mmx 8x8 dct.
[x262.git] / common / dct.c
1 /*****************************************************************************
2  * dct.c: h264 encoder library
3  *****************************************************************************
4  * Copyright (C) 2003 Laurent Aimar
5  * $Id: dct.c,v 1.1 2004/06/03 19:27:06 fenrir Exp $
6  *
7  * Authors: Laurent Aimar <fenrir@via.ecp.fr>
8  *
9  * This program is free software; you can redistribute it and/or modify
10  * it under the terms of the GNU General Public License as published by
11  * the Free Software Foundation; either version 2 of the License, or
12  * (at your option) any later version.
13  *
14  * This program 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
17  * GNU General Public License for more details.
18  *
19  * You should have received a copy of the GNU General Public License
20  * along with this program; if not, write to the Free Software
21  * Foundation, Inc., 59 Temple Place - Suite 330, Boston, MA  02111, USA.
22  *****************************************************************************/
23
24 #ifdef HAVE_STDINT_H
25 #include <stdint.h>
26 #else
27 #include <inttypes.h>
28 #endif
29 #include <stdlib.h>
30 #include <stdarg.h>
31
32 #include "x264.h"
33
34 #include "dct.h"
35 #ifdef HAVE_MMXEXT
36 #   include "i386/dct.h"
37 #endif
38 #ifdef ARCH_PPC
39 #   include "ppc/dct.h"
40 #endif
41
42
43 static inline int clip_uint8( int a )
44 {
45     if (a&(~255))
46         return (-a)>>31;
47     else
48         return a;
49 }
50
51 /*
52  * XXX For all dct dc : input could be equal to output so ...
53  */
54
55 static void dct2x2dc( int16_t d[2][2] )
56 {
57     int tmp[2][2];
58
59     tmp[0][0] = d[0][0] + d[0][1];
60     tmp[1][0] = d[0][0] - d[0][1];
61     tmp[0][1] = d[1][0] + d[1][1];
62     tmp[1][1] = d[1][0] - d[1][1];
63
64     d[0][0] = tmp[0][0] + tmp[0][1];
65     d[0][1] = tmp[1][0] + tmp[1][1];
66     d[1][0] = tmp[0][0] - tmp[0][1];
67     d[1][1] = tmp[1][0] - tmp[1][1];
68 }
69
70 static void dct4x4dc( int16_t d[4][4] )
71 {
72     int16_t tmp[4][4];
73     int s01, s23;
74     int d01, d23;
75     int i;
76
77     for( i = 0; i < 4; i++ )
78     {
79         s01 = d[i][0] + d[i][1];
80         d01 = d[i][0] - d[i][1];
81         s23 = d[i][2] + d[i][3];
82         d23 = d[i][2] - d[i][3];
83
84         tmp[0][i] = s01 + s23;
85         tmp[1][i] = s01 - s23;
86         tmp[2][i] = d01 - d23;
87         tmp[3][i] = d01 + d23;
88     }
89
90     for( i = 0; i < 4; i++ )
91     {
92         s01 = tmp[i][0] + tmp[i][1];
93         d01 = tmp[i][0] - tmp[i][1];
94         s23 = tmp[i][2] + tmp[i][3];
95         d23 = tmp[i][2] - tmp[i][3];
96
97         d[0][i] = ( s01 + s23 + 1 ) >> 1;
98         d[1][i] = ( s01 - s23 + 1 ) >> 1;
99         d[2][i] = ( d01 - d23 + 1 ) >> 1;
100         d[3][i] = ( d01 + d23 + 1 ) >> 1;
101     }
102 }
103
104 static void idct4x4dc( int16_t d[4][4] )
105 {
106     int16_t tmp[4][4];
107     int s01, s23;
108     int d01, d23;
109     int i;
110
111     for( i = 0; i < 4; i++ )
112     {
113         s01 = d[0][i] + d[1][i];
114         d01 = d[0][i] - d[1][i];
115         s23 = d[2][i] + d[3][i];
116         d23 = d[2][i] - d[3][i];
117
118         tmp[0][i] = s01 + s23;
119         tmp[1][i] = s01 - s23;
120         tmp[2][i] = d01 - d23;
121         tmp[3][i] = d01 + d23;
122     }
123
124     for( i = 0; i < 4; i++ )
125     {
126         s01 = tmp[i][0] + tmp[i][1];
