src/third_party/libvpx/source/libvpx/test/dct16x16_test.cc

   1 /*
   2  *  Copyright (c) 2012 The WebM project authors. All Rights Reserved.
   3  *
   4  *  Use of this source code is governed by a BSD-style license
   5  *  that can be found in the LICENSE file in the root of the source
   6  *  tree. An additional intellectual property rights grant can be found
   7  *  in the file PATENTS.  All contributing project authors may
   8  *  be found in the AUTHORS file in the root of the source tree.
   9  */
  10
  11 #include <math.h>
  12 #include <stdlib.h>
  13 #include <string.h>
  14
  15 #include "third_party/googletest/src/include/gtest/gtest.h"
  16 #include "test/acm_random.h"
  17 #include "test/clear_system_state.h"
  18 #include "test/register_state_check.h"
  19 #include "test/util.h"
  20
  21 #include "./vp9_rtcd.h"
  22 #include "vp9/common/vp9_entropy.h"
  23 #include "vpx/vpx_integer.h"
  24
  25 extern "C" {
  26 void vp9_idct16x16_256_add_c(const int16_t *input, uint8_t *output, int pitch);
  27 }
  28
  29 using libvpx_test::ACMRandom;
  30
  31 namespace {
  32
  33 #ifdef _MSC_VER
  34 static int round(double x) {
  35   if (x < 0)
  36     return static_cast<int>(ceil(x - 0.5));
  37   else
  38     return static_cast<int>(floor(x + 0.5));
  39 }
  40 #endif
  41
  42 const int kNumCoeffs = 256;
  43 const double PI = 3.1415926535898;
  44 void reference2_16x16_idct_2d(double *input, double *output) {
  45   double x;
  46   for (int l = 0; l < 16; ++l) {
  47     for (int k = 0; k < 16; ++k) {
  48       double s = 0;
  49       for (int i = 0; i < 16; ++i) {
  50         for (int j = 0; j < 16; ++j) {
  51           x = cos(PI * j * (l + 0.5) / 16.0) *
  52               cos(PI * i * (k + 0.5) / 16.0) *
  53               input[i * 16 + j] / 256;
  54           if (i != 0)
  55             x *= sqrt(2.0);
  56           if (j != 0)
  57             x *= sqrt(2.0);
  58           s += x;
  59         }
  60       }
  61       output[k*16+l] = s;
  62     }
  63   }
  64 }
  65
  66
  67 const double C1 = 0.995184726672197;
  68 const double C2 = 0.98078528040323;
  69 const double C3 = 0.956940335732209;
  70 const double C4 = 0.923879532511287;
  71 const double C5 = 0.881921264348355;
  72 const double C6 = 0.831469612302545;
  73 const double C7 = 0.773010453362737;
  74 const double C8 = 0.707106781186548;
  75 const double C9 = 0.634393284163646;
  76 const double C10 = 0.555570233019602;
  77 const double C11 = 0.471396736825998;
  78 const double C12 = 0.38268343236509;
  79 const double C13 = 0.290284677254462;
  80 const double C14 = 0.195090322016128;
  81 const double C15 = 0.098017140329561;
  82
  83 void butterfly_16x16_dct_1d(double input[16], double output[16]) {
  84   double step[16];
  85   double intermediate[16];
  86   double temp1, temp2;
  87
  88   // step 1
  89   step[ 0] = input[0] + input[15];
  90   step[ 1] = input[1] + input[14];
  91   step[ 2] = input[2] + input[13];
  92   step[ 3] = input[3] + input[12];
  93   step[ 4] = input[4] + input[11];
  94   step[ 5] = input[5] + input[10];
  95   step[ 6] = input[6] + input[ 9];
  96   step[ 7] = input[7] + input[ 8];
  97   step[ 8] = input[7] - input[ 8];
  98   step[ 9] = input[6] - input[ 9];
  99   step[10] = input[5] - input[10];
