]> git.sesse.net Git - ffmpeg/blob - tests/tiny_ssim.c
Add a maintainer for the delogo filter
[ffmpeg] / tests / tiny_ssim.c
1 /*
2  * Copyright (c) 2003-2013 Loren Merritt
3  *
4  * This program is free software; you can redistribute it and/or modify
5  * it under the terms of the GNU General Public License as published by
6  * the Free Software Foundation; either version 2 of the License, or
7  * (at your option) any later version.
8  *
9  * This program 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
12  * GNU General Public License for more details.
13  *
14  * You should have received a copy of the GNU General Public License
15  * along with this program; if not, write to the Free Software
16  * Foundation, Inc., 51 Franklin Street, Fifth Floor, Boston, MA 02110 USA
17  */
18 /*
19  * tiny_ssim.c
20  * Computes the Structural Similarity Metric between two rawYV12 video files.
21  * original algorithm:
22  * Z. Wang, A. C. Bovik, H. R. Sheikh and E. P. Simoncelli,
23  *   "Image quality assessment: From error visibility to structural similarity,"
24  *   IEEE Transactions on Image Processing, vol. 13, no. 4, pp. 600-612, Apr. 2004.
25  *
26  * To improve speed, this implementation uses the standard approximation of
27  * overlapped 8x8 block sums, rather than the original gaussian weights.
28  */
29
30 #include <inttypes.h>
31 #include <math.h>
32 #include <stdio.h>
33 #include <stdlib.h>
34
35 #define FFSWAP(type,a,b) do{type SWAP_tmp= b; b= a; a= SWAP_tmp;}while(0)
36 #define FFMIN(a,b) ((a) > (b) ? (b) : (a))
37
38 #define BIT_DEPTH 8
39 #define PIXEL_MAX ((1 << BIT_DEPTH)-1)
40 typedef uint8_t  pixel;
41
42 /****************************************************************************
43  * structural similarity metric
44  ****************************************************************************/
45 static void ssim_4x4x2_core( const pixel *pix1, intptr_t stride1,
46                              const pixel *pix2, intptr_t stride2,
47                              int sums[2][4] )
48 {
49     int x,y,z;
50
51     for( z = 0; z < 2; z++ )
52     {
53         uint32_t s1 = 0, s2 = 0, ss = 0, s12 = 0;
54         for( y = 0; y < 4; y++ )
55             for( x = 0; x < 4; x++ )
56             {
57                 int a = pix1[x+y*stride1];
58                 int b = pix2[x+y*stride2];
59                 s1  += a;
60                 s2  += b;
61                 ss  += a*a;
62                 ss  += b*b;
63                 s12 += a*b;
64             }
65         sums[z][0] = s1;
66         sums[z][1] = s2;
67         sums[z][2] = ss;
68         sums[z][3] = s12;
69         pix1 += 4;
70         pix2 += 4;
71     }
72 }
73
74 static float ssim_end1( int s1, int s2, int ss, int s12 )
75 {
76 /* Maximum value for 10-bit is: ss*64 = (2^10-1)^2*16*4*64 = 4286582784, which will overflow in some cases.
77  * s1*s1, s2*s2, and s1*s2 also obtain this value for edge cases: ((2^10-1)*16*4)^2 = 4286582784.
78  * Maximum value for 9-bit is: ss*64 = (2^9-1)^2*16*4*64 = 1069551616, which will not overflow. */
79 #if BIT_DEPTH > 9
80 #define type float
81     static const float ssim_c1 = .01*.01*PIXEL_MAX*PIXEL_MAX*64;
82     static const float ssim_c2 = .03*.03*PIXEL_MAX*PIXEL_MAX*64*63;
83 #else
84 #define type int
85     static const int ssim_c1 = (int)(.01*.01*PIXEL_MAX*PIXEL_MAX*64 + .5);
86     static const int ssim_c2 = (int)(.03*.03*PIXEL_MAX*PIXEL_MAX*64*63 + .5);
87 #endif
88     type fs1 = s1;
89     type fs2 = s2;
90     type fss = ss;
91     type fs12 = s12;
92     type vars = fss*64 - fs1*fs1 - fs2*fs2;
93     type covar = fs12*64 - fs1*fs2;
94     return (float)(2*fs1*fs2 + ssim_c1) * (float)(2*covar + ssim_c2)
95          / ((float)(fs1*fs1 + fs2*fs2 + ssim_c1) * (float)(vars + ssim_c2));
96 #undef type
97 }
98
99 static float ssim_end4( int sum0[5][4], int sum1[5][4], int width )
100 {
101     float ssim = 0.0;
