images/color.h

   1 /*
   2  *      Image Library -- Color Spaces
   3  *
   4  *      (c) 2006 Pavel Charvat <pchar@ucw.cz>
   5  *
   6  *      This software may be freely distributed and used according to the terms
   7  *      of the GNU Lesser General Public License.
   8  *
   9  *
  10  *      References:
  11  *      - http://www.tecgraf.puc-rio.br/~mgattass/color/ColorIndex.html
  12  *
  13  *      FIXME:
  14  *      - fix theoretical problems with rounding errors in srgb_to_luv_pixel()
  15  *      - SIMD should help to speed up conversion of large arrays
  16  *      - maybe try to generate a long switch in color_conv_pixel()
  17  *        with optimized entries instead of access to interpolation table
  18  *      - most of multiplications in srgb_to_luv_pixels can be replaced
  19  *        with tables lookup... tests shows almost the same speed for random
  20  *        input and cca 40% gain when input colors fit in CPU chache
  21  */
  22
  23 #ifndef _IMAGES_COLOR_H
  24 #define _IMAGES_COLOR_H
  25
  26 /* Exact slow conversion routines */
  27 void srgb_to_xyz_slow(double dest[3], double src[3]);
  28 void xyz_to_luv_slow(double dest[3], double src[3]);
  29
  30 /* Reference white */
  31 #define REF_WHITE_X 0.96422
  32 #define REF_WHITE_Y 1.
  33 #define REF_WHITE_Z 0.82521
  34
  35 /* sRGB -> XYZ matrix */
  36 #define SRGB_XYZ_XR 0.412424
  37 #define SRGB_XYZ_XG 0.357579
  38 #define SRGB_XYZ_XB 0.180464
  39 #define SRGB_XYZ_YR 0.212656
  40 #define SRGB_XYZ_YG 0.715158
  41 #define SRGB_XYZ_YB 0.072186
  42 #define SRGB_XYZ_ZR 0.019332
  43 #define SRGB_XYZ_ZG 0.119193
  44 #define SRGB_XYZ_ZB 0.950444
  45
  46
  47 /*********************** OPTIMIZED CONVERSION ROUTINES **********************/
  48
  49 /* sRGB -> Luv parameters */
  50 #define SRGB_TO_LUV_TAB2_SIZE 9
  51 #define SRGB_TO_LUV_TAB2_SCALE 11
  52 #define SRGB_TO_LUV_TAB3_SIZE 8
  53 #define SRGB_TO_LUV_TAB3_SCALE (39 - SRGB_TO_LUV_TAB2_SCALE - SRGB_TO_LUV_TAB3_SIZE)
  54
  55 extern u16 srgb_to_luv_tab1[256];
  56 extern u16 srgb_to_luv_tab2[9 << SRGB_TO_LUV_TAB2_SIZE];
  57 extern u32 srgb_to_luv_tab3[20 << SRGB_TO_LUV_TAB3_SIZE];
  58
  59 void srgb_to_luv_init(void);
  60 void srgb_to_luv_pixels(byte *dest, byte *src, uns count);
  61
  62 /* L covers the interval [0..255]; u and v are centered to 128 and scaled by 1/4 in respect of L */
  63 static inline void
  64 srgb_to_luv_pixel(byte *dest, byte *src)
  65 {
  66   uns r = srgb_to_luv_tab1[src[0]];
  67   uns g = srgb_to_luv_tab1[src[1]];
  68   uns b = srgb_to_luv_tab1[src[2]];
  69   uns x =
  70     (uns)(4 * SRGB_XYZ_XR * 0xffff) * r +
  71     (uns)(4 * SRGB_XYZ_XG * 0xffff) * g +
  72     (uns)(4 * SRGB_XYZ_XB * 0xffff) * b;
  73   uns y =
  74     (uns)(9 * SRGB_XYZ_YR * 0xffff) * r +
  75     (uns)(9 * SRGB_XYZ_YG * 0xffff) * g +
  76     (uns)(9 * SRGB_XYZ_YB * 0xffff) * b;
  77   uns l = srgb_to_luv_tab2[y >> (28 - SRGB_TO_LUV_TAB2_SIZE)];
  78     dest[0] = l >> (SRGB_TO_LUV_TAB2_SCALE - 8);
