c923d760e7b0678ca49d984f644f9231f2b44d2b
[ffmpeg.git] / libavcodec / bfin / fdct_bfin.S
1 /*
2  * fdct BlackFin
3  *
4  * Copyright (C) 2007 Marc Hoffman <marc.hoffman@analog.com>
5  *
6  * This file is part of Libav.
7  *
8  * Libav is free software; you can redistribute it and/or
9  * modify it under the terms of the GNU Lesser General Public
10  * License as published by the Free Software Foundation; either
11  * version 2.1 of the License, or (at your option) any later version.
12  *
13  * Libav is distributed in the hope that it will be useful,
14  * but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
15  * MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the GNU
16  * Lesser General Public License for more details.
17  *
18  * You should have received a copy of the GNU Lesser General Public
19  * License along with Libav; if not, write to the Free Software
20  * Foundation, Inc., 51 Franklin Street, Fifth Floor, Boston, MA 02110-1301 USA
21  */
22 /*
23   void ff_bfin_fdct (int16_t *buf);
24
25   This implementation works only for 8x8 input. The range of input
26   must be -256 to 255 i.e. 8bit input represented in a 16bit data
27   word. The original data must be sign extended into the 16bit data
28   words.
29
30
31    Chen factorization of
32
33            8
34    X(m) = sum (x(n) * cos ((2n+1)*m*pi/16))
35           n=0
36
37                                              C4
38  0  --*-------------*0+7---*-----*0+3-------*-*-------------------> 0
39        \           /        \   /            X S4,S4
40  1  --*-\---------/-*1+6---*-\-/-*1+2-------*-*-------------------> 4
41          \       /            \              -C4     C3
42  2  --*---\-----/---*2+5---*-/-\-*1-2---------------*-*-----------> 2
43            \   /            /   \                    X S3,-S3
44  3  --*-----\-/-----*3+4---*-----*0-3---------------*-*-----------> 6
45              /                                  C7   C3
46  4  --*-----/-\-----*3-4------------*-*4+5--*-----*---------------> 1
47            /   \            -C4      X       \   /S7    C3
48  5  --*---/-----\---*2-5---*-*------*=*4-5----\-/------*-*--------> 5
49          /       \          X S4,S4            /        X S3,-S3
50  6  --*-/---------\-*1-6---*-*------*=*7-6----/-\------*-*--------> 3
51        /           \        C4       X       /   \-S7   C3
52     --*-------------*0-7------------*-*7+6--*-----*---------------> 7
53                                                 C7
54
55 Notation
56         Cn = cos(n*pi/8) used throughout the code.
57
58
59   Registers used:
60         R0, R1, R2, R3, R4, R5, R6,R7,  P0, P1, P2, P3, P4, P5, A0, A1.
61   Other registers used:
62         I0, I1, I2, I3, B0, B2, B3, M0, M1, L3 registers and LC0.
63
64   Input - r0 - pointer to start of int16_t *block
65
66   Output - The DCT output coefficients in the int16_t *block
67
68   Register constraint:
69                This code is called from jpeg_encode.
70                R6, R5, R4 if modified should be stored and restored.
71
72
73   Performance: (Timer version 0.6.33)
74                Code Size : 240 Bytes.
75                Memory Required :
76                Input Matrix : 8 * 8 * 2 Bytes.
77                Coefficients : 16 Bytes
78                Temporary matrix: 8 * 8 * 2 Bytes.
79                Cycle Count :26+{18+8*(14+2S)}*2  where S -> Stalls
80                             (7.45 c/pel)
81         -----------------------------------------
82         |  Size  |  Forward DCT  |  Inverse DCT |
83         -----------------------------------------
84         |  8x8   |   284 Cycles  |  311 Cycles  |
85         -----------------------------------------
86
87 Ck = int16(cos(k/16*pi)*32767+.5)/2
88 #define C4 23170
89 #define C3 13623
90 #define C6 6270
91 #define C7 3196
92
93 Sk = int16(sin(k/16*pi)*32767+.5)/2
94 #define S4 11585
95 #define S3 9102
96 #define S6 15137
97 #define S7 16069
98
99 the coefficients are ordered as follows:
100 short dct_coef[]
101   C4,S4,
102   C6,S6,
103   C7,S7,
104   S3,C3,
105
106 -----------------------------------------------------------
107 Libav conformance testing results
108 -----------------------------------------------------------
109 dct-test: modified with the following
110             dct_error("BFINfdct", 0, ff_bfin_fdct, fdct, test);
111 produces the following output:
112
113 libavcodec> ./dct-test
114 Libav DCT/IDCT test
115
116     2  -131    -6   -48   -36    33   -83    24
117    34    52   -24   -15     5    92    57   143
118   -67   -43    -1    74   -16     5   -71    32
119   -78   106    92   -34   -38    81    20   -18
120     7   -62    40     2   -15    90   -62   -83
121   -83     1  -104   -13    43   -19     7    11
122   -63    31    12   -29    83    72    21    10
123   -17   -63   -15    73    50   -91   159   -14
124 DCT BFINfdct: err_inf=2 err2=0.16425938 syserr=0.00795000 maxout=2098 blockSumErr=27
125 DCT BFINfdct: 92.1 kdct/s
126 */
127
128 #include "config.h"
129 #include "config_bfin.h"
130
131 #if defined(__FDPIC__) && CONFIG_SRAM
132 .section .l1.data.B,"aw",@progbits
133 #else
134 .data
135 #endif
136 .align 4;
137 dct_coeff:
138 .short 0x5a82, 0x2d41, 0x187e, 0x3b21, 0x0c7c, 0x3ec5, 0x238e, 0x3537;
139
140 #if defined(__FDPIC__) && CONFIG_SRAM
141 .section .l1.data.A,"aw",@progbits
142 #endif
143 .align 4
144 vtmp:   .space 128
145
146 .text
147 DEFUN(fdct,mL1,
148         (int16_t *block)):
149     [--SP] = (R7:4, P5:3);          // Push the registers onto the stack.
