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

   1 /*
   2  * This file is part of the Independent JPEG Group's software.
   3  *
   4  * The authors make NO WARRANTY or representation, either express or implied,
   5  * with respect to this software, its quality, accuracy, merchantability, or
   6  * fitness for a particular purpose.  This software is provided "AS IS", and
   7  * you, its user, assume the entire risk as to its quality and accuracy.
   8  *
   9  * This software is copyright (C) 1991-1996, Thomas G. Lane.
  10  * All Rights Reserved except as specified below.
  11  *
  12  * Permission is hereby granted to use, copy, modify, and distribute this
  13  * software (or portions thereof) for any purpose, without fee, subject to
  14  * these conditions:
  15  * (1) If any part of the source code for this software is distributed, then
  16  * this README file must be included, with this copyright and no-warranty
  17  * notice unaltered; and any additions, deletions, or changes to the original
  18  * files must be clearly indicated in accompanying documentation.
  19  * (2) If only executable code is distributed, then the accompanying
  20  * documentation must state that "this software is based in part on the work
  21  * of the Independent JPEG Group".
  22  * (3) Permission for use of this software is granted only if the user accepts
  23  * full responsibility for any undesirable consequences; the authors accept
  24  * NO LIABILITY for damages of any kind.
  25  *
  26  * These conditions apply to any software derived from or based on the IJG
  27  * code, not just to the unmodified library.  If you use our work, you ought
  28  * to acknowledge us.
  29  *
  30  * Permission is NOT granted for the use of any IJG author's name or company
  31  * name in advertising or publicity relating to this software or products
  32  * derived from it.  This software may be referred to only as "the Independent
  33  * JPEG Group's software".
  34  *
  35  * We specifically permit and encourage the use of this software as the basis
  36  * of commercial products, provided that all warranty or liability claims are
  37  * assumed by the product vendor.
  38  *
  39  * This file contains a slow-but-accurate integer implementation of the
  40  * forward DCT (Discrete Cosine Transform).
  41  *
  42  * A 2-D DCT can be done by 1-D DCT on each row followed by 1-D DCT
  43  * on each column.  Direct algorithms are also available, but they are
  44  * much more complex and seem not to be any faster when reduced to code.
  45  *
  46  * This implementation is based on an algorithm described in
  47  *   C. Loeffler, A. Ligtenberg and G. Moschytz, "Practical Fast 1-D DCT
  48  *   Algorithms with 11 Multiplications", Proc. Int'l. Conf. on Acoustics,
  49  *   Speech, and Signal Processing 1989 (ICASSP '89), pp. 988-991.
  50  * The primary algorithm described there uses 11 multiplies and 29 adds.
  51  * We use their alternate method with 12 multiplies and 32 adds.
  52  * The advantage of this method is that no data path contains more than one
  53  * multiplication; this allows a very simple and accurate implementation in
  54  * scaled fixed-point arithmetic, with a minimal number of shifts.
  55  */
  56
  57 /**
  58  * @file
  59  * Independent JPEG Group's slow & accurate dct.
  60  */
  61
  62 #include "libavutil/common.h"
  63 #include "dct.h"
  64
  65 #include "bit_depth_template.c"
  66
  67 #define DCTSIZE 8
  68 #define BITS_IN_JSAMPLE BIT_DEPTH
  69 #define GLOBAL(x) x
  70 #define RIGHT_SHIFT(x, n) ((x) >> (n))
  71 #define MULTIPLY16C16(var,const) ((var)*(const))
  72 #define DESCALE(x,n)  RIGHT_SHIFT((x) + (1 << ((n) - 1)), n)
  73
  74
  75 /*
  76  * This module is specialized to the case DCTSIZE = 8.
  77  */
  78
  79 #if DCTSIZE != 8
  80 #error  "Sorry, this code only copes with 8x8 DCTs."
