test/dct32x32_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 #include <tuple>
  15
  16 #include "third_party/googletest/src/include/gtest/gtest.h"
  17
  18 #include "./vp9_rtcd.h"
  19 #include "./vpx_config.h"
  20 #include "./vpx_dsp_rtcd.h"
  21 #include "test/acm_random.h"
  22 #include "test/bench.h"
  23 #include "test/clear_system_state.h"
  24 #include "test/register_state_check.h"
  25 #include "test/util.h"
  26 #include "vp9/common/vp9_entropy.h"
  27 #include "vpx/vpx_codec.h"
  28 #include "vpx/vpx_integer.h"
  29 #include "vpx_ports/mem.h"
  30 #include "vpx_ports/msvc.h"  // for round()
  31
  32 using libvpx_test::ACMRandom;
  33
  34 namespace {
  35
  36 const int kNumCoeffs = 1024;
  37 const double kPi = 3.141592653589793238462643383279502884;
  38 void reference_32x32_dct_1d(const double in[32], double out[32]) {
  39   const double kInvSqrt2 = 0.707106781186547524400844362104;
  40   for (int k = 0; k < 32; k++) {
  41     out[k] = 0.0;
  42     for (int n = 0; n < 32; n++) {
  43       out[k] += in[n] * cos(kPi * (2 * n + 1) * k / 64.0);
  44     }
  45     if (k == 0) out[k] = out[k] * kInvSqrt2;
  46   }
  47 }
  48
  49 void reference_32x32_dct_2d(const int16_t input[kNumCoeffs],
  50                             double output[kNumCoeffs]) {
  51   // First transform columns
  52   for (int i = 0; i < 32; ++i) {
  53     double temp_in[32], temp_out[32];
  54     for (int j = 0; j < 32; ++j) temp_in[j] = input[j * 32 + i];
  55     reference_32x32_dct_1d(temp_in, temp_out);
  56     for (int j = 0; j < 32; ++j) output[j * 32 + i] = temp_out[j];
  57   }
  58   // Then transform rows
  59   for (int i = 0; i < 32; ++i) {
  60     double temp_in[32], temp_out[32];
  61     for (int j = 0; j < 32; ++j) temp_in[j] = output[j + i * 32];
  62     reference_32x32_dct_1d(temp_in, temp_out);
  63     // Scale by some magic number
  64     for (int j = 0; j < 32; ++j) output[j + i * 32] = temp_out[j] / 4;
  65   }
  66 }
  67
  68 typedef void (*FwdTxfmFunc)(const int16_t *in, tran_low_t *out, int stride);
  69 typedef void (*InvTxfmFunc)(const tran_low_t *in, uint8_t *out, int stride);
  70
  71 typedef std::tuple<FwdTxfmFunc, InvTxfmFunc, int, vpx_bit_depth_t>
  72     Trans32x32Param;
  73
  74 #if CONFIG_VP9_HIGHBITDEPTH
  75 void idct32x32_10(const tran_low_t *in, uint8_t *out, int stride) {
  76   vpx_highbd_idct32x32_1024_add_c(in, CAST_TO_SHORTPTR(out), stride, 10);
  77 }
  78
  79 void idct32x32_12(const tran_low_t *in, uint8_t *out, int stride) {
  80   vpx_highbd_idct32x32_1024_add_c(in, CAST_TO_SHORTPTR(out), stride, 12);
  81 }
  82 #endif  // CONFIG_VP9_HIGHBITDEPTH
  83
  84 class Trans32x32Test : public AbstractBench,
  85                        public ::testing::TestWithParam<Trans32x32Param> {
  86  public:
  87   virtual ~Trans32x32Test() {}
  88   virtual void SetUp() {
  89     fwd_txfm_ = GET_PARAM(0);
  90     inv_txfm_ = GET_PARAM(1);
  91     version_ = GET_PARAM(2);  // 0: high precision forward transform
  92                               // 1: low precision version for rd loop
  93     bit_depth_ = GET_PARAM(3);
  94     mask_ = (1 << bit_depth_) - 1;
  95   }
  96
  97   virtual void TearDown() { libvpx_test::ClearSystemState(); }
  98
  99  protected:
 100   int version_;
 101   vpx_bit_depth_t bit_depth_;
 102   int mask_;
 103   FwdTxfmFunc fwd_txfm_;
 104   InvTxfmFunc inv_txfm_;
 105
 106   int16_t *bench_in_;
 107   tran_low_t *bench_out_;
 108   virtual void Run();
 109 };
 110
 111 void Trans32x32Test::Run() { fwd_txfm_(bench_in_, bench_out_, 32); }
 112
 113 TEST_P(Trans32x32Test, AccuracyCheck) {
 114   ACMRandom rnd(ACMRandom::DeterministicSeed());
 115   uint32_t max_error = 0;
 116   int64_t total_error = 0;
 117   const int count_test_block = 10000;
 118   DECLARE_ALIGNED(16, int16_t, test_input_block[kNumCoeffs]);
 119   DECLARE_ALIGNED(16, tran_low_t, test_temp_block[kNumCoeffs]);
 120   DECLARE_ALIGNED(16, uint8_t, dst[kNumCoeffs]);
 121   DECLARE_ALIGNED(16, uint8_t, src[kNumCoeffs]);
 122 #if CONFIG_VP9_HIGHBITDEPTH
 123   DECLARE_ALIGNED(16, uint16_t, dst16[kNumCoeffs]);
 124   DECLARE_ALIGNED(16, uint16_t, src16[kNumCoeffs]);
 125 #endif
 126
 127   for (int i = 0; i < count_test_block; ++i) {
 128     // Initialize a test block with input range [-mask_, mask_].
