libavcodec/jfdctint_template.c

   1 /*
   2  * jfdctint.c
   3  *
   4  * This file is part of the Independent JPEG Group's software.
   5  *
   6  * The authors make NO WARRANTY or representation, either express or implied,
   7  * with respect to this software, its quality, accuracy, merchantability, or
   8  * fitness for a particular purpose.  This software is provided "AS IS", and
   9  * you, its user, assume the entire risk as to its quality and accuracy.
  10  *
  11  * This software is copyright (C) 1991-1996, Thomas G. Lane.
  12  * All Rights Reserved except as specified below.
  13  *
  14  * Permission is hereby granted to use, copy, modify, and distribute this
  15  * software (or portions thereof) for any purpose, without fee, subject to
  16  * these conditions:
  17  * (1) If any part of the source code for this software is distributed, then
  18  * this README file must be included, with this copyright and no-warranty
  19  * notice unaltered; and any additions, deletions, or changes to the original
  20  * files must be clearly indicated in accompanying documentation.
  21  * (2) If only executable code is distributed, then the accompanying
  22  * documentation must state that "this software is based in part on the work
  23  * of the Independent JPEG Group".
  24  * (3) Permission for use of this software is granted only if the user accepts
  25  * full responsibility for any undesirable consequences; the authors accept
  26  * NO LIABILITY for damages of any kind.
  27  *
  28  * These conditions apply to any software derived from or based on the IJG
  29  * code, not just to the unmodified library.  If you use our work, you ought
  30  * to acknowledge us.
  31  *
  32  * Permission is NOT granted for the use of any IJG author's name or company
  33  * name in advertising or publicity relating to this software or products
  34  * derived from it.  This software may be referred to only as "the Independent
  35  * JPEG Group's software".
  36  *
  37  * We specifically permit and encourage the use of this software as the basis
  38  * of commercial products, provided that all warranty or liability claims are
  39  * assumed by the product vendor.
  40  *
  41  * This file contains a slow-but-accurate integer implementation of the
  42  * forward DCT (Discrete Cosine Transform).
  43  *
  44  * A 2-D DCT can be done by 1-D DCT on each row followed by 1-D DCT
  45  * on each column.  Direct algorithms are also available, but they are
  46  * much more complex and seem not to be any faster when reduced to code.
  47  *
  48  * This implementation is based on an algorithm described in
  49  *   C. Loeffler, A. Ligtenberg and G. Moschytz, "Practical Fast 1-D DCT
  50  *   Algorithms with 11 Multiplications", Proc. Int'l. Conf. on Acoustics,
  51  *   Speech, and Signal Processing 1989 (ICASSP '89), pp. 988-991.
  52  * The primary algorithm described there uses 11 multiplies and 29 adds.
  53  * We use their alternate method with 12 multiplies and 32 adds.
  54  * The advantage of this method is that no data path contains more than one
  55  * multiplication; this allows a very simple and accurate implementation in
  56  * scaled fixed-point arithmetic, with a minimal number of shifts.
  57  */
  58
  59 /**
  60  * @file
  61  * Independent JPEG Group's slow & accurate dct.
  62  */
  63
  64 #include "libavutil/common.h"
  65 #include "dsputil.h"
  66
  67 #include "bit_depth_template.c"
  68
  69 #define DCTSIZE 8
  70 #define BITS_IN_JSAMPLE BIT_DEPTH
  71 #define GLOBAL(x) x
  72 #define RIGHT_SHIFT(x, n) ((x) >> (n))
  73 #define MULTIPLY16C16(var,const) ((var)*(const))
  74
  75 #if 1 //def USE_ACCURATE_ROUNDING
  76 #define DESCALE(x,n)  RIGHT_SHIFT((x) + (1 << ((n) - 1)), n)
  77 #else
  78 #define DESCALE(x,n)  RIGHT_SHIFT(x, n)
  79 #endif
  80
  81
  82 /*
  83  * This module is specialized to the case DCTSIZE = 8.
