Merge FFTContext and MDCTContext
[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 libavcodec/fft-test.c
23  * FFT and MDCT tests.
24  */
25
26 #include "libavutil/lfg.h"
27 #include "dsputil.h"
28 #include <math.h>
29 #include <unistd.h>
30 #include <sys/time.h>
31 #include <stdlib.h>
32 #include <string.h>
33
34 #undef exit
35
36 /* reference fft */
37
38 #define MUL16(a,b) ((a) * (b))
39
40 #define CMAC(pre, pim, are, aim, bre, bim) \
41 {\
42    pre += (MUL16(are, bre) - MUL16(aim, bim));\
43    pim += (MUL16(are, bim) + MUL16(bre, aim));\
44 }
45
46 FFTComplex *exptab;
47
48 static void fft_ref_init(int nbits, int inverse)
49 {
50     int n, i;
51     double c1, s1, alpha;
52
53     n = 1 << nbits;
54     exptab = av_malloc((n / 2) * sizeof(FFTComplex));
55
56     for(i=0;i<(n/2);i++) {
57         alpha = 2 * M_PI * (float)i / (float)n;
58         c1 = cos(alpha);
59         s1 = sin(alpha);
60         if (!inverse)
61             s1 = -s1;
62         exptab[i].re = c1;
63         exptab[i].im = s1;
64     }
65 }
66
67 static void fft_ref(FFTComplex *tabr, FFTComplex *tab, int nbits)
68 {
69     int n, i, j, k, n2;
70     double tmp_re, tmp_im, s, c;
71     FFTComplex *q;
72
73     n = 1 << nbits;
74     n2 = n >> 1;
75     for(i=0;i<n;i++) {
76         tmp_re = 0;
77         tmp_im = 0;
78         q = tab;
79         for(j=0;j<n;j++) {
80             k = (i * j) & (n - 1);
81             if (k >= n2) {
82                 c = -exptab[k - n2].re;
83                 s = -exptab[k - n2].im;
84             } else {
85                 c = exptab[k].re;
86                 s = exptab[k].im;
87             }
88             CMAC(tmp_re, tmp_im, c, s, q->re, q->im);
89             q++;
90         }
91         tabr[i].re = tmp_re;
92         tabr[i].im = tmp_im;
93     }
94 }
95
96 static void imdct_ref(float *out, float *in, int nbits)
97 {
98     int n = 1<<nbits;
99     int k, i, a;
100     double sum, f;
101
102     for(i=0;i<n;i++) {
103         sum = 0;
104         for(k=0;k<n/2;k++) {
105             a = (2 * i + 1 + (n / 2)) * (2 * k + 1);
106             f = cos(M_PI * a / (double)(2 * n));
107             sum += f * in[k];
108         }
109         out[i] = -sum;
110     }
111 }
112
113 /* NOTE: no normalisation by 1 / N is done */
114 static void mdct_ref(float *output, float *input, int nbits)
115 {
116     int n = 1<<nbits;
117     int k, i;
118     double a, s;
119
120     /* do it by hand */
121     for(k=0;k<n/2;k++) {
122         s = 0;
123         for(i=0;i<n;i++) {
124             a = (2*M_PI*(2*i+1+n/2)*(2*k+1) / (4 * n));
125             s += input[i] * cos(a);
126         }
127         output[k] = s;
128     }
129 }
130
131
132 static float frandom(AVLFG *prng)
133 {
134     return (int16_t)av_lfg_get(prng) / 32768.0;
135 }
136
137 static int64_t gettime(void)
138 {
139     struct timeval tv;
140     gettimeofday(&tv,NULL);
141     return (int64_t)tv.tv_sec * 1000000 + tv.tv_usec;
142 }
143
144 static void check_diff(float *tab1, float *tab2, int n, double scale)
145 {
146     int i;
147     double max= 0;
148     double error= 0;
149
150     for(i=0;i<n;i++) {
151         double e= fabsf(tab1[i] - (tab2[i] / scale));
152         if (e >= 1e-3) {
153             av_log(NULL, AV_LOG_ERROR, "ERROR %d: %f %f\n",
154                    i, tab1[i], tab2[i]);
155         }
156         error+= e*e;
157         if(e>max) max= e;
158     }
159     av_log(NULL, AV_LOG_INFO, "max:%f e:%g\n", max, sqrt(error)/n);
160 }
161
162
163 static void help(void)
164 {
165     av_log(NULL, AV_LOG_INFO,"usage: fft-test [-h] [-s] [-i] [-n b]\n"
166            "-h     print this help\n"
167            "-s     speed test\n"
168            "-m     (I)MDCT test\n"
169            "-i     inverse transform test\n"
170            "-n b   set the transform size to 2^b\n"
171            "-f x   set scale factor for output data of (I)MDCT to x\n"
172            );
173     exit(1);
174 }
175
176
177
178 int main(int argc, char **argv)
179 {
180     FFTComplex *tab, *tab1, *tab_ref;
181     FFTSample *tab2;
182     int it, i, c;
183     int do_speed = 0;
184     int do_mdct = 0;