127         d01 = tmp[i][0] - tmp[i][1];
128         s23 = tmp[i][2] + tmp[i][3];
129         d23 = tmp[i][2] - tmp[i][3];
130
131         d[i][0] = s01 + s23;
132         d[i][1] = s01 - s23;
133         d[i][2] = d01 - d23;
134         d[i][3] = d01 + d23;
135     }
136 }
137
138 static inline void pixel_sub_wxh( int16_t *diff, int i_size,
139                                   uint8_t *pix1, int i_pix1, uint8_t *pix2, int i_pix2 )
140 {
141     int y, x;
142     for( y = 0; y < i_size; y++ )
143     {
144         for( x = 0; x < i_size; x++ )
145         {
146             diff[x + y*i_size] = pix1[x] - pix2[x];
147         }
148         pix1 += i_pix1;
149         pix2 += i_pix2;
150     }
151 }
152
153 static void sub4x4_dct( int16_t dct[4][4], uint8_t *pix1, int i_pix1, uint8_t *pix2, int i_pix2 )
154 {
155     int16_t d[4][4];
156     int16_t tmp[4][4];
157     int i;
158
159     pixel_sub_wxh( (int16_t*)d, 4, pix1, i_pix1, pix2, i_pix2 );
160
161     for( i = 0; i < 4; i++ )
162     {
163         const int s03 = d[i][0] + d[i][3];
164         const int s12 = d[i][1] + d[i][2];
165         const int d03 = d[i][0] - d[i][3];
166         const int d12 = d[i][1] - d[i][2];
167
168         tmp[0][i] =   s03 +   s12;
169         tmp[1][i] = 2*d03 +   d12;
170         tmp[2][i] =   s03 -   s12;
171         tmp[3][i] =   d03 - 2*d12;
172     }
173
174     for( i = 0; i < 4; i++ )
175     {
176         const int s03 = tmp[i][0] + tmp[i][3];
177         const int s12 = tmp[i][1] + tmp[i][2];
178         const int d03 = tmp[i][0] - tmp[i][3];
179         const int d12 = tmp[i][1] - tmp[i][2];
180
181         dct[0][i] =   s03 +   s12;
182         dct[1][i] = 2*d03 +   d12;
183         dct[2][i] =   s03 -   s12;
184         dct[3][i] =   d03 - 2*d12;
185     }
186 }
187
188 static void sub8x8_dct( int16_t dct[4][4][4], uint8_t *pix1, int i_pix1, uint8_t *pix2, int i_pix2 )
189 {
190     sub4x4_dct( dct[0], &pix1[0], i_pix1, &pix2[0], i_pix2 );
191     sub4x4_dct( dct[1], &pix1[4], i_pix1, &pix2[4], i_pix2 );
192     sub4x4_dct( dct[2], &pix1[4*i_pix1+0], i_pix1, &pix2[4*i_pix2+0], i_pix2 );
193     sub4x4_dct( dct[3], &pix1[4*i_pix1+4], i_pix1, &pix2[4*i_pix2+4], i_pix2 );
194 }
195
196 static void sub16x16_dct( int16_t dct[16][4][4], uint8_t *pix1, int i_pix1, uint8_t *pix2, int i_pix2 )
197 {
198     sub8x8_dct( &dct[ 0], pix1, i_pix1, pix2, i_pix2 );
199     sub8x8_dct( &dct[ 4], &pix1[8], i_pix1, &pix2[8], i_pix2 );
200     sub8x8_dct( &dct[ 8], &pix1[8*i_pix1], i_pix1, &pix2[8*i_pix2], i_pix2 );
201     sub8x8_dct( &dct[12], &pix1[8*i_pix1+8], i_pix1, &pix2[8*i_pix2+8], i_pix2 );
202 }
203
204
205 static void add4x4_idct( uint8_t *p_dst, int i_dst, int16_t dct[4][4] )
206 {
207     int16_t d[4][4];
208     int16_t tmp[4][4];
209     int x, y;
210     int i;
211
212     for( i = 0; i < 4; i++ )
213     {
214         const int s02 =  dct[i][0]     +  dct[i][2];
215         const int d02 =  dct[i][0]     -  dct[i][2];
216         const int s13 =  dct[i][1]     + (dct[i][3]>>1);
217         const int d13 = (dct[i][1]>>1) -  dct[i][3];
218
219         tmp[i][0] = s02 + s13;
220         tmp[i][1] = d02 + d13;
221         tmp[i][2] = d02 - d13;
222         tmp[i][3] = s02 - s13;
223     }
224
225     for( i = 0; i < 4; i++ )
226     {
227         const int s02 =  tmp[0][i]     +  tmp[2][i];
228         const int d02 =  tmp[0][i]     -  tmp[2][i];
229         const int s13 =  tmp[1][i]     + (tmp[3][i]>>1);
