Update include directives in fft-test.c
[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/mathematics.h"
27 #include "libavutil/lfg.h"
28 #include "libavutil/log.h"
29 #include "fft.h"
30 #include <math.h>
31 #include <unistd.h>
32 #include <sys/time.h>
33 #include <stdlib.h>
34 #include <string.h>
35
36 #undef exit
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 static 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 static 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 static 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 static 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 static void idct_ref(float *output, float *input, int nbits)
134 {
135     int n = 1<<nbits;
136     int k, i;
137     double a, s;
138
139     /* do it by hand */
140     for (i = 0; i < n; i++) {
141         s = 0.5 * input[0];
142         for (k = 1; k < n; k++) {
143             a = M_PI*k*(i+0.5) / n;
144             s += input[k] * cos(a);
145         }
146         output[i] = 2 * s / n;
147     }
148 }
149 static void dct_ref(float *output, float *input, int nbits)
150 {
151     int n = 1<<nbits;
152     int k, i;
153     double a, s;
154
155     /* do it by hand */
156     for (k = 0; k < n; k++) {
157         s = 0;
158         for (i = 0; i < n; i++) {
159             a = M_PI*k*(i+0.5) / n;
160             s += input[i] * cos(a);
161         }
162         output[k] = s;
163     }
164 }
165
166
167 static float frandom(AVLFG *prng)
168 {
169     return (int16_t)av_lfg_get(prng) / 32768.0;
170 }
171
172 static int64_t gettime(void)
173 {
174     struct timeval tv;
175     gettimeofday(&tv,NULL);
176     return (int64_t)tv.tv_sec * 1000000 + tv.tv_usec;
177 }
178
179 static void check_diff(float *tab1, float *tab2, int n, double scale)
180 {
181     int i;
182     double max= 0;
183     double error= 0;
184
185     for (i = 0; i < n; i++) {
186         double e= fabsf(tab1[i] - (tab2[i] / scale));
187         if (e >= 1e-3) {
188             av_log(NULL, AV_LOG_ERROR, "ERROR %d: %f %f\n",
189                    i, tab1[i], tab2[i]);
190         }
191         error+= e*e;
192         if(e>max) max= e;
193     }
194     av_log(NULL, AV_LOG_INFO, "max:%f e:%g\n", max, sqrt(error)/n);
195 }
196
197
198 static void help(void)
199 {
200     av_log(NULL, AV_LOG_INFO,"usage: fft-test [-h] [-s] [-i] [-n b]\n"
201            "-h     print this help\n"
202            "-s     speed test\n"
203            "-m     (I)MDCT test\n"
204            "-d     (I)DCT test\n"
205            "-i     inverse transform test\n"
206            "-n b   set the transform size to 2^b\n"
207            "-f x   set scale factor for output data of (I)MDCT to x\n"
208            );
209     exit(1);
210 }
211
212 enum tf_transform {
213     TRANSFORM_FFT,
214     TRANSFORM_MDCT,
215     TRANSFORM_RDFT,
216     TRANSFORM_DCT,
217 };
218
219 int main(int argc, char **argv)
220 {
221     FFTComplex *tab, *tab1, *tab_ref;
222     FFTSample *tab2;
223     int it, i, c;
224     int do_speed = 0;
225     enum tf_transform transform = TRANSFORM_FFT;
226     int do_inverse = 0;
227     FFTContext s1, *s = &s1;
228     FFTContext m1, *m = &m1;
229     RDFTContext r1, *r = &r1;
230     DCTContext d1, *d = &d1;
231     int fft_nbits, fft_size, fft_size_2;
232     double scale = 1.0;
233     AVLFG prng;
234     av_lfg_init(&prng, 1);
235
236     fft_nbits = 9;
237     for(;;) {
238         c = getopt(argc, argv, "hsimrdn:f:");
239         if (c == -1)
240             break;
241         switch(c) {
242         case 'h':
243             help();
244             break;
245         case 's':
246             do_speed = 1;
247             break;
248         case 'i':
249             do_inverse = 1;
250             break;
251         case 'm':
252             transform = TRANSFORM_MDCT;
253             break;
254         case 'r':
255             transform = TRANSFORM_RDFT;
256             break;
257         case 'd':
258             transform = TRANSFORM_DCT;
259             break;
260         case 'n':
261             fft_nbits = atoi(optarg);
262             break;
263         case 'f':
264             scale = atof(optarg);
265             break;
266         }
267     }
268
269     fft_size = 1 << fft_nbits;
270     fft_size_2 = fft_size >> 1;
271     tab = av_malloc(fft_size * sizeof(FFTComplex));
272     tab1 = av_malloc(fft_size * sizeof(FFTComplex));
273     tab_ref = av_malloc(fft_size * sizeof(FFTComplex));
274     tab2 = av_malloc(fft_size * sizeof(FFTSample));
275
276     switch (transform) {
277     case TRANSFORM_MDCT:
278         av_log(NULL, AV_LOG_INFO,"Scale factor is set to %f\n", scale);
279         if (do_inverse)
280             av_log(NULL, AV_LOG_INFO,"IMDCT");
281         else
282             av_log(NULL, AV_LOG_INFO,"MDCT");
283         ff_mdct_init(m, fft_nbits, do_inverse, scale);
284         break;
285     case TRANSFORM_FFT:
286         if (do_inverse)
287             av_log(NULL, AV_LOG_INFO,"IFFT");
288         else
289             av_log(NULL, AV_LOG_INFO,"FFT");
290         ff_fft_init(s, fft_nbits, do_inverse);
291         fft_ref_init(fft_nbits, do_inverse);
292         break;
293     case TRANSFORM_RDFT:
294         if (do_inverse)
295             av_log(NULL, AV_LOG_INFO,"IRDFT");
296         else
