slightly faster 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 void sub4x4_dct( int16_t dct[4][4], uint8_t *pix1, int i_pix1, uint8_t *pix2, int i_pix2 )
139 {
140     int16_t d[4][4];
141     int16_t tmp[4][4];
142     int y, x;
143     int i;
144
145     for( y = 0; y < 4; y++ )
146     {
147         for( x = 0; x < 4; x++ )
148         {
149             d[y][x] = pix1[x] - pix2[x];
150         }
151         pix1 += i_pix1;
152         pix2 += i_pix2;
153     }
154
155     for( i = 0; i < 4; i++ )
156     {
157         const int s03 = d[i][0] + d[i][3];
158         const int s12 = d[i][1] + d[i][2];
159         const int d03 = d[i][0] - d[i][3];
160         const int d12 = d[i][1] - d[i][2];
161
162         tmp[0][i] =   s03 +   s12;
163         tmp[1][i] = 2*d03 +   d12;
164         tmp[2][i] =   s03 -   s12;
165         tmp[3][i] =   d03 - 2*d12;
166     }
167
168     for( i = 0; i < 4; i++ )
169     {
170         const int s03 = tmp[i][0] + tmp[i][3];
171         const int s12 = tmp[i][1] + tmp[i][2];
172         const int d03 = tmp[i][0] - tmp[i][3];
173         const int d12 = tmp[i][1] - tmp[i][2];
174
175         dct[0][i] =   s03 +   s12;
176         dct[1][i] = 2*d03 +   d12;
177         dct[2][i] =   s03 -   s12;
178         dct[3][i] =   d03 - 2*d12;
179     }
180 }
181
182 static void sub8x8_dct( int16_t dct[4][4][4], uint8_t *pix1, int i_pix1, uint8_t *pix2, int i_pix2 )
183 {
184     sub4x4_dct( dct[0], &pix1[0], i_pix1, &pix2[0], i_pix2 );
185     sub4x4_dct( dct[1], &pix1[4], i_pix1, &pix2[4], i_pix2 );
186     sub4x4_dct( dct[2], &pix1[4*i_pix1+0], i_pix1, &pix2[4*i_pix2+0], i_pix2 );
187     sub4x4_dct( dct[3], &pix1[4*i_pix1+4], i_pix1, &pix2[4*i_pix2+4], i_pix2 );
188 }
189
190 static void sub16x16_dct( int16_t dct[16][4][4], uint8_t *pix1, int i_pix1, uint8_t *pix2, int i_pix2 )
191 {
192     sub8x8_dct( &dct[ 0], pix1, i_pix1, pix2, i_pix2 );
193     sub8x8_dct( &dct[ 4], &pix1[8], i_pix1, &pix2[8], i_pix2 );
194     sub8x8_dct( &dct[ 8], &pix1[8*i_pix1], i_pix1, &pix2[8*i_pix2], i_pix2 );
195     sub8x8_dct( &dct[12], &pix1[8*i_pix1+8], i_pix1, &pix2[8*i_pix2+8], i_pix2 );
196 }
197
198
199 static void add4x4_idct( uint8_t *p_dst, int i_dst, int16_t dct[4][4] )
200 {
201     int16_t d[4][4];
202     int16_t tmp[4][4];
203     int x, y;
204     int i;
205
206     for( i = 0; i < 4; i++ )
207     {
208         const int s02 =  dct[i][0]     +  dct[i][2];
209         const int d02 =  dct[i][0]     -  dct[i][2];
210         const int s13 =  dct[i][1]     + (dct[i][3]>>1);
211         const int d13 = (dct[i][1]>>1) -  dct[i][3];
212
213         tmp[i][0] = s02 + s13;
214         tmp[i][1] = d02 + d13;
215         tmp[i][2] = d02 - d13;
216         tmp[i][3] = s02 - s13;
217     }
218
219     for( i = 0; i < 4; i++ )
220     {
221         const int s02 =  tmp[0][i]     +  tmp[2][i];
222         const int d02 =  tmp[0][i]     -  tmp[2][i];
223         const int s13 =  tmp[1][i]     + (tmp[3][i]>>1);
224         const int d13 = (tmp[1][i]>>1) -   tmp[3][i];
225
226         d[0][i] = ( s02 + s13 + 32 ) >> 6;
227         d[1][i] = ( d02 + d13 + 32 ) >> 6;
228         d[2][i] = ( d02 - d13 + 32 ) >> 6;
229         d[3][i] = ( s02 - s13 + 32 ) >> 6;
230     }
231
232
233     for( y = 0; y < 4; y++ )