  81 #endif
  82
  83
  84 /*
  85  * The poop on this scaling stuff is as follows:
  86  *
  87  * Each 1-D DCT step produces outputs which are a factor of sqrt(N)
  88  * larger than the true DCT outputs.  The final outputs are therefore
  89  * a factor of N larger than desired; since N=8 this can be cured by
  90  * a simple right shift at the end of the algorithm.  The advantage of
  91  * this arrangement is that we save two multiplications per 1-D DCT,
  92  * because the y0 and y4 outputs need not be divided by sqrt(N).
  93  * In the IJG code, this factor of 8 is removed by the quantization step
  94  * (in jcdctmgr.c), NOT in this module.
  95  *
  96  * We have to do addition and subtraction of the integer inputs, which
  97  * is no problem, and multiplication by fractional constants, which is
  98  * a problem to do in integer arithmetic.  We multiply all the constants
  99  * by CONST_SCALE and convert them to integer constants (thus retaining
 100  * CONST_BITS bits of precision in the constants).  After doing a
 101  * multiplication we have to divide the product by CONST_SCALE, with proper
 102  * rounding, to produce the correct output.  This division can be done
 103  * cheaply as a right shift of CONST_BITS bits.  We postpone shifting
 104  * as long as possible so that partial sums can be added together with
 105  * full fractional precision.
 106  *
 107  * The outputs of the first pass are scaled up by PASS1_BITS bits so that
 108  * they are represented to better-than-integral precision.  These outputs
 109  * require BITS_IN_JSAMPLE + PASS1_BITS + 3 bits; this fits in a 16-bit word
 110  * with the recommended scaling.  (For 12-bit sample data, the intermediate
 111  * array is int32_t anyway.)
 112  *
 113  * To avoid overflow of the 32-bit intermediate results in pass 2, we must
 114  * have BITS_IN_JSAMPLE + CONST_BITS + PASS1_BITS <= 26.  Error analysis
 115  * shows that the values given below are the most effective.
 116  */
 117
 118 #undef CONST_BITS
 119 #undef PASS1_BITS
 120 #undef OUT_SHIFT
 121
 122 #if BITS_IN_JSAMPLE == 8
 123 #define CONST_BITS  13
 124 #define PASS1_BITS  4   /* set this to 2 if 16x16 multiplies are faster */
 125 #define OUT_SHIFT   PASS1_BITS
 126 #else
 127 #define CONST_BITS  13
 128 #define PASS1_BITS  1   /* lose a little precision to avoid overflow */
 129 #define OUT_SHIFT   (PASS1_BITS + 1)
 130 #endif
 131
 132 /* Some C compilers fail to reduce "FIX(constant)" at compile time, thus
 133  * causing a lot of useless floating-point operations at run time.
 134  * To get around this we use the following pre-calculated constants.
 135  * If you change CONST_BITS you may want to add appropriate values.
 136  * (With a reasonable C compiler, you can just rely on the FIX() macro...)
