git.sesse.net Git - ffmpeg/blob - libavutil/lls.c

   1 /*
   2  * linear least squares model
   3  *
   4  * Copyright (c) 2006 Michael Niedermayer <michaelni@gmx.at>
   5  *
   6  * This file is part of FFmpeg.
   7  *
   8  * FFmpeg is free software; you can redistribute it and/or
   9  * modify it under the terms of the GNU Lesser General Public
  10  * License as published by the Free Software Foundation; either
  11  * version 2.1 of the License, or (at your option) any later version.
  12  *
  13  * FFmpeg is distributed in the hope that it will be useful,
  14  * but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
  15  * MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the GNU
  16  * Lesser General Public License for more details.
  17  *
  18  * You should have received a copy of the GNU Lesser General Public
  19  * License along with FFmpeg; if not, write to the Free Software
  20  * Foundation, Inc., 51 Franklin Street, Fifth Floor, Boston, MA 02110-1301 USA
  21  */
  22
  23 /**
  24  * @file
  25  * linear least squares model
  26  */
  27
  28 #include <math.h>
  29 #include <string.h>
  30
  31 #include "attributes.h"
  32 #include "config.h"
  33 #include "internal.h"
  34 #include "version.h"
  35 #include "lls.h"
  36
  37 static void update_lls(LLSModel *m, const double *var)
  38 {
  39     int i, j;
  40
  41     for (i = 0; i <= m->indep_count; i++) {
  42         for (j = i; j <= m->indep_count; j++) {
  43             m->covariance[i][j] += var[i] * var[j];
  44         }
  45     }
  46 }
  47
  48 void avpriv_solve_lls(LLSModel *m, double threshold, unsigned short min_order)
  49 {
  50     int i, j, k;
  51     double (*factor)[MAX_VARS_ALIGN] = (void *) &m->covariance[1][0];
  52     double (*covar) [MAX_VARS_ALIGN] = (void *) &m->covariance[1][1];
  53     double *covar_y                = m->covariance[0];
  54     int count                      = m->indep_count;
  55
  56     for (i = 0; i < count; i++) {
  57         for (j = i; j < count; j++) {
  58             double sum = covar[i][j];
  59
  60             for (k = 0; k <= i-1; k++)
  61                 sum -= factor[i][k] * factor[j][k];
  62
  63             if (i == j) {
  64                 if (sum < threshold)
  65                     sum = 1.0;
  66                 factor[i][i] = sqrt(sum);
  67             } else {
  68                 factor[j][i] = sum / factor[i][i];
  69             }
  70         }
  71     }
  72
  73     for (i = 0; i < count; i++) {
  74         double sum = covar_y[i + 1];
  75
  76         for (k = 0; k <= i-1; k++)
  77             sum -= factor[i][k] * m->coeff[0][k];
  78
  79         m->coeff[0][i] = sum / factor[i][i];
  80     }
  81
  82     for (j = count - 1; j >= min_order; j--) {
  83         for (i = j; i >= 0; i--) {
  84             double sum = m->coeff[0][i];
  85
  86             for (k = i + 1; k <= j; k++)
  87                 sum -= factor[k][i] * m->coeff[j][k];
  88
  89             m->coeff[j][i] = sum / factor[i][i];
  90         }
  91
  92         m->variance[j] = covar_y[0];
  93
  94         for (i = 0; i <= j; i++) {
  95             double sum = m->coeff[j][i] * covar[i][i] - 2 * covar_y[i + 1];
  96
  97             for (k = 0; k < i; k++)
  98                 sum += 2 * m->coeff[j][k] * covar[k][i];
  99
 100             m->variance[j] += m->coeff[j][i] * sum;
 101         }
 102     }
 103 }
 104
 105 static double evaluate_lls(LLSModel *m, const double *param, int order)
 106 {
 107     int i;
 108     double out = 0;
 109
 110     for (i = 0; i <= order; i++)
 111         out += param[i] * m->coeff[order][i];
 112
 113     return out;
 114 }
 115
 116 av_cold void avpriv_init_lls(LLSModel *m, int indep_count)
 117 {
 118     memset(m, 0, sizeof(LLSModel));
 119     m->indep_count = indep_count;
 120     m->update_lls = update_lls;
 121     m->evaluate_lls = evaluate_lls;
 122     if (ARCH_X86)
 123         ff_init_lls_x86(m);
 124 }
 125
 126 #ifdef TEST
 127
 128 #include <stdio.h>
 129 #include <limits.h>
 130 #include "lfg.h"
 131
 132 int main(void)
 133 {
 134     LLSModel m;
 135     int i, order;
 136     AVLFG lfg;
 137
 138     av_lfg_init(&lfg, 1);
 139     avpriv_init_lls(&m, 3);
 140
 141     for (i = 0; i < 100; i++) {
 142         LOCAL_ALIGNED(32, double, var, [4]);
 143         double eval;
 144
 145         var[0] = (av_lfg_get(&lfg) / (double) UINT_MAX - 0.5) * 2;
 146         var[1] = var[0] + av_lfg_get(&lfg) / (double) UINT_MAX - 0.5;
 147         var[2] = var[1] + av_lfg_get(&lfg) / (double) UINT_MAX - 0.5;
 148         var[3] = var[2] + av_lfg_get(&lfg) / (double) UINT_MAX - 0.5;
 149         m.update_lls(&m, var);
 150         avpriv_solve_lls(&m, 0.001, 0);
 151         for (order = 0; order < 3; order++) {
 152             eval = m.evaluate_lls(&m, var + 1, order);
 153             printf("real:%9f order:%d pred:%9f var:%f coeffs:%f %9f %9f\n",
 154                    var[0], order, eval, sqrt(m.variance[order] / (i + 1)),
 155                    m.coeff[order][0], m.coeff[order][1],
 156                    m.coeff[order][2]);
 157         }
 158     }
 159     return 0;
 160 }
 161
 162 #endif