  84  */
  85
  86 #if DCTSIZE != 8
  87 #error  "Sorry, this code only copes with 8x8 DCTs."
  88 #endif
  89
  90
  91 /*
  92  * The poop on this scaling stuff is as follows:
  93  *
  94  * Each 1-D DCT step produces outputs which are a factor of sqrt(N)
  95  * larger than the true DCT outputs.  The final outputs are therefore
  96  * a factor of N larger than desired; since N=8 this can be cured by
  97  * a simple right shift at the end of the algorithm.  The advantage of
  98  * this arrangement is that we save two multiplications per 1-D DCT,
  99  * because the y0 and y4 outputs need not be divided by sqrt(N).
 100  * In the IJG code, this factor of 8 is removed by the quantization step
 101  * (in jcdctmgr.c), NOT in this module.
 102  *
 103  * We have to do addition and subtraction of the integer inputs, which
 104  * is no problem, and multiplication by fractional constants, which is
 105  * a problem to do in integer arithmetic.  We multiply all the constants
 106  * by CONST_SCALE and convert them to integer constants (thus retaining
 107  * CONST_BITS bits of precision in the constants).  After doing a
 108  * multiplication we have to divide the product by CONST_SCALE, with proper
 109  * rounding, to produce the correct output.  This division can be done
 110  * cheaply as a right shift of CONST_BITS bits.  We postpone shifting
 111  * as long as possible so that partial sums can be added together with
 112  * full fractional precision.
 113  *
 114  * The outputs of the first pass are scaled up by PASS1_BITS bits so that
 115  * they are represented to better-than-integral precision.  These outputs
 116  * require BITS_IN_JSAMPLE + PASS1_BITS + 3 bits; this fits in a 16-bit word
 117  * with the recommended scaling.  (For 12-bit sample data, the intermediate
 118  * array is int32_t anyway.)
 119  *
 120  * To avoid overflow of the 32-bit intermediate results in pass 2, we must
 121  * have BITS_IN_JSAMPLE + CONST_BITS + PASS1_BITS <= 26.  Error analysis
 122  * shows that the values given below are the most effective.
 123  */
 124
 125 #undef CONST_BITS
 126 #undef PASS1_BITS
 127 #undef OUT_SHIFT
 128
 129 #if BITS_IN_JSAMPLE == 8
 130 #define CONST_BITS  13
 131 #define PASS1_BITS  4   /* set this to 2 if 16x16 multiplies are faster */
 132 #define OUT_SHIFT   PASS1_BITS
 133 #else
 134 #define CONST_BITS  13
 135 #define PASS1_BITS  1   /* lose a little precision to avoid overflow */
 136 #define OUT_SHIFT   (PASS1_BITS + 1)
 137 #endif
 138
 139 /* Some C compilers fail to reduce "FIX(constant)" at compile time, thus
 140  * causing a lot of useless floating-point operations at run time.
 141  * To get around this we use the following pre-calculated constants.
 142  * If you change CONST_BITS you may want to add appropriate values.
 143  * (With a reasonable C compiler, you can just rely on the FIX() macro...)
