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 extern "C" {
  22 #include "vp9/common/vp9_entropy.h"
  23 #include "./vp9_rtcd.h"
  24 void vp9_idct16x16_256_add_c(const int16_t *input, uint8_t *output, int pitch);
  25 }
  26 #include "vpx/vpx_integer.h"
  27
  28 using libvpx_test::ACMRandom;
  29
  30 namespace {
  31
  32 #ifdef _MSC_VER
  33 static int round(double x) {
  34   if (x < 0)
  35     return static_cast<int>(ceil(x - 0.5));
  36   else
  37     return static_cast<int>(floor(x + 0.5));
  38 }
  39 #endif
  40
  41 const int kNumCoeffs = 256;
  42 const double PI = 3.1415926535898;
  43 void reference2_16x16_idct_2d(double *input, double *output) {
  44   double x;
  45   for (int l = 0; l < 16; ++l) {
  46     for (int k = 0; k < 16; ++k) {
  47       double s = 0;
  48       for (int i = 0; i < 16; ++i) {
  49         for (int j = 0; j < 16; ++j) {
  50           x = cos(PI * j * (l + 0.5) / 16.0) *
  51               cos(PI * i * (k + 0.5) / 16.0) *
  52               input[i * 16 + j] / 256;
  53           if (i != 0)
  54             x *= sqrt(2.0);
  55           if (j != 0)
  56             x *= sqrt(2.0);
  57           s += x;
  58         }
  59       }
  60       output[k*16+l] = s;
  61     }
  62   }
  63 }
  64
  65
  66 const double C1 = 0.995184726672197;
  67 const double C2 = 0.98078528040323;
  68 const double C3 = 0.956940335732209;
  69 const double C4 = 0.923879532511287;
  70 const double C5 = 0.881921264348355;
  71 const double C6 = 0.831469612302545;
  72 const double C7 = 0.773010453362737;
  73 const double C8 = 0.707106781186548;
  74 const double C9 = 0.634393284163646;
  75 const double C10 = 0.555570233019602;
  76 const double C11 = 0.471396736825998;
  77 const double C12 = 0.38268343236509;
  78 const double C13 = 0.290284677254462;
  79 const double C14 = 0.195090322016128;
  80 const double C15 = 0.098017140329561;
  81
  82 void butterfly_16x16_dct_1d(double input[16], double output[16]) {
  83   double step[16];
  84   double intermediate[16];
  85   double temp1, temp2;
  86
  87   // step 1
  88   step[ 0] = input[0] + input[15];
  89   step[ 1] = input[1] + input[14];
  90   step[ 2] = input[2] + input[13];
  91   step[ 3] = input[3] + input[12];
  92   step[ 4] = input[4] + input[11];
  93   step[ 5] = input[5] + input[10];
  94   step[ 6] = input[6] + input[ 9];
  95   step[ 7] = input[7] + input[ 8];
  96   step[ 8] = input[7] - input[ 8];
  97   step[ 9] = input[6] - input[ 9];
  98   step[10] = input[5] - input[10];
  99   step[11] = input[4] - input[11];
 100   step[12] = input[3] - input[12];
 101   step[13] = input[2] - input[13];
 102   step[14] = input[1] - input[14];
 103   step[15] = input[0] - input[15];
 104
 105   // step 2
 106   output[0] = step[0] + step[7];
 107   output[1] = step[1] + step[6];
 108   output[2] = step[2] + step[5];
 109   output[3] = step[3] + step[4];
 110   output[4] = step[3] - step[4];
 111   output[5] = step[2] - step[5];
 112   output[6] = step[1] - step[6];
 113   output[7] = step[0] - step[7];
 114
 115   temp1 = step[ 8] * C7;
 116   temp2 = step[15] * C9;
 117   output[ 8] = temp1 + temp2;
 118
 119   temp1 = step[ 9] * C11;
 120   temp2 = step[14] * C5;
 121   output[ 9] = temp1 - temp2;
 122
 123   temp1 = step[10] * C3;
 124   temp2 = step[13] * C13;
 125   output[10] = temp1 + temp2;
 126
 127   temp1 = step[11] * C15;
 128   temp2 = step[12] * C1;
 129   output[11] = temp1 - temp2;
 130
 131   temp1 = step[11] * C1;
 132   temp2 = step[12] * C15;
 133   output[12] = temp2 + temp1;
 134
