source: src/mathutils.c @ 043c48c

feature/autosinkfeature/cnnfeature/cnn_orgfeature/constantqfeature/crepefeature/crepe_orgfeature/pitchshiftfeature/pydocstringsfeature/timestretchfix/ffmpeg5pitchshiftsamplertimestretchyinfft+
Last change on this file since 043c48c was c965b33, checked in by Paul Brossier <piem@piem.org>, 11 years ago

src/mathutils.c: freqtobin and bintofreq to not produce negative values

  • Property mode set to 100644
File size: 12.0 KB
RevLine 
[96fb8ad]1/*
[a6db140]2  Copyright (C) 2003-2009 Paul Brossier <piem@aubio.org>
[96fb8ad]3
[a6db140]4  This file is part of aubio.
[96fb8ad]5
[a6db140]6  aubio 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 3 of the License, or
9  (at your option) any later version.
[96fb8ad]10
[a6db140]11  aubio 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 aubio.  If not, see <http://www.gnu.org/licenses/>.
[96fb8ad]18
19*/
20
21/* see in mathutils.h for doc */
22
23#include "aubio_priv.h"
[6c7d49b]24#include "fvec.h"
[96fb8ad]25#include "mathutils.h"
[83963b3]26#include "musicutils.h"
[714380d]27#include "config.h"
[96fb8ad]28
[407bba9]29
30/** Window types */
31typedef enum
32{
33  aubio_win_rectangle,
34  aubio_win_hamming,
35  aubio_win_hanning,
36  aubio_win_hanningz,
37  aubio_win_blackman,
38  aubio_win_blackman_harris,
39  aubio_win_gaussian,
40  aubio_win_welch,
41  aubio_win_parzen,
42  aubio_win_default = aubio_win_hanningz,
43} aubio_window_type;
44
[eb7f743]45fvec_t *
[33cd81f]46new_aubio_window (char_t * window_type, uint_t length)
[eb7f743]47{
[33cd81f]48  fvec_t * win = new_fvec (length);
49  fvec_set_window (win, window_type);
50  return win;
51}
52
53uint_t fvec_set_window (fvec_t *win, char_t *window_type) {
[8e5c051]54  smpl_t * w = win->data;
[33cd81f]55  uint_t i, size = win->length;
[407bba9]56  aubio_window_type wintype;
[33cd81f]57  if (window_type == NULL) {
58      AUBIO_ERR ("window type can not be null.\n");
59      return 1;
60  } else if (strcmp (window_type, "rectangle") == 0)
[407bba9]61      wintype = aubio_win_rectangle;
62  else if (strcmp (window_type, "hamming") == 0)
63      wintype = aubio_win_hamming;
64  else if (strcmp (window_type, "hanning") == 0)
65      wintype = aubio_win_hanning;
66  else if (strcmp (window_type, "hanningz") == 0)
67      wintype = aubio_win_hanningz;
68  else if (strcmp (window_type, "blackman") == 0)
69      wintype = aubio_win_blackman;
70  else if (strcmp (window_type, "blackman_harris") == 0)
71      wintype = aubio_win_blackman_harris;
72  else if (strcmp (window_type, "gaussian") == 0)
73      wintype = aubio_win_gaussian;
74  else if (strcmp (window_type, "welch") == 0)
75      wintype = aubio_win_welch;
76  else if (strcmp (window_type, "parzen") == 0)
77      wintype = aubio_win_parzen;
78  else if (strcmp (window_type, "default") == 0)
79      wintype = aubio_win_default;
80  else {
[33cd81f]81      AUBIO_ERR ("unknown window type `%s`.\n", window_type);
82      return 1;
[407bba9]83  }
[96fb8ad]84  switch(wintype) {
[b4b0324]85    case aubio_win_rectangle:
[96fb8ad]86      for (i=0;i<size;i++)
[ade9afe]87        w[i] = 0.5;
[96fb8ad]88      break;
[b4b0324]89    case aubio_win_hamming:
[96fb8ad]90      for (i=0;i<size;i++)
91        w[i] = 0.54 - 0.46 * COS(TWO_PI * i / (size));