102     int i;
103
104     for( i = 0; i < width; i++ )
105         ssim += ssim_end1( sum0[i][0] + sum0[i+1][0] + sum1[i][0] + sum1[i+1][0],
106                            sum0[i][1] + sum0[i+1][1] + sum1[i][1] + sum1[i+1][1],
107                            sum0[i][2] + sum0[i+1][2] + sum1[i][2] + sum1[i+1][2],
108                            sum0[i][3] + sum0[i+1][3] + sum1[i][3] + sum1[i+1][3] );
109     return ssim;
110 }
111
112 float ssim_plane(
113                            pixel *pix1, intptr_t stride1,
114                            pixel *pix2, intptr_t stride2,
115                            int width, int height, void *buf, int *cnt )
116 {
117     int z = 0;
118     int x, y;
119     float ssim = 0.0;
120     int (*sum0)[4] = buf;
121     int (*sum1)[4] = sum0 + (width >> 2) + 3;
122     width >>= 2;
123     height >>= 2;
124     for( y = 1; y < height; y++ )
125     {
126         for( ; z <= y; z++ )
127         {
128             FFSWAP( void*, sum0, sum1 );
129             for( x = 0; x < width; x+=2 )
130                 ssim_4x4x2_core( &pix1[4*(x+z*stride1)], stride1, &pix2[4*(x+z*stride2)], stride2, &sum0[x] );
131         }
132         for( x = 0; x < width-1; x += 4 )
133             ssim += ssim_end4( sum0+x, sum1+x, FFMIN(4,width-x-1) );
134     }
135 //     *cnt = (height-1) * (width-1);
136     return ssim / ((height-1) * (width-1));
137 }
138
139
140 uint64_t ssd_plane( const uint8_t *pix1, const uint8_t *pix2, int size )
141 {
142     uint64_t ssd = 0;
143     int i;
144     for( i=0; i<size; i++ )
145     {
146         int d = pix1[i] - pix2[i];
147         ssd += d*d;
148     }
149     return ssd;
150 }
151
152 double ssd_to_psnr( uint64_t ssd, uint64_t denom )
153 {
154     return -10*log((double)ssd/(denom*255*255))/log(10);
155 }
156
157 int main(int argc, char* argv[])
158 {
159     FILE *f[2];
160     uint8_t *buf[2], *plane[2][3];
161     int *temp;
162     uint64_t ssd[3] = {0,0,0};
163     double ssim[3] = {0,0,0};
164     int frame_size, w, h;
165     int frames, seek;
166     int i;
167
168     if( argc<4 || 2 != sscanf(argv[3], "%dx%d", &w, &h) )
169     {
170         printf("tiny_ssim <file1.yuv> <file2.yuv> <width>x<height> [<seek>]\n");
171         return -1;
172     }
173
174     f[0] = fopen(argv[1], "rb");
175     f[1] = fopen(argv[2], "rb");
176     sscanf(argv[3], "%dx%d", &w, &h);
177     frame_size = w*h*3/2;
178     for( i=0; i<2; i++ )
179     {
180         buf[i] = malloc(frame_size);
181         plane[i][0] = buf[i];
182         plane[i][1] = plane[i][0] + w*h;
183         plane[i][2] = plane[i][1] + w*h/4;
184     }
185     temp = malloc((2*w+12)*sizeof(*temp));
186     seek = argc<5 ? 0 : atoi(argv[4]);
187     fseek(f[seek<0], seek < 0 ? -seek : seek, SEEK_SET);
188
189     for( frames=0;; frames++ )
190     {
191         if( fread(buf[0], frame_size, 1, f[0]) != 1) break;
192         if( fread(buf[1], frame_size, 1, f[1]) != 1) break;
193         for( i=0; i<3; i++ )
194         {
195             ssd[i]  += ssd_plane ( plane[0][i], plane[1][i], w*h>>2*!!i );
196             ssim[i] += ssim_plane( plane[0][i], w>>!!i,
197                                    plane[1][i], w>>!!i,
198                                    w>>!!i, h>>!!i, temp, NULL );
199         }
200     }
201
202     if( !frames ) return 0;
203
204     printf( "PSNR Y:%.3f  U:%.3f  V:%.3f  All:%.3f\n",
205             ssd_to_psnr( ssd[0], (uint64_t)frames*w*h ),
206             ssd_to_psnr( ssd[1], (uint64_t)frames*w*h/4 ),
207             ssd_to_psnr( ssd[2], (uint64_t)frames*w*h/4 ),
208             ssd_to_psnr( ssd[0] + ssd[1] + ssd[2], (uint64_t)frames*w*h*3/2 ) );
209     printf( "SSIM Y:%.5f U:%.5f V:%.5f All:%.5f\n",
210             ssim[0] / frames,
211             ssim[1] / frames,
212             ssim[2] / frames,
213             (ssim[0]*4 + ssim[1] + ssim[2]) / (frames*6) );
214
215     return 0;
216 }