 135   temp1 = step[10] * C13;
 136   temp2 = step[13] * C3;
 137   output[13] = temp2 - temp1;
 138
 139   temp1 = step[ 9] * C5;
 140   temp2 = step[14] * C11;
 141   output[14] = temp2 + temp1;
 142
 143   temp1 = step[ 8] * C9;
 144   temp2 = step[15] * C7;
 145   output[15] = temp2 - temp1;
 146
 147   // step 3
 148   step[ 0] = output[0] + output[3];
 149   step[ 1] = output[1] + output[2];
 150   step[ 2] = output[1] - output[2];
 151   step[ 3] = output[0] - output[3];
 152
 153   temp1 = output[4] * C14;
 154   temp2 = output[7] * C2;
 155   step[ 4] = temp1 + temp2;
 156
 157   temp1 = output[5] * C10;
 158   temp2 = output[6] * C6;
 159   step[ 5] = temp1 + temp2;
 160
 161   temp1 = output[5] * C6;
 162   temp2 = output[6] * C10;
 163   step[ 6] = temp2 - temp1;
 164
 165   temp1 = output[4] * C2;
 166   temp2 = output[7] * C14;
 167   step[ 7] = temp2 - temp1;
 168
 169   step[ 8] = output[ 8] + output[11];
 170   step[ 9] = output[ 9] + output[10];
 171   step[10] = output[ 9] - output[10];
 172   step[11] = output[ 8] - output[11];
 173
 174   step[12] = output[12] + output[15];
 175   step[13] = output[13] + output[14];
 176   step[14] = output[13] - output[14];
 177   step[15] = output[12] - output[15];
 178
 179   // step 4
 180   output[ 0] = (step[ 0] + step[ 1]);
 181   output[ 8] = (step[ 0] - step[ 1]);
 182
 183   temp1 = step[2] * C12;
 184   temp2 = step[3] * C4;
 185   temp1 = temp1 + temp2;
 186   output[ 4] = 2*(temp1 * C8);
 187
 188   temp1 = step[2] * C4;
 189   temp2 = step[3] * C12;
 190   temp1 = temp2 - temp1;
 191   output[12] = 2 * (temp1 * C8);
 192
 193   output[ 2] = 2 * ((step[4] + step[ 5]) * C8);
 194   output[14] = 2 * ((step[7] - step[ 6]) * C8);
 195
 196   temp1 = step[4] - step[5];
 197   temp2 = step[6] + step[7];
 198   output[ 6] = (temp1 + temp2);
 199   output[10] = (temp1 - temp2);
 200
 201   intermediate[8] = step[8] + step[14];
 202   intermediate[9] = step[9] + step[15];
 203
 204   temp1 = intermediate[8] * C12;
 205   temp2 = intermediate[9] * C4;
 206   temp1 = temp1 - temp2;
 207   output[3] = 2 * (temp1 * C8);
 208
 209   temp1 = intermediate[8] * C4;
 210   temp2 = intermediate[9] * C12;
 211   temp1 = temp2 + temp1;
 212   output[13] = 2 * (temp1 * C8);
 213
 214   output[ 9] = 2 * ((step[10] + step[11]) * C8);
 215
 216   intermediate[11] = step[10] - step[11];
 217   intermediate[12] = step[12] + step[13];
 218   intermediate[13] = step[12] - step[13];
 219   intermediate[14] = step[ 8] - step[14];
 220   intermediate[15] = step[ 9] - step[15];
 221
 222   output[15] = (intermediate[11] + intermediate[12]);
 223   output[ 1] = -(intermediate[11] - intermediate[12]);
 224
 225   output[ 7] = 2 * (intermediate[13] * C8);
 226
 227   temp1 = intermediate[14] * C12;
 228   temp2 = intermediate[15] * C4;
 229   temp1 = temp1 - temp2;
 230   output[11] = -2 * (temp1 * C8);
 231
 232   temp1 = intermediate[14] * C4;
 233   temp2 = intermediate[15] * C12;
 234   temp1 = temp2 + temp1;
 235   output[ 5] = 2 * (temp1 * C8);
 236 }
 237
 238 void reference_16x16_dct_2d(int16_t input[256], double output[256]) {
 239   // First transform columns
 240   for (int i = 0; i < 16; ++i) {
 241     double temp_in[16], temp_out[16];
 242     for (int j = 0; j < 16; ++j)
 243       temp_in[j] = input[j * 16 + i];
 244     butterfly_16x16_dct_1d(temp_in, temp_out);
 245     for (int j = 0; j < 16; ++j)
 246       output[j * 16 + i] = temp_out[j];
 247   }
 248   // Then transform rows
 249   for (int i = 0; i < 16; ++i) {
 250     double temp_in[16], temp_out[16];