185     int do_inverse = 0;
186     FFTContext s1, *s = &s1;
187     FFTContext m1, *m = &m1;
188     int fft_nbits, fft_size;
189     double scale = 1.0;
190     AVLFG prng;
191     av_lfg_init(&prng, 1);
192
193     fft_nbits = 9;
194     for(;;) {
195         c = getopt(argc, argv, "hsimn:f:");
196         if (c == -1)
197             break;
198         switch(c) {
199         case 'h':
200             help();
201             break;
202         case 's':
203             do_speed = 1;
204             break;
205         case 'i':
206             do_inverse = 1;
207             break;
208         case 'm':
209             do_mdct = 1;
210             break;
211         case 'n':
212             fft_nbits = atoi(optarg);
213             break;
214         case 'f':
215             scale = atof(optarg);
216             break;
217         }
218     }
219
220     fft_size = 1 << fft_nbits;
221     tab = av_malloc(fft_size * sizeof(FFTComplex));
222     tab1 = av_malloc(fft_size * sizeof(FFTComplex));
223     tab_ref = av_malloc(fft_size * sizeof(FFTComplex));
224     tab2 = av_malloc(fft_size * sizeof(FFTSample));
225
226     if (do_mdct) {
227         av_log(NULL, AV_LOG_INFO,"Scale factor is set to %f\n", scale);
228         if (do_inverse)
229             av_log(NULL, AV_LOG_INFO,"IMDCT");
230         else
231             av_log(NULL, AV_LOG_INFO,"MDCT");
232         ff_mdct_init(m, fft_nbits, do_inverse, scale);
233     } else {
234         if (do_inverse)
235             av_log(NULL, AV_LOG_INFO,"IFFT");
236         else
237             av_log(NULL, AV_LOG_INFO,"FFT");
238         ff_fft_init(s, fft_nbits, do_inverse);
239         fft_ref_init(fft_nbits, do_inverse);
240     }
241     av_log(NULL, AV_LOG_INFO," %d test\n", fft_size);
242
243     /* generate random data */
244
245     for(i=0;i<fft_size;i++) {
246         tab1[i].re = frandom(&prng);
247         tab1[i].im = frandom(&prng);
248     }
249
250     /* checking result */
251     av_log(NULL, AV_LOG_INFO,"Checking...\n");
252
253     if (do_mdct) {
254         if (do_inverse) {
255             imdct_ref((float *)tab_ref, (float *)tab1, fft_nbits);
256             ff_imdct_calc(m, tab2, (float *)tab1);
257             check_diff((float *)tab_ref, tab2, fft_size, scale);
258         } else {
259             mdct_ref((float *)tab_ref, (float *)tab1, fft_nbits);
260
261             ff_mdct_calc(m, tab2, (float *)tab1);
262
263             check_diff((float *)tab_ref, tab2, fft_size / 2, scale);
264         }
265     } else {
266         memcpy(tab, tab1, fft_size * sizeof(FFTComplex));
267         ff_fft_permute(s, tab);
268         ff_fft_calc(s, tab);
269
270         fft_ref(tab_ref, tab1, fft_nbits);
271         check_diff((float *)tab_ref, (float *)tab, fft_size * 2, 1.0);
272     }
273
274     /* do a speed test */
275
276     if (do_speed) {
277         int64_t time_start, duration;
278         int nb_its;
279
280         av_log(NULL, AV_LOG_INFO,"Speed test...\n");
281         /* we measure during about 1 seconds */
282         nb_its = 1;
283         for(;;) {
284             time_start = gettime();
285             for(it=0;it<nb_its;it++) {
286                 if (do_mdct) {
287                     if (do_inverse) {
288                         ff_imdct_calc(m, (float *)tab, (float *)tab1);
289                     } else {
290                         ff_mdct_calc(m, (float *)tab, (float *)tab1);
291                     }
292                 } else {
293                     memcpy(tab, tab1, fft_size * sizeof(FFTComplex));
294                     ff_fft_calc(s, tab);
295                 }
296             }
297             duration = gettime() - time_start;
298             if (duration >= 1000000)
299                 break;
300             nb_its *= 2;
301         }
302         av_log(NULL, AV_LOG_INFO,"time: %0.1f us/transform [total time=%0.2f s its=%d]\n",
303                (double)duration / nb_its,
304                (double)duration / 1000000.0,
305                nb_its);
306     }
307
308     if (do_mdct) {
309         ff_mdct_end(m);
310     } else {
311         ff_fft_end(s);
312     }
313     return 0;
314 }