]> git.sesse.net Git - movit/blobdiff - gamma_compression_effect_test.cpp
Implement GammaCompressionEffect using ALU ops instead of texture lookups.
[movit] / gamma_compression_effect_test.cpp
index e65acee34e4974b6c8a2a500a15556b5255c982e..465d23948cd623808b20af119839959893fb7800 100644 (file)
@@ -2,7 +2,10 @@
 //
 // Pretty much the inverse of the GammaExpansionEffect tests;
 // EffectChainTest tests that they are actually inverses.
+// However, the accuracy tests are somewhat simpler, since we
+// only need to care about absolute errors and not relative.
 
+#include <math.h>
 #include <GL/glew.h>
 #include "gtest/gtest.h"
 #include "image_format.h"
@@ -12,16 +15,18 @@ TEST(GammaCompressionEffectTest, sRGB_KeyValues) {
        float data[] = {
                0.0f, 1.0f,
                0.00309f, 0.00317f,   // On either side of the discontinuity.
+               -0.5f, 1.5f,          // To check clamping.
        };
        float expected_data[] = {
                0.0f, 1.0f,
                0.040f, 0.041f,
+               0.0f, 1.0f,
        };
        float out_data[4];
-       EffectChainTester tester(data, 2, 2, FORMAT_GRAYSCALE, COLORSPACE_sRGB, GAMMA_LINEAR);
+       EffectChainTester tester(data, 2, 3, FORMAT_GRAYSCALE, COLORSPACE_sRGB, GAMMA_LINEAR);
        tester.run(out_data, GL_RED, COLORSPACE_sRGB, GAMMA_sRGB);
 
-       expect_equal(expected_data, out_data, 2, 2);
+       expect_equal(expected_data, out_data, 2, 3);
 }
 
 TEST(GammaCompressionEffectTest, sRGB_RampAlwaysIncreases) {
@@ -38,6 +43,33 @@ TEST(GammaCompressionEffectTest, sRGB_RampAlwaysIncreases) {
        }
 }
 
+TEST(GammaCompressionEffectTest, sRGB_Accuracy) {
+       float data[256], expected_data[256], out_data[256];
+
+       for (int i = 0; i < 256; ++i) {
+               double x = i / 255.0;
+
+               expected_data[i] = x;
+
+               // From the Wikipedia article on sRGB.
+               if (x < 0.04045) {
+                       data[i] = x / 12.92;
+               } else {
+                       data[i] = pow((x + 0.055) / 1.055, 2.4);
+               }
+       }
+
+       EffectChainTester tester(data, 256, 1, FORMAT_GRAYSCALE, COLORSPACE_sRGB, GAMMA_LINEAR, GL_RGBA32F);
+       tester.run(out_data, GL_RED, COLORSPACE_sRGB, GAMMA_sRGB);
+
+       // Maximum absolute error is 25% of one pixel level. For comparison,
+       // a straightforward ALU solution (using a branch and pow()), used as a
+       // “high anchor” to indicate limitations of float arithmetic etc.,
+       // reaches maximum absolute error of 3.7% of one pixel level
+       // and rms of 3.2e-6.
+       expect_equal(expected_data, out_data, 256, 1, 0.25 / 255.0, 1e-4);
+}
+
 TEST(GammaCompressionEffectTest, Rec709_KeyValues) {
        float data[] = {
                0.0f, 1.0f,
@@ -68,23 +100,113 @@ TEST(GammaCompressionEffectTest, Rec709_RampAlwaysIncreases) {
        }
 }
 