 251     for (int j = 0; j < 16; ++j)
 252       temp_in[j] = output[j + i * 16];
 253     butterfly_16x16_dct_1d(temp_in, temp_out);
 254     // Scale by some magic number
 255     for (int j = 0; j < 16; ++j)
 256       output[j + i * 16] = temp_out[j]/2;
 257   }
 258 }
 259
 260 typedef void (*fdct_t)(const int16_t *in, int16_t *out, int stride);
 261 typedef void (*idct_t)(const int16_t *in, uint8_t *out, int stride);
 262 typedef void (*fht_t) (const int16_t *in, int16_t *out, int stride,
 263                        int tx_type);
 264 typedef void (*iht_t) (const int16_t *in, uint8_t *out, int stride,
 265                        int tx_type);
 266
 267 void fdct16x16_ref(const int16_t *in, int16_t *out, int stride, int tx_type) {
 268   vp9_fdct16x16_c(in, out, stride);
 269 }
 270
 271 void fht16x16_ref(const int16_t *in, int16_t *out, int stride, int tx_type) {
 272   vp9_short_fht16x16_c(in, out, stride, tx_type);
 273 }
 274
 275 class Trans16x16TestBase {
 276  public:
 277   virtual ~Trans16x16TestBase() {}
 278
 279  protected:
 280   virtual void RunFwdTxfm(int16_t *in, int16_t *out, int stride) = 0;
 281
 282   virtual void RunInvTxfm(int16_t *out, uint8_t *dst, int stride) = 0;
 283
 284   void RunAccuracyCheck() {
 285     ACMRandom rnd(ACMRandom::DeterministicSeed());
 286     uint32_t max_error = 0;
 287     int64_t total_error = 0;
 288     const int count_test_block = 10000;
 289     for (int i = 0; i < count_test_block; ++i) {
 290       DECLARE_ALIGNED_ARRAY(16, int16_t, test_input_block, kNumCoeffs);
 291       DECLARE_ALIGNED_ARRAY(16, int16_t, test_temp_block, kNumCoeffs);
 292       DECLARE_ALIGNED_ARRAY(16, uint8_t, dst, kNumCoeffs);
 293       DECLARE_ALIGNED_ARRAY(16, uint8_t, src, kNumCoeffs);
 294
 295       // Initialize a test block with input range [-255, 255].
 296       for (int j = 0; j < kNumCoeffs; ++j) {
 297         src[j] = rnd.Rand8();
 298         dst[j] = rnd.Rand8();
 299         test_input_block[j] = src[j] - dst[j];
 300       }
 301
 302       REGISTER_STATE_CHECK(RunFwdTxfm(test_input_block,
 303                                       test_temp_block, pitch_));
 304       REGISTER_STATE_CHECK(RunInvTxfm(test_temp_block, dst, pitch_));
 305
 306       for (int j = 0; j < kNumCoeffs; ++j) {
 307         const uint32_t diff = dst[j] - src[j];
 308         const uint32_t error = diff * diff;
 309         if (max_error < error)
 310           max_error = error;
 311         total_error += error;
 312       }
 313     }
 314
 315     EXPECT_GE(1u, max_error)
 316         << "Error: 16x16 FHT/IHT has an individual round trip error > 1";
 317
 318     EXPECT_GE(count_test_block , total_error)
 319         << "Error: 16x16 FHT/IHT has average round trip error > 1 per block";
 320   }
 321
 322   void RunCoeffCheck() {
 323     ACMRandom rnd(ACMRandom::DeterministicSeed());
 324     const int count_test_block = 1000;
 325     DECLARE_ALIGNED_ARRAY(16, int16_t, input_block, kNumCoeffs);
 326     DECLARE_ALIGNED_ARRAY(16, int16_t, output_ref_block, kNumCoeffs);
 327     DECLARE_ALIGNED_ARRAY(16, int16_t, output_block, kNumCoeffs);
 328
 329     for (int i = 0; i < count_test_block; ++i) {
 330       // Initialize a test block with input range [-255, 255].
 331       for (int j = 0; j < kNumCoeffs; ++j)
 332         input_block[j] = rnd.Rand8() - rnd.Rand8();
 333
 334       fwd_txfm_ref(input_block, output_ref_block, pitch_, tx_type_);
 335       REGISTER_STATE_CHECK(RunFwdTxfm(input_block, output_block, pitch_));
 336
 337       // The minimum quant value is 4.
