git.sesse.net Git - ffmpeg/blob - libavutil/lls1.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 "version.h"
  33 #include "lls1.h"
  34
  35 #if FF_API_LLS1
  36
  37 av_cold void avpriv_init_lls(LLSModel *m, int indep_count)
  38 {
  39     memset(m, 0, sizeof(LLSModel));
  40     m->indep_count = indep_count;
  41 }
  42
  43 void avpriv_update_lls(LLSModel *m, double *var, double decay)
  44 {
  45     int i, j;
  46
  47     for (i = 0; i <= m->indep_count; i++) {
  48         for (j = i; j <= m->indep_count; j++) {
  49             m->covariance[i][j] *= decay;
  50             m->covariance[i][j] += var[i] * var[j];
  51         }
  52     }
  53 }
  54
  55 void avpriv_solve_lls(LLSModel *m, double threshold, unsigned short min_order)
  56 {
  57     int i, j, k;
  58     double (*factor)[MAX_VARS + 1] = (void *) &m->covariance[1][0];
  59     double (*covar) [MAX_VARS + 1] = (void *) &m->covariance[1][1];
  60     double *covar_y                = m->covariance[0];
  61     int count                      = m->indep_count;
  62
  63     for (i = 0; i < count; i++) {
  64         for (j = i; j < count; j++) {
  65             double sum = covar[i][j];
  66
  67             for (k = i - 1; k >= 0; k--)
  68                 sum -= factor[i][k] * factor[j][k];
  69
  70             if (i == j) {
  71                 if (sum < threshold)
  72                     sum = 1.0;
  73                 factor[i][i] = sqrt(sum);
  74             } else {
  75                 factor[j][i] = sum / factor[i][i];
  76             }
  77         }
  78     }
  79
  80     for (i = 0; i < count; i++) {
  81         double sum = covar_y[i + 1];
  82
  83         for (k = i - 1; k >= 0; k--)
  84             sum -= factor[i][k] * m->coeff[0][k];
  85
  86         m->coeff[0][i] = sum / factor[i][i];
  87     }
  88
  89     for (j = count - 1; j >= min_order; j--) {
  90         for (i = j; i >= 0; i--) {
  91             double sum = m->coeff[0][i];
  92
  93             for (k = i + 1; k <= j; k++)
  94                 sum -= factor[k][i] * m->coeff[j][k];
  95
  96             m->coeff[j][i] = sum / factor[i][i];
  97         }
  98
  99         m->variance[j] = covar_y[0];
 100
 101         for (i = 0; i <= j; i++) {
 102             double sum = m->coeff[j][i] * covar[i][i] - 2 * covar_y[i + 1];
 103
 104             for (k = 0; k < i; k++)
 105                 sum += 2 * m->coeff[j][k] * covar[k][i];
 106
 107             m->variance[j] += m->coeff[j][i] * sum;
 108         }
 109     }
 110 }
 111
 112 double avpriv_evaluate_lls(LLSModel *m, double *param, int order)
 113 {
 114     int i;
 115     double out = 0;
 116
 117     for (i = 0; i <= order; i++)
 118         out += param[i] * m->coeff[order][i];
 119
 120     return out;
 121 }
 122
 123 #if FF_API_LLS_PRIVATE
 124 av_cold void av_init_lls(LLSModel *m, int indep_count)
 125 {
 126     avpriv_init_lls(m, indep_count);
 127 }
 128 void av_update_lls(LLSModel *m, double *param, double decay)
 129 {
 130     avpriv_update_lls(m, param, decay);
 131 }
 132 void av_solve_lls(LLSModel *m, double threshold, int min_order)
 133 {
 134     avpriv_solve_lls(m, threshold, min_order);
 135 }
 136 double av_evaluate_lls(LLSModel *m, double *param, int order)
 137 {
 138     return avpriv_evaluate_lls(m, param, order);
 139 }
 140 #endif /* FF_API_LLS_PRIVATE */
 141
 142 #endif /* FF_API_LLS1 */
 143
 144 #ifdef TEST
 145
 146 #include <stdio.h>
 147 #include <limits.h>
 148 #include "lfg.h"
 149
 150 int main(void)
 151 {
 152     LLSModel m;
 153     int i, order;
 154     AVLFG lfg;
 155
 156     av_lfg_init(&lfg, 1);
 157     avpriv_init_lls(&m, 3);
 158
 159     for (i = 0; i < 100; i++) {
 160         double var[4];
 161         double eval;
 162
 163         var[0] = (av_lfg_get(&lfg) / (double) UINT_MAX - 0.5) * 2;
 164         var[1] = var[0] + av_lfg_get(&lfg) / (double) UINT_MAX - 0.5;
 165         var[2] = var[1] + av_lfg_get(&lfg) / (double) UINT_MAX - 0.5;
 166         var[3] = var[2] + av_lfg_get(&lfg) / (double) UINT_MAX - 0.5;
 167         avpriv_update_lls(&m, var, 0.99);
 168         avpriv_solve_lls(&m, 0.001, 0);
 169         for (order = 0; order < 3; order++) {
 170             eval = avpriv_evaluate_lls(&m, var + 1, order);
 171             printf("real:%9f order:%d pred:%9f var:%f coeffs:%f %9f %9f\n",
 172                    var[0], order, eval, sqrt(m.variance[order] / (i + 1)),
 173                    m.coeff[order][0], m.coeff[order][1],
 174                    m.coeff[order][2]);
 175         }
 176     }
 177     return 0;
 178 }
 179
 180 #endif