5a79c88b0e19291ede77f7023d4e5f440f0ff57a
[ffmpeg.git] / libavcodec / fft-test.c
1 /*
2  * (c) 2002 Fabrice Bellard
3  *
4  * This file is part of FFmpeg.
5  *
6  * FFmpeg is free software; you can redistribute it and/or
7  * modify it under the terms of the GNU Lesser General Public
8  * License as published by the Free Software Foundation; either
9  * version 2.1 of the License, or (at your option) any later version.
10  *
11  * FFmpeg is distributed in the hope that it will be useful,
12  * but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
13  * MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the GNU
14  * Lesser General Public License for more details.
15  *
16  * You should have received a copy of the GNU Lesser General Public
17  * License along with FFmpeg; if not, write to the Free Software
18  * Foundation, Inc., 51 Franklin Street, Fifth Floor, Boston, MA 02110-1301 USA
19  */
20
21 /**
22  * @file fft-test.c
23  * FFT and MDCT tests.
24  */
25
26 #include "dsputil.h"
27 #include <math.h>
28 #include <unistd.h>
29 #include <sys/time.h>
30 #include <stdlib.h>
31 #include <string.h>
32
33 #undef exit
34
35 int mm_flags;
36
37 /* reference fft */
38
39 #define MUL16(a,b) ((a) * (b))
40
41 #define CMAC(pre, pim, are, aim, bre, bim) \
42 {\
43    pre += (MUL16(are, bre) - MUL16(aim, bim));\
44    pim += (MUL16(are, bim) + MUL16(bre, aim));\
45 }
46
47 FFTComplex *exptab;
48
49 void fft_ref_init(int nbits, int inverse)
50 {
51     int n, i;
52     float c1, s1, alpha;
53
54     n = 1 << nbits;
55     exptab = av_malloc((n / 2) * sizeof(FFTComplex));
56
57     for(i=0;i<(n/2);i++) {
58         alpha = 2 * M_PI * (float)i / (float)n;
59         c1 = cos(alpha);
60         s1 = sin(alpha);
61         if (!inverse)
62             s1 = -s1;
63         exptab[i].re = c1;
64         exptab[i].im = s1;
65     }
66 }
67
68 void fft_ref(FFTComplex *tabr, FFTComplex *tab, int nbits)
69 {
70     int n, i, j, k, n2;
71     float tmp_re, tmp_im, s, c;
72     FFTComplex *q;
73
74     n = 1 << nbits;
75     n2 = n >> 1;
76     for(i=0;i<n;i++) {
77         tmp_re = 0;
78         tmp_im = 0;
79         q = tab;
80         for(j=0;j<n;j++) {
81             k = (i * j) & (n - 1);
82             if (k >= n2) {
83                 c = -exptab[k - n2].re;
84                 s = -exptab[k - n2].im;
85             } else {
86                 c = exptab[k].re;
87                 s = exptab[k].im;
88             }
89             CMAC(tmp_re, tmp_im, c, s, q->re, q->im);
90             q++;
91         }
92         tabr[i].re = tmp_re;
93         tabr[i].im = tmp_im;
94     }
95 }
96
97 void imdct_ref(float *out, float *in, int n)
98 {
99     int k, i, a;
100     float sum, f;
101
102     for(i=0;i<n;i++) {
103         sum = 0;
104         for(k=0;k<n/2;k++) {
105             a = (2 * i + 1 + (n / 2)) * (2 * k + 1);
106             f = cos(M_PI * a / (double)(2 * n));
107             sum += f * in[k];
108         }
109         out[i] = -sum;
110     }
111 }
112
113 /* NOTE: no normalisation by 1 / N is done */
114 void mdct_ref(float *output, float *input, int n)
115 {
116     int k, i;
117     float a, s;
118
119     /* do it by hand */
120     for(k=0;k<n/2;k++) {
121         s = 0;
122         for(i=0;i<n;i++) {
123             a = (2*M_PI*(2*i+1+n/2)*(2*k+1) / (4 * n));
124             s += input[i] * cos(a);
125         }
126         output[k] = s;
127     }
128 }
129
130
131 float frandom(void)
132 {
133     return (float)((random() & 0xffff) - 32768) / 32768.0;
134 }
135
136 int64_t gettime(void)
137 {
138     struct timeval tv;
139     gettimeofday(&tv,NULL);
140     return (int64_t)tv.tv_sec * 1000000 + tv.tv_usec;
141 }
142
143 void check_diff(float *tab1, float *tab2, int n)
144 {
145     int i;
146
147     for(i=0;i<n;i++) {
148         if (fabsf(tab1[i] - tab2[i]) >= 1e-3) {
149             av_log(NULL, AV_LOG_ERROR, "ERROR %d: %f %f\n",
150                    i, tab1[i], tab2[i]);
151         }
152     }
153 }
154
155
156 void help(void)
157 {
158     av_log(NULL, AV_LOG_INFO,"usage: fft-test [-h] [-s] [-i] [-n b]\n"
159            "-h     print this help\n"
160            "-s     speed test\n"
161            "-m     (I)MDCT test\n"
162            "-i     inverse transform test\n"
