git.sesse.net Git - movit/blob - gamma_compression_effect_test.cpp

   1 // Unit tests for GammaCompressionEffect.
   2 //
   3 // Pretty much the inverse of the GammaExpansionEffect tests;
   4 // EffectChainTest tests that they are actually inverses.
   5 // However, the accuracy tests are somewhat simpler, since we
   6 // only need to care about absolute errors and not relative.
   7
   8 #include <epoxy/gl.h>
   9 #include <math.h>
  10
  11 #include "gtest/gtest.h"
  12 #include "gtest/gtest-message.h"
  13 #include "image_format.h"
  14 #include "test_util.h"
  15
  16 namespace movit {
  17
  18 TEST(GammaCompressionEffectTest, sRGB_KeyValues) {
  19         float data[] = {
  20                 0.0f, 1.0f,
  21                 0.00309f, 0.00317f,   // On either side of the discontinuity.
  22                 -0.5f, 1.5f,          // To check clamping.
  23         };
  24         float expected_data[] = {
  25                 0.0f, 1.0f,
  26                 0.040f, 0.041f,
  27                 0.0f, 1.0f,
  28         };
  29         float out_data[6];
  30         EffectChainTester tester(data, 2, 3, FORMAT_GRAYSCALE, COLORSPACE_sRGB, GAMMA_LINEAR);
  31         tester.run(out_data, GL_RED, COLORSPACE_sRGB, GAMMA_sRGB);
  32
  33         expect_equal(expected_data, out_data, 2, 3);
  34 }
  35
  36 TEST(GammaCompressionEffectTest, sRGB_RampAlwaysIncreases) {
  37         float data[256], out_data[256];
  38         for (unsigned i = 0; i < 256; ++i) {
  39                 data[i] = i / 255.0f;
  40         }
  41         EffectChainTester tester(data, 256, 1, FORMAT_GRAYSCALE, COLORSPACE_sRGB, GAMMA_LINEAR);
  42         tester.run(out_data, GL_RED, COLORSPACE_sRGB, GAMMA_sRGB);
  43
  44         for (unsigned i = 1; i < 256; ++i) {
  45                 EXPECT_GT(out_data[i], out_data[i - 1])
  46                    << "No increase between " << i-1 << " and " << i;
  47         }
  48 }
  49
  50 TEST(GammaCompressionEffectTest, sRGB_Accuracy) {
  51         float data[256], expected_data[256], out_data[256];
  52
  53         for (int i = 0; i < 256; ++i) {
  54                 double x = i / 255.0;
  55
  56                 expected_data[i] = x;
  57
  58                 // From the Wikipedia article on sRGB.
  59                 if (x < 0.04045) {
  60                         data[i] = x / 12.92;
  61                 } else {
  62                         data[i] = pow((x + 0.055) / 1.055, 2.4);
  63                 }
  64         }
  65
  66         EffectChainTester tester(data, 256, 1, FORMAT_GRAYSCALE, COLORSPACE_sRGB, GAMMA_LINEAR, GL_RGBA32F);
  67         tester.run(out_data, GL_RED, COLORSPACE_sRGB, GAMMA_sRGB);
  68
  69         // Maximum absolute error is 25% of one pixel level. For comparison,
  70         // a straightforward ALU solution (using a branch and pow()), used as a
  71         // “high anchor” to indicate limitations of float arithmetic etc.,
  72         // reaches maximum absolute error of 3.7% of one pixel level
  73         // and rms of 3.2e-6.
  74         expect_equal(expected_data, out_data, 256, 1, 0.25 / 255.0, 1e-4);
  75 }
  76
  77 TEST(GammaCompressionEffectTest, Rec709_KeyValues) {
  78         float data[] = {
  79                 0.0f, 1.0f,
  80                 0.017778f, 0.018167f,  // On either side of the discontinuity.
  81         };
  82         float expected_data[] = {
  83                 0.0f, 1.0f,
  84                 0.080f, 0.082f,
  85         };
  86         float out_data[4];
  87         EffectChainTester tester(data, 2, 2, FORMAT_GRAYSCALE, COLORSPACE_sRGB, GAMMA_LINEAR);
  88         tester.run(out_data, GL_RED, COLORSPACE_sRGB, GAMMA_REC_709);
  89
  90         expect_equal(expected_data, out_data, 2, 2);
  91 }
  92
  93 TEST(GammaCompressionEffectTest, Rec709_RampAlwaysIncreases) {
  94         float data[256], out_data[256];
  95         for (unsigned i = 0; i < 256; ++i) {
  96                 data[i] = i / 255.0f;
  97         }
  98         EffectChainTester tester(data, 256, 1, FORMAT_GRAYSCALE, COLORSPACE_sRGB, GAMMA_LINEAR);
  99         tester.run(out_data, GL_RED, COLORSPACE_sRGB, GAMMA_REC_709);
 100
 101         for (unsigned i = 1; i < 256; ++i) {
 102                 EXPECT_GT(out_data[i], out_data[i - 1])
 103                    << "No increase between " << i-1 << " and " << i;
 104         }
 105 }
 106
 107 TEST(GammaCompressionEffectTest, Rec709_Accuracy) {
 108         float data[256], expected_data[256], out_data[256];
 109
 110         for (int i = 0; i < 256; ++i) {
 111                 double x = i / 255.0;
 112
 113                 expected_data[i] = x;
 114
 115                 // Rec. 2020, page 3.
