git.sesse.net Git - fjl/blob - idct_float.c

   1 #include <math.h>
   2 #include <string.h>
   3 #include <stdlib.h>
   4
   5 #include "idct.h"
   6
   7 // AA&N (Arai, Agui and Nakajima) floating-point IDCT.
   8 // This IDCT is based on the same DCT that libjpeg uses -- in fact, exactly the
   9 // same figure from the same book ("JPEG: Still Image Data Compression Standard",
  10 // page 52, figure 4-8). However, it is coded from scratch, and uses the
  11 // transposition method for converting DCT -> IDCT suggested in the book.
  12 // (libjpeg seems to use some other method that yields similar, but not
  13 // the same, code.)
  14
  15 // As this is generally meant as a reference and not useful code (we expect
  16 // a SIMD fixed-point algorithm to be used in most cases), it has not been
  17 // attempted significantly optimized. We assume the compiler will be smart
  18 // enough to do all the variable propagation for us anyway.
  19
  20 // Scale factors; 1.0 / (sqrt(2.0) * cos(k * M_PI / 16.0)), except for the first which is 1.
  21 static const double scalefac[] = {
  22         1.0, 0.7209598220069479, 0.765366864730180, 0.8504300947672564,
  23         1.0, 1.2727585805728336, 1.847759065022573, 3.6245097854115502
  24 };
  25
  26 // Premultiply the scale factors and the overall 1/8 factor into the quantization
  27 // table entries (and convert to double).
  28 void* idct_float_alloc(const uint32_t* quant_table)
  29 {
  30         double* qt_copy = (double*)malloc(DCTSIZE2 * sizeof(double));
  31
  32         for (unsigned y = 0; y < DCTSIZE; ++y) {
  33                 for (unsigned x = 0; x < DCTSIZE; ++x) {
  34                         qt_copy[y * DCTSIZE + x] = (1.0/DCTSIZE) * quant_table[y * DCTSIZE + x] *
  35                                 scalefac[x] * scalefac[y];
  36                 }
  37         }
  38
  39         return qt_copy;
  40 }
  41
  42 void idct_float_free(void* userdata)
  43 {
  44         free(userdata);
  45 }
  46
  47 // 1D 8-point DCT.
  48 static inline void idct1d_float(double y0, double y1, double y2, double y3, double y4, double y5, double y6, double y7, double *x)
  49 {
  50         // constants
  51         static const double a1 = 0.7071067811865474;   // sqrt(2)
  52         static const double a2 = 0.5411961001461971;   // cos(3/8 pi) * sqrt(2)
  53         // static const double a3 = a1;
  54         static const double a3 = 0.7071067811865474;
  55         static const double a4 = 1.3065629648763766;   // cos(pi/8) * sqrt(2)
  56         // static const double a5 = 0.5 * (a4 - a2);
  57         static const double a5 = 0.3826834323650897;
  58
  59         // phase 1
  60         const double p1_0 = y0;
  61         const double p1_1 = y4;
  62         const double p1_2 = y2;
  63         const double p1_3 = y6;
  64         const double p1_4 = y5;
  65         const double p1_5 = y1;
  66         const double p1_6 = y7;
  67         const double p1_7 = y3;
  68
  69         // phase 2
  70         const double p2_0 = p1_0;
  71         const double p2_1 = p1_1;
  72         const double p2_2 = p1_2;
  73         const double p2_3 = p1_3;
  74         const double p2_4 = p1_4 - p1_7;
  75         const double p2_5 = p1_5 + p1_6;
  76         const double p2_6 = p1_5 - p1_6;
  77         const double p2_7 = p1_4 + p1_7;
  78
  79         // phase 3
  80         const double p3_0 = p2_0;
  81         const double p3_1 = p2_1;
  82         const double p3_2 = p2_2 - p2_3;
  83         const double p3_3 = p2_2 + p2_3;
  84         const double p3_4 = p2_4;
  85         const double p3_5 = p2_5 - p2_7;
  86         const double p3_6 = p2_6;
  87         const double p3_7 = p2_5 + p2_7;