150
151     b0 = r0;
152     RELOC(r0, P3, dct_coeff);
153     b3 = r0;
154     RELOC(r0, P3, vtmp);
155     b2 = r0;
156
157     L3 = 16;                        // L3 is set to 16 to make the coefficient
158                                     // array Circular.
159
160
161 //----------------------------------------------------------------------------
162
163 /*
164  * I0, I1, and I2 registers are used to read the input data. I3 register is used
165  * to read the coefficients. P0 and P1 registers are used for writing the output
166  * data.
167  */
168     M0 = 12 (X);                    // All these initializations are used in the
169     M1 = 16 (X);                    // modification of address offsets.
170
171     M2 = 128 (X);
172
173     P2 = 16;
174     P3 = 32 (X);
175     P4 = -110 (X);
176     P5 = -62 (X);
177     P0 = 2(X);
178
179
180     // Prescale the input to get the correct precision.
181     i0=b0;
182     i1=b0;
183
184     lsetup (.0, .1) LC0 = P3;
185     r0=[i0++];
186 .0:     r1=r0<<3 (v) || r0=[i0++] ;
187 .1:     [i1++]=r1;
188
189         /*
190          * B0 points to the "in" buffer.
191          * B2 points to "temp" buffer in the first iteration.
192          */
193
194     lsetup (.2, .3) LC0 = P0;
195 .2:
196         I0 = B0;                        // I0 points to Input Element (0, 0).
197         I1 = B0;                        // Element 1 and 0 is read in R0.
198         I1 += M0  || R0 = [I0++];       // I1 points to Input Element (0, 6).
199         I2 = I1;                        // Element 6 is read into R3.H.
200         I2 -= 4   || R3.H = W[I1++];    // I2 points to Input Element (0, 4).
201
202         I3 = B3;                        // I3 points to Coefficients.
203         P0 = B2;                        // P0 points to temporary array Element
204                                         //   (0, 0).
205         P1 = B2;                        // P1 points to temporary array.
206         R7 = [P1++P2] || R2 = [I2++];   // P1 points to temporary array
207                                         //   Element (1, 0).
208                                         // R7 is a dummy read. X4,X5
209                                         //   are read into R2.
210         R3.L = W[I1--];                 // X7 is read into R3.L.
211         R1.H = W[I0++];                 // X2 is read into R1.H.
212
213
214         /*
215          *  X0 = (X0 + X7) / 2.
216          *  X1 = (X1 + X6) / 2.
217          *  X6 = (X1 - X6) / 2.
218          *  X7 = (X0 - X7) / 2.
219          *  It reads the data 3 in R1.L.
220          */
221
222         R0 = R0 +|+ R3, R3 = R0 -|- R3 || R1.L = W[I0++] || NOP;
223
224         /*
225          *       X2 = (X2 + X5) / 2.
226          *       X3 = (X3 + X4) / 2.
227          *       X4 = (X3 - X4) / 2.
228          *       X5 = (X2 - X5) / 2.
229          *          R7 = C4 = cos(4*pi/16)
230          */
231
232         R1 = R1 +|+ R2, R2 = R1 -|- R2 (CO) || NOP      ||  R7 = [I3++];
233
234         /*
235          * At the end of stage 1 R0 has (1,0), R1 has (2,3), R2 has (4, 5) and
236          * R3 has (6,7).
237          * Where the notation (x, y) represents uper/lower half pairs.
238          */
239
240         /*
241          *       X0 = X0 + X3.