  79   uns sum =
  80     (uns)((SRGB_XYZ_XR + 15 * SRGB_XYZ_YR + 3 * SRGB_XYZ_ZR) * 0x7fff) * r +
  81     (uns)((SRGB_XYZ_XG + 15 * SRGB_XYZ_YG + 3 * SRGB_XYZ_ZG) * 0x7fff) * g +
  82     (uns)((SRGB_XYZ_XB + 15 * SRGB_XYZ_YB + 3 * SRGB_XYZ_ZB) * 0x7fff) * b;
  83   uns s = srgb_to_luv_tab3[sum >> (27 - SRGB_TO_LUV_TAB3_SIZE)];
  84   int xs = ((u64)x * s) >> 32;
  85   int ys = ((u64)y * s) >> 32;
  86   int xw = ((4 * 13) << (SRGB_TO_LUV_TAB3_SCALE - 4)) *
  87     REF_WHITE_X / (REF_WHITE_X + 15 * REF_WHITE_Y + 3 * REF_WHITE_Z);
  88   int yw = ((9 * 13) << (SRGB_TO_LUV_TAB3_SCALE - 4)) *
  89     REF_WHITE_Y / (REF_WHITE_X + 15 * REF_WHITE_Y + 3 * REF_WHITE_Z);
  90   int u = (int)(l) * (xs - xw);
  91   int v = (int)(l) * (ys - yw);
  92   dest[1] = 128 + (u >> (SRGB_TO_LUV_TAB3_SCALE + SRGB_TO_LUV_TAB2_SCALE - 10));
  93   dest[2] = 128 + (v >> (SRGB_TO_LUV_TAB3_SCALE + SRGB_TO_LUV_TAB2_SCALE - 10));
  94 }
  95
  96
  97 /****************** GENERAL INTERPOLATION IN 3D GRID ********************/
  98
  99 #define COLOR_CONV_SIZE 5  /* 128K conversion grid size */
 100 #define COLOR_CONV_OFS  3  /* 8K interpolation table size */
 101
 102 struct color_grid_node {
 103   byte val[4];
 104 };
 105
 106 struct color_interpolation_node {
 107   u16 ofs[4];
 108   u16 mul[4];
 109 };
 110
 111 extern struct color_grid_node *srgb_to_luv_grid;
 112 extern struct color_interpolation_node *color_interpolation_table;
 113
 114 void color_conv_init(void);
 115 void color_conv_pixels(byte *dest, byte *src, uns count, struct color_grid_node *grid);
 116
 117 #define COLOR_CONV_SCALE_CONST (((((1 << COLOR_CONV_SIZE) - 1) << 16) + (1 << (16 - COLOR_CONV_OFS))) / 255)
 118
 119 static inline void
 120 color_conv_pixel(byte *dest, byte *src, struct color_grid_node *grid)
 121 {
 122   uns s0 = src[0] * COLOR_CONV_SCALE_CONST;
 123   uns s1 = src[1] * COLOR_CONV_SCALE_CONST;
 124   uns s2 = src[2] * COLOR_CONV_SCALE_CONST;
 125   struct color_grid_node *g0, *g1, *g2, *g3, *g = grid +
 126     ((s0 >> 16) + ((s1 >> 16) << COLOR_CONV_SIZE) + ((s2 >> 16) << (2 * COLOR_CONV_SIZE)));
 127   struct color_interpolation_node *n = color_interpolation_table +
 128     (((s0 & (0x10000 - (0x10000 >> COLOR_CONV_OFS))) >> (16 - COLOR_CONV_OFS)) +
 129     ((s1 & (0x10000 - (0x10000 >> COLOR_CONV_OFS))) >> (16 - 2 * COLOR_CONV_OFS)) +
 130     ((s2 & (0x10000 - (0x10000 >> COLOR_CONV_OFS))) >> (16 - 3 * COLOR_CONV_OFS)));
 131   g0 = g + n->ofs[0];
 132   g1 = g + n->ofs[1];
 133   g2 = g + n->ofs[2];
 134   g3 = g + n->ofs[3];
 135   dest[0] = (g0->val[0] * n->mul[0] + g1->val[0] * n->mul[1] +
 136              g2->val[0] * n->mul[2] + g3->val[0] * n->mul[3] + 128) >> 8;
 137   dest[1] = (g0->val[1] * n->mul[0] + g1->val[1] * n->mul[1] +
 138              g2->val[1] * n->mul[2] + g3->val[1] * n->mul[3] + 128) >> 8;
 139   dest[2] = (g0->val[2] * n->mul[0] + g1->val[2] * n->mul[1] +
 140              g2->val[2] * n->mul[2] + g3->val[2] * n->mul[3] + 128) >> 8;
 141 }
 142
 143 #endif