git.sesse.net Git - ffmpeg/blob - libavcodec/jfdctint.c

   1 /*
   2  * jfdctint.c
   3  *
   4  * Copyright (C) 1991-1996, Thomas G. Lane.
   5  * This file is part of the Independent JPEG Group's software.
   6  * For conditions of distribution and use, see the accompanying README file.
   7  *
   8  * This file contains a slow-but-accurate integer implementation of the
   9  * forward DCT (Discrete Cosine Transform).
  10  *
  11  * A 2-D DCT can be done by 1-D DCT on each row followed by 1-D DCT
  12  * on each column.  Direct algorithms are also available, but they are
  13  * much more complex and seem not to be any faster when reduced to code.
  14  *
  15  * This implementation is based on an algorithm described in
  16  *   C. Loeffler, A. Ligtenberg and G. Moschytz, "Practical Fast 1-D DCT
  17  *   Algorithms with 11 Multiplications", Proc. Int'l. Conf. on Acoustics,
  18  *   Speech, and Signal Processing 1989 (ICASSP '89), pp. 988-991.
  19  * The primary algorithm described there uses 11 multiplies and 29 adds.
  20  * We use their alternate method with 12 multiplies and 32 adds.
  21  * The advantage of this method is that no data path contains more than one
  22  * multiplication; this allows a very simple and accurate implementation in
  23  * scaled fixed-point arithmetic, with a minimal number of shifts.
  24  */
  25
  26 #include <stdlib.h>
  27 #include <stdio.h>
  28 #include "common.h"
  29 #include "dsputil.h"
  30
  31 #define SHIFT_TEMPS
  32 #define DCTSIZE 8
  33 #define BITS_IN_JSAMPLE 8
  34 #define GLOBAL(x) x
  35 #define RIGHT_SHIFT(x, n) ((x) >> (n))
  36 #define MULTIPLY16C16(var,const) ((var)*(const))
  37
  38 #if 1 //def USE_ACCURATE_ROUNDING
  39 #define DESCALE(x,n)  RIGHT_SHIFT((x) + (1 << ((n) - 1)), n)
  40 #else
  41 #define DESCALE(x,n)  RIGHT_SHIFT(x, n)
  42 #endif
  43
  44
  45 /*
  46  * This module is specialized to the case DCTSIZE = 8.
  47  */
  48
  49 #if DCTSIZE != 8
  50   Sorry, this code only copes with 8x8 DCTs. /* deliberate syntax err */
  51 #endif
  52
  53
  54 /*
  55  * The poop on this scaling stuff is as follows:
  56  *
  57  * Each 1-D DCT step produces outputs which are a factor of sqrt(N)
  58  * larger than the true DCT outputs.  The final outputs are therefore
  59  * a factor of N larger than desired; since N=8 this can be cured by
  60  * a simple right shift at the end of the algorithm.  The advantage of
  61  * this arrangement is that we save two multiplications per 1-D DCT,
  62  * because the y0 and y4 outputs need not be divided by sqrt(N).
  63  * In the IJG code, this factor of 8 is removed by the quantization step
  64  * (in jcdctmgr.c), NOT in this module.
  65  *
  66  * We have to do addition and subtraction of the integer inputs, which
  67  * is no problem, and multiplication by fractional constants, which is
  68  * a problem to do in integer arithmetic.  We multiply all the constants
  69  * by CONST_SCALE and convert them to integer constants (thus retaining
  70  * CONST_BITS bits of precision in the constants).  After doing a
  71  * multiplication we have to divide the product by CONST_SCALE, with proper
  72  * rounding, to produce the correct output.  This division can be done
  73  * cheaply as a right shift of CONST_BITS bits.  We postpone shifting
  74  * as long as possible so that partial sums can be added together with
  75  * full fractional precision.
  76  *
  77  * The outputs of the first pass are scaled up by PASS1_BITS bits so that
  78  * they are represented to better-than-integral precision.  These outputs
  79  * require BITS_IN_JSAMPLE + PASS1_BITS + 3 bits; this fits in a 16-bit word
  80  * with the recommended scaling.  (For 12-bit sample data, the intermediate
  81  * array is INT32 anyway.)
  82  *
  83  * To avoid overflow of the 32-bit intermediate results in pass 2, we must
  84  * have BITS_IN_JSAMPLE + CONST_BITS + PASS1_BITS <= 26.  Error analysis
  85  * shows that the values given below are the most effective.
