Update to 2.0.0 tree from current Fremantle build
[opencv] / 3rdparty / include / OpenEXR / half.h
1 ///////////////////////////////////////////////////////////////////////////
2 //
3 // Copyright (c) 2002, Industrial Light & Magic, a division of Lucas
4 // Digital Ltd. LLC
5 // 
6 // All rights reserved.
7 // 
8 // Redistribution and use in source and binary forms, with or without
9 // modification, are permitted provided that the following conditions are
10 // met:
11 // *       Redistributions of source code must retain the above copyright
12 // notice, this list of conditions and the following disclaimer.
13 // *       Redistributions in binary form must reproduce the above
14 // copyright notice, this list of conditions and the following disclaimer
15 // in the documentation and/or other materials provided with the
16 // distribution.
17 // *       Neither the name of Industrial Light & Magic nor the names of
18 // its contributors may be used to endorse or promote products derived
19 // from this software without specific prior written permission. 
20 // 
21 // THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE COPYRIGHT HOLDERS AND CONTRIBUTORS
22 // "AS IS" AND ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT
23 // LIMITED TO, THE IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR
24 // A PARTICULAR PURPOSE ARE DISCLAIMED. IN NO EVENT SHALL THE COPYRIGHT
25 // OWNER OR CONTRIBUTORS BE LIABLE FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL,
26 // SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL DAMAGES (INCLUDING, BUT NOT
27 // LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS OR SERVICES; LOSS OF USE,
28 // DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION) HOWEVER CAUSED AND ON ANY
29 // THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT LIABILITY, OR TORT
30 // (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY OUT OF THE USE
31 // OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF SUCH DAMAGE.
32 //
33 ///////////////////////////////////////////////////////////////////////////
34
35 // Primary authors:
36 //     Florian Kainz <kainz@ilm.com>
37 //     Rod Bogart <rgb@ilm.com>
38
39 //---------------------------------------------------------------------------
40 //
41 //      half -- a 16-bit floating point number class:
42 //
43 //      Type half can represent positive and negative numbers, whose
44 //      magnitude is between roughly 6.1e-5 and 6.5e+4, with a relative
45 //      error of 9.8e-4; numbers smaller than 6.1e-5 can be represented
46 //      with an absolute error of 6.0e-8.  All integers from -2048 to
47 //      +2048 can be represented exactly.
48 //
49 //      Type half behaves (almost) like the built-in C++ floating point
50 //      types.  In arithmetic expressions, half, float and double can be
51 //      mixed freely.  Here are a few examples:
52 //
53 //          half a (3.5);
54 //          float b (a + sqrt (a));
55 //          a += b;
56 //          b += a;
57 //          b = a + 7;
58 //
59 //      Conversions from half to float are lossless; all half numbers
60 //      are exactly representable as floats.
61 //
62 //      Conversions from float to half may not preserve the float's
63 //      value exactly.  If a float is not representable as a half, the
64 //      float value is rounded to the nearest representable half.  If
65 //      a float value is exactly in the middle between the two closest
66 //      representable half values, then the float value is rounded to
67 //      the half with the greater magnitude.
68 //
69 //      Overflows during float-to-half conversions cause arithmetic
70 //      exceptions.  An overflow occurs when the float value to be
71 //      converted is too large to be represented as a half, or if the
72 //      float value is an infinity or a NAN.
73 //
74 //      The implementation of type half makes the following assumptions
75 //      about the implementation of the built-in C++ types:
76 //
77 //          float is an IEEE 754 single-precision number
78 //          sizeof (float) == 4
79 //          sizeof (unsigned int) == sizeof (float)
80 //          alignof (unsigned int) == alignof (float)
81 //          sizeof (unsigned short) == 2
82 //
83 //---------------------------------------------------------------------------
84
85 #ifndef _HALF_H_
86 #define _HALF_H_
87
88 #include <iostream>
89
90 class half
91 {
92   public:
93
94     //-------------
95     // Constructors
96     //-------------
97
98     half ();                    // no initialization
99     half (float f);
100
101
102     //--------------------
103     // Conversion to float
104     //--------------------
105
106     operator            float () const;
107
108
109     //------------
110     // Unary minus
111     //------------
112
113     half                operator - () const;
114
115
116     //-----------
117     // Assignment
118     //-----------
119
120     half &              operator = (half  h);
121     half &              operator = (float f);
122
123     half &              operator += (half  h);
124     half &              operator += (float f);
125
126     half &              operator -= (half  h);
127     half &              operator -= (float f);
128
129     half &              operator *= (half  h);
130     half &              operator *= (float f);
131
132     half &              operator /= (half  h);
133     half &              operator /= (float f);
134
135
136     //---------------------------------------------------------
137     // Round to n-bit precision (n should be between 0 and 10).