163            "-n b   set the transform size to 2^b\n"
164            );
165     exit(1);
166 }
167
168
169
170 int main(int argc, char **argv)
171 {
172     FFTComplex *tab, *tab1, *tab_ref;
173     FFTSample *tabtmp, *tab2;
174     int it, i, c;
175     int do_speed = 0;
176     int do_mdct = 0;
177     int do_inverse = 0;
178     FFTContext s1, *s = &s1;
179     MDCTContext m1, *m = &m1;
180     int fft_nbits, fft_size;
181
182     mm_flags = 0;
183     fft_nbits = 9;
184     for(;;) {
185         c = getopt(argc, argv, "hsimn:");
186         if (c == -1)
187             break;
188         switch(c) {
189         case 'h':
190             help();
191             break;
192         case 's':
193             do_speed = 1;
194             break;
195         case 'i':
196             do_inverse = 1;
197             break;
198         case 'm':
199             do_mdct = 1;
200             break;
201         case 'n':
202             fft_nbits = atoi(optarg);
203             break;
204         }
205     }
206
207     fft_size = 1 << fft_nbits;
208     tab = av_malloc(fft_size * sizeof(FFTComplex));
209     tab1 = av_malloc(fft_size * sizeof(FFTComplex));
210     tab_ref = av_malloc(fft_size * sizeof(FFTComplex));
211     tabtmp = av_malloc(fft_size / 2 * sizeof(FFTSample));
212     tab2 = av_malloc(fft_size * sizeof(FFTSample));
213
214     if (do_mdct) {
215         if (do_inverse)
216             av_log(NULL, AV_LOG_INFO,"IMDCT");
217         else
218             av_log(NULL, AV_LOG_INFO,"MDCT");
219         ff_mdct_init(m, fft_nbits, do_inverse);
220     } else {
221         if (do_inverse)
222             av_log(NULL, AV_LOG_INFO,"IFFT");
223         else
224             av_log(NULL, AV_LOG_INFO,"FFT");
225         ff_fft_init(s, fft_nbits, do_inverse);
226         fft_ref_init(fft_nbits, do_inverse);
227     }
228     av_log(NULL, AV_LOG_INFO," %d test\n", fft_size);
229
230     /* generate random data */
231
232     for(i=0;i<fft_size;i++) {
233         tab1[i].re = frandom();
234         tab1[i].im = frandom();
235     }
236
237     /* checking result */
238     av_log(NULL, AV_LOG_INFO,"Checking...\n");
239
240     if (do_mdct) {
241         if (do_inverse) {
242             imdct_ref((float *)tab_ref, (float *)tab1, fft_size);
243             ff_imdct_calc(m, tab2, (float *)tab1, tabtmp);
244             check_diff((float *)tab_ref, tab2, fft_size);
245         } else {
246             mdct_ref((float *)tab_ref, (float *)tab1, fft_size);
247
248             ff_mdct_calc(m, tab2, (float *)tab1, tabtmp);
249
250             check_diff((float *)tab_ref, tab2, fft_size / 2);
251         }
252     } else {
253         memcpy(tab, tab1, fft_size * sizeof(FFTComplex));
254         ff_fft_permute(s, tab);
255         ff_fft_calc(s, tab);
256
257         fft_ref(tab_ref, tab1, fft_nbits);
258         check_diff((float *)tab_ref, (float *)tab, fft_size * 2);
259     }
260
261     /* do a speed test */
262
263     if (do_speed) {
264         int64_t time_start, duration;
265         int nb_its;
266
267         av_log(NULL, AV_LOG_INFO,"Speed test...\n");
268         /* we measure during about 1 seconds */
269         nb_its = 1;
270         for(;;) {
271             time_start = gettime();
272             for(it=0;it<nb_its;it++) {
273                 if (do_mdct) {
274                     if (do_inverse) {
275                         ff_imdct_calc(m, (float *)tab, (float *)tab1, tabtmp);
276                     } else {
277                         ff_mdct_calc(m, (float *)tab, (float *)tab1, tabtmp);
278                     }
279                 } else {
280                     memcpy(tab, tab1, fft_size * sizeof(FFTComplex));
281                     ff_fft_calc(s, tab);
282                 }
283             }
284             duration = gettime() - time_start;
285             if (duration >= 1000000)
286                 break;
287             nb_its *= 2;
288         }
289         av_log(NULL, AV_LOG_INFO,"time: %0.1f us/transform [total time=%0.2f s its=%d]\n",
290                (double)duration / nb_its,
291                (double)duration / 1000000.0,
292                nb_its);
293     }
294
295     if (do_mdct) {
296         ff_mdct_end(m);
297     } else {
298         ff_fft_end(s);
299     }
300     return 0;
301 }