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  *      FIXME:
  10  *      - fix theoretical problems with rounding errors in srgb_to_luv_pixel()
  11  *      - SIMD should help to speed up conversion of large arrays
  12  *      - maybe try to generate a long switch in color_conv_pixel()
  13  *        with optimized entries instead of access to interpolation table
  14  */
  15
  16 #ifndef _IMAGES_COLOR_H
  17 #define _IMAGES_COLOR_H
  18
  19 /* Exact slow conversion routines */
  20 void srgb_to_xyz_slow(double dest[3], double src[3]);
  21 void xyz_to_luv_slow(double dest[3], double src[3]);
  22
  23 /* Reference white */
  24 #define REF_WHITE_X 0.96422
  25 #define REF_WHITE_Y 1.
  26 #define REF_WHITE_Z 0.82521
  27
  28 /* sRGB -> XYZ matrix */
  29 #define SRGB_XYZ_XR 0.412424
  30 #define SRGB_XYZ_XG 0.357579
  31 #define SRGB_XYZ_XB 0.180464
  32 #define SRGB_XYZ_YR 0.212656
  33 #define SRGB_XYZ_YG 0.715158
  34 #define SRGB_XYZ_YB 0.072186
  35 #define SRGB_XYZ_ZR 0.019332
  36 #define SRGB_XYZ_ZG 0.119193
  37 #define SRGB_XYZ_ZB 0.950444
  38
  39
  40 /*********************** OPTIMIZED CONVERSION ROUTINES **********************/
  41
  42 /* sRGB -> Luv parameters */
  43 #define SRGB_TO_LUV_TAB2_SIZE 9
  44 #define SRGB_TO_LUV_TAB2_SCALE 11
  45 #define SRGB_TO_LUV_TAB3_SIZE 8
  46 #define SRGB_TO_LUV_TAB3_SCALE (39 - SRGB_TO_LUV_TAB2_SCALE - SRGB_TO_LUV_TAB3_SIZE)
  47
  48 extern u16 srgb_to_luv_tab1[256];
  49 extern u16 srgb_to_luv_tab2[9 << SRGB_TO_LUV_TAB2_SIZE];
  50 extern u32 srgb_to_luv_tab3[20 << SRGB_TO_LUV_TAB3_SIZE];
  51
  52 void srgb_to_luv_init(void);
  53 void srgb_to_luv_pixels(byte *dest, byte *src, uns count);
  54
  55 static inline void
  56 srgb_to_luv_pixel(byte *dest, byte *src)
  57 {
  58   uns r = srgb_to_luv_tab1[src[0]];
  59   uns g = srgb_to_luv_tab1[src[1]];
  60   uns b = srgb_to_luv_tab1[src[2]];
  61   uns x =
  62     (uns)(4 * SRGB_XYZ_XR * 0xffff) * r +
  63     (uns)(4 * SRGB_XYZ_XG * 0xffff) * g +
  64     (uns)(4 * SRGB_XYZ_XB * 0xffff) * b;
  65   uns y =
  66     (uns)(9 * SRGB_XYZ_YR * 0xffff) * r +
  67     (uns)(9 * SRGB_XYZ_YG * 0xffff) * g +
  68     (uns)(9 * SRGB_XYZ_YB * 0xffff) * b;
  69   uns l = srgb_to_luv_tab2[y >> (28 - SRGB_TO_LUV_TAB2_SIZE)];
  70     dest[0] = l >> (SRGB_TO_LUV_TAB2_SCALE - 8);
  71   uns sum =
  72     (uns)((SRGB_XYZ_XR + 15 * SRGB_XYZ_YR + 3 * SRGB_XYZ_ZR) * 0x7fff) * r +
  73     (uns)((SRGB_XYZ_XG + 15 * SRGB_XYZ_YG + 3 * SRGB_XYZ_ZG) * 0x7fff) * g +
  74     (uns)((SRGB_XYZ_XB + 15 * SRGB_XYZ_YB + 3 * SRGB_XYZ_ZB) * 0x7fff) * b;
  75   uns s = srgb_to_luv_tab3[sum >> (27 - SRGB_TO_LUV_TAB3_SIZE)];