 116                 if (x < 0.018 * 4.5) {
 117                         data[i] = x / 4.5;
 118                 } else {
 119                         data[i] = pow((x + 0.099) / 1.099, 1.0 / 0.45);
 120                 }
 121         }
 122
 123         EffectChainTester tester(data, 256, 1, FORMAT_GRAYSCALE, COLORSPACE_sRGB, GAMMA_LINEAR, GL_RGBA32F);
 124         tester.run(out_data, GL_RED, COLORSPACE_sRGB, GAMMA_REC_709);
 125
 126         // Maximum absolute error is 25% of one pixel level. For comparison,
 127         // a straightforward ALU solution (using a branch and pow()), used as a
 128         // “high anchor” to indicate limitations of float arithmetic etc.,
 129         // reaches maximum absolute error of 3.7% of one pixel level
 130         // and rms of 3.5e-6.
 131         expect_equal(expected_data, out_data, 256, 1, 0.25 / 255.0, 1e-5);
 132 }
 133
 134 // This test tests the same gamma ramp as Rec709_Accuracy, but with 10-bit
 135 // input range and somewhat looser error bounds. (One could claim that this is
 136 // already on the limit of what we can reasonably do with fp16 input, if you
 137 // look at the local relative error.)
 138 TEST(GammaCompressionEffectTest, Rec2020_10Bit_Accuracy) {
 139         float data[1024], expected_data[1024], out_data[1024];
 140
 141         for (int i = 0; i < 1024; ++i) {
 142                 double x = i / 1023.0;
 143
 144                 expected_data[i] = x;
 145
 146                 // Rec. 2020, page 3.
 147                 if (x < 0.018 * 4.5) {
 148                         data[i] = x / 4.5;
 149                 } else {
 150                         data[i] = pow((x + 0.099) / 1.099, 1.0 / 0.45);
 151                 }
 152         }
 153
 154         EffectChainTester tester(data, 1024, 1, FORMAT_GRAYSCALE, COLORSPACE_sRGB, GAMMA_LINEAR, GL_RGBA32F);
 155         tester.run(out_data, GL_RED, COLORSPACE_sRGB, GAMMA_REC_2020_10_BIT);
 156
 157         // Maximum absolute error is 30% of one pixel level. For comparison,
 158         // a straightforward ALU solution (using a branch and pow()), used as a
 159         // “high anchor” to indicate limitations of float arithmetic etc.,
 160         // reaches maximum absolute error of 25.2% of one pixel level
 161         // and rms of 1.8e-6, so this is probably mostly related to input precision.
 162         expect_equal(expected_data, out_data, 1024, 1, 0.30 / 1023.0, 1e-5);
 163 }
 164
 165 TEST(GammaCompressionEffectTest, Rec2020_12BitIsVeryCloseToRec709) {
 166         float data[4096];
 167         for (unsigned i = 0; i < 4096; ++i) {
 168                 data[i] = i / 4095.0f;
 169         }
 170         float out_data_709[4096];
 171         float out_data_2020[4096];
 172
 173         EffectChainTester tester(data, 4096, 1, FORMAT_GRAYSCALE, COLORSPACE_sRGB, GAMMA_LINEAR);
 174         tester.run(out_data_709, GL_RED, COLORSPACE_sRGB, GAMMA_REC_709);
 175         EffectChainTester tester2(data, 4096, 1, FORMAT_GRAYSCALE, COLORSPACE_sRGB, GAMMA_LINEAR);
 176         tester2.run(out_data_2020, GL_RED, COLORSPACE_sRGB, GAMMA_REC_2020_12_BIT);
 177
 178         double sqdiff = 0.0;
 179         for (unsigned i = 0; i < 4096; ++i) {
 180                 EXPECT_NEAR(out_data_709[i], out_data_2020[i], 0.001);
 181                 sqdiff += (out_data_709[i] - out_data_2020[i]) * (out_data_709[i] - out_data_2020[i]);
 182         }
 183         EXPECT_GT(sqdiff, 1e-6);
 184 }
 185
 186 // The fp16 _input_ provided by FlatInput is not enough to distinguish between
 187 // all of the possible 12-bit input values (every other level translates to the
 188 // same value). Thus, this test has extremely loose bounds; if we ever decide
 189 // to start supporting fp32, we should re-run this and tighten them a lot.
 190 TEST(GammaCompressionEffectTest, Rec2020_12Bit_Inaccuracy) {
 191         float data[4096], expected_data[4096], out_data[4096];
 192
 193         for (int i = 0; i < 4096; ++i) {
 194                 double x = i / 4095.0;
 195
 196                 expected_data[i] = x;
 197
 198                 // Rec. 2020, page 3.
 199                 if (x < 0.0181 * 4.5) {
 200                         data[i] = x / 4.5;
 201                 } else {
 202                         data[i] = pow((x + 0.0993) / 1.0993, 1.0 / 0.45);
 203                 }
 204         }
 205
 206         EffectChainTester tester(data, 4096, 1, FORMAT_GRAYSCALE, COLORSPACE_sRGB, GAMMA_LINEAR, GL_RGBA32F);
 207         tester.run(out_data, GL_RED, COLORSPACE_sRGB, GAMMA_REC_2020_12_BIT);
 208
 209         // Maximum absolute error is 120% of one pixel level. For comparison,
 210         // a straightforward ALU solution (using a branch and pow()), used as a
 211         // “high anchor” to indicate limitations of float arithmetic etc.,
 212         // reaches maximum absolute error of 71.1% of one pixel level
 213         // and rms of 0.9e-6, so this is probably a combination of input
 214         // precision and inaccuracies in the polynomial approximation.
 215         expect_equal(expected_data, out_data, 4096, 1, 1.2 / 4095.0, 1e-5);
 216 }
 217
 218 }  // namespace movit