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