git.sesse.net Git - ffmpeg/blob - 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 }