]> git.sesse.net Git - narabu/blob - decoder.shader
More fixes of hard-coded values.
[narabu] / decoder.shader
1 #version 440
2 #extension GL_ARB_shader_clock : enable
3
4 #define PARALLEL_SLICES 1
5
6 #define ENABLE_TIMING 0
7
8 layout(local_size_x = 64*PARALLEL_SLICES) in;
9 layout(r8ui) uniform restrict readonly uimage2D cum2sym_tex;
10 layout(rg16ui) uniform restrict readonly uimage2D dsyms_tex;
11 layout(r8) uniform restrict writeonly image2D out_tex;
12 layout(r16i) uniform restrict writeonly iimage2D coeff_tex;
13 uniform int num_blocks;
14
15 const uint prob_bits = 12;
16 const uint prob_scale = 1 << prob_bits;
17 const uint NUM_SYMS = 256;
18 const uint ESCAPE_LIMIT = NUM_SYMS - 1;
19 const uint BLOCKS_PER_STREAM = 320;
20
21 // These need to be folded into quant_matrix.
22 const float dc_scalefac = 8.0;
23 const float quant_scalefac = 4.0;
24
25 const float quant_matrix[64] = {
26          8, 16, 19, 22, 26, 27, 29, 34,
27         16, 16, 22, 24, 27, 29, 34, 37,
28         19, 22, 26, 27, 29, 34, 34, 38,
29         22, 22, 26, 27, 29, 34, 37, 40,
30         22, 26, 27, 29, 32, 35, 40, 48,
31         26, 27, 29, 32, 35, 40, 48, 58,
32         26, 27, 29, 34, 38, 46, 56, 69,
33         27, 29, 35, 38, 46, 56, 69, 83
34 };
35 const uint ff_zigzag_direct[64] = {
36     0,   1,  8, 16,  9,  2,  3, 10,
37     17, 24, 32, 25, 18, 11,  4,  5,
38     12, 19, 26, 33, 40, 48, 41, 34,
39     27, 20, 13,  6,  7, 14, 21, 28,
40     35, 42, 49, 56, 57, 50, 43, 36,
41     29, 22, 15, 23, 30, 37, 44, 51,
42     58, 59, 52, 45, 38, 31, 39, 46,
43     53, 60, 61, 54, 47, 55, 62, 63
44 };
45 const uint stream_mapping[64] = {
46         0, 0, 1, 1, 2, 2, 3, 3,
47         0, 0, 1, 2, 2, 2, 3, 3,
48         1, 1, 2, 2, 2, 3, 3, 3,
49         1, 1, 2, 2, 2, 3, 3, 3,
50         1, 2, 2, 2, 2, 3, 3, 3,
51         2, 2, 2, 2, 3, 3, 3, 3,
52         2, 2, 3, 3, 3, 3, 3, 3,
53         3, 3, 3, 3, 3, 3, 3, 3,
54 };
55
56 layout(std430, binding = 9) buffer layoutName
57 {
58         uint data_SSBO[];
59 };
60 layout(std430, binding = 10) buffer layoutName2
61 {
62         uvec2 timing[10 * 64];
63 };
64
65 struct CoeffStream {
66         uint src_offset, src_len;
67 };
68 layout(std430, binding = 0) buffer whatever3
69 {
70         CoeffStream streams[];
71 };
72 uniform uint sign_bias_per_model[16];
73
74 const uint RANS_BYTE_L = (1u << 23);  // lower bound of our normalization interval
75
76 uint get_rans_byte(uint offset)
77 {
78         // We assume little endian.