138     // After rounding, the significand's 10-n least significant
139     // bits will be zero.
140     //---------------------------------------------------------
141
142     half                round (unsigned int n) const;
143
144
145     //--------------------------------------------------------------------
146     // Classification:
147     //
148     //  h.isFinite()            returns true if h is a normalized number,
149     //                          a denormalized number or zero
150     //
151     //  h.isNormalized()        returns true if h is a normalized number
152     //
153     //  h.isDenormalized()      returns true if h is a denormalized number
154     //
155     //  h.isZero()              returns true if h is zero
156     //
157     //  h.isNan()               returns true if h is a NAN
158     //
159     //  h.isInfinity()          returns true if h is a positive
160     //                          or a negative infinity
161     //
162     //  h.isNegative()          returns true if the sign bit of h
163     //                          is set (negative)
164     //--------------------------------------------------------------------
165
166     bool                isFinite () const;
167     bool                isNormalized () const;
168     bool                isDenormalized () const;
169     bool                isZero () const;
170     bool                isNan () const;
171     bool                isInfinity () const;
172     bool                isNegative () const;
173
174
175     //--------------------------------------------
176     // Special values
177     //
178     //  posInf()        returns +infinity
179     //
180     //  negInf()        returns +infinity
181     //
182     //  qNan()          returns a NAN with the bit
183     //                  pattern 0111111111111111
184     //
185     //  sNan()          returns a NAN with the bit
186     //                  pattern 0111110111111111
187     //--------------------------------------------
188
189     static half         posInf ();
190     static half         negInf ();
191     static half         qNan ();
192     static half         sNan ();
193
194
195     //--------------------------------------
196     // Access to the internal representation
197     //--------------------------------------
198
199     unsigned short      bits () const;
200     void                setBits (unsigned short bits);
201
202
203   public:
204
205     union uif
206     {
207         unsigned int    i;
208         float           f;
209     };
210
211   private:
212
213     static short        convert (int i);
214     static float        overflow ();
215
216     unsigned short      _h;
217
218     //---------------------------------------------------
219     // Windows dynamic libraries don't like static
220     // member variables.
221     //---------------------------------------------------
222 #ifndef OPENEXR_DLL
223     static const uif            _toFloat[1 << 16];
224     static const unsigned short _eLut[1 << 9];
225 #endif
226 };
227
228 #if defined(OPENEXR_DLL)
229     //--------------------------------------
230     // Lookup tables defined for Windows DLL
231     //--------------------------------------
232     #if defined(HALF_EXPORTS)
233         extern __declspec(dllexport) half::uif          _toFloat[1 << 16];
234         extern __declspec(dllexport) unsigned short     _eLut[1 << 9];
235     #else
236         extern __declspec(dllimport) half::uif          _toFloat[1 << 16];
237         extern __declspec(dllimport) unsigned short     _eLut[1 << 9];
238     #endif
239 #endif
240
241
242 //-----------
243 // Stream I/O
244 //-----------
245
246 std::ostream &          operator << (std::ostream &os, half  h);
247 std::istream &          operator >> (std::istream &is, half &h);
248
249
250 //----------
251 // Debugging
252 //----------
253
254 void                    printBits   (std::ostream &os, half  h);
255 void                    printBits   (std::ostream &os, float f);
256 void                    printBits   (char  c[19], half  h);
257 void                    printBits   (char  c[35], float f);
258
259
260 //-------------------------------------------------------------------------
261 // Limits
262 //
263 // Visual C++ will complain if HALF_MIN, HALF_NRM_MIN etc. are not float
264 // constants, but at least one other compiler (gcc 2.96) produces incorrect
265 // results if they are.