 129     for (int j = 0; j < kNumCoeffs; ++j) {
 130       if (bit_depth_ == VPX_BITS_8) {
 131         src[j] = rnd.Rand8();
 132         dst[j] = rnd.Rand8();
 133         test_input_block[j] = src[j] - dst[j];
 134 #if CONFIG_VP9_HIGHBITDEPTH
 135       } else {
 136         src16[j] = rnd.Rand16() & mask_;
 137         dst16[j] = rnd.Rand16() & mask_;
 138         test_input_block[j] = src16[j] - dst16[j];
 139 #endif
 140       }
 141     }
 142
 143     ASM_REGISTER_STATE_CHECK(fwd_txfm_(test_input_block, test_temp_block, 32));
 144     if (bit_depth_ == VPX_BITS_8) {
 145       ASM_REGISTER_STATE_CHECK(inv_txfm_(test_temp_block, dst, 32));
 146 #if CONFIG_VP9_HIGHBITDEPTH
 147     } else {
 148       ASM_REGISTER_STATE_CHECK(
 149           inv_txfm_(test_temp_block, CAST_TO_BYTEPTR(dst16), 32));
 150 #endif
 151     }
 152
 153     for (int j = 0; j < kNumCoeffs; ++j) {
 154 #if CONFIG_VP9_HIGHBITDEPTH
 155       const int32_t diff =
 156           bit_depth_ == VPX_BITS_8 ? dst[j] - src[j] : dst16[j] - src16[j];
 157 #else
 158       const int32_t diff = dst[j] - src[j];
 159 #endif
 160       const uint32_t error = diff * diff;
 161       if (max_error < error) max_error = error;
 162       total_error += error;
 163     }
 164   }
 165
 166   if (version_ == 1) {
 167     max_error /= 2;
 168     total_error /= 45;
 169   }
 170
 171   EXPECT_GE(1u << 2 * (bit_depth_ - 8), max_error)
 172       << "Error: 32x32 FDCT/IDCT has an individual round-trip error > 1";
 173
 174   EXPECT_GE(count_test_block << 2 * (bit_depth_ - 8), total_error)
 175       << "Error: 32x32 FDCT/IDCT has average round-trip error > 1 per block";
 176 }
 177
 178 TEST_P(Trans32x32Test, CoeffCheck) {
 179   ACMRandom rnd(ACMRandom::DeterministicSeed());
 180   const int count_test_block = 1000;
 181
 182   DECLARE_ALIGNED(16, int16_t, input_block[kNumCoeffs]);
 183   DECLARE_ALIGNED(16, tran_low_t, output_ref_block[kNumCoeffs]);
 184   DECLARE_ALIGNED(16, tran_low_t, output_block[kNumCoeffs]);
 185
 186   for (int i = 0; i < count_test_block; ++i) {
 187     for (int j = 0; j < kNumCoeffs; ++j) {
 188       input_block[j] = (rnd.Rand16() & mask_) - (rnd.Rand16() & mask_);
 189     }
 190
 191     const int stride = 32;
 192     vpx_fdct32x32_c(input_block, output_ref_block, stride);
 193     ASM_REGISTER_STATE_CHECK(fwd_txfm_(input_block, output_block, stride));
 194
 195     if (version_ == 0) {
 196       for (int j = 0; j < kNumCoeffs; ++j)
 197         EXPECT_EQ(output_block[j], output_ref_block[j])
 198             << "Error: 32x32 FDCT versions have mismatched coefficients";
 199     } else {
 200       for (int j = 0; j < kNumCoeffs; ++j)
 201         EXPECT_GE(6, abs(output_block[j] - output_ref_block[j]))
 202             << "Error: 32x32 FDCT rd has mismatched coefficients";
 203     }
 204   }
 205 }
 206
 207 TEST_P(Trans32x32Test, MemCheck) {
 208   ACMRandom rnd(ACMRandom::DeterministicSeed());
 209   const int count_test_block = 2000;
 210
 211   DECLARE_ALIGNED(16, int16_t, input_extreme_block[kNumCoeffs]);
 212   DECLARE_ALIGNED(16, tran_low_t, output_ref_block[kNumCoeffs]);
 213   DECLARE_ALIGNED(16, tran_low_t, output_block[kNumCoeffs]);
 214
 215   for (int i = 0; i < count_test_block; ++i) {
 216     // Initialize a test block with input range [-mask_, mask_].