 100   step[11] = input[4] - input[11];
 101   step[12] = input[3] - input[12];
 102   step[13] = input[2] - input[13];
 103   step[14] = input[1] - input[14];
 104   step[15] = input[0] - input[15];
 105
 106   // step 2
 107   output[0] = step[0] + step[7];
 108   output[1] = step[1] + step[6];
 109   output[2] = step[2] + step[5];
 110   output[3] = step[3] + step[4];
 111   output[4] = step[3] - step[4];
 112   output[5] = step[2] - step[5];
 113   output[6] = step[1] - step[6];
 114   output[7] = step[0] - step[7];
 115
 116   temp1 = step[ 8] * C7;
 117   temp2 = step[15] * C9;
 118   output[ 8] = temp1 + temp2;
 119
 120   temp1 = step[ 9] * C11;
 121   temp2 = step[14] * C5;
 122   output[ 9] = temp1 - temp2;
 123
 124   temp1 = step[10] * C3;
 125   temp2 = step[13] * C13;
 126   output[10] = temp1 + temp2;
 127
 128   temp1 = step[11] * C15;
 129   temp2 = step[12] * C1;
 130   output[11] = temp1 - temp2;
 131
 132   temp1 = step[11] * C1;
 133   temp2 = step[12] * C15;
 134   output[12] = temp2 + temp1;
 135
 136   temp1 = step[10] * C13;
 137   temp2 = step[13] * C3;
 138   output[13] = temp2 - temp1;
 139
 140   temp1 = step[ 9] * C5;
 141   temp2 = step[14] * C11;
 142   output[14] = temp2 + temp1;
 143
 144   temp1 = step[ 8] * C9;
 145   temp2 = step[15] * C7;
 146   output[15] = temp2 - temp1;
 147
 148   // step 3
 149   step[ 0] = output[0] + output[3];
 150   step[ 1] = output[1] + output[2];
 151   step[ 2] = output[1] - output[2];
 152   step[ 3] = output[0] - output[3];
 153
 154   temp1 = output[4] * C14;
 155   temp2 = output[7] * C2;
 156   step[ 4] = temp1 + temp2;
 157
 158   temp1 = output[5] * C10;
 159   temp2 = output[6] * C6;
 160   step[ 5] = temp1 + temp2;
 161
 162   temp1 = output[5] * C6;
 163   temp2 = output[6] * C10;
 164   step[ 6] = temp2 - temp1;
 165
 166   temp1 = output[4] * C2;
 167   temp2 = output[7] * C14;
 168   step[ 7] = temp2 - temp1;
 169
 170   step[ 8] = output[ 8] + output[11];
 171   step[ 9] = output[ 9] + output[10];
 172   step[10] = output[ 9] - output[10];
 173   step[11] = output[ 8] - output[11];
 174
 175   step[12] = output[12] + output[15];
 176   step[13] = output[13] + output[14];
 177   step[14] = output[13] - output[14];
 178   step[15] = output[12] - output[15];
 179
 180   // step 4
 181   output[ 0] = (step[ 0] + step[ 1]);
 182   output[ 8] = (step[ 0] - step[ 1]);
 183
 184   temp1 = step[2] * C12;
 185   temp2 = step[3] * C4;
 186   temp1 = temp1 + temp2;
 187   output[ 4] = 2*(temp1 * C8);
 188
 189   temp1 = step[2] * C4;
 190   temp2 = step[3] * C12;
 191   temp1 = temp2 - temp1;
 192   output[12] = 2 * (temp1 * C8);
 193
 194   output[ 2] = 2 * ((step[4] + step[ 5]) * C8);
 195   output[14] = 2 * ((step[7] - step[ 6]) * C8);
 196
 197   temp1 = step[4] - step[5];
 198   temp2 = step[6] + step[7];
 199   output[ 6] = (temp1 + temp2);
 200   output[10] = (temp1 - temp2);
 201
 202   intermediate[8] = step[8] + step[14];
 203   intermediate[9] = step[9] + step[15];
 204
 205   temp1 = intermediate[8] * C12;
 206   temp2 = intermediate[9] * C4;
 207   temp1 = temp1 - temp2;
 208   output[3] = 2 * (temp1 * C8);
 209
 210   temp1 = intermediate[8] * C4;
 211   temp2 = intermediate[9] * C12;
 212   temp1 = temp2 + temp1;
 213   output[13] = 2 * (temp1 * C8);
