ad1cc364642582b1711fb57122a7df186214f72c
[fjl] / idct.c
1 #include <math.h>
2 #include <string.h>
3 #include <stdlib.h>
4
5 #include "idct.h"
6
7 void* idct_reference_alloc(const uint32_t* quant_table)
8 {
9         uint32_t* qt_copy = (uint32_t*)malloc(DCTSIZE2 * sizeof(uint32_t));
10         // FIXME: check for NULL return
11
12         memcpy(qt_copy, quant_table, DCTSIZE2 * sizeof(uint32_t));
13
14         return qt_copy;
15 }
16
17 void idct_reference_free(void* userdata)
18 {
19         free(userdata);
20 }
21
22 void idct_reference(const int16_t* input, const void* userdata, uint8_t* output)
23 {
24         const uint32_t* quant_table = (const uint32_t*)userdata;
25         double temp[DCTSIZE2];
26
27         for (unsigned y = 0; y < 8; ++y) {
28                 for (unsigned x = 0; x < 8; ++x) {
29                         double acc = 0.0;
30                         for (unsigned u = 0; u < 8; ++u) {
31                                 for (unsigned v = 0; v < 8; ++v) {
32                                         double c_u = (u == 0) ? 1/sqrt(2.0) : 1.0;
33                                         double c_v = (v == 0) ? 1/sqrt(2.0) : 1.0;
34                                         acc += c_u * c_v
35                                                 * input[u * DCTSIZE + v] * quant_table[u * DCTSIZE + v]
36                                                 * cos((2 * x + 1) * v * M_PI / 16.0)
37                                                 * cos((2 * y + 1) * u * M_PI / 16.0);
38                                 }
39                         }
40                         temp[y * DCTSIZE + x] = 0.25 * acc;
41                 }
42         }
43
44         for (unsigned y = 0; y < 8; ++y) {
45                 for (unsigned x = 0; x < 8; ++x) {
46                         double val = temp[y * DCTSIZE + x];
47                         if (val < 0.0) {
48                                 output[y * DCTSIZE + x] = 0;
49                         } else if (val >= 255.0) {
50                                 output[y * DCTSIZE + x] = 255;
51                         } else {
52                                 output[y * DCTSIZE + x] = (uint8_t)(val + 0.5);
53                         }
54                 }
55         }
56 }
57
58 // AA&N (Arai, Agui and Nakajima) floating-point IDCT.
59 // This IDCT is based on the same DCT that libjpeg uses -- in fact, exactly the
60 // same figure from the same book ("JPEG: Still Image Data Compression Standard",
61 // page 52, figure 4-8). However, it is coded from scratch, and uses the
62 // transposition method for converting DCT -> IDCT suggested in the book.
63 // (libjpeg seems to use some other method that yields similar, but not
64 // the same, code.) 
65
66 // As this is generally meant as a reference and not useful code (we expect
67 // a SIMD fixed-point algorithm to be used in most cases), it has not been
68 // attempted significantly optimized. We assume the compiler will be smart
69 // enough to do all the variable propagation for us anyway.
70
71 // Scale factors; 1.0 / (sqrt(2.0) * cos(k * M_PI / 16.0)), except for the first which is 1.
72 static const double scalefac[] = {
73         1.0, 0.7209598220069479, 0.765366864730180, 0.8504300947672564,
74         1.0, 1.2727585805728336, 1.847759065022573, 3.6245097854115502
75 };
76
77 // Premultiply the scale factors and the overall 1/8 factor into the quantization
78 // table entries (and convert to double).
79 void* idct_float_alloc(const uint32_t* quant_table)
80 {
81         double* qt_copy = (double*)malloc(DCTSIZE2 * sizeof(double));
82
83         for (unsigned y = 0; y < DCTSIZE; ++y) {
84                 for (unsigned x = 0; x < DCTSIZE; ++x) {
85                         qt_copy[y * DCTSIZE + x] = 0.125 * quant_table[y * DCTSIZE + x] *
86                                 scalefac[x] * scalefac[y];
87                 }
88         }
89
90         return qt_copy;
91 }
92
93 void idct_float_free(void* userdata)
94 {
95         free(userdata);
96 }
97
98 // 1D 8-point DCT.