 144  */
 145
 146 #if CONST_BITS == 13
 147 #define FIX_0_298631336  ((int32_t)  2446)      /* FIX(0.298631336) */
 148 #define FIX_0_390180644  ((int32_t)  3196)      /* FIX(0.390180644) */
 149 #define FIX_0_541196100  ((int32_t)  4433)      /* FIX(0.541196100) */
 150 #define FIX_0_765366865  ((int32_t)  6270)      /* FIX(0.765366865) */
 151 #define FIX_0_899976223  ((int32_t)  7373)      /* FIX(0.899976223) */
 152 #define FIX_1_175875602  ((int32_t)  9633)      /* FIX(1.175875602) */
 153 #define FIX_1_501321110  ((int32_t)  12299)     /* FIX(1.501321110) */
 154 #define FIX_1_847759065  ((int32_t)  15137)     /* FIX(1.847759065) */
 155 #define FIX_1_961570560  ((int32_t)  16069)     /* FIX(1.961570560) */
 156 #define FIX_2_053119869  ((int32_t)  16819)     /* FIX(2.053119869) */
 157 #define FIX_2_562915447  ((int32_t)  20995)     /* FIX(2.562915447) */
 158 #define FIX_3_072711026  ((int32_t)  25172)     /* FIX(3.072711026) */
 159 #else
 160 #define FIX_0_298631336  FIX(0.298631336)
 161 #define FIX_0_390180644  FIX(0.390180644)
 162 #define FIX_0_541196100  FIX(0.541196100)
 163 #define FIX_0_765366865  FIX(0.765366865)
 164 #define FIX_0_899976223  FIX(0.899976223)
 165 #define FIX_1_175875602  FIX(1.175875602)
 166 #define FIX_1_501321110  FIX(1.501321110)
 167 #define FIX_1_847759065  FIX(1.847759065)
 168 #define FIX_1_961570560  FIX(1.961570560)
 169 #define FIX_2_053119869  FIX(2.053119869)
 170 #define FIX_2_562915447  FIX(2.562915447)
 171 #define FIX_3_072711026  FIX(3.072711026)
 172 #endif
 173
 174
 175 /* Multiply an int32_t variable by an int32_t constant to yield an int32_t result.
 176  * For 8-bit samples with the recommended scaling, all the variable
 177  * and constant values involved are no more than 16 bits wide, so a
 178  * 16x16->32 bit multiply can be used instead of a full 32x32 multiply.
 179  * For 12-bit samples, a full 32-bit multiplication will be needed.
 180  */
 181
 182 #if BITS_IN_JSAMPLE == 8 && CONST_BITS<=13 && PASS1_BITS<=2
 183 #define MULTIPLY(var,const)  MULTIPLY16C16(var,const)
 184 #else
 185 #define MULTIPLY(var,const)  ((var) * (const))
 186 #endif
 187
 188
 189 static av_always_inline void FUNC(row_fdct)(DCTELEM *data)
 190 {
 191   int tmp0, tmp1, tmp2, tmp3, tmp4, tmp5, tmp6, tmp7;
 192   int tmp10, tmp11, tmp12, tmp13;
 193   int z1, z2, z3, z4, z5;
 194   DCTELEM *dataptr;
 195   int ctr;
 196
 197   /* Pass 1: process rows. */
 198   /* Note results are scaled up by sqrt(8) compared to a true DCT; */
 199   /* furthermore, we scale the results by 2**PASS1_BITS. */
 200
 201   dataptr = data;
 202   for (ctr = DCTSIZE-1; ctr >= 0; ctr--) {
 203     tmp0 = dataptr[0] + dataptr[7];
 204     tmp7 = dataptr[0] - dataptr[7];
 205     tmp1 = dataptr[1] + dataptr[6];
 206     tmp6 = dataptr[1] - dataptr[6];
 207     tmp2 = dataptr[2] + dataptr[5];
 208     tmp5 = dataptr[2] - dataptr[5];
 209     tmp3 = dataptr[3] + dataptr[4];
 210     tmp4 = dataptr[3] - dataptr[4];
 211
 212     /* Even part per LL&M figure 1 --- note that published figure is faulty;
 213      * rotator "sqrt(2)*c1" should be "sqrt(2)*c6".