  86  */
  87
  88 #if BITS_IN_JSAMPLE == 8
  89 #define CONST_BITS  13
  90 #define PASS1_BITS  4           /* set this to 2 if 16x16 multiplies are faster */
  91 #else
  92 #define CONST_BITS  13
  93 #define PASS1_BITS  1           /* lose a little precision to avoid overflow */
  94 #endif
  95
  96 /* Some C compilers fail to reduce "FIX(constant)" at compile time, thus
  97  * causing a lot of useless floating-point operations at run time.
  98  * To get around this we use the following pre-calculated constants.
  99  * If you change CONST_BITS you may want to add appropriate values.
 100  * (With a reasonable C compiler, you can just rely on the FIX() macro...)
 101  */
 102
 103 #if CONST_BITS == 13
 104 #define FIX_0_298631336  ((INT32)  2446)        /* FIX(0.298631336) */
 105 #define FIX_0_390180644  ((INT32)  3196)        /* FIX(0.390180644) */
 106 #define FIX_0_541196100  ((INT32)  4433)        /* FIX(0.541196100) */
 107 #define FIX_0_765366865  ((INT32)  6270)        /* FIX(0.765366865) */
 108 #define FIX_0_899976223  ((INT32)  7373)        /* FIX(0.899976223) */
 109 #define FIX_1_175875602  ((INT32)  9633)        /* FIX(1.175875602) */
 110 #define FIX_1_501321110  ((INT32)  12299)       /* FIX(1.501321110) */
 111 #define FIX_1_847759065  ((INT32)  15137)       /* FIX(1.847759065) */
 112 #define FIX_1_961570560  ((INT32)  16069)       /* FIX(1.961570560) */
 113 #define FIX_2_053119869  ((INT32)  16819)       /* FIX(2.053119869) */
 114 #define FIX_2_562915447  ((INT32)  20995)       /* FIX(2.562915447) */
 115 #define FIX_3_072711026  ((INT32)  25172)       /* FIX(3.072711026) */
 116 #else
 117 #define FIX_0_298631336  FIX(0.298631336)
 118 #define FIX_0_390180644  FIX(0.390180644)
 119 #define FIX_0_541196100  FIX(0.541196100)
 120 #define FIX_0_765366865  FIX(0.765366865)
 121 #define FIX_0_899976223  FIX(0.899976223)
 122 #define FIX_1_175875602  FIX(1.175875602)
 123 #define FIX_1_501321110  FIX(1.501321110)
 124 #define FIX_1_847759065  FIX(1.847759065)
 125 #define FIX_1_961570560  FIX(1.961570560)
 126 #define FIX_2_053119869  FIX(2.053119869)
 127 #define FIX_2_562915447  FIX(2.562915447)
 128 #define FIX_3_072711026  FIX(3.072711026)
 129 #endif
 130
 131
 132 /* Multiply an INT32 variable by an INT32 constant to yield an INT32 result.
 133  * For 8-bit samples with the recommended scaling, all the variable
 134  * and constant values involved are no more than 16 bits wide, so a
 135  * 16x16->32 bit multiply can be used instead of a full 32x32 multiply.
 136  * For 12-bit samples, a full 32-bit multiplication will be needed.
 137  */
 138
 139 #if BITS_IN_JSAMPLE == 8 && CONST_BITS<=13 && PASS1_BITS<=2
 140 #define MULTIPLY(var,const)  MULTIPLY16C16(var,const)
 141 #else
 142 #define MULTIPLY(var,const)  ((var) * (const))
 143 #endif
 144
 145
 146 /*
 147  * Perform the forward DCT on one block of samples.
 148  */
 149
 150 GLOBAL(void)
 151 ff_jpeg_fdct_islow (DCTELEM * data)
 152 {
 153   INT32 tmp0, tmp1, tmp2, tmp3, tmp4, tmp5, tmp6, tmp7;
 154   INT32 tmp10, tmp11, tmp12, tmp13;
 155   INT32 z1, z2, z3, z4, z5;
 156   DCTELEM *dataptr;
 157   int ctr;
 158   SHIFT_TEMPS
 159
 160   /* Pass 1: process rows. */
 161   /* Note results are scaled up by sqrt(8) compared to a true DCT; */
 162   /* furthermore, we scale the results by 2**PASS1_BITS. */
 163
 164   dataptr = data;
 165   for (ctr = DCTSIZE-1; ctr >= 0; ctr--) {
 166     tmp0 = dataptr[0] + dataptr[7];
 167     tmp7 = dataptr[0] - dataptr[7];
 168     tmp1 = dataptr[1] + dataptr[6];
 169     tmp6 = dataptr[1] - dataptr[6];
 170     tmp2 = dataptr[2] + dataptr[5];
 171     tmp5 = dataptr[2] - dataptr[5];
 172     tmp3 = dataptr[3] + dataptr[4];
 173     tmp4 = dataptr[3] - dataptr[4];
 174
 175     /* Even part per LL&M figure 1 --- note that published figure is faulty;
 176      * rotator "sqrt(2)*c1" should be "sqrt(2)*c6".