297             av_log(NULL, AV_LOG_INFO,"RDFT");
298         ff_rdft_init(r, fft_nbits, do_inverse ? IRDFT : RDFT);
299         fft_ref_init(fft_nbits, do_inverse);
300         break;
301     case TRANSFORM_DCT:
302         if (do_inverse)
303             av_log(NULL, AV_LOG_INFO,"IDCT");
304         else
305             av_log(NULL, AV_LOG_INFO,"DCT");
306         ff_dct_init(d, fft_nbits, do_inverse);
307         break;
308     }
309     av_log(NULL, AV_LOG_INFO," %d test\n", fft_size);
310
311     /* generate random data */
312
313     for (i = 0; i < fft_size; i++) {
314         tab1[i].re = frandom(&prng);
315         tab1[i].im = frandom(&prng);
316     }
317
318     /* checking result */
319     av_log(NULL, AV_LOG_INFO,"Checking...\n");
320
321     switch (transform) {
322     case TRANSFORM_MDCT:
323         if (do_inverse) {
324             imdct_ref((float *)tab_ref, (float *)tab1, fft_nbits);
325             ff_imdct_calc(m, tab2, (float *)tab1);
326             check_diff((float *)tab_ref, tab2, fft_size, scale);
327         } else {
328             mdct_ref((float *)tab_ref, (float *)tab1, fft_nbits);
329
330             ff_mdct_calc(m, tab2, (float *)tab1);
331
332             check_diff((float *)tab_ref, tab2, fft_size / 2, scale);
333         }
334         break;
335     case TRANSFORM_FFT:
336         memcpy(tab, tab1, fft_size * sizeof(FFTComplex));
337         ff_fft_permute(s, tab);
338         ff_fft_calc(s, tab);
339
340         fft_ref(tab_ref, tab1, fft_nbits);
341         check_diff((float *)tab_ref, (float *)tab, fft_size * 2, 1.0);
342         break;
343     case TRANSFORM_RDFT:
344         if (do_inverse) {
345             tab1[         0].im = 0;
346             tab1[fft_size_2].im = 0;
347             for (i = 1; i < fft_size_2; i++) {
348                 tab1[fft_size_2+i].re =  tab1[fft_size_2-i].re;
349                 tab1[fft_size_2+i].im = -tab1[fft_size_2-i].im;
350             }
351
352             memcpy(tab2, tab1, fft_size * sizeof(FFTSample));
353             tab2[1] = tab1[fft_size_2].re;
354
355             ff_rdft_calc(r, tab2);
356             fft_ref(tab_ref, tab1, fft_nbits);
357             for (i = 0; i < fft_size; i++) {
358                 tab[i].re = tab2[i];
359                 tab[i].im = 0;
360             }
361             check_diff((float *)tab_ref, (float *)tab, fft_size * 2, 0.5);
362         } else {
363             for (i = 0; i < fft_size; i++) {
364                 tab2[i]    = tab1[i].re;
365                 tab1[i].im = 0;
366             }
367             ff_rdft_calc(r, tab2);
368             fft_ref(tab_ref, tab1, fft_nbits);
369             tab_ref[0].im = tab_ref[fft_size_2].re;
370             check_diff((float *)tab_ref, (float *)tab2, fft_size, 1.0);
371         }
372         break;
373     case TRANSFORM_DCT:
374         memcpy(tab, tab1, fft_size * sizeof(FFTComplex));
375         ff_dct_calc(d, tab);
376         if (do_inverse) {
377             idct_ref(tab_ref, tab1, fft_nbits);
378         } else {
379             dct_ref(tab_ref, tab1, fft_nbits);
380         }
381         check_diff((float *)tab_ref, (float *)tab, fft_size, 1.0);
382         break;
383     }
384
385     /* do a speed test */
386
387     if (do_speed) {
388         int64_t time_start, duration;
389         int nb_its;
390
391         av_log(NULL, AV_LOG_INFO,"Speed test...\n");
392         /* we measure during about 1 seconds */
393         nb_its = 1;
394         for(;;) {
395             time_start = gettime();
396             for (it = 0; it < nb_its; it++) {
397                 switch (transform) {
398                 case TRANSFORM_MDCT:
399                     if (do_inverse) {
400                         ff_imdct_calc(m, (float *)tab, (float *)tab1);
401                     } else {
402                         ff_mdct_calc(m, (float *)tab, (float *)tab1);
403                     }
404                     break;
405                 case TRANSFORM_FFT:
406                     memcpy(tab, tab1, fft_size * sizeof(FFTComplex));
407                     ff_fft_calc(s, tab);
408                     break;
409                 case TRANSFORM_RDFT:
410                     memcpy(tab2, tab1, fft_size * sizeof(FFTSample));
411                     ff_rdft_calc(r, tab2);
412                     break;
413                 case TRANSFORM_DCT:
414                     memcpy(tab2, tab1, fft_size * sizeof(FFTSample));
415                     ff_dct_calc(d, tab2);
416                     break;
417                 }
418             }
419             duration = gettime() - time_start;
420             if (duration >= 1000000)
421                 break;
422             nb_its *= 2;
423         }
424         av_log(NULL, AV_LOG_INFO,"time: %0.1f us/transform [total time=%0.2f s its=%d]\n",
425                (double)duration / nb_its,
426                (double)duration / 1000000.0,
427                nb_its);
428     }
429
430     switch (transform) {
431     case TRANSFORM_MDCT:
432         ff_mdct_end(m);
433         break;
434     case TRANSFORM_FFT:
435         ff_fft_end(s);
436         break;
437     case TRANSFORM_RDFT:
438         ff_rdft_end(r);
439         break;
440     case TRANSFORM_DCT:
441         ff_dct_end(d);
442         break;
443     }
444     return 0;
445 }