 137  */
 138
 139 #if CONST_BITS == 13
 140 #define FIX_0_298631336  ((int32_t)  2446)      /* FIX(0.298631336) */
 141 #define FIX_0_390180644  ((int32_t)  3196)      /* FIX(0.390180644) */
 142 #define FIX_0_541196100  ((int32_t)  4433)      /* FIX(0.541196100) */
 143 #define FIX_0_765366865  ((int32_t)  6270)      /* FIX(0.765366865) */
 144 #define FIX_0_899976223  ((int32_t)  7373)      /* FIX(0.899976223) */
 145 #define FIX_1_175875602  ((int32_t)  9633)      /* FIX(1.175875602) */
 146 #define FIX_1_501321110  ((int32_t)  12299)     /* FIX(1.501321110) */
 147 #define FIX_1_847759065  ((int32_t)  15137)     /* FIX(1.847759065) */
 148 #define FIX_1_961570560  ((int32_t)  16069)     /* FIX(1.961570560) */
 149 #define FIX_2_053119869  ((int32_t)  16819)     /* FIX(2.053119869) */
 150 #define FIX_2_562915447  ((int32_t)  20995)     /* FIX(2.562915447) */
 151 #define FIX_3_072711026  ((int32_t)  25172)     /* FIX(3.072711026) */
 152 #else
 153 #define FIX_0_298631336  FIX(0.298631336)
 154 #define FIX_0_390180644  FIX(0.390180644)
 155 #define FIX_0_541196100  FIX(0.541196100)
 156 #define FIX_0_765366865  FIX(0.765366865)
 157 #define FIX_0_899976223  FIX(0.899976223)
 158 #define FIX_1_175875602  FIX(1.175875602)
 159 #define FIX_1_501321110  FIX(1.501321110)
 160 #define FIX_1_847759065  FIX(1.847759065)
 161 #define FIX_1_961570560  FIX(1.961570560)
 162 #define FIX_2_053119869  FIX(2.053119869)
 163 #define FIX_2_562915447  FIX(2.562915447)
 164 #define FIX_3_072711026  FIX(3.072711026)
 165 #endif
 166
 167
 168 /* Multiply an int32_t variable by an int32_t constant to yield an int32_t result.
 169  * For 8-bit samples with the recommended scaling, all the variable
 170  * and constant values involved are no more than 16 bits wide, so a
 171  * 16x16->32 bit multiply can be used instead of a full 32x32 multiply.
 172  * For 12-bit samples, a full 32-bit multiplication will be needed.
 173  */
 174
 175 #if BITS_IN_JSAMPLE == 8 && CONST_BITS<=13 && PASS1_BITS<=2
 176 #define MULTIPLY(var,const)  MULTIPLY16C16(var,const)
 177 #else
 178 #define MULTIPLY(var,const)  ((var) * (const))
 179 #endif
 180
 181
 182 static av_always_inline void FUNC(row_fdct)(int16_t *data)
 183 {
 184   int tmp0, tmp1, tmp2, tmp3, tmp4, tmp5, tmp6, tmp7;
 185   int tmp10, tmp11, tmp12, tmp13;
 186   int z1, z2, z3, z4, z5;
 187   int16_t *dataptr;
 188   int ctr;
 189
 190   /* Pass 1: process rows. */
 191   /* Note results are scaled up by sqrt(8) compared to a true DCT; */
 192   /* furthermore, we scale the results by 2**PASS1_BITS. */
 193
 194   dataptr = data;
 195   for (ctr = DCTSIZE-1; ctr >= 0; ctr--) {
 196     tmp0 = dataptr[0] + dataptr[7];
 197     tmp7 = dataptr[0] - dataptr[7];
 198     tmp1 = dataptr[1] + dataptr[6];
 199     tmp6 = dataptr[1] - dataptr[6];
 200     tmp2 = dataptr[2] + dataptr[5];
 201     tmp5 = dataptr[2] - dataptr[5];
 202     tmp3 = dataptr[3] + dataptr[4];
 203     tmp4 = dataptr[3] - dataptr[4];
 204
 205     /* Even part per LL&M figure 1 --- note that published figure is faulty;
 206      * rotator "sqrt(2)*c1" should be "sqrt(2)*c6".
 207      */
 208
 209     tmp10 = tmp0 + tmp3;
 210     tmp13 = tmp0 - tmp3;
 211     tmp11 = tmp1 + tmp2;
 212     tmp12 = tmp1 - tmp2;
 213
 214     dataptr[0] = (int16_t) ((tmp10 + tmp11) * (1 << PASS1_BITS));
 215     dataptr[4] = (int16_t) ((tmp10 - tmp11) * (1 << PASS1_BITS));
 216
 217     z1 = MULTIPLY(tmp12 + tmp13, FIX_0_541196100);
 218     dataptr[2] = (int16_t) DESCALE(z1 + MULTIPLY(tmp13, FIX_0_765366865),
 219                                    CONST_BITS-PASS1_BITS);
 220     dataptr[6] = (int16_t) DESCALE(z1 + MULTIPLY(tmp12, - FIX_1_847759065),
 221                                    CONST_BITS-PASS1_BITS);
 222
 223     /* Odd part per figure 8 --- note paper omits factor of sqrt(2).