 338       for (int j = 0; j < kNumCoeffs; ++j)
 339         EXPECT_EQ(output_block[j], output_ref_block[j]);
 340     }
 341   }
 342
 343   void RunMemCheck() {
 344     ACMRandom rnd(ACMRandom::DeterministicSeed());
 345     const int count_test_block = 1000;
 346     DECLARE_ALIGNED_ARRAY(16, int16_t, input_block, kNumCoeffs);
 347     DECLARE_ALIGNED_ARRAY(16, int16_t, input_extreme_block, kNumCoeffs);
 348     DECLARE_ALIGNED_ARRAY(16, int16_t, output_ref_block, kNumCoeffs);
 349     DECLARE_ALIGNED_ARRAY(16, int16_t, output_block, kNumCoeffs);
 350
 351     for (int i = 0; i < count_test_block; ++i) {
 352       // Initialize a test block with input range [-255, 255].
 353       for (int j = 0; j < kNumCoeffs; ++j) {
 354         input_block[j] = rnd.Rand8() - rnd.Rand8();
 355         input_extreme_block[j] = rnd.Rand8() % 2 ? 255 : -255;
 356       }
 357       if (i == 0)
 358         for (int j = 0; j < kNumCoeffs; ++j)
 359           input_extreme_block[j] = 255;
 360       if (i == 1)
 361         for (int j = 0; j < kNumCoeffs; ++j)
 362           input_extreme_block[j] = -255;
 363
 364       fwd_txfm_ref(input_extreme_block, output_ref_block, pitch_, tx_type_);
 365       REGISTER_STATE_CHECK(RunFwdTxfm(input_extreme_block,
 366                                       output_block, pitch_));
 367
 368       // The minimum quant value is 4.
 369       for (int j = 0; j < kNumCoeffs; ++j) {
 370         EXPECT_EQ(output_block[j], output_ref_block[j]);
 371         EXPECT_GE(4 * DCT_MAX_VALUE, abs(output_block[j]))
 372             << "Error: 16x16 FDCT has coefficient larger than 4*DCT_MAX_VALUE";
 373       }
 374     }
 375   }
 376
 377   void RunInvAccuracyCheck() {
 378     ACMRandom rnd(ACMRandom::DeterministicSeed());
 379     const int count_test_block = 1000;
 380     DECLARE_ALIGNED_ARRAY(16, int16_t, in, kNumCoeffs);
 381     DECLARE_ALIGNED_ARRAY(16, int16_t, coeff, kNumCoeffs);
 382     DECLARE_ALIGNED_ARRAY(16, uint8_t, dst, kNumCoeffs);
 383     DECLARE_ALIGNED_ARRAY(16, uint8_t, src, kNumCoeffs);
 384
 385     for (int i = 0; i < count_test_block; ++i) {
 386       double out_r[kNumCoeffs];
 387
 388       // Initialize a test block with input range [-255, 255].
 389       for (int j = 0; j < kNumCoeffs; ++j) {
 390         src[j] = rnd.Rand8();
 391         dst[j] = rnd.Rand8();
 392         in[j] = src[j] - dst[j];
 393       }
 394
 395       reference_16x16_dct_2d(in, out_r);
 396       for (int j = 0; j < kNumCoeffs; ++j)
 397         coeff[j] = round(out_r[j]);
 398
 399       REGISTER_STATE_CHECK(RunInvTxfm(coeff, dst, 16));
 400
 401       for (int j = 0; j < kNumCoeffs; ++j) {
 402         const uint32_t diff = dst[j] - src[j];
 403         const uint32_t error = diff * diff;
 404         EXPECT_GE(1u, error)
 405             << "Error: 16x16 IDCT has error " << error
 406             << " at index " << j;
 407       }
 408     }
 409   }
 410   int pitch_;
 411   int tx_type_;
 412   fht_t fwd_txfm_ref;
 413 };
 414
 415 class Trans16x16DCT : public Trans16x16TestBase,
 416                       public PARAMS(fdct_t, idct_t, int) {
 417  public:
 418   virtual ~Trans16x16DCT() {}
