test/rgb_xyz_test.cc

   1 /*
   2     Copyright (C) 2014-2021 Carl Hetherington <cth@carlh.net>
   3
   4     This file is part of libdcp.
   5
   6     libdcp is free software; you can redistribute it and/or modify
   7     it under the terms of the GNU General Public License as published by
   8     the Free Software Foundation; either version 2 of the License, or
   9     (at your option) any later version.
  10
  11     libdcp is distributed in the hope that it will be useful,
  12     but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
  13     MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the
  14     GNU General Public License for more details.
  15
  16     You should have received a copy of the GNU General Public License
  17     along with libdcp.  If not, see <http://www.gnu.org/licenses/>.
  18
  19     In addition, as a special exception, the copyright holders give
  20     permission to link the code of portions of this program with the
  21     OpenSSL library under certain conditions as described in each
  22     individual source file, and distribute linked combinations
  23     including the two.
  24
  25     You must obey the GNU General Public License in all respects
  26     for all of the code used other than OpenSSL.  If you modify
  27     file(s) with this exception, you may extend this exception to your
  28     version of the file(s), but you are not obligated to do so.  If you
  29     do not wish to do so, delete this exception statement from your
  30     version.  If you delete this exception statement from all source
  31     files in the program, then also delete it here.
  32 */
  33
  34
  35 #include "colour_conversion.h"
  36 #include "openjpeg_image.h"
  37 #include "piecewise_lut.h"
  38 #include "rgb_xyz.h"
  39 #include "stream_operators.h"
  40 #include <boost/bind/bind.hpp>
  41 #include <boost/random.hpp>
  42 #include <boost/scoped_array.hpp>
  43 #include <boost/test/unit_test.hpp>
  44
  45
  46 using std::cout;
  47 using std::list;
  48 using std::make_shared;
  49 using std::max;
  50 using std::shared_ptr;
  51 using std::string;
  52 using boost::optional;
  53 using boost::scoped_array;
  54 #if BOOST_VERSION >= 106100
  55 using namespace boost::placeholders;
  56 #endif
  57
  58
  59 static
  60 void
  61 rgb_xyz_test_case (std::function<void (uint16_t*)> write_pixel)
  62 {
  63         srand (0);
  64         dcp::Size const size (640, 480);
  65
  66         scoped_array<uint8_t> rgb (new uint8_t[size.width * size.height * 6]);
  67         for (int y = 0; y < size.height; ++y) {
  68                 uint16_t* p = reinterpret_cast<uint16_t*> (rgb.get() + y * size.width * 6);
  69                 for (int x = 0; x < size.width; ++x) {
  70                         write_pixel (p);
  71                         p += 3;
  72                 }
  73         }
  74
  75         auto xyz = dcp::rgb_to_xyz (rgb.get(), size, size.width * 6, dcp::ColourConversion::srgb_to_xyz());
  76
  77         for (int y = 0; y < size.height; ++y) {
  78                 uint16_t* p = reinterpret_cast<uint16_t*> (rgb.get() + y * size.width * 6);
  79                 for (int x = 0; x < size.width; ++x) {
  80
  81                         double cr = *p++ / 65535.0;
  82                         double cg = *p++ / 65535.0;
  83                         double cb = *p++ / 65535.0;
  84
  85                         /* Input gamma */
  86
  87                         if (cr < 0.04045) {
  88                                 cr /= 12.92;