 214      */
 215
 216     tmp10 = tmp0 + tmp3;
 217     tmp13 = tmp0 - tmp3;
 218     tmp11 = tmp1 + tmp2;
 219     tmp12 = tmp1 - tmp2;
 220
 221     dataptr[0] = (DCTELEM) ((tmp10 + tmp11) << PASS1_BITS);
 222     dataptr[4] = (DCTELEM) ((tmp10 - tmp11) << PASS1_BITS);
 223
 224     z1 = MULTIPLY(tmp12 + tmp13, FIX_0_541196100);
 225     dataptr[2] = (DCTELEM) DESCALE(z1 + MULTIPLY(tmp13, FIX_0_765366865),
 226                                    CONST_BITS-PASS1_BITS);
 227     dataptr[6] = (DCTELEM) DESCALE(z1 + MULTIPLY(tmp12, - FIX_1_847759065),
 228                                    CONST_BITS-PASS1_BITS);
 229
 230     /* Odd part per figure 8 --- note paper omits factor of sqrt(2).
 231      * cK represents cos(K*pi/16).
 232      * i0..i3 in the paper are tmp4..tmp7 here.
 233      */
 234
 235     z1 = tmp4 + tmp7;
 236     z2 = tmp5 + tmp6;
 237     z3 = tmp4 + tmp6;
 238     z4 = tmp5 + tmp7;
 239     z5 = MULTIPLY(z3 + z4, FIX_1_175875602); /* sqrt(2) * c3 */
 240
 241     tmp4 = MULTIPLY(tmp4, FIX_0_298631336); /* sqrt(2) * (-c1+c3+c5-c7) */
 242     tmp5 = MULTIPLY(tmp5, FIX_2_053119869); /* sqrt(2) * ( c1+c3-c5+c7) */
 243     tmp6 = MULTIPLY(tmp6, FIX_3_072711026); /* sqrt(2) * ( c1+c3+c5-c7) */
 244     tmp7 = MULTIPLY(tmp7, FIX_1_501321110); /* sqrt(2) * ( c1+c3-c5-c7) */
 245     z1 = MULTIPLY(z1, - FIX_0_899976223); /* sqrt(2) * (c7-c3) */
 246     z2 = MULTIPLY(z2, - FIX_2_562915447); /* sqrt(2) * (-c1-c3) */
 247     z3 = MULTIPLY(z3, - FIX_1_961570560); /* sqrt(2) * (-c3-c5) */
 248     z4 = MULTIPLY(z4, - FIX_0_390180644); /* sqrt(2) * (c5-c3) */
 249
 250     z3 += z5;
 251     z4 += z5;
 252
 253     dataptr[7] = (DCTELEM) DESCALE(tmp4 + z1 + z3, CONST_BITS-PASS1_BITS);
 254     dataptr[5] = (DCTELEM) DESCALE(tmp5 + z2 + z4, CONST_BITS-PASS1_BITS);
 255     dataptr[3] = (DCTELEM) DESCALE(tmp6 + z2 + z3, CONST_BITS-PASS1_BITS);
 256     dataptr[1] = (DCTELEM) DESCALE(tmp7 + z1 + z4, CONST_BITS-PASS1_BITS);
 257
 258     dataptr += DCTSIZE;         /* advance pointer to next row */
 259   }
 260 }
 261
 262 /*
 263  * Perform the forward DCT on one block of samples.
 264  */
 265
 266 GLOBAL(void)
 267 FUNC(ff_jpeg_fdct_islow)(DCTELEM *data)
 268 {
 269   int tmp0, tmp1, tmp2, tmp3, tmp4, tmp5, tmp6, tmp7;
 270   int tmp10, tmp11, tmp12, tmp13;
 271   int z1, z2, z3, z4, z5;
 272   DCTELEM *dataptr;
 273   int ctr;
 274
 275   FUNC(row_fdct)(data);
 276
 277   /* Pass 2: process columns.
 278    * We remove the PASS1_BITS scaling, but leave the results scaled up
 279    * by an overall factor of 8.