 419
 420   virtual void SetUp() {
 421     fwd_txfm_ = GET_PARAM(0);
 422     inv_txfm_ = GET_PARAM(1);
 423     tx_type_  = GET_PARAM(2);
 424     pitch_    = 16;
 425     fwd_txfm_ref = fdct16x16_ref;
 426   }
 427   virtual void TearDown() { libvpx_test::ClearSystemState(); }
 428
 429  protected:
 430   void RunFwdTxfm(int16_t *in, int16_t *out, int stride) {
 431     fwd_txfm_(in, out, stride);
 432   }
 433   void RunInvTxfm(int16_t *out, uint8_t *dst, int stride) {
 434     inv_txfm_(out, dst, stride);
 435   }
 436
 437   fdct_t fwd_txfm_;
 438   idct_t inv_txfm_;
 439 };
 440
 441 TEST_P(Trans16x16DCT, AccuracyCheck) {
 442   RunAccuracyCheck();
 443 }
 444
 445 TEST_P(Trans16x16DCT, CoeffCheck) {
 446   RunCoeffCheck();
 447 }
 448
 449 TEST_P(Trans16x16DCT, MemCheck) {
 450   RunMemCheck();
 451 }
 452
 453 TEST_P(Trans16x16DCT, InvAccuracyCheck) {
 454   RunInvAccuracyCheck();
 455 }
 456
 457 class Trans16x16HT : public Trans16x16TestBase,
 458                      public PARAMS(fht_t, iht_t, int) {
 459  public:
 460   virtual ~Trans16x16HT() {}
 461
 462   virtual void SetUp() {
 463     fwd_txfm_ = GET_PARAM(0);
 464     inv_txfm_ = GET_PARAM(1);
 465     tx_type_  = GET_PARAM(2);
 466     pitch_    = 16;
 467     fwd_txfm_ref = fht16x16_ref;
 468   }
 469   virtual void TearDown() { libvpx_test::ClearSystemState(); }
 470
 471  protected:
 472   void RunFwdTxfm(int16_t *in, int16_t *out, int stride) {
 473     fwd_txfm_(in, out, stride, tx_type_);
 474   }
 475   void RunInvTxfm(int16_t *out, uint8_t *dst, int stride) {
 476     inv_txfm_(out, dst, stride, tx_type_);
 477   }
 478
 479   fht_t fwd_txfm_;
 480   iht_t inv_txfm_;
 481 };
 482
 483 TEST_P(Trans16x16HT, AccuracyCheck) {
 484   RunAccuracyCheck();
 485 }
 486
 487 TEST_P(Trans16x16HT, CoeffCheck) {
 488   RunCoeffCheck();
 489 }
 490
 491 TEST_P(Trans16x16HT, MemCheck) {
 492   RunMemCheck();
 493 }
 494
 495 using std::tr1::make_tuple;
 496
 497 INSTANTIATE_TEST_CASE_P(
 498     C, Trans16x16DCT,
 499     ::testing::Values(
 500         make_tuple(&vp9_fdct16x16_c, &vp9_idct16x16_256_add_c, 0)));
 501 INSTANTIATE_TEST_CASE_P(
 502     C, Trans16x16HT,
 503     ::testing::Values(
 504         make_tuple(&vp9_short_fht16x16_c, &vp9_iht16x16_256_add_c, 0),
 505         make_tuple(&vp9_short_fht16x16_c, &vp9_iht16x16_256_add_c, 1),
 506         make_tuple(&vp9_short_fht16x16_c, &vp9_iht16x16_256_add_c, 2),
 507         make_tuple(&vp9_short_fht16x16_c, &vp9_iht16x16_256_add_c, 3)));
 508
 509 #if HAVE_SSE2
 510 INSTANTIATE_TEST_CASE_P(
 511     SSE2, Trans16x16DCT,
 512     ::testing::Values(
 513         make_tuple(&vp9_fdct16x16_sse2,
 514                    &vp9_idct16x16_256_add_sse2, 0)));
 515 INSTANTIATE_TEST_CASE_P(
 516     SSE2, Trans16x16HT,
 517     ::testing::Values(
 518         make_tuple(&vp9_short_fht16x16_sse2, &vp9_iht16x16_256_add_sse2, 0),
 519         make_tuple(&vp9_short_fht16x16_sse2, &vp9_iht16x16_256_add_sse2, 1),
 520         make_tuple(&vp9_short_fht16x16_sse2, &vp9_iht16x16_256_add_sse2, 2),
 521         make_tuple(&vp9_short_fht16x16_sse2, &vp9_iht16x16_256_add_sse2, 3)));
 522 #endif
 523 }  // namespace