In ResampleEffect, precompute the Lanczos function into a table.
authorSteinar H. Gunderson <sgunderson@bigfoot.com>
Thu, 24 Sep 2015 00:12:40 +0000 (02:12 +0200)
committerSteinar H. Gunderson <sgunderson@bigfoot.com>
Thu, 24 Sep 2015 00:13:37 +0000 (02:13 +0200)
A 2048-element table (with linear interpolation between the elements)
is seemingly enough to get down to beyond float epsilon, and this
saves a lot of CPU time when computing large filter kernels.

resample_effect.cpp
resample_effect_test.cpp

index 244a3e2..85c6b06 100644 (file)
@@ -1,4 +1,6 @@
 // Three-lobed Lanczos, the most common choice.
+// Note that if you change this, the accuracy for LANCZOS_TABLE_SIZE
+// needs to be recomputed.
 #define LANCZOS_RADIUS 3.0
 
 #include <epoxy/gl.h>
@@ -40,15 +42,69 @@ float sinc(float x)
        }
 }
 
-float lanczos_weight(float x, float a)
+float lanczos_weight(float x)
 {
-       if (fabs(x) > a) {
+       if (fabs(x) > LANCZOS_RADIUS) {
                return 0.0f;
        } else {
-               return sinc(M_PI * x) * sinc(M_PI * x / a);
+               return sinc(M_PI * x) * sinc((M_PI / LANCZOS_RADIUS) * x);
        }
 }
 
+// The weight function can be expensive to compute over and over again
+// (which will happen during e.g. a zoom), but it is also easy to interpolate
+// linearly. We compute the right half of the function (in the range of
+// 0..LANCZOS_RADIUS), with two guard elements for easier interpolation, and
+// linearly interpolate to get our function.
+//
+// We want to scale the table so that the maximum error is always smaller
+// than 1e-6. As per http://www-solar.mcs.st-andrews.ac.uk/~clare/Lectures/num-analysis/Numan_chap3.pdf,
+// the error for interpolating a function linearly between points [a,b] is
+//
+//   e = 1/2 (x-a)(x-b) f''(u_x)
+//
+// for some point u_x in [a,b] (where f(x) is our Lanczos function; we're
+// assuming LANCZOS_RADIUS=3 from here on). Obviously this is bounded by
+// f''(x) over the entire range. Numeric optimization shows the maximum of
+// |f''(x)| to be in x=1.09369819474562880, with the value 2.40067758733152381.
+// So if the steps between consecutive values are called d, we get
+//
+//   |e| <= 1/2 (d/2)^2 2.4007
+//   |e| <= 0.1367 d^2
+//
+// Solve for e = 1e-6 yields a step size of 0.0027, which to cover the range
+// 0..3 needs 1109 steps. We round up to the next power of two, just to be sure.
+#define LANCZOS_TABLE_SIZE 2048
+bool lanczos_table_init_done = false;
+float lanczos_table[LANCZOS_TABLE_SIZE + 2];
+
+void init_lanczos_table()
+{
+       for (unsigned i = 0; i < LANCZOS_TABLE_SIZE + 2; ++i) {
+               lanczos_table[i] = lanczos_weight(float(i) * (LANCZOS_RADIUS / LANCZOS_TABLE_SIZE));
+       }
+       lanczos_table_init_done = true;
+}
+
+float lanczos_weight_cached(float x)
+{
+       if (!lanczos_table_init_done) {
+               // Could in theory race between two threads if we are unlucky,
+               // but that is harmless, since they'll write the same data.
+               init_lanczos_table();
+       }
+       x = fabs(x);
+       if (x > LANCZOS_RADIUS) {
+               return 0.0f;
+       }
+       float table_pos = x * (LANCZOS_TABLE_SIZE / LANCZOS_RADIUS);
+       int table_pos_int = int(table_pos);  // Truncate towards zero.
+       float table_pos_frac = table_pos - table_pos_int;
+       assert(table_pos < LANCZOS_TABLE_SIZE + 2);
+       return lanczos_table[table_pos_int] +
+               table_pos_frac * (lanczos_table[table_pos_int + 1] - lanczos_table[table_pos_int]);
+}
+
 // Euclid's algorithm, from Wikipedia.
 unsigned gcd(unsigned a, unsigned b)
 {
@@ -531,7 +587,7 @@ void SingleResamplePassEffect::update_texture(GLuint glsl_program_num, const str
                // Now sample <int_radius> pixels on each side around that point.
                for (int i = 0; i < src_samples; ++i) {
                        int src_y = base_src_y + i - int_radius;
-                       float weight = lanczos_weight(radius_scaling_factor * (src_y - center_src_y - subpixel_offset), LANCZOS_RADIUS);
+                       float weight = lanczos_weight_cached(radius_scaling_factor * (src_y - center_src_y - subpixel_offset));
                        weights[y * src_samples + i].weight = weight * radius_scaling_factor;
                        weights[y * src_samples + i].pos = (src_y + 0.5) / float(src_size);
                }
index 353429e..81fb846 100644 (file)
@@ -162,8 +162,8 @@ TEST(ResampleEffectTest, UpscaleByThreeGetsCorrectPixelCenters) {
        EXPECT_FLOAT_EQ(1.0, out_data[7 * (size * 3) + 7]);
        for (unsigned y = 0; y < size * 3; ++y) {
                for (unsigned x = 0; x < size * 3; ++x) {
-                       EXPECT_FLOAT_EQ(out_data[y * (size * 3) + x], out_data[(size * 3 - y - 1) * (size * 3) + x]);
-                       EXPECT_FLOAT_EQ(out_data[y * (size * 3) + x], out_data[y * (size * 3) + (size * 3 - x - 1)]);
+                       EXPECT_NEAR(out_data[y * (size * 3) + x], out_data[(size * 3 - y - 1) * (size * 3) + x], 1e-6);
+                       EXPECT_NEAR(out_data[y * (size * 3) + x], out_data[y * (size * 3) + (size * 3 - x - 1)], 1e-6);
                }
        }
 }