 214
 215   output[ 9] = 2 * ((step[10] + step[11]) * C8);
 216
 217   intermediate[11] = step[10] - step[11];
 218   intermediate[12] = step[12] + step[13];
 219   intermediate[13] = step[12] - step[13];
 220   intermediate[14] = step[ 8] - step[14];
 221   intermediate[15] = step[ 9] - step[15];
 222
 223   output[15] = (intermediate[11] + intermediate[12]);
 224   output[ 1] = -(intermediate[11] - intermediate[12]);
 225
 226   output[ 7] = 2 * (intermediate[13] * C8);
 227
 228   temp1 = intermediate[14] * C12;
 229   temp2 = intermediate[15] * C4;
 230   temp1 = temp1 - temp2;
 231   output[11] = -2 * (temp1 * C8);
 232
 233   temp1 = intermediate[14] * C4;
 234   temp2 = intermediate[15] * C12;
 235   temp1 = temp2 + temp1;
 236   output[ 5] = 2 * (temp1 * C8);
 237 }
 238
 239 void reference_16x16_dct_2d(int16_t input[256], double output[256]) {
 240   // First transform columns
 241   for (int i = 0; i < 16; ++i) {
 242     double temp_in[16], temp_out[16];
 243     for (int j = 0; j < 16; ++j)
 244       temp_in[j] = input[j * 16 + i];
 245     butterfly_16x16_dct_1d(temp_in, temp_out);
 246     for (int j = 0; j < 16; ++j)
 247       output[j * 16 + i] = temp_out[j];
 248   }
 249   // Then transform rows
 250   for (int i = 0; i < 16; ++i) {
 251     double temp_in[16], temp_out[16];
 252     for (int j = 0; j < 16; ++j)
 253       temp_in[j] = output[j + i * 16];
 254     butterfly_16x16_dct_1d(temp_in, temp_out);
 255     // Scale by some magic number
 256     for (int j = 0; j < 16; ++j)
 257       output[j + i * 16] = temp_out[j]/2;
 258   }
 259 }
 260
 261 typedef void (*fdct_t)(const int16_t *in, int16_t *out, int stride);
 262 typedef void (*idct_t)(const int16_t *in, uint8_t *out, int stride);
 263 typedef void (*fht_t) (const int16_t *in, int16_t *out, int stride,
 264                        int tx_type);
 265 typedef void (*iht_t) (const int16_t *in, uint8_t *out, int stride,
 266                        int tx_type);
 267
 268 typedef std::tr1::tuple<fdct_t, idct_t, int> dct_16x16_param_t;
 269 typedef std::tr1::tuple<fht_t, iht_t, int> ht_16x16_param_t;
 270
 271 void fdct16x16_ref(const int16_t *in, int16_t *out, int stride, int tx_type) {
 272   vp9_fdct16x16_c(in, out, stride);
 273 }
 274
 275 void fht16x16_ref(const int16_t *in, int16_t *out, int stride, int tx_type) {
 276   vp9_fht16x16_c(in, out, stride, tx_type);
 277 }
 278
 279 class Trans16x16TestBase {
 280  public:
 281   virtual ~Trans16x16TestBase() {}
 282
 283  protected:
 284   virtual void RunFwdTxfm(int16_t *in, int16_t *out, int stride) = 0;
 285
 286   virtual void RunInvTxfm(int16_t *out, uint8_t *dst, int stride) = 0;
 287
 288   void RunAccuracyCheck() {
 289     ACMRandom rnd(ACMRandom::DeterministicSeed());
 290     uint32_t max_error = 0;
 291     int64_t total_error = 0;
 292     const int count_test_block = 10000;
 293     for (int i = 0; i < count_test_block; ++i) {
 294       DECLARE_ALIGNED_ARRAY(16, int16_t, test_input_block, kNumCoeffs);
 295       DECLARE_ALIGNED_ARRAY(16, int16_t, test_temp_block, kNumCoeffs);
 296       DECLARE_ALIGNED_ARRAY(16, uint8_t, dst, kNumCoeffs);
 297       DECLARE_ALIGNED_ARRAY(16, uint8_t, src, kNumCoeffs);
 298
 299       // Initialize a test block with input range [-255, 255].
