git.sesse.net Git - ffmpeg/blob - libavcodec/fft-test.c

   1 /*
   2  * (c) 2002 Fabrice Bellard
   3  *
   4  * This library is free software; you can redistribute it and/or
   5  * modify it under the terms of the GNU Lesser General Public
   6  * License as published by the Free Software Foundation; either
   7  * version 2 of the License, or (at your option) any later version.
   8  *
   9  * This library is distributed in the hope that it will be useful,
  10  * but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
  11  * MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the GNU
  12  * Lesser General Public License for more details.
  13  *
  14  * You should have received a copy of the GNU Lesser General Public
  15  * License along with this library; if not, write to the Free Software
  16  * Foundation, Inc., 51 Franklin Street, Fifth Floor, Boston, MA 02110-1301 USA
  17  */
  18
  19 /**
  20  * @file fft-test.c
  21  * FFT and MDCT tests.
  22  */
  23
  24 #include "dsputil.h"
  25 #include <math.h>
  26 #include <unistd.h>
  27 #include <sys/time.h>
  28
  29 int mm_flags;
  30
  31 /* reference fft */
  32
  33 #define MUL16(a,b) ((a) * (b))
  34
  35 #define CMAC(pre, pim, are, aim, bre, bim) \
  36 {\
  37    pre += (MUL16(are, bre) - MUL16(aim, bim));\
  38    pim += (MUL16(are, bim) + MUL16(bre, aim));\
  39 }
  40
  41 FFTComplex *exptab;
  42
  43 void fft_ref_init(int nbits, int inverse)
  44 {
  45     int n, i;
  46     float c1, s1, alpha;
  47
  48     n = 1 << nbits;
  49     exptab = av_malloc((n / 2) * sizeof(FFTComplex));
  50
  51     for(i=0;i<(n/2);i++) {
  52         alpha = 2 * M_PI * (float)i / (float)n;
  53         c1 = cos(alpha);
  54         s1 = sin(alpha);
  55         if (!inverse)
  56             s1 = -s1;
  57         exptab[i].re = c1;
  58         exptab[i].im = s1;
  59     }
  60 }
  61
  62 void fft_ref(FFTComplex *tabr, FFTComplex *tab, int nbits)
  63 {
  64     int n, i, j, k, n2;
  65     float tmp_re, tmp_im, s, c;
  66     FFTComplex *q;
  67
  68     n = 1 << nbits;
  69     n2 = n >> 1;
  70     for(i=0;i<n;i++) {
  71         tmp_re = 0;
  72         tmp_im = 0;
  73         q = tab;
  74         for(j=0;j<n;j++) {
  75             k = (i * j) & (n - 1);
  76             if (k >= n2) {
  77                 c = -exptab[k - n2].re;
  78                 s = -exptab[k - n2].im;
  79             } else {
  80                 c = exptab[k].re;
  81                 s = exptab[k].im;
  82             }
  83             CMAC(tmp_re, tmp_im, c, s, q->re, q->im);
  84             q++;
  85         }
  86         tabr[i].re = tmp_re;
  87         tabr[i].im = tmp_im;
  88     }
  89 }
  90
  91 void imdct_ref(float *out, float *in, int n)
  92 {
  93     int k, i, a;
  94     float sum, f;
  95
  96     for(i=0;i<n;i++) {
  97         sum = 0;
  98         for(k=0;k<n/2;k++) {
  99             a = (2 * i + 1 + (n / 2)) * (2 * k + 1);
 100             f = cos(M_PI * a / (double)(2 * n));
 101             sum += f * in[k];
 102         }
 103         out[i] = -sum;
 104     }
 105 }
 106
 107 /* NOTE: no normalisation by 1 / N is done */
 108 void mdct_ref(float *output, float *input, int n)
 109 {
 110     int k, i;
 111     float a, s;
 112
 113     /* do it by hand */
 114     for(k=0;k<n/2;k++) {
 115         s = 0;
 116         for(i=0;i<n;i++) {
 117             a = (2*M_PI*(2*i+1+n/2)*(2*k+1) / (4 * n));
 118             s += input[i] * cos(a);
 119         }
 120         output[k] = s;
 121     }
 122 }
 123
 124
 125 float frandom(void)
 126 {
 127     return (float)((random() & 0xffff) - 32768) / 32768.0;
 128 }
 129
 130 int64_t gettime(void)
 131 {
 132     struct timeval tv;
 133     gettimeofday(&tv,NULL);
 134     return (int64_t)tv.tv_sec * 1000000 + tv.tv_usec;
 135 }
 136
 137 void check_diff(float *tab1, float *tab2, int n)
 138 {
 139     int i;
 140
 141     for(i=0;i<n;i++) {
 142         if (fabsf(tab1[i] - tab2[i]) >= 1e-3) {
 143             av_log(NULL, AV_LOG_ERROR, "ERROR %d: %f %f\n",
 144                    i, tab1[i], tab2[i]);
 145         }
 146     }
 147 }
 148
 149
 150 void help(void)
 151 {
 152     av_log(NULL, AV_LOG_INFO,"usage: fft-test [-h] [-s] [-i] [-n b]\n"
 153            "-h     print this help\n"
 154            "-s     speed test\n"
 155            "-m     (I)MDCT test\n"
 156            "-i     inverse transform test\n"