266 //-------------------------------------------------------------------------
267
268 #if (defined _WIN32 || defined _WIN64) && defined _MSC_VER
269
270 #define HALF_MIN        5.96046448e-08f // Smallest positive half
271
272 #define HALF_NRM_MIN    6.10351562e-05f // Smallest positive normalized half
273
274 #define HALF_MAX        65504.0f        // Largest positive half
275
276 #define HALF_EPSILON    0.00097656f     // Smallest positive e for which
277                                         // half (1.0 + e) != half (1.0)
278 #else
279
280 #define HALF_MIN        5.96046448e-08  // Smallest positive half
281
282 #define HALF_NRM_MIN    6.10351562e-05  // Smallest positive normalized half
283
284 #define HALF_MAX        65504.0         // Largest positive half
285
286 #define HALF_EPSILON    0.00097656      // Smallest positive e for which
287                                         // half (1.0 + e) != half (1.0)
288 #endif
289
290
291 #define HALF_MANT_DIG   11              // Number of digits in mantissa
292                                         // (significand + hidden leading 1)
293
294 #define HALF_DIG        2               // Number of base 10 digits that
295                                         // can be represented without change
296
297 #define HALF_RADIX      2               // Base of the exponent
298
299 #define HALF_MIN_EXP    -13             // Minimum negative integer such that
300                                         // HALF_RADIX raised to the power of
301                                         // one less than that integer is a
302                                         // normalized half
303
304 #define HALF_MAX_EXP    16              // Maximum positive integer such that
305                                         // HALF_RADIX raised to the power of
306                                         // one less than that integer is a
307                                         // normalized half
308
309 #define HALF_MIN_10_EXP -4              // Minimum positive integer such
310                                         // that 10 raised to that power is
311                                         // a normalized half
312
313 #define HALF_MAX_10_EXP 4               // Maximum positive integer such
314                                         // that 10 raised to that power is
315                                         // a normalized half
316
317
318 //---------------------------------------------------------------------------
319 //
320 // Implementation --
321 //
322 // Representation of a float:
323 //
324 //      We assume that a float, f, is an IEEE 754 single-precision
325 //      floating point number, whose bits are arranged as follows:
326 //
327 //          31 (msb)
328 //          | 
329 //          | 30     23
330 //          | |      | 
331 //          | |      | 22                    0 (lsb)
332 //          | |      | |                     |
333 //          X XXXXXXXX XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX
334 //
335 //          s e        m
336 //
337 //      S is the sign-bit, e is the exponent and m is the significand.
338 //
339 //      If e is between 1 and 254, f is a normalized number:
340 //
341 //                  s    e-127
342 //          f = (-1)  * 2      * 1.m
343 //
344 //      If e is 0, and m is not zero, f is a denormalized number:
345 //
346 //                  s    -126
347 //          f = (-1)  * 2      * 0.m
348 //
349 //      If e and m are both zero, f is zero:
350 //
351 //          f = 0.0
352 //
353 //      If e is 255, f is an "infinity" or "not a number" (NAN),
354 //      depending on whether m is zero or not.
355 //
356 //      Examples:
357 //
358 //          0 00000000 00000000000000000000000 = 0.0
359 //          0 01111110 00000000000000000000000 = 0.5
360 //          0 01111111 00000000000000000000000 = 1.0
361 //          0 10000000 00000000000000000000000 = 2.0
362 //          0 10000000 10000000000000000000000 = 3.0
363 //          1 10000101 11110000010000000000000 = -124.0625
364 //          0 11111111 00000000000000000000000 = +infinity
365 //          1 11111111 00000000000000000000000 = -infinity
366 //          0 11111111 10000000000000000000000 = NAN
367 //          1 11111111 11111111111111111111111 = NAN
368 //
369 // Representation of a half:
370 //
371 //      Here is the bit-layout for a half number, h:
372 //
373 //          15 (msb)
374 //          | 
375 //          | 14  10
376 //          | |   |
377 //          | |   | 9        0 (lsb)
378 //          | |   | |        |
379 //          X XXXXX XXXXXXXXXX
380 //
381 //          s e     m
382 //
383 //      S is the sign-bit, e is the exponent and m is the significand.
