VP8: idct_mb optimizations
[ffmpeg.git] / libavcodec / fft.c
1 /*
2  * FFT/IFFT transforms
3  * Copyright (c) 2008 Loren Merritt
4  * Copyright (c) 2002 Fabrice Bellard
5  * Partly based on libdjbfft by D. J. Bernstein
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 Street, Fifth Floor, Boston, MA 02110-1301 USA
22  */
23
24 /**
25  * @file
26  * FFT/IFFT transforms.
27  */
28
29 #include <stdlib.h>
30 #include <string.h>
31 #include "libavutil/mathematics.h"
32 #include "fft.h"
33
34 /* cos(2*pi*x/n) for 0<=x<=n/4, followed by its reverse */
35 #if !CONFIG_HARDCODED_TABLES
36 COSTABLE(16);
37 COSTABLE(32);
38 COSTABLE(64);
39 COSTABLE(128);
40 COSTABLE(256);
41 COSTABLE(512);
42 COSTABLE(1024);
43 COSTABLE(2048);
44 COSTABLE(4096);
45 COSTABLE(8192);
46 COSTABLE(16384);
47 COSTABLE(32768);
48 COSTABLE(65536);
49 #endif
50 COSTABLE_CONST FFTSample * const ff_cos_tabs[] = {
51     NULL, NULL, NULL, NULL,
52     ff_cos_16, ff_cos_32, ff_cos_64, ff_cos_128, ff_cos_256, ff_cos_512, ff_cos_1024,
53     ff_cos_2048, ff_cos_4096, ff_cos_8192, ff_cos_16384, ff_cos_32768, ff_cos_65536,
54 };
55
56 static void ff_fft_permute_c(FFTContext *s, FFTComplex *z);
57 static void ff_fft_calc_c(FFTContext *s, FFTComplex *z);
58
59 static int split_radix_permutation(int i, int n, int inverse)
60 {
61     int m;
62     if(n <= 2) return i&1;
63     m = n >> 1;
64     if(!(i&m))            return split_radix_permutation(i, m, inverse)*2;
65     m >>= 1;
66     if(inverse == !(i&m)) return split_radix_permutation(i, m, inverse)*4 + 1;
67     else                  return split_radix_permutation(i, m, inverse)*4 - 1;
68 }
69
70 av_cold void ff_init_ff_cos_tabs(int index)
71 {
72 #if !CONFIG_HARDCODED_TABLES
73     int i;
74     int m = 1<<index;
75     double freq = 2*M_PI/m;
76     FFTSample *tab = ff_cos_tabs[index];
77     for(i=0; i<=m/4; i++)
78         tab[i] = cos(i*freq);
79     for(i=1; i<m/4; i++)
80         tab[m/2-i] = tab[i];
81 #endif
82 }
83
84 av_cold int ff_fft_init(FFTContext *s, int nbits, int inverse)
85 {
86     int i, j, n;
87
88     if (nbits < 2 || nbits > 16)
89         goto fail;
90     s->nbits = nbits;
91     n = 1 << nbits;
92
93     s->revtab = av_malloc(n * sizeof(uint16_t));
94     if (!s->revtab)
95         goto fail;
96     s->tmp_buf = av_malloc(n * sizeof(FFTComplex));
97     if (!s->tmp_buf)
98         goto fail;
99     s->inverse = inverse;
100
101     s->fft_permute = ff_fft_permute_c;
102     s->fft_calc    = ff_fft_calc_c;
103 #if CONFIG_MDCT
104     s->imdct_calc  = ff_imdct_calc_c;
105     s->imdct_half  = ff_imdct_half_c;
106     s->mdct_calc   = ff_mdct_calc_c;
107 #endif
108
109     if (ARCH_ARM)     ff_fft_init_arm(s);