99 static inline void idct1d_float(double y0, double y1, double y2, double y3, double y4, double y5, double y6, double y7, double *x)
100 {
101         // constants
102         static const double a1 = 0.7071067811865474;   // sqrt(2)
103         static const double a2 = 0.5411961001461971;   // cos(3/8 pi) * sqrt(2)
104         static const double a3 = a1;
105         static const double a4 = 1.3065629648763766;   // cos(pi/8) * sqrt(2)
106         static const double a5 = 0.5 * (a4 - a2);
107
108         // phase 1
109         const double p1_0 = y0;
110         const double p1_1 = y4;
111         const double p1_2 = y2;
112         const double p1_3 = y6;
113         const double p1_4 = y5;
114         const double p1_5 = y1;
115         const double p1_6 = y7;
116         const double p1_7 = y3;
117
118         // phase 2
119         const double p2_0 = p1_0;
120         const double p2_1 = p1_1;
121         const double p2_2 = p1_2;
122         const double p2_3 = p1_3;
123         const double p2_4 = p1_4 - p1_7;
124         const double p2_5 = p1_5 + p1_6;
125         const double p2_6 = p1_5 - p1_6;
126         const double p2_7 = p1_4 + p1_7;
127
128         // phase 3
129         const double p3_0 = p2_0;
130         const double p3_1 = p2_1;
131         const double p3_2 = p2_2 - p2_3;
132         const double p3_3 = p2_2 + p2_3;
133         const double p3_4 = p2_4;
134         const double p3_5 = p2_5 - p2_7;
135         const double p3_6 = p2_6;
136         const double p3_7 = p2_5 + p2_7;
137         
138         // phase 4
139         const double p4_0 = p3_0;
140         const double p4_1 = p3_1;
141         const double p4_2 = a1 * p3_2;
142         const double p4_3 = p3_3;
143         const double p4_4 = p3_4 * -a2 + (p3_4 + p3_6) * -a5;
144         const double p4_5 = a3 * p3_5;
145         const double p4_6 = p3_6 * a4 + (p3_4 + p3_6) * -a5;
146         const double p4_7 = p3_7;
147
148         // phase 5
149         const double p5_0 = p4_0 + p4_1;
150         const double p5_1 = p4_0 - p4_1;
151         const double p5_2 = p4_2;
152         const double p5_3 = p4_2 + p4_3;
153         const double p5_4 = p4_4;
154         const double p5_5 = p4_5;
155         const double p5_6 = p4_6;
156         const double p5_7 = p4_7;
157
158         // phase 6
159         const double p6_0 = p5_0 + p5_3;
160         const double p6_1 = p5_1 + p5_2;
161         const double p6_2 = p5_1 - p5_2;
162         const double p6_3 = p5_0 - p5_3;
163         const double p6_4 = -p5_4;
164         const double p6_5 = p5_5 - p5_4;
165         const double p6_6 = p5_5 + p5_6;
166         const double p6_7 = p5_6 + p5_7;
167
168         // phase 7
169         x[0] = p6_0 + p6_7;
170         x[1] = p6_1 + p6_6;
171         x[2] = p6_2 + p6_5;
172         x[3] = p6_3 + p6_4;
173         x[4] = p6_3 - p6_4;
174         x[5] = p6_2 - p6_5;
175         x[6] = p6_1 - p6_6;
176         x[7] = p6_0 - p6_7;
177 }
178
179 void idct_float(const int16_t* input, const void* userdata, uint8_t* output)
180 {
181         const double* quant_table = (const double*)userdata;
182         double temp[DCTSIZE2];
183
184         // IDCT columns.
185         for (unsigned x = 0; x < DCTSIZE; ++x) {
186                 idct1d_float(input[DCTSIZE * 0 + x] * quant_table[DCTSIZE * 0 + x],
187                              input[DCTSIZE * 1 + x] * quant_table[DCTSIZE * 1 + x],
188                              input[DCTSIZE * 2 + x] * quant_table[DCTSIZE * 2 + x],
189                              input[DCTSIZE * 3 + x] * quant_table[DCTSIZE * 3 + x],
190                              input[DCTSIZE * 4 + x] * quant_table[DCTSIZE * 4 + x],
191                              input[DCTSIZE * 5 + x] * quant_table[DCTSIZE * 5 + x],
192                              input[DCTSIZE * 6 + x] * quant_table[DCTSIZE * 6 + x],
193                              input[DCTSIZE * 7 + x] * quant_table[DCTSIZE * 7 + x],
194                              temp + x * DCTSIZE);
195         }
196         
197         // IDCT rows.
198         for (unsigned y = 0; y < DCTSIZE; ++y) {
199                 double temp2[DCTSIZE];
200                 idct1d_float(temp[DCTSIZE * 0 + y],
201                              temp[DCTSIZE * 1 + y],
202                              temp[DCTSIZE * 2 + y],
203                              temp[DCTSIZE * 3 + y],
204                              temp[DCTSIZE * 4 + y],
205                              temp[DCTSIZE * 5 + y],
206                              temp[DCTSIZE * 6 + y],
207                              temp[DCTSIZE * 7 + y],
208                              temp2);
209                 for (unsigned x = 0; x < DCTSIZE; ++x) {
210                         const double val = temp2[x];
211                         if (val < 0.0) {
212                                 output[y * DCTSIZE + x] = 0;
213                         } else if (val >= 255.0) {
214                                 output[y * DCTSIZE + x] = 255;
215                         } else {
216                                 output[y * DCTSIZE + x] = (uint8_t)(val + 0.5);
217                         }
218                 }
219         }
220 }