 217     for (int j = 0; j < kNumCoeffs; ++j) {
 218       input_extreme_block[j] = rnd.Rand8() & 1 ? mask_ : -mask_;
 219     }
 220     if (i == 0) {
 221       for (int j = 0; j < kNumCoeffs; ++j) input_extreme_block[j] = mask_;
 222     } else if (i == 1) {
 223       for (int j = 0; j < kNumCoeffs; ++j) input_extreme_block[j] = -mask_;
 224     }
 225
 226     const int stride = 32;
 227     vpx_fdct32x32_c(input_extreme_block, output_ref_block, stride);
 228     ASM_REGISTER_STATE_CHECK(
 229         fwd_txfm_(input_extreme_block, output_block, stride));
 230
 231     // The minimum quant value is 4.
 232     for (int j = 0; j < kNumCoeffs; ++j) {
 233       if (version_ == 0) {
 234         EXPECT_EQ(output_block[j], output_ref_block[j])
 235             << "Error: 32x32 FDCT versions have mismatched coefficients";
 236       } else {
 237         EXPECT_GE(6, abs(output_block[j] - output_ref_block[j]))
 238             << "Error: 32x32 FDCT rd has mismatched coefficients";
 239       }
 240       EXPECT_GE(4 * DCT_MAX_VALUE << (bit_depth_ - 8), abs(output_ref_block[j]))
 241           << "Error: 32x32 FDCT C has coefficient larger than 4*DCT_MAX_VALUE";
 242       EXPECT_GE(4 * DCT_MAX_VALUE << (bit_depth_ - 8), abs(output_block[j]))
 243           << "Error: 32x32 FDCT has coefficient larger than "
 244           << "4*DCT_MAX_VALUE";
 245     }
 246   }
 247 }
 248
 249 TEST_P(Trans32x32Test, DISABLED_Speed) {
 250   ACMRandom rnd(ACMRandom::DeterministicSeed());
 251
 252   DECLARE_ALIGNED(16, int16_t, input_extreme_block[kNumCoeffs]);
 253   DECLARE_ALIGNED(16, tran_low_t, output_block[kNumCoeffs]);
 254
 255   bench_in_ = input_extreme_block;
 256   bench_out_ = output_block;
 257
 258   RunNTimes(INT16_MAX);
 259   PrintMedian("32x32");
 260 }
 261
 262 TEST_P(Trans32x32Test, InverseAccuracy) {
 263   ACMRandom rnd(ACMRandom::DeterministicSeed());
 264   const int count_test_block = 1000;
 265   DECLARE_ALIGNED(16, int16_t, in[kNumCoeffs]);
 266   DECLARE_ALIGNED(16, tran_low_t, coeff[kNumCoeffs]);
 267   DECLARE_ALIGNED(16, uint8_t, dst[kNumCoeffs]);
 268   DECLARE_ALIGNED(16, uint8_t, src[kNumCoeffs]);
 269 #if CONFIG_VP9_HIGHBITDEPTH
 270   DECLARE_ALIGNED(16, uint16_t, dst16[kNumCoeffs]);
 271   DECLARE_ALIGNED(16, uint16_t, src16[kNumCoeffs]);
 272 #endif
 273
 274   for (int i = 0; i < count_test_block; ++i) {
 275     double out_r[kNumCoeffs];
 276
 277     // Initialize a test block with input range [-255, 255]
 278     for (int j = 0; j < kNumCoeffs; ++j) {
 279       if (bit_depth_ == VPX_BITS_8) {
 280         src[j] = rnd.Rand8();
 281         dst[j] = rnd.Rand8();
 282         in[j] = src[j] - dst[j];
 283 #if CONFIG_VP9_HIGHBITDEPTH
 284       } else {
 285         src16[j] = rnd.Rand16() & mask_;
 286         dst16[j] = rnd.Rand16() & mask_;
 287         in[j] = src16[j] - dst16[j];
 288 #endif
 289       }
 290     }
 291
