725a814ca81aeb67b50709729ba6a3a75c552c1b
[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 #undef random
35
36 int mm_flags;
37
38 /* reference fft */
39
40 #define MUL16(a,b) ((a) * (b))
41
42 #define CMAC(pre, pim, are, aim, bre, bim) \
43 {\
44    pre += (MUL16(are, bre) - MUL16(aim, bim));\
45    pim += (MUL16(are, bim) + MUL16(bre, aim));\
46 }
47
48 FFTComplex *exptab;
49
50 void fft_ref_init(int nbits, int inverse)
51 {
52     int n, i;
53     float c1, s1, alpha;
54
55     n = 1 << nbits;
56     exptab = av_malloc((n / 2) * sizeof(FFTComplex));
57
58     for(i=0;i<(n/2);i++) {
59         alpha = 2 * M_PI * (float)i / (float)n;
60         c1 = cos(alpha);
61         s1 = sin(alpha);
62         if (!inverse)
63             s1 = -s1;
64         exptab[i].re = c1;
65         exptab[i].im = s1;
66     }
67 }
68
69 void fft_ref(FFTComplex *tabr, FFTComplex *tab, int nbits)
70 {
71     int n, i, j, k, n2;
72     float tmp_re, tmp_im, s, c;
73     FFTComplex *q;
74
75     n = 1 << nbits;
76     n2 = n >> 1;
77     for(i=0;i<n;i++) {
78         tmp_re = 0;
79         tmp_im = 0;
80         q = tab;
81         for(j=0;j<n;j++) {
82             k = (i * j) & (n - 1);
83             if (k >= n2) {
84                 c = -exptab[k - n2].re;
85                 s = -exptab[k - n2].im;
86             } else {
87                 c = exptab[k].re;
88                 s = exptab[k].im;
89             }
90             CMAC(tmp_re, tmp_im, c, s, q->re, q->im);
91             q++;
92         }
93         tabr[i].re = tmp_re;
94         tabr[i].im = tmp_im;
95     }
96 }
97
98 void imdct_ref(float *out, float *in, int n)
99 {
100     int k, i, a;
101     float sum, f;
102
103     for(i=0;i<n;i++) {
104         sum = 0;
105         for(k=0;k<n/2;k++) {
106             a = (2 * i + 1 + (n / 2)) * (2 * k + 1);
107             f = cos(M_PI * a / (double)(2 * n));
108             sum += f * in[k];
109         }
110         out[i] = -sum;
111     }
112 }
113
114 /* NOTE: no normalisation by 1 / N is done */
115 void mdct_ref(float *output, float *input, int n)
116 {
117     int k, i;
118     float a, s;
119
120     /* do it by hand */
121     for(k=0;k<n/2;k++) {
122         s = 0;
123         for(i=0;i<n;i++) {
124             a = (2*M_PI*(2*i+1+n/2)*(2*k+1) / (4 * n));
125             s += input[i] * cos(a);
126         }
127         output[k] = s;
128     }
129 }
130
131
132 float frandom(void)
133 {
134     return (float)((random() & 0xffff) - 32768) / 32768.0;
135 }
136
137 int64_t gettime(void)
138 {
139     struct timeval tv;
140     gettimeofday(&tv,NULL);
141     return (int64_t)tv.tv_sec * 1000000 + tv.tv_usec;
142 }
143
144 void check_diff(float *tab1, float *tab2, int n)
145 {
146     int i;
147
148     for(i=0;i<n;i++) {
149         if (fabsf(tab1[i] - tab2[i]) >= 1e-3) {
150             av_log(NULL, AV_LOG_ERROR, "ERROR %d: %f %f\n",
151                    i, tab1[i], tab2[i]);
152         }
153     }
154 }
155
156
157 void help(void)
158 {
159     av_log(NULL, AV_LOG_INFO,"usage: fft-test [-h] [-s] [-i] [-n b]\n"
160            "-h     print this help\n"
161            "-s     speed test\n"
162            "-m     (I)MDCT test\n"
163            "-i     inverse transform test\n"
164            "-n b   set the transform size to 2^b\n"
165            );
166     exit(1);
167 }
168
169
170
171 int main(int argc, char **argv)
172 {
173     FFTComplex *tab, *tab1, *tab_ref;
174     FFTSample *tabtmp, *tab2;
175     int it, i, c;
176     int do_speed = 0;
177     int do_mdct = 0;
178     int do_inverse = 0;
179     FFTContext s1, *s = &s1;
180     MDCTContext m1, *m = &m1;
181     int fft_nbits, fft_size;
182
183     mm_flags = 0;
184     fft_nbits = 9;
185     for(;;) {
186         c = getopt(argc, argv, "hsimn:");