79         return bitfieldExtract(data_SSBO[offset >> 2], 8 * int(offset & 3u), 8);
80 }
81
82 uint RansDecInit(inout uint offset)
83 {
84         uint x;
85
86         x  = get_rans_byte(offset);
87         x |= get_rans_byte(offset + 1) << 8;
88         x |= get_rans_byte(offset + 2) << 16;
89         x |= get_rans_byte(offset + 3) << 24;
90         offset += 4;
91
92         return x;
93 }
94
95 uint RansDecGet(uint r, uint scale_bits)
96 {
97         return r & ((1u << scale_bits) - 1);
98 }
99
100 void RansDecAdvance(inout uint rans, inout uint offset, const uint start, const uint freq, uint prob_bits)
101 {
102         const uint mask = (1u << prob_bits) - 1;
103         rans = freq * (rans >> prob_bits) + (rans & mask) - start;
104         
105         // renormalize
106         while (rans < RANS_BYTE_L) {
107                 rans = (rans << 8) | get_rans_byte(offset++);
108         }
109 }
110
111 uint cum2sym(uint bits, uint table)
112 {
113         return imageLoad(cum2sym_tex, ivec2(bits, table)).x;
114 }
115
116 uvec2 get_dsym(uint k, uint table)
117 {
118         return imageLoad(dsyms_tex, ivec2(k, table)).xy;
119 }
120
121 void idct_1d(inout float y0, inout float y1, inout float y2, inout float y3, inout float y4, inout float y5, inout float y6, inout float y7)
122 {
123         const float a1 = 0.7071067811865474;   // sqrt(2)
124         const float a2 = 0.5411961001461971;   // cos(3/8 pi) * sqrt(2)
125         const float a4 = 1.3065629648763766;   // cos(pi/8) * sqrt(2)
126         // static const float a5 = 0.5 * (a4 - a2);
127         const float a5 = 0.3826834323650897;
128
129         // phase 2 (phase 1 is just moving around)
130         const float p2_4 = y5 - y3;
131         const float p2_5 = y1 + y7;
132         const float p2_6 = y1 - y7;
133         const float p2_7 = y5 + y3;
134
135         // phase 3
136         const float p3_2 = y2 - y6;
137         const float p3_3 = y2 + y6;
138         const float p3_5 = p2_5 - p2_7;
139         const float p3_7 = p2_5 + p2_7;
140
141         // phase 4
142         const float p4_2 = a1 * p3_2;
143         const float p4_4 = p2_4 * a2 + (p2_4 + p2_6) * a5;  // Inverted.
144         const float p4_5 = a1 * p3_5;
145         const float p4_6 = p2_6 * a4 - (p2_4 + p2_6) * a5;
146
147         // phase 5
148         const float p5_0 = y0 + y4;
149         const float p5_1 = y0 - y4;
150         const float p5_3 = p4_2 + p3_3;
151
152         // phase 6
153         const float p6_0 = p5_0 + p5_3;
154         const float p6_1 = p5_1 + p4_2;
155         const float p6_2 = p5_1 - p4_2;
156         const float p6_3 = p5_0 - p5_3;
157         const float p6_5 = p4_5 + p4_4;
158         const float p6_6 = p4_5 + p4_6;
159         const float p6_7 = p4_6 + p3_7;
160
161         // phase 7
162         y0 = p6_0 + p6_7;
163         y1 = p6_1 + p6_6;
164         y2 = p6_2 + p6_5;
165         y3 = p6_3 + p4_4;
166         y4 = p6_3 - p4_4;
167         y5 = p6_2 - p6_5;
168         y6 = p6_1 - p6_6;
169         y7 = p6_0 - p6_7;
170 }
171
172 shared float temp[64 * 8 * PARALLEL_SLICES];
173
174 void pick_timer(inout uvec2 start, inout uvec2 t)
175 {
176 #if ENABLE_TIMING
177         uvec2 now = clock2x32ARB();
178
179         uvec2 delta = now - start;
180         if (now.x < start.x) {
181                 --delta.y;
182         }
183
184         uvec2 new_t = t + delta;
185         if (new_t.x < t.x) {
186                 ++new_t.y;
187         }
188         t = new_t;
189
190         start = clock2x32ARB();
191 #endif
192 }
193
194 void main()
195 {
196         uvec2 local_timing[10];
197 #if ENABLE_TIMING
198         for (int timer_idx = 0; timer_idx < 10; ++timer_idx) {
199                 local_timing[timer_idx] = uvec2(0, 0);
200         }
201         uvec2 start = clock2x32ARB();
202 #else
203         uvec2 start = uvec2(0, 0);
204         local_timing[0] = start;
205 #endif
206
207         const uint blocks_per_row = (imageSize(out_tex).x + 7) / 8;
208
209         const uint local_x = gl_LocalInvocationID.x % 8;
210         const uint local_y = (gl_LocalInvocationID.x / 8) % 8;
211         const uint local_z = gl_LocalInvocationID.x / 64;
212
213         const uint slice_num = local_z;
214         const uint thread_num = local_y * 8 + local_x;
215
216         const uint block_row = gl_WorkGroupID.y * PARALLEL_SLICES + slice_num;
217         //const uint coeff_num = ff_zigzag_direct[thread_num];
218         const uint coeff_num = thread_num;
219         const uint stream_num = coeff_num * num_blocks + block_row;
220         const uint model_num = stream_mapping[coeff_num];
221         const uint sign_bias = sign_bias_per_model[model_num];
222
223         // Initialize rANS decoder.
224         uint offset = streams[stream_num].src_offset;
225         uint rans = RansDecInit(offset);
226
227         float q = (coeff_num == 0) ? 1.0 : (quant_matrix[coeff_num] * quant_scalefac / 128.0 / sqrt(2.0));  // FIXME: fold
228         q *= (1.0 / 255.0);
229         //int w = (coeff_num == 0) ? 32 : int(quant_matrix[coeff_num]);
230         int last_k = 128;
231
232         pick_timer(start, local_timing[0]);
233
234         for (uint block_idx = BLOCKS_PER_STREAM / 8; block_idx --> 0; ) {
235                 pick_timer(start, local_timing[1]);
236
237                 // rANS decode one coefficient across eight blocks (so 64x8 coefficients).