110     if (HAVE_ALTIVEC) ff_fft_init_altivec(s);
111     if (HAVE_MMX)     ff_fft_init_mmx(s);
112
113     for(j=4; j<=nbits; j++) {
114         ff_init_ff_cos_tabs(j);
115     }
116     for(i=0; i<n; i++)
117         s->revtab[-split_radix_permutation(i, n, s->inverse) & (n-1)] = i;
118
119     return 0;
120  fail:
121     av_freep(&s->revtab);
122     av_freep(&s->tmp_buf);
123     return -1;
124 }
125
126 static void ff_fft_permute_c(FFTContext *s, FFTComplex *z)
127 {
128     int j, np;
129     const uint16_t *revtab = s->revtab;
130     np = 1 << s->nbits;
131     /* TODO: handle split-radix permute in a more optimal way, probably in-place */
132     for(j=0;j<np;j++) s->tmp_buf[revtab[j]] = z[j];
133     memcpy(z, s->tmp_buf, np * sizeof(FFTComplex));
134 }
135
136 av_cold void ff_fft_end(FFTContext *s)
137 {
138     av_freep(&s->revtab);
139     av_freep(&s->tmp_buf);
140 }
141
142 #define sqrthalf (float)M_SQRT1_2
143
144 #define BF(x,y,a,b) {\
145     x = a - b;\
146     y = a + b;\
147 }
148
149 #define BUTTERFLIES(a0,a1,a2,a3) {\
150     BF(t3, t5, t5, t1);\
151     BF(a2.re, a0.re, a0.re, t5);\
152     BF(a3.im, a1.im, a1.im, t3);\
153     BF(t4, t6, t2, t6);\
154     BF(a3.re, a1.re, a1.re, t4);\
155     BF(a2.im, a0.im, a0.im, t6);\
156 }
157
158 // force loading all the inputs before storing any.
159 // this is slightly slower for small data, but avoids store->load aliasing
160 // for addresses separated by large powers of 2.
161 #define BUTTERFLIES_BIG(a0,a1,a2,a3) {\
162     FFTSample r0=a0.re, i0=a0.im, r1=a1.re, i1=a1.im;\
163     BF(t3, t5, t5, t1);\
164     BF(a2.re, a0.re, r0, t5);\
165     BF(a3.im, a1.im, i1, t3);\
166     BF(t4, t6, t2, t6);\
167     BF(a3.re, a1.re, r1, t4);\
168     BF(a2.im, a0.im, i0, t6);\
169 }
170
171 #define TRANSFORM(a0,a1,a2,a3,wre,wim) {\
172     t1 = a2.re * wre + a2.im * wim;\
173     t2 = a2.im * wre - a2.re * wim;\
174     t5 = a3.re * wre - a3.im * wim;\
175     t6 = a3.im * wre + a3.re * wim;\
176     BUTTERFLIES(a0,a1,a2,a3)\
177 }
178
179 #define TRANSFORM_ZERO(a0,a1,a2,a3) {\
180     t1 = a2.re;\
181     t2 = a2.im;\
182     t5 = a3.re;\
183     t6 = a3.im;\
184     BUTTERFLIES(a0,a1,a2,a3)\
185 }
186
187 /* z[0...8n-1], w[1...2n-1] */
188 #define PASS(name)\
189 static void name(FFTComplex *z, const FFTSample *wre, unsigned int n)\
190 {\
191     FFTSample t1, t2, t3, t4, t5, t6;\
192     int o1 = 2*n;\
193     int o2 = 4*n;\
194     int o3 = 6*n;\
195     const FFTSample *wim = wre+o1;\
196     n--;\
197 \
198     TRANSFORM_ZERO(z[0],z[o1],z[o2],z[o3]);\
199     TRANSFORM(z[1],z[o1+1],z[o2+1],z[o3+1],wre[1],wim[-1]);\
200     do {\
201         z += 2;\