242          *       X1 = X1 + X2.
243          *       X2 = X1 - X2.
244          *       X3 = X0 - X3.
245          */
246         R0 = R0 +|+ R1, R1 = R0 -|- R1;
247
248         lsetup (.row0, .row1) LC1 = P2 >> 1;  // 1d dct, loops 8x
249 .row0:
250
251         /*
252          *       This is part 2 computation continued.....
253          *       A1 =      X6 * cos(pi/4)
254          *       A0 =      X6 * cos(pi/4)
255          *       A1 = A1 - X5 * cos(pi/4)
256          *       A0 = A0 + X5 * cos(pi/4).
257          *       The instruction W[I0] = R3.L is used for packing it to R2.L.
258          */
259
260         A1=R3.H*R7.l,         A0=R3.H*R7.l            ||  I1+=M1 || W[I0] = R3.L;
261         R4.H=(A1-=R2.L*R7.l), R4.L=(A0+=R2.L*R7.l)    ||  I2+=M0 || NOP;
262
263         /*       R0 = (X1,X0)      R1 = (X2,X3)       R4 = (X5, X6). */
264
265         /*
266          *       A1 =      X0 * cos(pi/4)
267          *       A0 =      X0 * cos(pi/4)
268          *       A1 = A1 - X1 * cos(pi/4)
269          *       A0 = A0 + X1 * cos(pi/4)
270          *       R7 = (C2,C6)
271          */
272         A1=R0.L*R7.h,        A0=R0.L*R7.h             || NOP       || R3.H=W[I1++];
273         R5.H=(A1-=R0.H*R7.h),R5.L=(A0+=R0.H*R7.h)     || R7=[I3++] || NOP;
274
275         /*
276          *       A1 =      X2 * cos(3pi/8)
277          *       A0 =      X3 * cos(3pi/8)
278          *       A1 = A1 + X3 * cos(pi/8)
279          *       A0 = A0 - X2 * cos(pi/8)
280          *         R3 = cos(pi/4)
281          *         R7 = (cos(7pi/8),cos(pi/8))
282          *       X4 = X4 + X5.
283          *       X5 = X4 - X5.
284          *       X6 = X7 - X6.
285          *       X7 = X7 + X6.
286          */
287         A1=R1.H*R7.L,        A0=R1.L*R7.L             || W[P0++P3]=R5.L || R2.L=W[I0];
288         R2=R2+|+R4,          R4=R2-|-R4               || I0+=4          || R3.L=W[I1--];
289         R6.H=(A1+=R1.L*R7.H),R6.L=(A0 -= R1.H * R7.H) || I0+=4          || R7=[I3++];
290
291         /*         R2 = (X4, X7)        R4 = (X5,X6)      R5 = (X1, X0)       R6 = (X2,X3). */
292
293         /*
294          *       A1 =      X4 * cos(7pi/16)
295          *       A0 =      X7 * cos(7pi/16)
296          *       A1 = A1 + X7 * cos(pi/16)
297          *       A0 = A0 - X4 * cos(pi/16)
298          */
299
300         A1=R2.H*R7.L,        A0=R2.L*R7.L             || W[P0++P3]=R6.H || R0=[I0++];
301         R2.H=(A1+=R2.L*R7.H),R2.L=(A0-=R2.H*R7.H)     || W[P0++P3]=R5.H || R7=[I3++];
302
303         /*
304          *       A1 =      X5 * cos(3pi/16)
305          *       A0 =      X6 * cos(3pi/16)
306          *       A1 = A1 + X6 * cos(5pi/16)
307          *       A0 = A0 - X5 * cos(5pi/16)
308          *       The output values are written.
309          */
310
311         A1=R4.H*R7.H,        A0=R4.L*R7.H             || W[P0++P2]=R6.L || R1.H=W[I0++];
312         R4.H=(A1+=R4.L*R7.L),R4.L=(A0-=R4.H*R7.L)     || W[P0++P4]=R2.L || R1.L=W[I0++];
313
314
315         /* Beginning of next stage, **pipelined** + drain and store the
316            rest of the column store. */
317
318         R0=R0+|+R3,R3=R0-|-R3                         || W[P1++P3]=R2.H || R2=[I2++];
319         R1=R1+|+R2,R2=R1-|-R2 (CO)                    || W[P1++P3]=R4.L || R7=[I3++];
320 .row1:  R0=R0+|+R1,R1=R0-|-R1                         || W[P1++P5]=R4.H || NOP;
321
322         // Exchange input with output.
323         B1 = B0;
324         B0 = B2;
325 .3:     B2 = B1;
326
327         L3=0;
328         (r7:4,p5:3) = [sp++];
329         RTS;
330 DEFUN_END(fdct)