 300       for (int j = 0; j < kNumCoeffs; ++j) {
 301         src[j] = rnd.Rand8();
 302         dst[j] = rnd.Rand8();
 303         test_input_block[j] = src[j] - dst[j];
 304       }
 305
 306       REGISTER_STATE_CHECK(RunFwdTxfm(test_input_block,
 307                                       test_temp_block, pitch_));
 308       REGISTER_STATE_CHECK(RunInvTxfm(test_temp_block, dst, pitch_));
 309
 310       for (int j = 0; j < kNumCoeffs; ++j) {
 311         const uint32_t diff = dst[j] - src[j];
 312         const uint32_t error = diff * diff;
 313         if (max_error < error)
 314           max_error = error;
 315         total_error += error;
 316       }
 317     }
 318
 319     EXPECT_GE(1u, max_error)
 320         << "Error: 16x16 FHT/IHT has an individual round trip error > 1";
 321
 322     EXPECT_GE(count_test_block , total_error)
 323         << "Error: 16x16 FHT/IHT has average round trip error > 1 per block";
 324   }
 325
 326   void RunCoeffCheck() {
 327     ACMRandom rnd(ACMRandom::DeterministicSeed());
 328     const int count_test_block = 1000;
 329     DECLARE_ALIGNED_ARRAY(16, int16_t, input_block, kNumCoeffs);
 330     DECLARE_ALIGNED_ARRAY(16, int16_t, output_ref_block, kNumCoeffs);
 331     DECLARE_ALIGNED_ARRAY(16, int16_t, output_block, kNumCoeffs);
 332
 333     for (int i = 0; i < count_test_block; ++i) {
 334       // Initialize a test block with input range [-255, 255].
 335       for (int j = 0; j < kNumCoeffs; ++j)
 336         input_block[j] = rnd.Rand8() - rnd.Rand8();
 337
 338       fwd_txfm_ref(input_block, output_ref_block, pitch_, tx_type_);
 339       REGISTER_STATE_CHECK(RunFwdTxfm(input_block, output_block, pitch_));
 340
 341       // The minimum quant value is 4.
 342       for (int j = 0; j < kNumCoeffs; ++j)
 343         EXPECT_EQ(output_block[j], output_ref_block[j]);
 344     }
 345   }
 346
 347   void RunMemCheck() {
 348     ACMRandom rnd(ACMRandom::DeterministicSeed());
 349     const int count_test_block = 1000;
 350     DECLARE_ALIGNED_ARRAY(16, int16_t, input_block, kNumCoeffs);
 351     DECLARE_ALIGNED_ARRAY(16, int16_t, input_extreme_block, kNumCoeffs);
 352     DECLARE_ALIGNED_ARRAY(16, int16_t, output_ref_block, kNumCoeffs);
 353     DECLARE_ALIGNED_ARRAY(16, int16_t, output_block, kNumCoeffs);
 354
 355     for (int i = 0; i < count_test_block; ++i) {
 356       // Initialize a test block with input range [-255, 255].