238                 for (uint subblock_idx = 8; subblock_idx --> 0; ) {
239                         // Read a symbol.
240                         uint bottom_bits = RansDecGet(rans, prob_bits + 1);
241                         bool sign = false;
242                         if (bottom_bits >= sign_bias) {
243                                 bottom_bits -= sign_bias;
244                                 rans -= sign_bias;
245                                 sign = true;
246                         }
247                         int k = int(cum2sym(bottom_bits, model_num));  // Can go out-of-bounds; that will return zero.
248                         uvec2 sym = get_dsym(k, model_num);
249                         RansDecAdvance(rans, offset, sym.x, sym.y, prob_bits + 1);
250
251                         if (k == ESCAPE_LIMIT) {
252                                 k = int(RansDecGet(rans, prob_bits));
253                                 RansDecAdvance(rans, offset, k, 1, prob_bits);
254                         }
255                         if (sign) {
256                                 k = -k;
257                         }
258
259                         if (coeff_num == 0) {
260                                 k += last_k;
261                                 last_k = k;
262                         }
263
264 #if 0
265                         uint y = block_row * 16 + block_y * 8 + local_y;
266                         uint x = block_x * 64 + subblock_idx * 8 + local_x;
267                         imageStore(coeff_tex, ivec2(x, y), ivec4(k, 0,0,0));
268 #endif
269
270                         temp[slice_num * 64 * 8 + subblock_idx * 64 + coeff_num] = k * q;
271                         //temp[subblock_idx * 64 + 8 * y + x] = (2 * k * w * 4) / 32;  // 100% matching unquant
272                 }
273
274                 pick_timer(start, local_timing[2]);
275
276                 memoryBarrierShared();
277                 barrier();
278
279                 pick_timer(start, local_timing[3]);
280
281                 // Horizontal DCT one row (so 64 rows).
282                 idct_1d(temp[slice_num * 64 * 8 + thread_num * 8 + 0],
283                         temp[slice_num * 64 * 8 + thread_num * 8 + 1],
284                         temp[slice_num * 64 * 8 + thread_num * 8 + 2],
285                         temp[slice_num * 64 * 8 + thread_num * 8 + 3],
286                         temp[slice_num * 64 * 8 + thread_num * 8 + 4],
287                         temp[slice_num * 64 * 8 + thread_num * 8 + 5],
288                         temp[slice_num * 64 * 8 + thread_num * 8 + 6],
289                         temp[slice_num * 64 * 8 + thread_num * 8 + 7]);
290
291                 pick_timer(start, local_timing[4]);
292
293                 memoryBarrierShared();
294                 barrier();
295
296                 pick_timer(start, local_timing[5]);
297
298                 // Vertical DCT one row (so 64 columns).
299                 uint row_offset = local_z * 64 * 8 + local_y * 64 + local_x;
300                 idct_1d(temp[row_offset + 0 * 8],
301                         temp[row_offset + 1 * 8],
302                         temp[row_offset + 2 * 8],
303                         temp[row_offset + 3 * 8],
304                         temp[row_offset + 4 * 8],
305                         temp[row_offset + 5 * 8],
306                         temp[row_offset + 6 * 8],
307                         temp[row_offset + 7 * 8]);
308
309                 pick_timer(start, local_timing[6]);
310
311                 uint global_block_idx = (block_row * 40 + block_idx) * 8 + local_y;
312                 uint block_x = global_block_idx % blocks_per_row;
313                 uint block_y = global_block_idx / blocks_per_row;
314
315                 uint y = block_y * 8;
316                 uint x = block_x * 8 + local_x;
317                 for (uint yl = 0; yl < 8; ++yl) {
318                         imageStore(out_tex, ivec2(x, yl + y), vec4(temp[row_offset + yl * 8], 0.0, 0.0, 1.0));
319                 }
320
321                 pick_timer(start, local_timing[7]);
322
323                 memoryBarrierShared();  // is this needed?
324                 barrier();
325
326                 pick_timer(start, local_timing[8]);
327                 pick_timer(start, local_timing[9]);  // should be nearly nothing
328         }
329
330 #if ENABLE_TIMING
331         for (int timer_idx = 0; timer_idx < 10; ++timer_idx) {
332                 uint global_idx = thread_num * 10 + timer_idx;
333
334                 uint old_val = atomicAdd(timing[global_idx].x, local_timing[timer_idx].x);
335                 if (old_val + local_timing[timer_idx].x < old_val) {
336                         ++local_timing[timer_idx].y;
337                 }
338                 atomicAdd(timing[global_idx].y, local_timing[timer_idx].y);
339         }
340 #endif
341 }