 177      */
 178
 179     tmp10 = tmp0 + tmp3;
 180     tmp13 = tmp0 - tmp3;
 181     tmp11 = tmp1 + tmp2;
 182     tmp12 = tmp1 - tmp2;
 183
 184     dataptr[0] = (DCTELEM) ((tmp10 + tmp11) << PASS1_BITS);
 185     dataptr[4] = (DCTELEM) ((tmp10 - tmp11) << PASS1_BITS);
 186
 187     z1 = MULTIPLY(tmp12 + tmp13, FIX_0_541196100);
 188     dataptr[2] = (DCTELEM) DESCALE(z1 + MULTIPLY(tmp13, FIX_0_765366865),
 189                                    CONST_BITS-PASS1_BITS);
 190     dataptr[6] = (DCTELEM) DESCALE(z1 + MULTIPLY(tmp12, - FIX_1_847759065),
 191                                    CONST_BITS-PASS1_BITS);
 192
 193     /* Odd part per figure 8 --- note paper omits factor of sqrt(2).
 194      * cK represents cos(K*pi/16).
 195      * i0..i3 in the paper are tmp4..tmp7 here.
 196      */
 197
 198     z1 = tmp4 + tmp7;
 199     z2 = tmp5 + tmp6;
 200     z3 = tmp4 + tmp6;
 201     z4 = tmp5 + tmp7;
 202     z5 = MULTIPLY(z3 + z4, FIX_1_175875602); /* sqrt(2) * c3 */
 203
 204     tmp4 = MULTIPLY(tmp4, FIX_0_298631336); /* sqrt(2) * (-c1+c3+c5-c7) */
 205     tmp5 = MULTIPLY(tmp5, FIX_2_053119869); /* sqrt(2) * ( c1+c3-c5+c7) */
 206     tmp6 = MULTIPLY(tmp6, FIX_3_072711026); /* sqrt(2) * ( c1+c3+c5-c7) */
 207     tmp7 = MULTIPLY(tmp7, FIX_1_501321110); /* sqrt(2) * ( c1+c3-c5-c7) */
 208     z1 = MULTIPLY(z1, - FIX_0_899976223); /* sqrt(2) * (c7-c3) */
 209     z2 = MULTIPLY(z2, - FIX_2_562915447); /* sqrt(2) * (-c1-c3) */
 210     z3 = MULTIPLY(z3, - FIX_1_961570560); /* sqrt(2) * (-c3-c5) */
 211     z4 = MULTIPLY(z4, - FIX_0_390180644); /* sqrt(2) * (c5-c3) */
 212
 213     z3 += z5;
 214     z4 += z5;
 215
 216     dataptr[7] = (DCTELEM) DESCALE(tmp4 + z1 + z3, CONST_BITS-PASS1_BITS);
 217     dataptr[5] = (DCTELEM) DESCALE(tmp5 + z2 + z4, CONST_BITS-PASS1_BITS);
 218     dataptr[3] = (DCTELEM) DESCALE(tmp6 + z2 + z3, CONST_BITS-PASS1_BITS);
 219     dataptr[1] = (DCTELEM) DESCALE(tmp7 + z1 + z4, CONST_BITS-PASS1_BITS);
 220
 221     dataptr += DCTSIZE;         /* advance pointer to next row */
 222   }
 223
 224   /* Pass 2: process columns.
 225    * We remove the PASS1_BITS scaling, but leave the results scaled up
 226    * by an overall factor of 8.