 357       for (int j = 0; j < kNumCoeffs; ++j) {
 358         input_block[j] = rnd.Rand8() - rnd.Rand8();
 359         input_extreme_block[j] = rnd.Rand8() % 2 ? 255 : -255;
 360       }
 361       if (i == 0)
 362         for (int j = 0; j < kNumCoeffs; ++j)
 363           input_extreme_block[j] = 255;
 364       if (i == 1)
 365         for (int j = 0; j < kNumCoeffs; ++j)
 366           input_extreme_block[j] = -255;
 367
 368       fwd_txfm_ref(input_extreme_block, output_ref_block, pitch_, tx_type_);
 369       REGISTER_STATE_CHECK(RunFwdTxfm(input_extreme_block,
 370                                       output_block, pitch_));
 371
 372       // The minimum quant value is 4.
 373       for (int j = 0; j < kNumCoeffs; ++j) {
 374         EXPECT_EQ(output_block[j], output_ref_block[j]);
 375         EXPECT_GE(4 * DCT_MAX_VALUE, abs(output_block[j]))
 376             << "Error: 16x16 FDCT has coefficient larger than 4*DCT_MAX_VALUE";
 377       }
 378     }
 379   }
 380
 381   void RunInvAccuracyCheck() {
 382     ACMRandom rnd(ACMRandom::DeterministicSeed());
 383     const int count_test_block = 1000;
 384     DECLARE_ALIGNED_ARRAY(16, int16_t, in, kNumCoeffs);
 385     DECLARE_ALIGNED_ARRAY(16, int16_t, coeff, kNumCoeffs);
 386     DECLARE_ALIGNED_ARRAY(16, uint8_t, dst, kNumCoeffs);
 387     DECLARE_ALIGNED_ARRAY(16, uint8_t, src, kNumCoeffs);
 388
 389     for (int i = 0; i < count_test_block; ++i) {
 390       double out_r[kNumCoeffs];
 391
 392       // Initialize a test block with input range [-255, 255].
 393       for (int j = 0; j < kNumCoeffs; ++j) {
 394         src[j] = rnd.Rand8();
 395         dst[j] = rnd.Rand8();
 396         in[j] = src[j] - dst[j];
 397       }
 398
 399       reference_16x16_dct_2d(in, out_r);
 400       for (int j = 0; j < kNumCoeffs; ++j)
 401         coeff[j] = round(out_r[j]);
 402
 403       REGISTER_STATE_CHECK(RunInvTxfm(coeff, dst, 16));
 404
 405       for (int j = 0; j < kNumCoeffs; ++j) {
 406         const uint32_t diff = dst[j] - src[j];
 407         const uint32_t error = diff * diff;
 408         EXPECT_GE(1u, error)
 409             << "Error: 16x16 IDCT has error " << error
 410             << " at index " << j;
 411       }
 412     }
 413   }
 414   int pitch_;
 415   int tx_type_;
 416   fht_t fwd_txfm_ref;
 417 };
 418
 419 class Trans16x16DCT
 420     : public Trans16x16TestBase,
 421       public ::testing::TestWithParam<dct_16x16_param_t> {
 422  public:
 423   virtual ~Trans16x16DCT() {}
 424
 425   virtual void SetUp() {
 426     fwd_txfm_ = GET_PARAM(0);
 427     inv_txfm_ = GET_PARAM(1);
 428     tx_type_  = GET_PARAM(2);
 429     pitch_    = 16;
 430     fwd_txfm_ref = fdct16x16_ref;
 431   }
 432   virtual void TearDown() { libvpx_test::ClearSystemState(); }
 433
 434  protected:
 435   void RunFwdTxfm(int16_t *in, int16_t *out, int stride) {
 436     fwd_txfm_(in, out, stride);
 437   }