+TEST(GammaCompressionEffectTest, Rec709_Accuracy) {
+       float data[256], expected_data[256], out_data[256];
+
+       for (int i = 0; i < 256; ++i) {
+               double x = i / 255.0;
+
+               expected_data[i] = x;
+
+               // Rec. 2020, page 3.
+               if (x < 0.018 * 4.5) {
+                       data[i] = x / 4.5;
+               } else {
+                       data[i] = pow((x + 0.099) / 1.099, 1.0 / 0.45);
+               }
+       }
+
+       EffectChainTester tester(data, 256, 1, FORMAT_GRAYSCALE, COLORSPACE_sRGB, GAMMA_LINEAR, GL_RGBA32F);
+       tester.run(out_data, GL_RED, COLORSPACE_sRGB, GAMMA_REC_709);
+
+       // Maximum absolute error is 25% of one pixel level. For comparison,
+       // a straightforward ALU solution (using a branch and pow()), used as a
+       // “high anchor” to indicate limitations of float arithmetic etc.,
+       // reaches maximum absolute error of 3.7% of one pixel level
+       // and rms of 3.5e-6.
+       expect_equal(expected_data, out_data, 256, 1, 0.25 / 255.0, 1e-5);
+}
+
+// This test tests the same gamma ramp as Rec709_Accuracy, but with 10-bit
+// input range and somewhat looser error bounds. (One could claim that this is
+// already on the limit of what we can reasonably do with fp16 input, if you
+// look at the local relative error.)
+TEST(GammaCompressionEffectTest, Rec2020_10Bit_Accuracy) {
+       float data[1024], expected_data[1024], out_data[1024];
+
+       for (int i = 0; i < 1024; ++i) {
+               double x = i / 1023.0;
+
+               expected_data[i] = x;
+
+               // Rec. 2020, page 3.
+               if (x < 0.018 * 4.5) {
+                       data[i] = x / 4.5;
+               } else {
+                       data[i] = pow((x + 0.099) / 1.099, 1.0 / 0.45);
+               }
+       }
+
+       EffectChainTester tester(data, 1024, 1, FORMAT_GRAYSCALE, COLORSPACE_sRGB, GAMMA_LINEAR, GL_RGBA32F);
+       tester.run(out_data, GL_RED, COLORSPACE_sRGB, GAMMA_REC_2020_10_BIT);
+
+       // Maximum absolute error is 30% of one pixel level. For comparison,
+       // a straightforward ALU solution (using a branch and pow()), used as a
+       // “high anchor” to indicate limitations of float arithmetic etc.,
+       // reaches maximum absolute error of 25.2% of one pixel level
+       // and rms of 1.8e-6, so this is probably mostly related to input precision.
+       expect_equal(expected_data, out_data, 1024, 1, 0.30 / 1023.0, 1e-5);
+}
+
 TEST(GammaCompressionEffectTest, Rec2020_12BitIsVeryCloseToRec709) {
-       float data[256];
-       for (unsigned i = 0; i < 256; ++i) {
-               data[i] = i / 255.0f;
+       float data[4096];
+       for (unsigned i = 0; i < 4096; ++i) {
+               data[i] = i / 4095.0f;
        }
-       float out_data_709[256];
-       float out_data_2020[256];
+       float out_data_709[4096];
+       float out_data_2020[4096];
 
-       EffectChainTester tester(data, 256, 1, FORMAT_GRAYSCALE, COLORSPACE_sRGB, GAMMA_LINEAR);
+       EffectChainTester tester(data, 4096, 1, FORMAT_GRAYSCALE, COLORSPACE_sRGB, GAMMA_LINEAR);
        tester.run(out_data_709, GL_RED, COLORSPACE_sRGB, GAMMA_REC_709);
-       EffectChainTester tester2(data, 256, 1, FORMAT_GRAYSCALE, COLORSPACE_sRGB, GAMMA_LINEAR);
+       EffectChainTester tester2(data, 4096, 1, FORMAT_GRAYSCALE, COLORSPACE_sRGB, GAMMA_LINEAR);
        tester2.run(out_data_2020, GL_RED, COLORSPACE_sRGB, GAMMA_REC_2020_12_BIT);
 
        double sqdiff = 0.0;
-       for (unsigned i = 0; i < 256; ++i) {
-               EXPECT_NEAR(out_data_709[i], out_data_2020[i], 1e-3);
+       for (unsigned i = 0; i < 4096; ++i) {
+               EXPECT_NEAR(out_data_709[i], out_data_2020[i], 0.001);
                sqdiff += (out_data_709[i] - out_data_2020[i]) * (out_data_709[i] - out_data_2020[i]);
        }
        EXPECT_GT(sqdiff, 1e-6);
 }
+
+// The fp16 _input_ provided by FlatInput is not enough to distinguish between
+// all of the possible 12-bit input values (every other level translates to the
+// same value). Thus, this test has extremely loose bounds; if we ever decide
+// to start supporting fp32, we should re-run this and tighten them a lot.
+TEST(GammaCompressionEffectTest, Rec2020_12Bit_Inaccuracy) {
+       float data[4096], expected_data[4096], out_data[4096];
+
+       for (int i = 0; i < 4096; ++i) {
+               double x = i / 4095.0;
+
+               expected_data[i] = x;
+
+               // Rec. 2020, page 3.
+               if (x < 0.0181 * 4.5) {
+                       data[i] = x / 4.5;
+               } else {
+                       data[i] = pow((x + 0.0993) / 1.0993, 1.0 / 0.45);
+               }
+       }
+
+       EffectChainTester tester(data, 4096, 1, FORMAT_GRAYSCALE, COLORSPACE_sRGB, GAMMA_LINEAR, GL_RGBA32F);
+       tester.run(out_data, GL_RED, COLORSPACE_sRGB, GAMMA_REC_2020_12_BIT);
+
+       // Maximum absolute error is 120% of one pixel level. For comparison,
+       // a straightforward ALU solution (using a branch and pow()), used as a
+       // “high anchor” to indicate limitations of float arithmetic etc.,
+       // reaches maximum absolute error of 71.1% of one pixel level
+       // and rms of 0.9e-6, so this is probably a combination of input
+       // precision and inaccuracies in the polynomial approximation.
+       expect_equal(expected_data, out_data, 4096, 1, 1.2 / 4095.0, 1e-5);
+}