 280    */
 281
 282   dataptr = data;
 283   for (ctr = DCTSIZE-1; ctr >= 0; ctr--) {
 284     tmp0 = dataptr[DCTSIZE*0] + dataptr[DCTSIZE*7];
 285     tmp7 = dataptr[DCTSIZE*0] - dataptr[DCTSIZE*7];
 286     tmp1 = dataptr[DCTSIZE*1] + dataptr[DCTSIZE*6];
 287     tmp6 = dataptr[DCTSIZE*1] - dataptr[DCTSIZE*6];
 288     tmp2 = dataptr[DCTSIZE*2] + dataptr[DCTSIZE*5];
 289     tmp5 = dataptr[DCTSIZE*2] - dataptr[DCTSIZE*5];
 290     tmp3 = dataptr[DCTSIZE*3] + dataptr[DCTSIZE*4];
 291     tmp4 = dataptr[DCTSIZE*3] - dataptr[DCTSIZE*4];
 292
 293     /* Even part per LL&M figure 1 --- note that published figure is faulty;
 294      * rotator "sqrt(2)*c1" should be "sqrt(2)*c6".
 295      */
 296
 297     tmp10 = tmp0 + tmp3;
 298     tmp13 = tmp0 - tmp3;
 299     tmp11 = tmp1 + tmp2;
 300     tmp12 = tmp1 - tmp2;
 301
 302     dataptr[DCTSIZE*0] = DESCALE(tmp10 + tmp11, OUT_SHIFT);
 303     dataptr[DCTSIZE*4] = DESCALE(tmp10 - tmp11, OUT_SHIFT);
 304
 305     z1 = MULTIPLY(tmp12 + tmp13, FIX_0_541196100);
 306     dataptr[DCTSIZE*2] = DESCALE(z1 + MULTIPLY(tmp13, FIX_0_765366865),
 307                                  CONST_BITS + OUT_SHIFT);
 308     dataptr[DCTSIZE*6] = DESCALE(z1 + MULTIPLY(tmp12, - FIX_1_847759065),
 309                                  CONST_BITS + OUT_SHIFT);
 310
 311     /* Odd part per figure 8 --- note paper omits factor of sqrt(2).
 312      * cK represents cos(K*pi/16).
 313      * i0..i3 in the paper are tmp4..tmp7 here.
 314      */
 315
 316     z1 = tmp4 + tmp7;
 317     z2 = tmp5 + tmp6;
 318     z3 = tmp4 + tmp6;
 319     z4 = tmp5 + tmp7;
 320     z5 = MULTIPLY(z3 + z4, FIX_1_175875602); /* sqrt(2) * c3 */
 321
 322     tmp4 = MULTIPLY(tmp4, FIX_0_298631336); /* sqrt(2) * (-c1+c3+c5-c7) */
 323     tmp5 = MULTIPLY(tmp5, FIX_2_053119869); /* sqrt(2) * ( c1+c3-c5+c7) */
 324     tmp6 = MULTIPLY(tmp6, FIX_3_072711026); /* sqrt(2) * ( c1+c3+c5-c7) */
 325     tmp7 = MULTIPLY(tmp7, FIX_1_501321110); /* sqrt(2) * ( c1+c3-c5-c7) */
 326     z1 = MULTIPLY(z1, - FIX_0_899976223); /* sqrt(2) * (c7-c3) */
 327     z2 = MULTIPLY(z2, - FIX_2_562915447); /* sqrt(2) * (-c1-c3) */
 328     z3 = MULTIPLY(z3, - FIX_1_961570560); /* sqrt(2) * (-c3-c5) */
 329     z4 = MULTIPLY(z4, - FIX_0_390180644); /* sqrt(2) * (c5-c3) */
 330
 331     z3 += z5;
 332     z4 += z5;
 333
 334     dataptr[DCTSIZE*7] = DESCALE(tmp4 + z1 + z3, CONST_BITS + OUT_SHIFT);
 335     dataptr[DCTSIZE*5] = DESCALE(tmp5 + z2 + z4, CONST_BITS + OUT_SHIFT);
 336     dataptr[DCTSIZE*3] = DESCALE(tmp6 + z2 + z3, CONST_BITS + OUT_SHIFT);
 337     dataptr[DCTSIZE*1] = DESCALE(tmp7 + z1 + z4, CONST_BITS + OUT_SHIFT);
 338
 339     dataptr++;                  /* advance pointer to next column */
 340   }
 341 }
 342
 343 /*
 344  * The secret of DCT2-4-8 is really simple -- you do the usual 1-DCT
 345  * on the rows and then, instead of doing even and odd, part on the colums
 346  * you do even part two times.