187         if (c == -1)
188             break;
189         switch(c) {
190         case 'h':
191             help();
192             break;
193         case 's':
194             do_speed = 1;
195             break;
196         case 'i':
197             do_inverse = 1;
198             break;
199         case 'm':
200             do_mdct = 1;
201             break;
202         case 'n':
203             fft_nbits = atoi(optarg);
204             break;
205         }
206     }
207
208     fft_size = 1 << fft_nbits;
209     tab = av_malloc(fft_size * sizeof(FFTComplex));
210     tab1 = av_malloc(fft_size * sizeof(FFTComplex));
211     tab_ref = av_malloc(fft_size * sizeof(FFTComplex));
212     tabtmp = av_malloc(fft_size / 2 * sizeof(FFTSample));
213     tab2 = av_malloc(fft_size * sizeof(FFTSample));
214
215     if (do_mdct) {
216         if (do_inverse)
217             av_log(NULL, AV_LOG_INFO,"IMDCT");
218         else
219             av_log(NULL, AV_LOG_INFO,"MDCT");
220         ff_mdct_init(m, fft_nbits, do_inverse);
221     } else {
222         if (do_inverse)
223             av_log(NULL, AV_LOG_INFO,"IFFT");
224         else
225             av_log(NULL, AV_LOG_INFO,"FFT");
226         ff_fft_init(s, fft_nbits, do_inverse);
227         fft_ref_init(fft_nbits, do_inverse);
228     }
229     av_log(NULL, AV_LOG_INFO," %d test\n", fft_size);
230
231     /* generate random data */
232
233     for(i=0;i<fft_size;i++) {
234         tab1[i].re = frandom();
235         tab1[i].im = frandom();
236     }
237
238     /* checking result */
239     av_log(NULL, AV_LOG_INFO,"Checking...\n");
240
241     if (do_mdct) {
242         if (do_inverse) {
243             imdct_ref((float *)tab_ref, (float *)tab1, fft_size);
244             ff_imdct_calc(m, tab2, (float *)tab1, tabtmp);
245             check_diff((float *)tab_ref, tab2, fft_size);
246         } else {
247             mdct_ref((float *)tab_ref, (float *)tab1, fft_size);
248
249             ff_mdct_calc(m, tab2, (float *)tab1, tabtmp);
250
251             check_diff((float *)tab_ref, tab2, fft_size / 2);
252         }
253     } else {
254         memcpy(tab, tab1, fft_size * sizeof(FFTComplex));
255         ff_fft_permute(s, tab);
256         ff_fft_calc(s, tab);
257
258         fft_ref(tab_ref, tab1, fft_nbits);
259         check_diff((float *)tab_ref, (float *)tab, fft_size * 2);
260     }
261
262     /* do a speed test */
263
264     if (do_speed) {
265         int64_t time_start, duration;
266         int nb_its;
267
268         av_log(NULL, AV_LOG_INFO,"Speed test...\n");
269         /* we measure during about 1 seconds */
270         nb_its = 1;
271         for(;;) {
272             time_start = gettime();
273             for(it=0;it<nb_its;it++) {
274                 if (do_mdct) {
275                     if (do_inverse) {
276                         ff_imdct_calc(m, (float *)tab, (float *)tab1, tabtmp);
277                     } else {
278                         ff_mdct_calc(m, (float *)tab, (float *)tab1, tabtmp);
279                     }
280                 } else {
281                     memcpy(tab, tab1, fft_size * sizeof(FFTComplex));
282                     ff_fft_calc(s, tab);
283                 }
284             }
285             duration = gettime() - time_start;
286             if (duration >= 1000000)
287                 break;
288             nb_its *= 2;
289         }
290         av_log(NULL, AV_LOG_INFO,"time: %0.1f us/transform [total time=%0.2f s its=%d]\n",
291                (double)duration / nb_its,
292                (double)duration / 1000000.0,
293                nb_its);
294     }
295
296     if (do_mdct) {
297         ff_mdct_end(m);
298     } else {
299         ff_fft_end(s);
300     }
301     return 0;
302 }