384 //
385 //      If e is between 1 and 30, h is a normalized number:
386 //
387 //                  s    e-15
388 //          h = (-1)  * 2     * 1.m
389 //
390 //      If e is 0, and m is not zero, h is a denormalized number:
391 //
392 //                  S    -14
393 //          h = (-1)  * 2     * 0.m
394 //
395 //      If e and m are both zero, h is zero:
396 //
397 //          h = 0.0
398 //
399 //      If e is 31, h is an "infinity" or "not a number" (NAN),
400 //      depending on whether m is zero or not.
401 //
402 //      Examples:
403 //
404 //          0 00000 0000000000 = 0.0
405 //          0 01110 0000000000 = 0.5
406 //          0 01111 0000000000 = 1.0
407 //          0 10000 0000000000 = 2.0
408 //          0 10000 1000000000 = 3.0
409 //          1 10101 1111000001 = -124.0625
410 //          0 11111 0000000000 = +infinity
411 //          1 11111 0000000000 = -infinity
412 //          0 11111 1000000000 = NAN
413 //          1 11111 1111111111 = NAN
414 //
415 // Conversion:
416 //
417 //      Converting from a float to a half requires some non-trivial bit
418 //      manipulations.  In some cases, this makes conversion relatively
419 //      slow, but the most common case is accelerated via table lookups.
420 //
421 //      Converting back from a half to a float is easier because we don't
422 //      have to do any rounding.  In addition, there are only 65536
423 //      different half numbers; we can convert each of those numbers once
424 //      and store the results in a table.  Later, all conversions can be
425 //      done using only simple table lookups.
426 //
427 //---------------------------------------------------------------------------
428
429
430 //--------------------
431 // Simple constructors
432 //--------------------
433
434 inline
435 half::half ()
436 {
437     // no initialization
438 }
439
440
441 //----------------------------
442 // Half-from-float constructor
443 //----------------------------
444
445 inline
446 half::half (float f)
447 {
448     if (f == 0)
449     {
450         //
451         // Common special case - zero.
452         // For speed, we don't preserve the zero's sign.
453         //
454
455         _h = 0;
456     }
457     else
458     {
459         //
460         // We extract the combined sign and exponent, e, from our
461         // floating-point number, f.  Then we convert e to the sign
462         // and exponent of the half number via a table lookup.
463         //
464         // For the most common case, where a normalized half is produced,
465         // the table lookup returns a non-zero value; in this case, all
466         // we have to do, is round f's significand to 10 bits and combine
467         // the result with e.
468         //
469         // For all other cases (overflow, zeroes, denormalized numbers
470         // resulting from underflow, infinities and NANs), the table
471         // lookup returns zero, and we call a longer, non-inline function
472         // to do the float-to-half conversion.
473         //
474
475         uif x;
476
477         x.f = f;
478
479         register int e = (x.i >> 23) & 0x000001ff;
480
481         e = _eLut[e];
482
483         if (e)
484         {
485             //
486             // Simple case - round the significand and
487             // combine it with the sign and exponent.
488             //
489
490             _h = e + (((x.i & 0x007fffff) + 0x00001000) >> 13);
491         }
492         else
493         {
494             //
495             // Difficult case - call a function.
496             //
497
498             _h = convert (x.i);
499         }
500     }
501 }
502
503
504 //------------------------------------------
505 // Half-to-float conversion via table lookup
506 //------------------------------------------
507
508 inline
509 half::operator float () const
510 {
511     return _toFloat[_h].f;
512 }
513
514
515 //-------------------------
516 // Round to n-bit precision
517 //-------------------------
518
519 inline half
520 half::round (unsigned int n) const
521 {
522     //
523     // Parameter check.
524     //
525
526     if (n >= 10)
527         return *this;
528
529     //
530     // Disassemble h into the sign, s,
531     // and the combined exponent and significand, e.
532     //
533
534     unsigned short s = _h & 0x8000;
535     unsigned short e = _h & 0x7fff;
536
537     //
538     // Round the exponent and significand to the nearest value
539     // where ones occur only in the (10-n) most significant bits.
540     // Note that the exponent adjusts automatically if rounding
541     // up causes the significand to overflow.