 347  */
 348 GLOBAL(void)
 349 FUNC(ff_fdct248_islow)(DCTELEM *data)
 350 {
 351   int tmp0, tmp1, tmp2, tmp3, tmp4, tmp5, tmp6, tmp7;
 352   int tmp10, tmp11, tmp12, tmp13;
 353   int z1;
 354   DCTELEM *dataptr;
 355   int ctr;
 356
 357   FUNC(row_fdct)(data);
 358
 359   /* Pass 2: process columns.
 360    * We remove the PASS1_BITS scaling, but leave the results scaled up
 361    * by an overall factor of 8.
 362    */
 363
 364   dataptr = data;
 365   for (ctr = DCTSIZE-1; ctr >= 0; ctr--) {
 366      tmp0 = dataptr[DCTSIZE*0] + dataptr[DCTSIZE*1];
 367      tmp1 = dataptr[DCTSIZE*2] + dataptr[DCTSIZE*3];
 368      tmp2 = dataptr[DCTSIZE*4] + dataptr[DCTSIZE*5];
 369      tmp3 = dataptr[DCTSIZE*6] + dataptr[DCTSIZE*7];
 370      tmp4 = dataptr[DCTSIZE*0] - dataptr[DCTSIZE*1];
 371      tmp5 = dataptr[DCTSIZE*2] - dataptr[DCTSIZE*3];
 372      tmp6 = dataptr[DCTSIZE*4] - dataptr[DCTSIZE*5];
 373      tmp7 = dataptr[DCTSIZE*6] - dataptr[DCTSIZE*7];
 374
 375      tmp10 = tmp0 + tmp3;
 376      tmp11 = tmp1 + tmp2;
 377      tmp12 = tmp1 - tmp2;
 378      tmp13 = tmp0 - tmp3;
 379
 380      dataptr[DCTSIZE*0] = DESCALE(tmp10 + tmp11, OUT_SHIFT);
 381      dataptr[DCTSIZE*4] = DESCALE(tmp10 - tmp11, OUT_SHIFT);
 382
 383      z1 = MULTIPLY(tmp12 + tmp13, FIX_0_541196100);
 384      dataptr[DCTSIZE*2] = DESCALE(z1 + MULTIPLY(tmp13, FIX_0_765366865),
 385                                   CONST_BITS+OUT_SHIFT);
 386      dataptr[DCTSIZE*6] = DESCALE(z1 + MULTIPLY(tmp12, - FIX_1_847759065),
 387                                   CONST_BITS+OUT_SHIFT);
 388
 389      tmp10 = tmp4 + tmp7;
 390      tmp11 = tmp5 + tmp6;
 391      tmp12 = tmp5 - tmp6;
 392      tmp13 = tmp4 - tmp7;
 393
 394      dataptr[DCTSIZE*1] = DESCALE(tmp10 + tmp11, OUT_SHIFT);
 395      dataptr[DCTSIZE*5] = DESCALE(tmp10 - tmp11, OUT_SHIFT);
 396
 397      z1 = MULTIPLY(tmp12 + tmp13, FIX_0_541196100);
 398      dataptr[DCTSIZE*3] = DESCALE(z1 + MULTIPLY(tmp13, FIX_0_765366865),
 399                                   CONST_BITS + OUT_SHIFT);
 400      dataptr[DCTSIZE*7] = DESCALE(z1 + MULTIPLY(tmp12, - FIX_1_847759065),
 401                                   CONST_BITS + OUT_SHIFT);
 402
 403      dataptr++;                 /* advance pointer to next column */
 404   }
 405 }