  76   int xs = ((u64)x * s) >> 32;
  77   int ys = ((u64)y * s) >> 32;
  78   int xw = ((4 * 13) << (SRGB_TO_LUV_TAB3_SCALE - 4)) *
  79     REF_WHITE_X / (REF_WHITE_X + 15 * REF_WHITE_Y + 3 * REF_WHITE_Z);
  80   int yw = ((9 * 13) << (SRGB_TO_LUV_TAB3_SCALE - 4)) *
  81     REF_WHITE_Y / (REF_WHITE_X + 15 * REF_WHITE_Y + 3 * REF_WHITE_Z);
  82   int u = (int)(l) * (xs - xw);
  83   int v = (int)(l) * (ys - yw);
  84   dest[1] = 128 + (u >> (SRGB_TO_LUV_TAB3_SCALE + SRGB_TO_LUV_TAB2_SCALE - 10));
  85   dest[2] = 128 + (v >> (SRGB_TO_LUV_TAB3_SCALE + SRGB_TO_LUV_TAB2_SCALE - 10));
  86 }
  87
  88
  89 /****************** GENERAL INTERPOLATION IN 3D GRID ********************/
  90
  91 #define COLOR_CONV_SIZE 5  /* 128K conversion grid size */
  92 #define COLOR_CONV_OFS  3  /* 8K interpolation table size */
  93
  94 struct color_grid_node {
  95   byte val[4];
  96 };
  97
  98 struct color_interpolation_node {
  99   u16 ofs[4];
 100   u16 mul[4];
 101 };
 102
 103 extern struct color_grid_node *srgb_to_luv_grid;
 104 extern struct color_interpolation_node *color_interpolation_table;
 105
 106 void color_conv_init(void);
 107 void color_conv_pixels(byte *dest, byte *src, uns count, struct color_grid_node *grid);
 108
 109 #define COLOR_CONV_SCALE_CONST (((((1 << COLOR_CONV_SIZE) - 1) << 16) + (1 << (16 - COLOR_CONV_OFS))) / 255)
 110
 111 static inline void
 112 color_conv_pixel(byte *dest, byte *src, struct color_grid_node *grid)
 113 {
 114   uns s0 = src[0] * COLOR_CONV_SCALE_CONST;
 115   uns s1 = src[1] * COLOR_CONV_SCALE_CONST;
 116   uns s2 = src[2] * COLOR_CONV_SCALE_CONST;
 117   struct color_grid_node *g0, *g1, *g2, *g3, *g = grid +
 118     ((s0 >> 16) + ((s1 >> 16) << COLOR_CONV_SIZE) + ((s2 >> 16) << (2 * COLOR_CONV_SIZE)));
 119   struct color_interpolation_node *n = color_interpolation_table +
 120     (((s0 & (0x10000 - (0x10000 >> COLOR_CONV_OFS))) >> (16 - COLOR_CONV_OFS)) +
 121     ((s1 & (0x10000 - (0x10000 >> COLOR_CONV_OFS))) >> (16 - 2 * COLOR_CONV_OFS)) +
 122     ((s2 & (0x10000 - (0x10000 >> COLOR_CONV_OFS))) >> (16 - 3 * COLOR_CONV_OFS)));
 123   g0 = g + n->ofs[0];
 124   g1 = g + n->ofs[1];
 125   g2 = g + n->ofs[2];
 126   g3 = g + n->ofs[3];
 127   dest[0] = (g0->val[0] * n->mul[0] + g1->val[0] * n->mul[1] +
 128              g2->val[0] * n->mul[2] + g3->val[0] * n->mul[3] + 128) >> 8;
 129   dest[1] = (g0->val[1] * n->mul[0] + g1->val[1] * n->mul[1] +
 130              g2->val[1] * n->mul[2] + g3->val[1] * n->mul[3] + 128) >> 8;
 131   dest[2] = (g0->val[2] * n->mul[0] + g1->val[2] * n->mul[1] +
 132              g2->val[2] * n->mul[2] + g3->val[2] * n->mul[3] + 128) >> 8;
 133 }
 134
 135 #endif