 157            "-n b   set the transform size to 2^b\n"
 158            );
 159     exit(1);
 160 }
 161
 162
 163
 164 int main(int argc, char **argv)
 165 {
 166     FFTComplex *tab, *tab1, *tab_ref;
 167     FFTSample *tabtmp, *tab2;
 168     int it, i, c;
 169     int do_speed = 0;
 170     int do_mdct = 0;
 171     int do_inverse = 0;
 172     FFTContext s1, *s = &s1;
 173     MDCTContext m1, *m = &m1;
 174     int fft_nbits, fft_size;
 175
 176     mm_flags = 0;
 177     fft_nbits = 9;
 178     for(;;) {
 179         c = getopt(argc, argv, "hsimn:");
 180         if (c == -1)
 181             break;
 182         switch(c) {
 183         case 'h':
 184             help();
 185             break;
 186         case 's':
 187             do_speed = 1;
 188             break;
 189         case 'i':
 190             do_inverse = 1;
 191             break;
 192         case 'm':
 193             do_mdct = 1;
 194             break;
 195         case 'n':
 196             fft_nbits = atoi(optarg);
 197             break;
 198         }
 199     }
 200
 201     fft_size = 1 << fft_nbits;
 202     tab = av_malloc(fft_size * sizeof(FFTComplex));
 203     tab1 = av_malloc(fft_size * sizeof(FFTComplex));
 204     tab_ref = av_malloc(fft_size * sizeof(FFTComplex));
 205     tabtmp = av_malloc(fft_size / 2 * sizeof(FFTSample));
 206     tab2 = av_malloc(fft_size * sizeof(FFTSample));
 207
 208     if (do_mdct) {
 209         if (do_inverse)
 210             av_log(NULL, AV_LOG_INFO,"IMDCT");
 211         else
 212             av_log(NULL, AV_LOG_INFO,"MDCT");
 213         ff_mdct_init(m, fft_nbits, do_inverse);
 214     } else {
 215         if (do_inverse)
 216             av_log(NULL, AV_LOG_INFO,"IFFT");
 217         else
 218             av_log(NULL, AV_LOG_INFO,"FFT");
 219         ff_fft_init(s, fft_nbits, do_inverse);
 220         fft_ref_init(fft_nbits, do_inverse);
 221     }
 222     av_log(NULL, AV_LOG_INFO," %d test\n", fft_size);
 223
 224     /* generate random data */
 225
 226     for(i=0;i<fft_size;i++) {
 227         tab1[i].re = frandom();
 228         tab1[i].im = frandom();
 229     }
 230
 231     /* checking result */
 232     av_log(NULL, AV_LOG_INFO,"Checking...\n");
 233
 234     if (do_mdct) {
 235         if (do_inverse) {
 236             imdct_ref((float *)tab_ref, (float *)tab1, fft_size);
 237             ff_imdct_calc(m, tab2, (float *)tab1, tabtmp);
 238             check_diff((float *)tab_ref, tab2, fft_size);
 239         } else {
 240             mdct_ref((float *)tab_ref, (float *)tab1, fft_size);
 241
 242             ff_mdct_calc(m, tab2, (float *)tab1, tabtmp);
 243
 244             check_diff((float *)tab_ref, tab2, fft_size / 2);
 245         }
 246     } else {
 247         memcpy(tab, tab1, fft_size * sizeof(FFTComplex));
 248         ff_fft_permute(s, tab);
 249         ff_fft_calc(s, tab);
 250
 251         fft_ref(tab_ref, tab1, fft_nbits);
 252         check_diff((float *)tab_ref, (float *)tab, fft_size * 2);
 253     }
 254
 255     /* do a speed test */
 256
 257     if (do_speed) {
 258         int64_t time_start, duration;
 259         int nb_its;
 260
 261         av_log(NULL, AV_LOG_INFO,"Speed test...\n");
 262         /* we measure during about 1 seconds */
 263         nb_its = 1;
 264         for(;;) {
 265             time_start = gettime();
 266             for(it=0;it<nb_its;it++) {
 267                 if (do_mdct) {
 268                     if (do_inverse) {
 269                         ff_imdct_calc(m, (float *)tab, (float *)tab1, tabtmp);
 270                     } else {
 271                         ff_mdct_calc(m, (float *)tab, (float *)tab1, tabtmp);
 272                     }
 273                 } else {
 274                     memcpy(tab, tab1, fft_size * sizeof(FFTComplex));
 275                     ff_fft_calc(s, tab);
 276                 }
 277             }
 278             duration = gettime() - time_start;
 279             if (duration >= 1000000)
 280                 break;
 281             nb_its *= 2;
 282         }
 283         av_log(NULL, AV_LOG_INFO,"time: %0.1f us/transform [total time=%0.2f s its=%d]\n",
 284                (double)duration / nb_its,
 285                (double)duration / 1000000.0,
 286                nb_its);
 287     }
 288
 289     if (do_mdct) {
 290         ff_mdct_end(m);
 291     } else {
 292         ff_fft_end(s);
 293     }
 294     return 0;
 295 }