 292     reference_32x32_dct_2d(in, out_r);
 293     for (int j = 0; j < kNumCoeffs; ++j) {
 294       coeff[j] = static_cast<tran_low_t>(round(out_r[j]));
 295     }
 296     if (bit_depth_ == VPX_BITS_8) {
 297       ASM_REGISTER_STATE_CHECK(inv_txfm_(coeff, dst, 32));
 298 #if CONFIG_VP9_HIGHBITDEPTH
 299     } else {
 300       ASM_REGISTER_STATE_CHECK(inv_txfm_(coeff, CAST_TO_BYTEPTR(dst16), 32));
 301 #endif
 302     }
 303     for (int j = 0; j < kNumCoeffs; ++j) {
 304 #if CONFIG_VP9_HIGHBITDEPTH
 305       const int diff =
 306           bit_depth_ == VPX_BITS_8 ? dst[j] - src[j] : dst16[j] - src16[j];
 307 #else
 308       const int diff = dst[j] - src[j];
 309 #endif
 310       const int error = diff * diff;
 311       EXPECT_GE(1, error) << "Error: 32x32 IDCT has error " << error
 312                           << " at index " << j;
 313     }
 314   }
 315 }
 316
 317 using std::make_tuple;
 318
 319 #if CONFIG_VP9_HIGHBITDEPTH
 320 INSTANTIATE_TEST_SUITE_P(
 321     C, Trans32x32Test,
 322     ::testing::Values(
 323         make_tuple(&vpx_highbd_fdct32x32_c, &idct32x32_10, 0, VPX_BITS_10),
 324         make_tuple(&vpx_highbd_fdct32x32_rd_c, &idct32x32_10, 1, VPX_BITS_10),
 325         make_tuple(&vpx_highbd_fdct32x32_c, &idct32x32_12, 0, VPX_BITS_12),
 326         make_tuple(&vpx_highbd_fdct32x32_rd_c, &idct32x32_12, 1, VPX_BITS_12),
 327         make_tuple(&vpx_fdct32x32_c, &vpx_idct32x32_1024_add_c, 0, VPX_BITS_8),
 328         make_tuple(&vpx_fdct32x32_rd_c, &vpx_idct32x32_1024_add_c, 1,
 329                    VPX_BITS_8)));
 330 #else
 331 INSTANTIATE_TEST_SUITE_P(
 332     C, Trans32x32Test,
 333     ::testing::Values(make_tuple(&vpx_fdct32x32_c, &vpx_idct32x32_1024_add_c, 0,
 334                                  VPX_BITS_8),
 335                       make_tuple(&vpx_fdct32x32_rd_c, &vpx_idct32x32_1024_add_c,
 336                                  1, VPX_BITS_8)));
 337 #endif  // CONFIG_VP9_HIGHBITDEPTH
 338
 339 #if HAVE_NEON && !CONFIG_EMULATE_HARDWARE
 340 INSTANTIATE_TEST_SUITE_P(
 341     NEON, Trans32x32Test,
 342     ::testing::Values(make_tuple(&vpx_fdct32x32_neon,
 343                                  &vpx_idct32x32_1024_add_neon, 0, VPX_BITS_8),
 344                       make_tuple(&vpx_fdct32x32_rd_neon,
 345                                  &vpx_idct32x32_1024_add_neon, 1, VPX_BITS_8)));
 346 #endif  // HAVE_NEON && !CONFIG_EMULATE_HARDWARE
 347
 348 #if HAVE_SSE2 && !CONFIG_VP9_HIGHBITDEPTH && !CONFIG_EMULATE_HARDWARE
 349 INSTANTIATE_TEST_SUITE_P(
 350     SSE2, Trans32x32Test,
 351     ::testing::Values(make_tuple(&vpx_fdct32x32_sse2,
 352                                  &vpx_idct32x32_1024_add_sse2, 0, VPX_BITS_8),
 353                       make_tuple(&vpx_fdct32x32_rd_sse2,
 354                                  &vpx_idct32x32_1024_add_sse2, 1, VPX_BITS_8)));
 355 #endif  // HAVE_SSE2 && !CONFIG_VP9_HIGHBITDEPTH && !CONFIG_EMULATE_HARDWARE
 356