 227    */
 228
 229   dataptr = data;
 230   for (ctr = DCTSIZE-1; ctr >= 0; ctr--) {
 231     tmp0 = dataptr[DCTSIZE*0] + dataptr[DCTSIZE*7];
 232     tmp7 = dataptr[DCTSIZE*0] - dataptr[DCTSIZE*7];
 233     tmp1 = dataptr[DCTSIZE*1] + dataptr[DCTSIZE*6];
 234     tmp6 = dataptr[DCTSIZE*1] - dataptr[DCTSIZE*6];
 235     tmp2 = dataptr[DCTSIZE*2] + dataptr[DCTSIZE*5];
 236     tmp5 = dataptr[DCTSIZE*2] - dataptr[DCTSIZE*5];
 237     tmp3 = dataptr[DCTSIZE*3] + dataptr[DCTSIZE*4];
 238     tmp4 = dataptr[DCTSIZE*3] - dataptr[DCTSIZE*4];
 239
 240     /* Even part per LL&M figure 1 --- note that published figure is faulty;
 241      * rotator "sqrt(2)*c1" should be "sqrt(2)*c6".
 242      */
 243
 244     tmp10 = tmp0 + tmp3;
 245     tmp13 = tmp0 - tmp3;
 246     tmp11 = tmp1 + tmp2;
 247     tmp12 = tmp1 - tmp2;
 248
 249     dataptr[DCTSIZE*0] = (DCTELEM) DESCALE(tmp10 + tmp11, PASS1_BITS);
 250     dataptr[DCTSIZE*4] = (DCTELEM) DESCALE(tmp10 - tmp11, PASS1_BITS);
 251
 252     z1 = MULTIPLY(tmp12 + tmp13, FIX_0_541196100);
 253     dataptr[DCTSIZE*2] = (DCTELEM) DESCALE(z1 + MULTIPLY(tmp13, FIX_0_765366865),
 254                                            CONST_BITS+PASS1_BITS);
 255     dataptr[DCTSIZE*6] = (DCTELEM) DESCALE(z1 + MULTIPLY(tmp12, - FIX_1_847759065),
 256                                            CONST_BITS+PASS1_BITS);
 257
 258     /* Odd part per figure 8 --- note paper omits factor of sqrt(2).
 259      * cK represents cos(K*pi/16).
 260      * i0..i3 in the paper are tmp4..tmp7 here.
 261      */
 262
 263     z1 = tmp4 + tmp7;
 264     z2 = tmp5 + tmp6;
 265     z3 = tmp4 + tmp6;
 266     z4 = tmp5 + tmp7;
 267     z5 = MULTIPLY(z3 + z4, FIX_1_175875602); /* sqrt(2) * c3 */
 268
 269     tmp4 = MULTIPLY(tmp4, FIX_0_298631336); /* sqrt(2) * (-c1+c3+c5-c7) */
 270     tmp5 = MULTIPLY(tmp5, FIX_2_053119869); /* sqrt(2) * ( c1+c3-c5+c7) */
 271     tmp6 = MULTIPLY(tmp6, FIX_3_072711026); /* sqrt(2) * ( c1+c3+c5-c7) */
 272     tmp7 = MULTIPLY(tmp7, FIX_1_501321110); /* sqrt(2) * ( c1+c3-c5-c7) */
 273     z1 = MULTIPLY(z1, - FIX_0_899976223); /* sqrt(2) * (c7-c3) */
 274     z2 = MULTIPLY(z2, - FIX_2_562915447); /* sqrt(2) * (-c1-c3) */
 275     z3 = MULTIPLY(z3, - FIX_1_961570560); /* sqrt(2) * (-c3-c5) */
 276     z4 = MULTIPLY(z4, - FIX_0_390180644); /* sqrt(2) * (c5-c3) */
 277
 278     z3 += z5;
 279     z4 += z5;
 280
 281     dataptr[DCTSIZE*7] = (DCTELEM) DESCALE(tmp4 + z1 + z3,
 282                                            CONST_BITS+PASS1_BITS);
 283     dataptr[DCTSIZE*5] = (DCTELEM) DESCALE(tmp5 + z2 + z4,
 284                                            CONST_BITS+PASS1_BITS);
 285     dataptr[DCTSIZE*3] = (DCTELEM) DESCALE(tmp6 + z2 + z3,
 286                                            CONST_BITS+PASS1_BITS);
 287     dataptr[DCTSIZE*1] = (DCTELEM) DESCALE(tmp7 + z1 + z4,
 288                                            CONST_BITS+PASS1_BITS);
 289
 290     dataptr++;                  /* advance pointer to next column */
 291   }
 292 }