 438   void RunInvTxfm(int16_t *out, uint8_t *dst, int stride) {
 439     inv_txfm_(out, dst, stride);
 440   }
 441
 442   fdct_t fwd_txfm_;
 443   idct_t inv_txfm_;
 444 };
 445
 446 TEST_P(Trans16x16DCT, AccuracyCheck) {
 447   RunAccuracyCheck();
 448 }
 449
 450 TEST_P(Trans16x16DCT, CoeffCheck) {
 451   RunCoeffCheck();
 452 }
 453
 454 TEST_P(Trans16x16DCT, MemCheck) {
 455   RunMemCheck();
 456 }
 457
 458 TEST_P(Trans16x16DCT, InvAccuracyCheck) {
 459   RunInvAccuracyCheck();
 460 }
 461
 462 class Trans16x16HT
 463     : public Trans16x16TestBase,
 464       public ::testing::TestWithParam<ht_16x16_param_t> {
 465  public:
 466   virtual ~Trans16x16HT() {}
 467
 468   virtual void SetUp() {
 469     fwd_txfm_ = GET_PARAM(0);
 470     inv_txfm_ = GET_PARAM(1);
 471     tx_type_  = GET_PARAM(2);
 472     pitch_    = 16;
 473     fwd_txfm_ref = fht16x16_ref;
 474   }
 475   virtual void TearDown() { libvpx_test::ClearSystemState(); }
 476
 477  protected:
 478   void RunFwdTxfm(int16_t *in, int16_t *out, int stride) {
 479     fwd_txfm_(in, out, stride, tx_type_);
 480   }
 481   void RunInvTxfm(int16_t *out, uint8_t *dst, int stride) {
 482     inv_txfm_(out, dst, stride, tx_type_);
 483   }
 484
 485   fht_t fwd_txfm_;
 486   iht_t inv_txfm_;
 487 };
 488
 489 TEST_P(Trans16x16HT, AccuracyCheck) {
 490   RunAccuracyCheck();
 491 }
 492
 493 TEST_P(Trans16x16HT, CoeffCheck) {
 494   RunCoeffCheck();
 495 }
 496
 497 TEST_P(Trans16x16HT, MemCheck) {
 498   RunMemCheck();
 499 }
 500
 501 using std::tr1::make_tuple;
 502
 503 INSTANTIATE_TEST_CASE_P(
 504     C, Trans16x16DCT,
 505     ::testing::Values(
 506         make_tuple(&vp9_fdct16x16_c, &vp9_idct16x16_256_add_c, 0)));
 507 INSTANTIATE_TEST_CASE_P(
 508     C, Trans16x16HT,
 509     ::testing::Values(
 510         make_tuple(&vp9_fht16x16_c, &vp9_iht16x16_256_add_c, 0),
 511         make_tuple(&vp9_fht16x16_c, &vp9_iht16x16_256_add_c, 1),
 512         make_tuple(&vp9_fht16x16_c, &vp9_iht16x16_256_add_c, 2),
 513         make_tuple(&vp9_fht16x16_c, &vp9_iht16x16_256_add_c, 3)));
 514
 515 #if HAVE_NEON_ASM
 516 INSTANTIATE_TEST_CASE_P(
 517     NEON, Trans16x16DCT,
 518     ::testing::Values(
 519         make_tuple(&vp9_fdct16x16_c,
 520                    &vp9_idct16x16_256_add_neon, 0)));
 521 #endif
 522
 523 #if HAVE_SSE2
 524 INSTANTIATE_TEST_CASE_P(
 525     SSE2, Trans16x16DCT,
 526     ::testing::Values(
 527         make_tuple(&vp9_fdct16x16_sse2,
 528                    &vp9_idct16x16_256_add_sse2, 0)));
 529 INSTANTIATE_TEST_CASE_P(
 530     SSE2, Trans16x16HT,
 531     ::testing::Values(
 532         make_tuple(&vp9_fht16x16_sse2, &vp9_iht16x16_256_add_sse2, 0),
 533         make_tuple(&vp9_fht16x16_sse2, &vp9_iht16x16_256_add_sse2, 1),
 534         make_tuple(&vp9_fht16x16_sse2, &vp9_iht16x16_256_add_sse2, 2),
 535         make_tuple(&vp9_fht16x16_sse2, &vp9_iht16x16_256_add_sse2, 3)));
 536 #endif
 537 }  // namespace