202         wre += 2;\
203         wim -= 2;\
204         TRANSFORM(z[0],z[o1],z[o2],z[o3],wre[0],wim[0]);\
205         TRANSFORM(z[1],z[o1+1],z[o2+1],z[o3+1],wre[1],wim[-1]);\
206     } while(--n);\
207 }
208
209 PASS(pass)
210 #undef BUTTERFLIES
211 #define BUTTERFLIES BUTTERFLIES_BIG
212 PASS(pass_big)
213
214 #define DECL_FFT(n,n2,n4)\
215 static void fft##n(FFTComplex *z)\
216 {\
217     fft##n2(z);\
218     fft##n4(z+n4*2);\
219     fft##n4(z+n4*3);\
220     pass(z,ff_cos_##n,n4/2);\
221 }
222
223 static void fft4(FFTComplex *z)
224 {
225     FFTSample t1, t2, t3, t4, t5, t6, t7, t8;
226
227     BF(t3, t1, z[0].re, z[1].re);
228     BF(t8, t6, z[3].re, z[2].re);
229     BF(z[2].re, z[0].re, t1, t6);
230     BF(t4, t2, z[0].im, z[1].im);
231     BF(t7, t5, z[2].im, z[3].im);
232     BF(z[3].im, z[1].im, t4, t8);
233     BF(z[3].re, z[1].re, t3, t7);
234     BF(z[2].im, z[0].im, t2, t5);
235 }
236
237 static void fft8(FFTComplex *z)
238 {
239     FFTSample t1, t2, t3, t4, t5, t6, t7, t8;
240
241     fft4(z);
242
243     BF(t1, z[5].re, z[4].re, -z[5].re);
244     BF(t2, z[5].im, z[4].im, -z[5].im);
245     BF(t3, z[7].re, z[6].re, -z[7].re);
246     BF(t4, z[7].im, z[6].im, -z[7].im);
247     BF(t8, t1, t3, t1);
248     BF(t7, t2, t2, t4);
249     BF(z[4].re, z[0].re, z[0].re, t1);
250     BF(z[4].im, z[0].im, z[0].im, t2);
251     BF(z[6].re, z[2].re, z[2].re, t7);
252     BF(z[6].im, z[2].im, z[2].im, t8);
253
254     TRANSFORM(z[1],z[3],z[5],z[7],sqrthalf,sqrthalf);
255 }
256
257 #if !CONFIG_SMALL
258 static void fft16(FFTComplex *z)
259 {
260     FFTSample t1, t2, t3, t4, t5, t6;
261
262     fft8(z);
263     fft4(z+8);
264     fft4(z+12);
265
266     TRANSFORM_ZERO(z[0],z[4],z[8],z[12]);
267     TRANSFORM(z[2],z[6],z[10],z[14],sqrthalf,sqrthalf);
268     TRANSFORM(z[1],z[5],z[9],z[13],ff_cos_16[1],ff_cos_16[3]);
269     TRANSFORM(z[3],z[7],z[11],z[15],ff_cos_16[3],ff_cos_16[1]);
270 }
271 #else
272 DECL_FFT(16,8,4)
273 #endif
274 DECL_FFT(32,16,8)
275 DECL_FFT(64,32,16)
276 DECL_FFT(128,64,32)
277 DECL_FFT(256,128,64)
278 DECL_FFT(512,256,128)
279 #if !CONFIG_SMALL
280 #define pass pass_big
281 #endif
282 DECL_FFT(1024,512,256)
283 DECL_FFT(2048,1024,512)
284 DECL_FFT(4096,2048,1024)
285 DECL_FFT(8192,4096,2048)
286 DECL_FFT(16384,8192,4096)
287 DECL_FFT(32768,16384,8192)
288 DECL_FFT(65536,32768,16384)
289
290 static void (* const fft_dispatch[])(FFTComplex*) = {
291     fft4, fft8, fft16, fft32, fft64, fft128, fft256, fft512, fft1024,
292     fft2048, fft4096, fft8192, fft16384, fft32768, fft65536,
293 };
294
295 static void ff_fft_calc_c(FFTContext *s, FFTComplex *z)
296 {
297     fft_dispatch[s->nbits-2](z);
298 }
299