vp8/encoder/ssim.c

   1 /*
   2  *  Copyright (c) 2010 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
  12 #include "onyx_int.h"
  13
  14 void vp8_ssim_parms_16x16_c
  15 (
  16     unsigned char *s,
  17     int sp,
  18     unsigned char *r,
  19     int rp,
  20     unsigned long *sum_s,
  21     unsigned long *sum_r,
  22     unsigned long *sum_sq_s,
  23     unsigned long *sum_sq_r,
  24     unsigned long *sum_sxr
  25 )
  26 {
  27     int i,j;
  28     for(i=0;i<16;i++,s+=sp,r+=rp)
  29      {
  30          for(j=0;j<16;j++)
  31          {
  32              *sum_s += s[j];
  33              *sum_r += r[j];
  34              *sum_sq_s += s[j] * s[j];
  35              *sum_sq_r += r[j] * r[j];
  36              *sum_sxr += s[j] * r[j];
  37          }
  38      }
  39 }
  40 void vp8_ssim_parms_8x8_c
  41 (
  42     unsigned char *s,
  43     int sp,
  44     unsigned char *r,
  45     int rp,
  46     unsigned long *sum_s,
  47     unsigned long *sum_r,
  48     unsigned long *sum_sq_s,
  49     unsigned long *sum_sq_r,
  50     unsigned long *sum_sxr
  51 )
  52 {
  53     int i,j;
  54     for(i=0;i<8;i++,s+=sp,r+=rp)
  55      {
  56          for(j=0;j<8;j++)
  57          {
  58              *sum_s += s[j];
  59              *sum_r += r[j];
  60              *sum_sq_s += s[j] * s[j];
  61              *sum_sq_r += r[j] * r[j];
  62              *sum_sxr += s[j] * r[j];
  63          }
  64      }
  65 }
  66
  67 const static int64_t cc1 =  26634; // (64^2*(.01*255)^2
  68 const static int64_t cc2 = 239708; // (64^2*(.03*255)^2
  69
  70 static double similarity
  71 (
  72     unsigned long sum_s,
  73     unsigned long sum_r,
  74     unsigned long sum_sq_s,
  75     unsigned long sum_sq_r,
  76     unsigned long sum_sxr,
  77     int count
  78 )
  79 {
  80     int64_t ssim_n, ssim_d;
  81     int64_t c1, c2;
  82
  83     //scale the constants by number of pixels
  84     c1 = (cc1*count*count)>>12;
  85     c2 = (cc2*count*count)>>12;
  86
  87     ssim_n = (2*sum_s*sum_r+ c1)*((int64_t) 2*count*sum_sxr-
  88           (int64_t) 2*sum_s*sum_r+c2);
  89
  90     ssim_d = (sum_s*sum_s +sum_r*sum_r+c1)*
  91         ((int64_t)count*sum_sq_s-(int64_t)sum_s*sum_s +
  92         (int64_t)count*sum_sq_r-(int64_t) sum_r*sum_r +c2) ;
  93
  94     return ssim_n * 1.0 / ssim_d;
  95 }
  96
  97 static double ssim_16x16(unsigned char *s,int sp, unsigned char *r,int rp)
  98 {
  99     unsigned long sum_s=0,sum_r=0,sum_sq_s=0,sum_sq_r=0,sum_sxr=0;
 100     vp8_ssim_parms_16x16(s, sp, r, rp, &sum_s, &sum_r, &sum_sq_s, &sum_sq_r, &sum_sxr);
 101     return similarity(sum_s, sum_r, sum_sq_s, sum_sq_r, sum_sxr, 256);
 102 }
 103 static double ssim_8x8(unsigned char *s,int sp, unsigned char *r,int rp)
 104 {
 105     unsigned long sum_s=0,sum_r=0,sum_sq_s=0,sum_sq_r=0,sum_sxr=0;
 106     vp8_ssim_parms_8x8(s, sp, r, rp, &sum_s, &sum_r, &sum_sq_s, &sum_sq_r, &sum_sxr);
 107     return similarity(sum_s, sum_r, sum_sq_s, sum_sq_r, sum_sxr, 64);
 108 }
 109
 110 // TODO: (jbb) tried to scale this function such that we may be able to use it
 111 // for distortion metric in mode selection code ( provided we do a reconstruction)
 112 long dssim(unsigned char *s,int sp, unsigned char *r,int rp)
 113 {
 114     unsigned long sum_s=0,sum_r=0,sum_sq_s=0,sum_sq_r=0,sum_sxr=0;
 115     int64_t ssim3;
 116     int64_t ssim_n1,ssim_n2;
 117     int64_t ssim_d1,ssim_d2;
 118     int64_t ssim_t1,ssim_t2;
 119     int64_t c1, c2;