234     {
235         for( x = 0; x < 4; x++ )
236         {
237             p_dst[x] = clip_uint8( p_dst[x] + d[y][x] );
238         }
239         p_dst += i_dst;
240     }
241 }
242
243 static void add8x8_idct( uint8_t *p_dst, int i_dst, int16_t dct[4][4][4] )
244 {
245     add4x4_idct( p_dst, i_dst,             dct[0] );
246     add4x4_idct( &p_dst[4], i_dst,         dct[1] );
247     add4x4_idct( &p_dst[4*i_dst+0], i_dst, dct[2] );
248     add4x4_idct( &p_dst[4*i_dst+4], i_dst, dct[3] );
249 }
250
251 static void add16x16_idct( uint8_t *p_dst, int i_dst, int16_t dct[16][4][4] )
252 {
253     add8x8_idct( &p_dst[0], i_dst, &dct[0] );
254     add8x8_idct( &p_dst[8], i_dst, &dct[4] );
255     add8x8_idct( &p_dst[8*i_dst], i_dst, &dct[8] );
256     add8x8_idct( &p_dst[8*i_dst+8], i_dst, &dct[12] );
257 }
258
259 /****************************************************************************
260  * 8x8 transform:
261  ****************************************************************************/
262
263 #define DCT8_1D {\
264     const int s07 = SRC(0) + SRC(7);\
265     const int s16 = SRC(1) + SRC(6);\
266     const int s25 = SRC(2) + SRC(5);\
267     const int s34 = SRC(3) + SRC(4);\
268     const int a0 = s07 + s34;\
269     const int a1 = s16 + s25;\
270     const int a2 = s07 - s34;\
271     const int a3 = s16 - s25;\
272     const int d07 = SRC(0) - SRC(7);\
273     const int d16 = SRC(1) - SRC(6);\
274     const int d25 = SRC(2) - SRC(5);\
275     const int d34 = SRC(3) - SRC(4);\
276     const int a4 = d16 + d25 + (d07 + (d07>>1));\
277     const int a5 = d07 - d34 - (d25 + (d25>>1));\
278     const int a6 = d07 + d34 - (d16 + (d16>>1));\
279     const int a7 = d16 - d25 + (d34 + (d34>>1));\
280     SRC(0) =  a0 + a1     ;\
281     SRC(1) =  a4 + (a7>>2);\
282     SRC(2) =  a2 + (a3>>1);\
283     SRC(3) =  a5 + (a6>>2);\
284     SRC(4) =  a0 - a1     ;\
285     SRC(5) =  a6 - (a5>>2);\
286     SRC(6) = (a2>>1) - a3 ;\
287     SRC(7) = (a4>>2) - a7 ;\
288 }
289
290 static void sub8x8_dct8( int16_t dct[8][8], uint8_t *pix1, int i_pix1, uint8_t *pix2, int i_pix2 )
291 {
292     int y, x, i;
293
294     for( y = 0; y < 8; y++ )
295     {
296         for( x = 0; x < 8; x++ )
297         {
298             dct[y][x] = pix1[x] - pix2[x];
299         }
300         pix1 += i_pix1;
301         pix2 += i_pix2;
302     }
303
304 #define SRC(x) dct[i][x]
305     for( i = 0; i < 8; i++ )
306         DCT8_1D
307 #undef SRC
308
309 #define SRC(x) dct[x][i]
310     for( i = 0; i < 8; i++ )
311         DCT8_1D
312 #undef SRC
313 }
314
315 static void sub16x16_dct8( int16_t dct[4][8][8], uint8_t *pix1, int i_pix1, uint8_t *pix2, int i_pix2 )
316 {
317     sub8x8_dct8( dct[0],  pix1,             i_pix1,  pix2,             i_pix2 );
318     sub8x8_dct8( dct[1], &pix1[8],          i_pix1, &pix2[8],          i_pix2 );
319     sub8x8_dct8( dct[2], &pix1[8*i_pix1],   i_pix1, &pix2[8*i_pix2],   i_pix2 );
320     sub8x8_dct8( dct[3], &pix1[8*i_pix1+8], i_pix1, &pix2[8*i_pix2+8], i_pix2 );
321 }
322
323 #define IDCT8_1D {\
324     const int a0 =  SRC(0) + SRC(4);\
325     const int a2 =  SRC(0) - SRC(4);\
326     const int a4 = (SRC(2)>>1) - SRC(6);\
327     const int a6 = (SRC(6)>>1) + SRC(2);\
328     const int b0 = a0 + a6;\