 357 #if HAVE_SSE2 && CONFIG_VP9_HIGHBITDEPTH && !CONFIG_EMULATE_HARDWARE
 358 INSTANTIATE_TEST_SUITE_P(
 359     SSE2, Trans32x32Test,
 360     ::testing::Values(
 361         make_tuple(&vpx_highbd_fdct32x32_sse2, &idct32x32_10, 0, VPX_BITS_10),
 362         make_tuple(&vpx_highbd_fdct32x32_rd_sse2, &idct32x32_10, 1,
 363                    VPX_BITS_10),
 364         make_tuple(&vpx_highbd_fdct32x32_sse2, &idct32x32_12, 0, VPX_BITS_12),
 365         make_tuple(&vpx_highbd_fdct32x32_rd_sse2, &idct32x32_12, 1,
 366                    VPX_BITS_12),
 367         make_tuple(&vpx_fdct32x32_sse2, &vpx_idct32x32_1024_add_c, 0,
 368                    VPX_BITS_8),
 369         make_tuple(&vpx_fdct32x32_rd_sse2, &vpx_idct32x32_1024_add_c, 1,
 370                    VPX_BITS_8)));
 371 #endif  // HAVE_SSE2 && CONFIG_VP9_HIGHBITDEPTH && !CONFIG_EMULATE_HARDWARE
 372
 373 #if HAVE_AVX2 && !CONFIG_VP9_HIGHBITDEPTH && !CONFIG_EMULATE_HARDWARE
 374 INSTANTIATE_TEST_SUITE_P(
 375     AVX2, Trans32x32Test,
 376     ::testing::Values(make_tuple(&vpx_fdct32x32_avx2,
 377                                  &vpx_idct32x32_1024_add_sse2, 0, VPX_BITS_8),
 378                       make_tuple(&vpx_fdct32x32_rd_avx2,
 379                                  &vpx_idct32x32_1024_add_sse2, 1, VPX_BITS_8)));
 380 #endif  // HAVE_AVX2 && !CONFIG_VP9_HIGHBITDEPTH && !CONFIG_EMULATE_HARDWARE
 381
 382 #if HAVE_MSA && !CONFIG_VP9_HIGHBITDEPTH && !CONFIG_EMULATE_HARDWARE
 383 INSTANTIATE_TEST_SUITE_P(
 384     MSA, Trans32x32Test,
 385     ::testing::Values(make_tuple(&vpx_fdct32x32_msa,
 386                                  &vpx_idct32x32_1024_add_msa, 0, VPX_BITS_8),
 387                       make_tuple(&vpx_fdct32x32_rd_msa,
 388                                  &vpx_idct32x32_1024_add_msa, 1, VPX_BITS_8)));
 389 #endif  // HAVE_MSA && !CONFIG_VP9_HIGHBITDEPTH && !CONFIG_EMULATE_HARDWARE
 390
 391 #if HAVE_VSX && !CONFIG_VP9_HIGHBITDEPTH && !CONFIG_EMULATE_HARDWARE
 392 INSTANTIATE_TEST_SUITE_P(
 393     VSX, Trans32x32Test,
 394     ::testing::Values(make_tuple(&vpx_fdct32x32_c, &vpx_idct32x32_1024_add_vsx,
 395                                  0, VPX_BITS_8),
 396                       make_tuple(&vpx_fdct32x32_rd_vsx,
 397                                  &vpx_idct32x32_1024_add_vsx, 1, VPX_BITS_8)));
 398 #endif  // HAVE_VSX && !CONFIG_VP9_HIGHBITDEPTH && !CONFIG_EMULATE_HARDWARE
 399
 400 #if HAVE_LSX && !CONFIG_VP9_HIGHBITDEPTH && !CONFIG_EMULATE_HARDWARE
 401 INSTANTIATE_TEST_SUITE_P(
 402     LSX, Trans32x32Test,
 403     ::testing::Values(make_tuple(&vpx_fdct32x32_lsx,
 404                                  &vpx_idct32x32_1024_add_lsx, 0, VPX_BITS_8),
 405                       make_tuple(&vpx_fdct32x32_rd_lsx,
 406                                  &vpx_idct32x32_1024_add_lsx, 1, VPX_BITS_8)));
 407 #endif  // HAVE_LSX && !CONFIG_VP9_HIGHBITDEPTH && !CONFIG_EMULATE_HARDWARE
 408 }  // namespace