 224      * cK represents cos(K*pi/16).
 225      * i0..i3 in the paper are tmp4..tmp7 here.
 226      */
 227
 228     z1 = tmp4 + tmp7;
 229     z2 = tmp5 + tmp6;
 230     z3 = tmp4 + tmp6;
 231     z4 = tmp5 + tmp7;
 232     z5 = MULTIPLY(z3 + z4, FIX_1_175875602); /* sqrt(2) * c3 */
 233
 234     tmp4 = MULTIPLY(tmp4, FIX_0_298631336); /* sqrt(2) * (-c1+c3+c5-c7) */
 235     tmp5 = MULTIPLY(tmp5, FIX_2_053119869); /* sqrt(2) * ( c1+c3-c5+c7) */
 236     tmp6 = MULTIPLY(tmp6, FIX_3_072711026); /* sqrt(2) * ( c1+c3+c5-c7) */
 237     tmp7 = MULTIPLY(tmp7, FIX_1_501321110); /* sqrt(2) * ( c1+c3-c5-c7) */
 238     z1 = MULTIPLY(z1, - FIX_0_899976223); /* sqrt(2) * (c7-c3) */
 239     z2 = MULTIPLY(z2, - FIX_2_562915447); /* sqrt(2) * (-c1-c3) */
 240     z3 = MULTIPLY(z3, - FIX_1_961570560); /* sqrt(2) * (-c3-c5) */
 241     z4 = MULTIPLY(z4, - FIX_0_390180644); /* sqrt(2) * (c5-c3) */
 242
 243     z3 += z5;
 244     z4 += z5;
 245
 246     dataptr[7] = (int16_t) DESCALE(tmp4 + z1 + z3, CONST_BITS-PASS1_BITS);
 247     dataptr[5] = (int16_t) DESCALE(tmp5 + z2 + z4, CONST_BITS-PASS1_BITS);
 248     dataptr[3] = (int16_t) DESCALE(tmp6 + z2 + z3, CONST_BITS-PASS1_BITS);
 249     dataptr[1] = (int16_t) DESCALE(tmp7 + z1 + z4, CONST_BITS-PASS1_BITS);
 250
 251     dataptr += DCTSIZE;         /* advance pointer to next row */
 252   }
 253 }
 254
 255 /*
 256  * Perform the forward DCT on one block of samples.
 257  */
 258
 259 GLOBAL(void)
 260 FUNC(ff_jpeg_fdct_islow)(int16_t *data)
 261 {
 262   int tmp0, tmp1, tmp2, tmp3, tmp4, tmp5, tmp6, tmp7;
 263   int tmp10, tmp11, tmp12, tmp13;
 264   int z1, z2, z3, z4, z5;
 265   int16_t *dataptr;
 266   int ctr;
 267
 268   FUNC(row_fdct)(data);
 269
 270   /* Pass 2: process columns.
 271    * We remove the PASS1_BITS scaling, but leave the results scaled up
 272    * by an overall factor of 8.