  89                         } else {
  90                                 cr = pow ((cr + 0.055) / 1.055, 2.4);
  91                         }
  92
  93                         if (cg < 0.04045) {
  94                                 cg /= 12.92;
  95                         } else {
  96                                 cg = pow ((cg + 0.055) / 1.055, 2.4);
  97                         }
  98
  99                         if (cb < 0.04045) {
 100                                 cb /= 12.92;
 101                         } else {
 102                                 cb = pow ((cb + 0.055) / 1.055, 2.4);
 103                         }
 104
 105                         /* Matrix */
 106
 107                         double cx = cr * 0.4124564 + cg * 0.3575761 + cb * 0.1804375;
 108                         double cy = cr * 0.2126729 + cg * 0.7151522 + cb * 0.0721750;
 109                         double cz = cr * 0.0193339 + cg * 0.1191920 + cb * 0.9503041;
 110
 111                         /* Compand */
 112
 113                         cx *= 48 / 52.37;
 114                         cy *= 48 / 52.37;
 115                         cz *= 48 / 52.37;
 116
 117                         /* Output gamma */
 118
 119                         cx = pow (cx, 1 / 2.6);
 120                         cy = pow (cy, 1 / 2.6);
 121                         cz = pow (cz, 1 / 2.6);
 122
 123                         BOOST_REQUIRE_CLOSE (cx * 4095, xyz->data(0)[y * size.width + x], 1);
 124                         BOOST_REQUIRE_CLOSE (cy * 4095, xyz->data(1)[y * size.width + x], 1);
 125                         BOOST_REQUIRE_CLOSE (cz * 4095, xyz->data(2)[y * size.width + x], 1);
 126                 }
 127         }
 128 }
 129
 130
 131 /** Convert a test image from sRGB to XYZ and check that the transforms are right */
 132 BOOST_AUTO_TEST_CASE (rgb_xyz_test)
 133 {
 134         {
 135                 int counter = 0;
 136                 rgb_xyz_test_case ([&counter](uint16_t* p) {
 137                         p[0] = p[1] = p[2] = (counter << 4);
 138                         ++counter;
 139                         if (counter >= 4096) {
 140                                 counter = 0;
 141                         }
 142                 });
 143         }
 144
 145         boost::random::mt19937 rng(1);
 146         boost::random::uniform_int_distribution<> dist(0, 4095);
 147
 148         rgb_xyz_test_case ([&rng, &dist](uint16_t* p) {
 149                            p[0] = dist(rng) << 4;
 150                            p[1] = dist(rng) << 4;
 151                            p[2] = dist(rng) << 4;
 152                            });
 153 }
 154
 155
 156 /** Check the piecewise LUT that is used for inverse gamma calculation */
 157 BOOST_AUTO_TEST_CASE (rgb_xyz_lut_test)
 158 {
 159         auto conversion = dcp::ColourConversion::rec709_to_xyz();
 160         auto lut = dcp::make_inverse_gamma_lut(conversion.out());
 161
 162         for (double x = 0; x < 1; x += 0.000001) {
 163                 BOOST_CHECK(std::abs(lrint(lut.lookup(x) * 4095) - lrint(pow(x, 1 / 2.6) * 4095)) < 2);
 164         }
 165 }
 166
 167
 168 static list<string> notes;
 169
 170 static void
 171 note_handler (dcp::NoteType n, string s)
 172 {
 173         BOOST_REQUIRE_EQUAL (n, dcp::NoteType::NOTE);
 174         notes.push_back (s);
 175 }
 176
 177 /** Check that xyz_to_rgb clamps XYZ values correctly */
 178 BOOST_AUTO_TEST_CASE (xyz_rgb_range_test)
 179 {
 180         auto xyz = make_shared<dcp::OpenJPEGImage>(dcp::Size(2, 2));
 181