 120
 121     // normalize by 256/64
 122     c1 = cc1*16;
 123     c2 = cc2*16;
 124
 125     vp8_ssim_parms_16x16(s, sp, r, rp, &sum_s, &sum_r, &sum_sq_s, &sum_sq_r, &sum_sxr);
 126     ssim_n1 = (2*sum_s*sum_r+ c1);
 127
 128     ssim_n2 =((int64_t) 2*256*sum_sxr-(int64_t) 2*sum_s*sum_r+c2);
 129
 130     ssim_d1 =((int64_t)sum_s*sum_s +(int64_t)sum_r*sum_r+c1);
 131
 132     ssim_d2 = (256 * (int64_t) sum_sq_s-(int64_t) sum_s*sum_s +
 133                     (int64_t) 256*sum_sq_r-(int64_t) sum_r*sum_r +c2) ;
 134
 135     ssim_t1 = 256 - 256 * ssim_n1 / ssim_d1;
 136     ssim_t2 = 256 - 256 * ssim_n2 / ssim_d2;
 137
 138     ssim3 = 256 *ssim_t1 * ssim_t2;
 139     if(ssim3 <0 )
 140         ssim3=0;
 141     return (long)( ssim3  );
 142 }
 143
 144 // We are using a 8x8 moving window with starting location of each 8x8 window
 145 // on the 4x4 pixel grid. Such arrangement allows the windows to overlap
 146 // block boundaries to penalize blocking artifacts.
 147 double vp8_ssim2
 148 (
 149     unsigned char *img1,
 150     unsigned char *img2,
 151     int stride_img1,
 152     int stride_img2,
 153     int width,
 154     int height
 155 )
 156 {
 157     int i,j;
 158     int samples =0;
 159     double ssim_total=0;
 160
 161     // sample point start with each 4x4 location
 162     for(i=0; i < height-8; i+=4, img1 += stride_img1*4, img2 += stride_img2*4)
 163     {
 164         for(j=0; j < width-8; j+=4 )
 165         {
 166             double v = ssim_8x8(img1+j, stride_img1, img2+j, stride_img2);
 167             ssim_total += v;
 168             samples++;
 169         }
 170     }
 171     ssim_total /= samples;
 172     return ssim_total;
 173 }
 174 double vp8_calc_ssim
 175 (
 176     YV12_BUFFER_CONFIG *source,
 177     YV12_BUFFER_CONFIG *dest,
 178     int lumamask,
 179     double *weight
 180 )
 181 {
 182     double a, b, c;
 183     double ssimv;
 184
 185     a = vp8_ssim2(source->y_buffer, dest->y_buffer,
 186                  source->y_stride, dest->y_stride, source->y_width,
 187                  source->y_height);
 188
 189     b = vp8_ssim2(source->u_buffer, dest->u_buffer,
 190                  source->uv_stride, dest->uv_stride, source->uv_width,
 191                  source->uv_height);
 192
 193     c = vp8_ssim2(source->v_buffer, dest->v_buffer,
 194                  source->uv_stride, dest->uv_stride, source->uv_width,
 195                  source->uv_height);
 196
 197     ssimv = a * .8 + .1 * (b + c);
 198
 199     *weight = 1;
 200
 201     return ssimv;
 202 }
 203
 204 double vp8_calc_ssimg
 205 (
 206     YV12_BUFFER_CONFIG *source,
 207     YV12_BUFFER_CONFIG *dest,
 208     double *ssim_y,
 209     double *ssim_u,
 210     double *ssim_v
 211 )
 212 {
 213     double ssim_all = 0;
 214     double a, b, c;
 215
 216     a = vp8_ssim2(source->y_buffer, dest->y_buffer,
 217                  source->y_stride, dest->y_stride, source->y_width,
 218                  source->y_height);
 219
 220     b = vp8_ssim2(source->u_buffer, dest->u_buffer,
 221                  source->uv_stride, dest->uv_stride, source->uv_width,
 222                  source->uv_height);
 223
 224     c = vp8_ssim2(source->v_buffer, dest->v_buffer,
 225                  source->uv_stride, dest->uv_stride, source->uv_width,
 226                  source->uv_height);
 227     *ssim_y = a;
 228     *ssim_u = b;
 229     *ssim_v = c;
 230     ssim_all = (a * 4 + b + c) /6;
 231
 232     return ssim_all;
 233 }