230         const int d13 = (tmp[1][i]>>1) -   tmp[3][i];
231
232         d[0][i] = ( s02 + s13 + 32 ) >> 6;
233         d[1][i] = ( d02 + d13 + 32 ) >> 6;
234         d[2][i] = ( d02 - d13 + 32 ) >> 6;
235         d[3][i] = ( s02 - s13 + 32 ) >> 6;
236     }
237
238
239     for( y = 0; y < 4; y++ )
240     {
241         for( x = 0; x < 4; x++ )
242         {
243             p_dst[x] = clip_uint8( p_dst[x] + d[y][x] );
244         }
245         p_dst += i_dst;
246     }
247 }
248
249 static void add8x8_idct( uint8_t *p_dst, int i_dst, int16_t dct[4][4][4] )
250 {
251     add4x4_idct( p_dst, i_dst,             dct[0] );
252     add4x4_idct( &p_dst[4], i_dst,         dct[1] );
253     add4x4_idct( &p_dst[4*i_dst+0], i_dst, dct[2] );
254     add4x4_idct( &p_dst[4*i_dst+4], i_dst, dct[3] );
255 }
256
257 static void add16x16_idct( uint8_t *p_dst, int i_dst, int16_t dct[16][4][4] )
258 {
259     add8x8_idct( &p_dst[0], i_dst, &dct[0] );
260     add8x8_idct( &p_dst[8], i_dst, &dct[4] );
261     add8x8_idct( &p_dst[8*i_dst], i_dst, &dct[8] );
262     add8x8_idct( &p_dst[8*i_dst+8], i_dst, &dct[12] );
263 }
264
265 /****************************************************************************
266  * 8x8 transform:
267  ****************************************************************************/
268
269 #define DCT8_1D {\
270     const int s07 = SRC(0) + SRC(7);\
271     const int s16 = SRC(1) + SRC(6);\
272     const int s25 = SRC(2) + SRC(5);\
273     const int s34 = SRC(3) + SRC(4);\
274     const int a0 = s07 + s34;\
275     const int a1 = s16 + s25;\
276     const int a2 = s07 - s34;\
277     const int a3 = s16 - s25;\
278     const int d07 = SRC(0) - SRC(7);\
279     const int d16 = SRC(1) - SRC(6);\
280     const int d25 = SRC(2) - SRC(5);\
281     const int d34 = SRC(3) - SRC(4);\
282     const int a4 = d16 + d25 + (d07 + (d07>>1));\
283     const int a5 = d07 - d34 - (d25 + (d25>>1));\
284     const int a6 = d07 + d34 - (d16 + (d16>>1));\
285     const int a7 = d16 - d25 + (d34 + (d34>>1));\
286     SRC(0) =  a0 + a1     ;\
287     SRC(1) =  a4 + (a7>>2);\
288     SRC(2) =  a2 + (a3>>1);\
289     SRC(3) =  a5 + (a6>>2);\
290     SRC(4) =  a0 - a1     ;\
291     SRC(5) =  a6 - (a5>>2);\
292     SRC(6) = (a2>>1) - a3 ;\
293     SRC(7) = (a4>>2) - a7 ;\
294 }
295
296 static void sub8x8_dct8( int16_t dct[8][8], uint8_t *pix1, int i_pix1, uint8_t *pix2, int i_pix2 )
297 {
298     int i;
299
300     pixel_sub_wxh( (int16_t*)dct, 8, pix1, i_pix1, pix2, i_pix2 );
301
302 #define SRC(x) dct[i][x]
303     for( i = 0; i < 8; i++ )
304         DCT8_1D
305 #undef SRC
306
307 #define SRC(x) dct[x][i]
308     for( i = 0; i < 8; i++ )
309         DCT8_1D
310 #undef SRC
311 }
312
313 static void sub16x16_dct8( int16_t dct[4][8][8], uint8_t *pix1, int i_pix1, uint8_t *pix2, int i_pix2 )
314 {
315     sub8x8_dct8( dct[0],  pix1,             i_pix1,  pix2,             i_pix2 );
316     sub8x8_dct8( dct[1], &pix1[8],          i_pix1, &pix2[8],          i_pix2 );
317     sub8x8_dct8( dct[2], &pix1[8*i_pix1],   i_pix1, &pix2[8*i_pix2],   i_pix2 );
318     sub8x8_dct8( dct[3], &pix1[8*i_pix1+8], i_pix1, &pix2[8*i_pix2+8], i_pix2 );
319 }
320
321 #define IDCT8_1D {\
322     const int a0 =  SRC(0) + SRC(4);\
323     const int a2 =  SRC(0) - SRC(4);\
324     const int a4 = (SRC(2)>>1) - SRC(6);\
325     const int a6 = (SRC(6)>>1) + SRC(2);\
326     const int b0 = a0 + a6;\
327     const int b2 = a2 + a4;\
328     const int b4 = a2 - a4;\
