av_d2q: Add a special case for |value| > MAX and |value| < 1/MAX
[ffmpeg.git] / libavutil / rational.c
1 /*
2  * rational numbers
3  * Copyright (c) 2003 Michael Niedermayer <michaelni@gmx.at>
4  *
5  * This file is part of FFmpeg.
6  *
7  * FFmpeg is free software; you can redistribute it and/or
8  * modify it under the terms of the GNU Lesser General Public
9  * License as published by the Free Software Foundation; either
10  * version 2.1 of the License, or (at your option) any later version.
11  *
12  * FFmpeg is distributed in the hope that it will be useful,
13  * but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
14  * MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the GNU
15  * Lesser General Public License for more details.
16  *
17  * You should have received a copy of the GNU Lesser General Public
18  * License along with FFmpeg; if not, write to the Free Software
19  * Foundation, Inc., 51 Franklin Street, Fifth Floor, Boston, MA 02110-1301 USA
20  */
21
22 /**
23  * @file
24  * rational numbers
25  * @author Michael Niedermayer <michaelni@gmx.at>
26  */
27
28 #include "avassert.h"
29 #include <limits.h>
30
31 #include "common.h"
32 #include "mathematics.h"
33 #include "rational.h"
34
35 int av_reduce(int *dst_num, int *dst_den,
36               int64_t num, int64_t den, int64_t max)
37 {
38     AVRational a0 = { 0, 1 }, a1 = { 1, 0 };
39     int sign = (num < 0) ^ (den < 0);
40     int64_t gcd = av_gcd(FFABS(num), FFABS(den));
41
42     if (gcd) {
43         num = FFABS(num) / gcd;
44         den = FFABS(den) / gcd;
45     }
46     if (num <= max && den <= max) {
47         a1 = (AVRational) { num, den };
48         den = 0;
49     }
50
51     while (den) {
52         uint64_t x        = num / den;
53         int64_t next_den  = num - den * x;
54         int64_t a2n       = x * a1.num + a0.num;
55         int64_t a2d       = x * a1.den + a0.den;
56
57         if (a2n > max || a2d > max) {
58             if (a1.num) x =          (max - a0.num) / a1.num;
59             if (a1.den) x = FFMIN(x, (max - a0.den) / a1.den);
60
61             if (den * (2 * x * a1.den + a0.den) > num * a1.den)
62                 a1 = (AVRational) { x * a1.num + a0.num, x * a1.den + a0.den };
63             break;
64         }
65
66         a0  = a1;
67         a1  = (AVRational) { a2n, a2d };
68         num = den;
69         den = next_den;
70     }
71     av_assert2(av_gcd(a1.num, a1.den) <= 1U);
72
73     *dst_num = sign ? -a1.num : a1.num;
74     *dst_den = a1.den;
75
76     return den == 0;
77 }
78
79 AVRational av_mul_q(AVRational b, AVRational c)
80 {
81     av_reduce(&b.num, &b.den,
82                b.num * (int64_t) c.num,
83                b.den * (int64_t) c.den, INT_MAX);
84     return b;
85 }
86
87 AVRational av_div_q(AVRational b, AVRational c)
88 {
89     return av_mul_q(b, (AVRational) { c.den, c.num });
90 }
91
92 AVRational av_add_q(AVRational b, AVRational c) {
93     av_reduce(&b.num, &b.den,
94                b.num * (int64_t) c.den +
95                c.num * (int64_t) b.den,
96                b.den * (int64_t) c.den, INT_MAX);
97     return b;
98 }
99
100 AVRational av_sub_q(AVRational b, AVRational c)
101 {
102     return av_add_q(b, (AVRational) { -c.num, c.den });
103 }
104
105 AVRational av_d2q(double d, int max)
106 {
107     AVRational a;
108 #define LOG2  0.69314718055994530941723212145817656807550013436025
109     int exponent;
110     int64_t den;
111     if (isnan(d))
112         return (AVRational) { 0,0 };
113     if (fabs(d) > INT_MAX + 3LL)
114         return (AVRational) { d < 0 ? -1 : 1, 0 };
115     exponent = FFMAX( (int)(log(fabs(d) + 1e-20)/LOG2), 0);
116     den = 1LL << (61 - exponent);
117     av_reduce(&a.num, &a.den, rint(d * den), den, max);
118     if ((!a.num || !a.den) && d && max>0 && max<INT_MAX)
119         av_reduce(&a.num, &a.den, llrint(d * den), den, INT_MAX);
120
121     return a;
122 }
123
124 int av_nearer_q(AVRational q, AVRational q1, AVRational q2)
125 {
126     /* n/d is q, a/b is the median between q1 and q2 */
127     int64_t a = q1.num * (int64_t)q2.den + q2.num * (int64_t)q1.den;
128     int64_t b = 2 * (int64_t)q1.den * q2.den;
129
130     /* rnd_up(a*d/b) > n => a*d/b > n */
131     int64_t x_up = av_rescale_rnd(a, q.den, b, AV_ROUND_UP);
132
133     /* rnd_down(a*d/b) < n => a*d/b < n */
134     int64_t x_down = av_rescale_rnd(a, q.den, b, AV_ROUND_DOWN);
135
136     return ((x_up > q.num) - (x_down < q.num)) * av_cmp_q(q2, q1);
137 }
138
139 int av_find_nearest_q_idx(AVRational q, const AVRational* q_list)
140 {
141     int i, nearest_q_idx = 0;
142     for (i = 0; q_list[i].den; i++)
143         if (av_nearer_q(q, q_list[i], q_list[nearest_q_idx]) > 0)
144             nearest_q_idx = i;
145
146     return nearest_q_idx;
147 }
148
149 #ifdef TEST
150 int main(void)
151 {
152     AVRational a,b,r;
153     for (a.num = -2; a.num <= 2; a.num++) {
154         for (a.den = -2; a.den <= 2; a.den++) {
155             for (b.num = -2; b.num <= 2; b.num++) {
156                 for (b.den = -2; b.den <= 2; b.den++) {
157                     int c = av_cmp_q(a,b);
158                     double d = av_q2d(a) == av_q2d(b) ?
159                                0 : (av_q2d(a) - av_q2d(b));
160                     if (d > 0)       d = 1;
161                     else if (d < 0)  d = -1;
162                     else if (d != d) d = INT_MIN;
163                     if (c != d)
164                         av_log(NULL, AV_LOG_ERROR, "%d/%d %d/%d, %d %f\n", a.num,
165                                a.den, b.num, b.den, c,d);
166                     r = av_sub_q(av_add_q(b,a), b);
167                     if(b.den && (r.num*a.den != a.num*r.den || !r.num != !a.num || !r.den != !a.den))
168                         av_log(NULL, AV_LOG_ERROR, "%d/%d ", r.num, r.den);
169                 }
170             }
171         }
172     }
173     return 0;
174 }
175 #endif