 273    */
 274
 275   dataptr = data;
 276   for (ctr = DCTSIZE-1; ctr >= 0; ctr--) {
 277     tmp0 = dataptr[DCTSIZE*0] + dataptr[DCTSIZE*7];
 278     tmp7 = dataptr[DCTSIZE*0] - dataptr[DCTSIZE*7];
 279     tmp1 = dataptr[DCTSIZE*1] + dataptr[DCTSIZE*6];
 280     tmp6 = dataptr[DCTSIZE*1] - dataptr[DCTSIZE*6];
 281     tmp2 = dataptr[DCTSIZE*2] + dataptr[DCTSIZE*5];
 282     tmp5 = dataptr[DCTSIZE*2] - dataptr[DCTSIZE*5];
 283     tmp3 = dataptr[DCTSIZE*3] + dataptr[DCTSIZE*4];
 284     tmp4 = dataptr[DCTSIZE*3] - dataptr[DCTSIZE*4];
 285
 286     /* Even part per LL&M figure 1 --- note that published figure is faulty;
 287      * rotator "sqrt(2)*c1" should be "sqrt(2)*c6".
 288      */
 289
 290     tmp10 = tmp0 + tmp3;
 291     tmp13 = tmp0 - tmp3;
 292     tmp11 = tmp1 + tmp2;
 293     tmp12 = tmp1 - tmp2;
 294
 295     dataptr[DCTSIZE*0] = DESCALE(tmp10 + tmp11, OUT_SHIFT);
 296     dataptr[DCTSIZE*4] = DESCALE(tmp10 - tmp11, OUT_SHIFT);
 297
 298     z1 = MULTIPLY(tmp12 + tmp13, FIX_0_541196100);
 299     dataptr[DCTSIZE*2] = DESCALE(z1 + MULTIPLY(tmp13, FIX_0_765366865),
 300                                  CONST_BITS + OUT_SHIFT);
 301     dataptr[DCTSIZE*6] = DESCALE(z1 + MULTIPLY(tmp12, - FIX_1_847759065),
 302                                  CONST_BITS + OUT_SHIFT);
 303
 304     /* Odd part per figure 8 --- note paper omits factor of sqrt(2).
 305      * cK represents cos(K*pi/16).
 306      * i0..i3 in the paper are tmp4..tmp7 here.
 307      */
 308
 309     z1 = tmp4 + tmp7;
 310     z2 = tmp5 + tmp6;
 311     z3 = tmp4 + tmp6;
 312     z4 = tmp5 + tmp7;
 313     z5 = MULTIPLY(z3 + z4, FIX_1_175875602); /* sqrt(2) * c3 */
 314
 315     tmp4 = MULTIPLY(tmp4, FIX_0_298631336); /* sqrt(2) * (-c1+c3+c5-c7) */
 316     tmp5 = MULTIPLY(tmp5, FIX_2_053119869); /* sqrt(2) * ( c1+c3-c5+c7) */
 317     tmp6 = MULTIPLY(tmp6, FIX_3_072711026); /* sqrt(2) * ( c1+c3+c5-c7) */
 318     tmp7 = MULTIPLY(tmp7, FIX_1_501321110); /* sqrt(2) * ( c1+c3-c5-c7) */
 319     z1 = MULTIPLY(z1, - FIX_0_899976223); /* sqrt(2) * (c7-c3) */
 320     z2 = MULTIPLY(z2, - FIX_2_562915447); /* sqrt(2) * (-c1-c3) */
 321     z3 = MULTIPLY(z3, - FIX_1_961570560); /* sqrt(2) * (-c3-c5) */
 322     z4 = MULTIPLY(z4, - FIX_0_390180644); /* sqrt(2) * (c5-c3) */
 323
 324     z3 += z5;
 325     z4 += z5;
 326
 327     dataptr[DCTSIZE*7] = DESCALE(tmp4 + z1 + z3, CONST_BITS + OUT_SHIFT);
 328     dataptr[DCTSIZE*5] = DESCALE(tmp5 + z2 + z4, CONST_BITS + OUT_SHIFT);
 329     dataptr[DCTSIZE*3] = DESCALE(tmp6 + z2 + z3, CONST_BITS + OUT_SHIFT);
 330     dataptr[DCTSIZE*1] = DESCALE(tmp7 + z1 + z4, CONST_BITS + OUT_SHIFT);
 331
 332     dataptr++;                  /* advance pointer to next column */
 333   }
 334 }
 335
 336 /*
 337  * The secret of DCT2-4-8 is really simple -- you do the usual 1-DCT
 338  * on the rows and then, instead of doing even and odd, part on the columns
 339  * you do even part two times.