542     //
543
544     e >>= 9 - n;
545     e  += e & 1;
546     e <<= 9 - n;
547
548     //
549     // Check for exponent overflow.
550     //
551
552     if (e >= 0x7c00)
553     {
554         //
555         // Overflow occurred -- truncate instead of rounding.
556         //
557
558         e = _h;
559         e >>= 10 - n;
560         e <<= 10 - n;
561     }
562
563     //
564     // Put the original sign bit back.
565     //
566
567     half h;
568     h._h = s | e;
569
570     return h;
571 }
572
573
574 //-----------------------
575 // Other inline functions
576 //-----------------------
577
578 inline half     
579 half::operator - () const
580 {
581     half h;
582     h._h = _h ^ 0x8000;
583     return h;
584 }
585
586
587 inline half &
588 half::operator = (half h)
589 {
590     _h = h._h;
591     return *this;
592 }
593
594
595 inline half &
596 half::operator = (float f)
597 {
598     *this = half (f);
599     return *this;
600 }
601
602
603 inline half &
604 half::operator += (half h)
605 {
606     *this = half (float (*this) + float (h));
607     return *this;
608 }
609
610
611 inline half &
612 half::operator += (float f)
613 {
614     *this = half (float (*this) + f);
615     return *this;
616 }
617
618
619 inline half &
620 half::operator -= (half h)
621 {
622     *this = half (float (*this) - float (h));
623     return *this;
624 }
625
626
627 inline half &
628 half::operator -= (float f)
629 {
630     *this = half (float (*this) - f);
631     return *this;
632 }
633
634
635 inline half &
636 half::operator *= (half h)
637 {
638     *this = half (float (*this) * float (h));
639     return *this;
640 }
641
642
643 inline half &
644 half::operator *= (float f)
645 {
646     *this = half (float (*this) * f);
647     return *this;
648 }
649
650
651 inline half &
652 half::operator /= (half h)
653 {
654     *this = half (float (*this) / float (h));
655     return *this;
656 }
657
658
659 inline half &
660 half::operator /= (float f)
661 {
662     *this = half (float (*this) / f);
663     return *this;
664 }
665
666
667 inline bool     
668 half::isFinite () const
669 {
670     unsigned short e = (_h >> 10) & 0x001f;
671     return e < 31;
672 }
673
674
675 inline bool
676 half::isNormalized () const
677 {
678     unsigned short e = (_h >> 10) & 0x001f;
679     return e > 0 && e < 31;
680 }
681
682
683 inline bool
684 half::isDenormalized () const
685 {
686     unsigned short e = (_h >> 10) & 0x001f;
687     unsigned short m =  _h & 0x3ff;
688     return e == 0 && m != 0;
689 }
690
691
692 inline bool
693 half::isZero () const
694 {
695     return (_h & 0x7fff) == 0;
696 }
697
698
699 inline bool
700 half::isNan () const
701 {
702     unsigned short e = (_h >> 10) & 0x001f;
703     unsigned short m =  _h & 0x3ff;
704     return e == 31 && m != 0;
705 }
706
707
708 inline bool
709 half::isInfinity () const
710 {
711     unsigned short e = (_h >> 10) & 0x001f;
712     unsigned short m =  _h & 0x3ff;
713     return e == 31 && m == 0;
714 }
715
716
717 inline bool     
718 half::isNegative () const
719 {
720     return (_h & 0x8000) != 0;
721 }
722
723
724 inline half
725 half::posInf ()
726 {
727     half h;
728     h._h = 0x7c00;
729     return h;
730 }
731
732
733 inline half
734 half::negInf ()
735 {
736     half h;
737     h._h = 0xfc00;
738     return h;
739 }
740
741
742 inline half
743 half::qNan ()
744 {
745     half h;
746     h._h = 0x7fff;
747     return h;
748 }
749
750
751 inline half
752 half::sNan ()
753 {
754     half h;
755     h._h = 0x7dff;
756     return h;
757 }
758
759
760 inline unsigned short
761 half::bits () const
762 {
763     return _h;
764 }
765
766
767 inline void
768 half::setBits (unsigned short bits)
769 {
770     _h = bits;
771 }
772
773 #undef HALF_EXPORT_CONST
774
775 #endif