 182         xyz->data(0)[0] = -4;
 183         xyz->data(0)[1] = 6901;
 184         xyz->data(0)[2] = 0;
 185         xyz->data(0)[3] = 4095;
 186         xyz->data(1)[0] = -4;
 187         xyz->data(1)[1] = 6901;
 188         xyz->data(1)[2] = 0;
 189         xyz->data(1)[3] = 4095;
 190         xyz->data(2)[0] = -4;
 191         xyz->data(2)[1] = 6901;
 192         xyz->data(2)[2] = 0;
 193         xyz->data(2)[3] = 4095;
 194
 195         scoped_array<uint8_t> rgb (new uint8_t[2 * 2 * 6]);
 196
 197         notes.clear ();
 198         dcp::xyz_to_rgb (
 199                 xyz, dcp::ColourConversion::srgb_to_xyz (), rgb.get(), 2 * 6, boost::optional<dcp::NoteHandler> (boost::bind (&note_handler, _1, _2))
 200                 );
 201
 202         /* The 6 out-of-range samples should have been noted */
 203         BOOST_REQUIRE_EQUAL (notes.size(), 6U);
 204         auto i = notes.begin ();
 205         BOOST_REQUIRE_EQUAL (*i++, "XYZ value -4 out of range");
 206         BOOST_REQUIRE_EQUAL (*i++, "XYZ value -4 out of range");
 207         BOOST_REQUIRE_EQUAL (*i++, "XYZ value -4 out of range");
 208         BOOST_REQUIRE_EQUAL (*i++, "XYZ value 6901 out of range");
 209         BOOST_REQUIRE_EQUAL (*i++, "XYZ value 6901 out of range");
 210         BOOST_REQUIRE_EQUAL (*i++, "XYZ value 6901 out of range");
 211
 212         /* And those samples should have been clamped, so check that they give the same result
 213            as inputs at the extremes (0 and 4095).
 214         */
 215
 216         auto buffer = reinterpret_cast<uint16_t*> (rgb.get ());
 217         BOOST_REQUIRE_EQUAL (buffer[0 * 3 + 0], buffer[2 * 3 + 1]);
 218         BOOST_REQUIRE_EQUAL (buffer[0 * 3 + 1], buffer[2 * 3 + 1]);
 219         BOOST_REQUIRE_EQUAL (buffer[0 * 3 + 2], buffer[2 * 3 + 2]);
 220
 221         BOOST_REQUIRE_EQUAL (buffer[1 * 3 + 0], buffer[3 * 3 + 0]);
 222         BOOST_REQUIRE_EQUAL (buffer[1 * 3 + 1], buffer[3 * 3 + 1]);
 223         BOOST_REQUIRE_EQUAL (buffer[1 * 3 + 2], buffer[3 * 3 + 2]);
 224 }
 225
 226 /** Convert an image from RGB to XYZ and back again */
 227 BOOST_AUTO_TEST_CASE (rgb_xyz_round_trip_test)
 228 {
 229         srand (0);
 230         dcp::Size const size (640, 480);
 231
 232         scoped_array<uint8_t> rgb (new uint8_t[size.width * size.height * 6]);
 233         for (int y = 0; y < size.height; ++y) {
 234                 uint16_t* p = reinterpret_cast<uint16_t*> (rgb.get() + y * size.width * 6);
 235                 for (int x = 0; x < size.width; ++x) {
 236                         /* Write a 12-bit random number for each component */
 237                         for (int c = 0; c < 3; ++c) {
 238                                 *p = (rand () & 0xfff) << 4;
 239                                 ++p;
 240                         }
 241                 }
 242         }
 243
 244         shared_ptr<dcp::OpenJPEGImage> xyz = dcp::rgb_to_xyz (rgb.get(), size, size.width * 6, dcp::ColourConversion::srgb_to_xyz ());
 245         scoped_array<uint8_t> back (new uint8_t[size.width * size.height * 6]);
 246         dcp::xyz_to_rgb (xyz, dcp::ColourConversion::srgb_to_xyz (), back.get(), size.width * 6);
 247
 248 #if 0
 249         uint16_t* p = reinterpret_cast<uint16_t*> (rgb.get ());
 250         uint16_t* q = reinterpret_cast<uint16_t*> (back.get ());
 251         for (int i = 0; i < (size.width * size.height); ++i) {
 252                 /* XXX: doesn't quite work */
 253                 // BOOST_REQUIRE_EQUAL (*p++, *q++);
 254         }
 255 #endif
 256 }