329     const int b2 = a2 + a4;\
330     const int b4 = a2 - a4;\
331     const int b6 = a0 - a6;\
332     const int a1 = -SRC(3) + SRC(5) - SRC(7) - (SRC(7)>>1);\
333     const int a3 =  SRC(1) + SRC(7) - SRC(3) - (SRC(3)>>1);\
334     const int a5 = -SRC(1) + SRC(7) + SRC(5) + (SRC(5)>>1);\
335     const int a7 =  SRC(3) + SRC(5) + SRC(1) + (SRC(1)>>1);\
336     const int b1 = (a7>>2) + a1;\
337     const int b3 =  a3 + (a5>>2);\
338     const int b5 = (a3>>2) - a5;\
339     const int b7 =  a7 - (a1>>2);\
340     DST(0, b0 + b7);\
341     DST(1, b2 + b5);\
342     DST(2, b4 + b3);\
343     DST(3, b6 + b1);\
344     DST(4, b6 - b1);\
345     DST(5, b4 - b3);\
346     DST(6, b2 - b5);\
347     DST(7, b0 - b7);\
348 }
349
350 static void add8x8_idct8( uint8_t *dst, int i_dst, int16_t dct[8][8] )
351 {
352     int i;
353
354     dct[0][0] += 32; // rounding for the >>6 at the end
355
356 #define SRC(x)     dct[i][x]
357 #define DST(x,rhs) dct[i][x] = (rhs)
358     for( i = 0; i < 8; i++ )
359         IDCT8_1D
360 #undef SRC
361 #undef DST
362
363 #define SRC(x)     dct[x][i]
364 #define DST(x,rhs) dst[i + x*i_dst] = clip_uint8( dst[i + x*i_dst] + ((rhs) >> 6) );
365     for( i = 0; i < 8; i++ )
366         IDCT8_1D
367 #undef SRC
368 #undef DST
369 }
370
371 static void add16x16_idct8( uint8_t *dst, int i_dst, int16_t dct[4][8][8] )
372 {
373     add8x8_idct8( &dst[0],         i_dst, dct[0] );
374     add8x8_idct8( &dst[8],         i_dst, dct[1] );
375     add8x8_idct8( &dst[8*i_dst],   i_dst, dct[2] );
376     add8x8_idct8( &dst[8*i_dst+8], i_dst, dct[3] );
377 }
378
379
380 /****************************************************************************
381  * x264_dct_init:
382  ****************************************************************************/
383 void x264_dct_init( int cpu, x264_dct_function_t *dctf )
384 {
385     dctf->sub4x4_dct    = sub4x4_dct;
386     dctf->add4x4_idct   = add4x4_idct;
387
388     dctf->sub8x8_dct    = sub8x8_dct;
389     dctf->add8x8_idct   = add8x8_idct;
390
391     dctf->sub16x16_dct  = sub16x16_dct;
392     dctf->add16x16_idct = add16x16_idct;
393
394     dctf->sub8x8_dct8   = sub8x8_dct8;
395     dctf->add8x8_idct8  = add8x8_idct8;
396
397     dctf->sub16x16_dct8  = sub16x16_dct8;
398     dctf->add16x16_idct8 = add16x16_idct8;
399
400     dctf->dct4x4dc  = dct4x4dc;
401     dctf->idct4x4dc = idct4x4dc;
402
403     dctf->dct2x2dc  = dct2x2dc;
404     dctf->idct2x2dc = dct2x2dc;
405
406 #ifdef HAVE_MMXEXT
407     if( cpu&X264_CPU_MMXEXT )
408     {
409         dctf->sub4x4_dct    = x264_sub4x4_dct_mmxext;
410         dctf->sub8x8_dct    = x264_sub8x8_dct_mmxext;
411         dctf->sub16x16_dct  = x264_sub16x16_dct_mmxext;
412
413         dctf->add4x4_idct   = x264_add4x4_idct_mmxext;
414         dctf->add8x8_idct   = x264_add8x8_idct_mmxext;
415         dctf->add16x16_idct = x264_add16x16_idct_mmxext;
416
417         dctf->dct4x4dc  = x264_dct4x4dc_mmxext;
418         dctf->idct4x4dc = x264_idct4x4dc_mmxext;
419     }
420 #endif
421 #ifdef ARCH_PPC
422     if( cpu&X264_CPU_ALTIVEC )
423     {
424         dctf->sub4x4_dct    = x264_sub4x4_dct_altivec;
425         dctf->sub8x8_dct    = x264_sub8x8_dct_altivec;
426         dctf->sub16x16_dct  = x264_sub16x16_dct_altivec;
427     }
428 #endif
429 }
430