         case 'i':
205             do_inverse = 1;
206             break;
207         case 'm':
208             do_mdct = 1;
209             break;
210         case 'n':
211             fft_nbits = atoi(optarg);
212             break;
213         }
214     }
215
216     fft_size = 1 << fft_nbits;
217     tab = av_malloc(fft_size * sizeof(FFTComplex));
218     tab1 = av_malloc(fft_size * sizeof(FFTComplex));
219     tab_ref = av_malloc(fft_size * sizeof(FFTComplex));
220     tabtmp = av_malloc(fft_size / 2 * sizeof(FFTSample));
221     tab2 = av_malloc(fft_size * sizeof(FFTSample));
222
223     if (do_mdct) {
224         if (do_inverse)
225             av_log(NULL, AV_LOG_INFO,"IMDCT");
226         else
227             av_log(NULL, AV_LOG_INFO,"MDCT");
228         ff_mdct_init(m, fft_nbits, do_inverse);
229     } else {
230         if (do_inverse)
231             av_log(NULL, AV_LOG_INFO,"IFFT");
232         else
233             av_log(NULL, AV_LOG_INFO,"FFT");
234         ff_fft_init(s, fft_nbits, do_inverse);
235         fft_ref_init(fft_nbits, do_inverse);
236     }
237     av_log(NULL, AV_LOG_INFO," %d test\n", fft_size);
238
239     /* generate random data */
240
241     for(i=0;i<fft_size;i++) {
242         tab1[i].re = frandom();
243         tab1[i].im = frandom();
244     }
245
246     /* checking result */
247     av_log(NULL, AV_LOG_INFO,"Checking...\n");
248
249     if (do_mdct) {
250         if (do_inverse) {
251             imdct_ref((float *)tab_ref, (float *)tab1, fft_nbits);
252             ff_imdct_calc(m, tab2, (float *)tab1, tabtmp);
253             check_diff((float *)tab_ref, tab2, fft_size);
254         } else {
255             mdct_ref((float *)tab_ref, (float *)tab1, fft_nbits);
256
257             ff_mdct_calc(m, tab2, (float *)tab1, tabtmp);
258
259             check_diff((float *)tab_ref, tab2, fft_size / 2);
260         }
261     } else {
262         memcpy(tab, tab1, fft_size * sizeof(FFTComplex));
263         ff_fft_permute(s, tab);
264         ff_fft_calc(s, tab);
265
266         fft_ref(tab_ref, tab1, fft_nbits);
267         check_diff((float *)tab_ref, (float *)tab, fft_size * 2);
268     }
269
270     /* do a speed test */
271
272     if (do_speed) {
273         int64_t time_start, duration;
274         int nb_its;
275
276         av_log(NULL, AV_LOG_INFO,"Speed test...\n");
277         /* we measure during about 1 seconds */
278         nb_its = 1;
279         for(;;) {
280             time_start = gettime();
281             for(it=0;it<nb_its;it++) {
282                 if (do_mdct) {
283                     if (do_inverse) {
284                         ff_imdct_calc(m, (float *)tab, (float *)tab1, tabtmp);
285                     } else {
286                         ff_mdct_calc(m, (float *)tab, (float *)tab1, tabtmp);
287                     }
288                 } else {
289                     memcpy(tab, tab1, fft_size * sizeof(FFTComplex));
290                     ff_fft_calc(s, tab);
291                 }
292             }
293             duration = gettime() - time_start;
294             if (duration >= 1000000)
295                 break;
296             nb_its *= 2;
297         }
298         av_log(NULL, AV_LOG_INFO,"time: %0.1f us/transform [total time=%0.2f s its=%d]\n",
299                (double)duration / nb_its,
300                (double)duration / 1000000.0,
301                nb_its);
302     }
303
304     if (do_mdct) {
305         ff_mdct_end(m);
306     } else {
307         ff_fft_end(s);
308     }
309     return 0;
310 }