  88
  89         // phase 4
  90         const double p4_0 = p3_0;
  91         const double p4_1 = p3_1;
  92         const double p4_2 = a1 * p3_2;
  93         const double p4_3 = p3_3;
  94         const double p4_4 = p3_4 * -a2 + (p3_4 + p3_6) * -a5;
  95         const double p4_5 = a3 * p3_5;
  96         const double p4_6 = p3_6 * a4 + (p3_4 + p3_6) * -a5;
  97         const double p4_7 = p3_7;
  98
  99         // phase 5
 100         const double p5_0 = p4_0 + p4_1;
 101         const double p5_1 = p4_0 - p4_1;
 102         const double p5_2 = p4_2;
 103         const double p5_3 = p4_2 + p4_3;
 104         const double p5_4 = p4_4;
 105         const double p5_5 = p4_5;
 106         const double p5_6 = p4_6;
 107         const double p5_7 = p4_7;
 108
 109         // phase 6
 110         const double p6_0 = p5_0 + p5_3;
 111         const double p6_1 = p5_1 + p5_2;
 112         const double p6_2 = p5_1 - p5_2;
 113         const double p6_3 = p5_0 - p5_3;
 114         const double p6_4 = -p5_4;
 115         const double p6_5 = p5_5 - p5_4;
 116         const double p6_6 = p5_5 + p5_6;
 117         const double p6_7 = p5_6 + p5_7;
 118
 119         // phase 7
 120         x[0] = p6_0 + p6_7;
 121         x[1] = p6_1 + p6_6;
 122         x[2] = p6_2 + p6_5;
 123         x[3] = p6_3 + p6_4;
 124         x[4] = p6_3 - p6_4;
 125         x[5] = p6_2 - p6_5;
 126         x[6] = p6_1 - p6_6;
 127         x[7] = p6_0 - p6_7;
 128 }
 129
 130 void idct_float(const int16_t* input, const void* userdata, uint8_t* output)
 131 {
 132         const double* quant_table = (const double*)userdata;
 133         double temp[DCTSIZE2];
 134
 135         // IDCT columns.
 136         for (unsigned x = 0; x < DCTSIZE; ++x) {
 137                 idct1d_float(input[DCTSIZE * 0 + x] * quant_table[DCTSIZE * 0 + x],
 138                              input[DCTSIZE * 1 + x] * quant_table[DCTSIZE * 1 + x],
 139                              input[DCTSIZE * 2 + x] * quant_table[DCTSIZE * 2 + x],
 140                              input[DCTSIZE * 3 + x] * quant_table[DCTSIZE * 3 + x],
 141                              input[DCTSIZE * 4 + x] * quant_table[DCTSIZE * 4 + x],
 142                              input[DCTSIZE * 5 + x] * quant_table[DCTSIZE * 5 + x],
 143                              input[DCTSIZE * 6 + x] * quant_table[DCTSIZE * 6 + x],
 144                              input[DCTSIZE * 7 + x] * quant_table[DCTSIZE * 7 + x],
 145                              temp + x * DCTSIZE);
 146         }
 147
 148         // IDCT rows.
 149         for (unsigned y = 0; y < DCTSIZE; ++y) {
 150                 double temp2[DCTSIZE];
 151                 idct1d_float(temp[DCTSIZE * 0 + y],
 152                              temp[DCTSIZE * 1 + y],
 153                              temp[DCTSIZE * 2 + y],
 154                              temp[DCTSIZE * 3 + y],
 155                              temp[DCTSIZE * 4 + y],
 156                              temp[DCTSIZE * 5 + y],
 157                              temp[DCTSIZE * 6 + y],
 158                              temp[DCTSIZE * 7 + y],
 159                              temp2);
 160                 for (unsigned x = 0; x < DCTSIZE; ++x) {
 161                         const double val = temp2[x];
 162                         if (val < -128.0) {
 163                                 output[y * DCTSIZE + x] = 0;
 164                         } else if (val >= 127.0) {
 165                                 output[y * DCTSIZE + x] = 255;
 166                         } else {
 167                                 output[y * DCTSIZE + x] = (uint8_t)(val + 128.5);
 168                         }
 169                 }
 170         }
 171 }