 340  */
 341 GLOBAL(void)
 342 FUNC(ff_fdct248_islow)(int16_t *data)
 343 {
 344   int tmp0, tmp1, tmp2, tmp3, tmp4, tmp5, tmp6, tmp7;
 345   int tmp10, tmp11, tmp12, tmp13;
 346   int z1;
 347   int16_t *dataptr;
 348   int ctr;
 349
 350   FUNC(row_fdct)(data);
 351
 352   /* Pass 2: process columns.
 353    * We remove the PASS1_BITS scaling, but leave the results scaled up
 354    * by an overall factor of 8.
 355    */
 356
 357   dataptr = data;
 358   for (ctr = DCTSIZE-1; ctr >= 0; ctr--) {
 359      tmp0 = dataptr[DCTSIZE*0] + dataptr[DCTSIZE*1];
 360      tmp1 = dataptr[DCTSIZE*2] + dataptr[DCTSIZE*3];
 361      tmp2 = dataptr[DCTSIZE*4] + dataptr[DCTSIZE*5];
 362      tmp3 = dataptr[DCTSIZE*6] + dataptr[DCTSIZE*7];
 363      tmp4 = dataptr[DCTSIZE*0] - dataptr[DCTSIZE*1];
 364      tmp5 = dataptr[DCTSIZE*2] - dataptr[DCTSIZE*3];
 365      tmp6 = dataptr[DCTSIZE*4] - dataptr[DCTSIZE*5];
 366      tmp7 = dataptr[DCTSIZE*6] - dataptr[DCTSIZE*7];
 367
 368      tmp10 = tmp0 + tmp3;
 369      tmp11 = tmp1 + tmp2;
 370      tmp12 = tmp1 - tmp2;
 371      tmp13 = tmp0 - tmp3;
 372
 373      dataptr[DCTSIZE*0] = DESCALE(tmp10 + tmp11, OUT_SHIFT);
 374      dataptr[DCTSIZE*4] = DESCALE(tmp10 - tmp11, OUT_SHIFT);
 375
 376      z1 = MULTIPLY(tmp12 + tmp13, FIX_0_541196100);
 377      dataptr[DCTSIZE*2] = DESCALE(z1 + MULTIPLY(tmp13, FIX_0_765366865),
 378                                   CONST_BITS+OUT_SHIFT);
 379      dataptr[DCTSIZE*6] = DESCALE(z1 + MULTIPLY(tmp12, - FIX_1_847759065),
 380                                   CONST_BITS+OUT_SHIFT);
 381
 382      tmp10 = tmp4 + tmp7;
 383      tmp11 = tmp5 + tmp6;
 384      tmp12 = tmp5 - tmp6;
 385      tmp13 = tmp4 - tmp7;
 386
 387      dataptr[DCTSIZE*1] = DESCALE(tmp10 + tmp11, OUT_SHIFT);
 388      dataptr[DCTSIZE*5] = DESCALE(tmp10 - tmp11, OUT_SHIFT);
 389
 390      z1 = MULTIPLY(tmp12 + tmp13, FIX_0_541196100);
 391      dataptr[DCTSIZE*3] = DESCALE(z1 + MULTIPLY(tmp13, FIX_0_765366865),
 392                                   CONST_BITS + OUT_SHIFT);
 393      dataptr[DCTSIZE*7] = DESCALE(z1 + MULTIPLY(tmp12, - FIX_1_847759065),
 394                                   CONST_BITS + OUT_SHIFT);
 395
 396      dataptr++;                 /* advance pointer to next column */
 397   }
 398 }