329     const int b6 = a0 - a6;\
330     const int a1 = -SRC(3) + SRC(5) - SRC(7) - (SRC(7)>>1);\
331     const int a3 =  SRC(1) + SRC(7) - SRC(3) - (SRC(3)>>1);\
332     const int a5 = -SRC(1) + SRC(7) + SRC(5) + (SRC(5)>>1);\
333     const int a7 =  SRC(3) + SRC(5) + SRC(1) + (SRC(1)>>1);\
334     const int b1 = (a7>>2) + a1;\
335     const int b3 =  a3 + (a5>>2);\
336     const int b5 = (a3>>2) - a5;\
337     const int b7 =  a7 - (a1>>2);\
338     DST(0, b0 + b7);\
339     DST(1, b2 + b5);\
340     DST(2, b4 + b3);\
341     DST(3, b6 + b1);\
342     DST(4, b6 - b1);\
343     DST(5, b4 - b3);\
344     DST(6, b2 - b5);\
345     DST(7, b0 - b7);\
346 }
347
348 static void add8x8_idct8( uint8_t *dst, int i_dst, int16_t dct[8][8] )
349 {
350     int i;
351
352     dct[0][0] += 32; // rounding for the >>6 at the end
353
354 #define SRC(x)     dct[i][x]
355 #define DST(x,rhs) dct[i][x] = (rhs)
356     for( i = 0; i < 8; i++ )
357         IDCT8_1D
358 #undef SRC
359 #undef DST
360
361 #define SRC(x)     dct[x][i]
362 #define DST(x,rhs) dst[i + x*i_dst] = clip_uint8( dst[i + x*i_dst] + ((rhs) >> 6) );
363     for( i = 0; i < 8; i++ )
364         IDCT8_1D
365 #undef SRC
366 #undef DST
367 }
368
369 static void add16x16_idct8( uint8_t *dst, int i_dst, int16_t dct[4][8][8] )
370 {
371     add8x8_idct8( &dst[0],         i_dst, dct[0] );
372     add8x8_idct8( &dst[8],         i_dst, dct[1] );
373     add8x8_idct8( &dst[8*i_dst],   i_dst, dct[2] );
374     add8x8_idct8( &dst[8*i_dst+8], i_dst, dct[3] );
375 }
376
377
378 /****************************************************************************
379  * x264_dct_init:
380  ****************************************************************************/
381 void x264_dct_init( int cpu, x264_dct_function_t *dctf )
382 {
383     dctf->sub4x4_dct    = sub4x4_dct;
384     dctf->add4x4_idct   = add4x4_idct;
385
386     dctf->sub8x8_dct    = sub8x8_dct;
387     dctf->add8x8_idct   = add8x8_idct;
388
389     dctf->sub16x16_dct  = sub16x16_dct;
390     dctf->add16x16_idct = add16x16_idct;
391
392     dctf->sub8x8_dct8   = sub8x8_dct8;
393     dctf->add8x8_idct8  = add8x8_idct8;
394
395     dctf->sub16x16_dct8  = sub16x16_dct8;
396     dctf->add16x16_idct8 = add16x16_idct8;
397
398     dctf->dct4x4dc  = dct4x4dc;
399     dctf->idct4x4dc = idct4x4dc;
400
401     dctf->dct2x2dc  = dct2x2dc;
402     dctf->idct2x2dc = dct2x2dc;
403
404 #ifdef HAVE_MMXEXT
405     if( cpu&X264_CPU_MMXEXT )
406     {
407         dctf->sub4x4_dct    = x264_sub4x4_dct_mmxext;
408         dctf->sub8x8_dct    = x264_sub8x8_dct_mmxext;
409         dctf->sub16x16_dct  = x264_sub16x16_dct_mmxext;
410
411         dctf->add4x4_idct   = x264_add4x4_idct_mmxext;
412         dctf->add8x8_idct   = x264_add8x8_idct_mmxext;
413         dctf->add16x16_idct = x264_add16x16_idct_mmxext;
414
415         dctf->sub8x8_dct8   = x264_sub8x8_dct8_mmxext;
416         dctf->sub16x16_dct8 = x264_sub16x16_dct8_mmxext;
417
418         dctf->add8x8_idct8  = x264_add8x8_idct8_mmxext;
419         dctf->add16x16_idct8= x264_add16x16_idct8_mmxext;
420
421         dctf->dct4x4dc  = x264_dct4x4dc_mmxext;
422         dctf->idct4x4dc = x264_idct4x4dc_mmxext;
423     }
424 #endif
425 #ifdef ARCH_PPC
426     if( cpu&X264_CPU_ALTIVEC )
427     {
428         dctf->sub4x4_dct    = x264_sub4x4_dct_altivec;
429         dctf->sub8x8_dct    = x264_sub8x8_dct_altivec;
430         dctf->sub16x16_dct  = x264_sub16x16_dct_altivec;
431     }
432 #endif
433 }
434