92      break;
[b4b0324]93    case aubio_win_hanning:
[96fb8ad]94      for (i=0;i<size;i++)
95        w[i] = 0.5 - (0.5 * COS(TWO_PI * i / (size)));
96      break;
[b4b0324]97    case aubio_win_hanningz:
[96fb8ad]98      for (i=0;i<size;i++)
99        w[i] = 0.5 * (1.0 - COS(TWO_PI * i / (size)));
100      break;
[b4b0324]101    case aubio_win_blackman:
[96fb8ad]102      for (i=0;i<size;i++)
103        w[i] = 0.42
104          - 0.50 * COS(    TWO_PI*i/(size-1.0))
[ade9afe]105          + 0.08 * COS(2.0*TWO_PI*i/(size-1.0));
[96fb8ad]106      break;
[b4b0324]107    case aubio_win_blackman_harris:
[96fb8ad]108      for (i=0;i<size;i++)
[ade9afe]109        w[i] = 0.35875
[96fb8ad]110          - 0.48829 * COS(    TWO_PI*i/(size-1.0))
111          + 0.14128 * COS(2.0*TWO_PI*i/(size-1.0))
112          - 0.01168 * COS(3.0*TWO_PI*i/(size-1.0));
113      break;
[b4b0324]114    case aubio_win_gaussian:
[9e56228]115      {
116        lsmp_t a, b, c = 0.5;
117        uint_t n;
118        for (n = 0; n < size; n++)
119        {
120          a = (n-c*(size-1))/(SQR(c)*(size-1));
121          b = -c*SQR(a);
122          w[n] = EXP(b);
123        }
124      }
[96fb8ad]125      break;
[b4b0324]126    case aubio_win_welch:
[96fb8ad]127      for (i=0;i<size;i++)
[f9d5346]128        w[i] = 1.0 - SQR((2.*i-size)/(size+1.0));
[96fb8ad]129      break;
[b4b0324]130    case aubio_win_parzen:
[96fb8ad]131      for (i=0;i<size;i++)
[f9d5346]132        w[i] = 1.0 - ABS((2.*i-size)/(size+1.0));
[96fb8ad]133      break;
134    default:
135      break;
136  }
[33cd81f]137  return 0;
[96fb8ad]138}
139
[eb7f743]140smpl_t
141aubio_unwrap2pi (smpl_t phase)
142{
[96fb8ad]143  /* mod(phase+pi,-2pi)+pi */
[eb7f743]144  return phase + TWO_PI * (1. + FLOOR (-(phase + PI) / TWO_PI));
[96fb8ad]145}
146
[eb7f743]147smpl_t
148fvec_mean (fvec_t * s)
149{
[56ef7e1]150  uint_t j;
151  smpl_t tmp = 0.0;
[8e5c051]152  for (j = 0; j < s->length; j++) {
153    tmp += s->data[j];
154  }
[56ef7e1]155  return tmp / (smpl_t) (s->length);
156}
157
158smpl_t
[eb7f743]159fvec_sum (fvec_t * s)
160{
[8e5c051]161  uint_t j;
[acf7d30]162  smpl_t tmp = 0.0;
[8e5c051]163  for (j = 0; j < s->length; j++) {
164    tmp += s->data[j];
[eb7f743]165  }
[96fb8ad]166  return tmp;
167}
168
[eb7f743]169smpl_t
170fvec_max (fvec_t * s)
171{
[8e5c051]172  uint_t j;
[acf7d30]173  smpl_t tmp = 0.0;
[8e5c051]174  for (j = 0; j < s->length; j++) {
175    tmp = (tmp > s->data[j]) ? tmp : s->data[j];
[eb7f743]176  }
[96fb8ad]177  return tmp;
178}
179
[eb7f743]180smpl_t
181fvec_min (fvec_t * s)
182{
[8e5c051]183  uint_t j;
184  smpl_t tmp = s->data[0];
185  for (j = 0; j < s->length; j++) {
186    tmp = (tmp < s->data[j]) ? tmp : s->data[j];
[eb7f743]187  }
[96fb8ad]188  return tmp;
189}
190
[eb7f743]191uint_t
192fvec_min_elem (fvec_t * s)
193{
[8e5c051]194  uint_t j, pos = 0.;
195  smpl_t tmp = s->data[0];
196  for (j = 0; j < s->length; j++) {
197    pos = (tmp < s->data[j]) ? pos : j;
198    tmp = (tmp < s->data[j]) ? tmp : s->data[j];
[eb7f743]199  }
[96fb8ad]200  return pos;
201}
202
[eb7f743]203uint_t
204fvec_max_elem (fvec_t * s)
205{
[8e5c051]206  uint_t j, pos = 0;
[acf7d30]207  smpl_t tmp = 0.0;
[8e5c051]208  for (j = 0; j < s->length; j++) {
209    pos = (tmp > s->data[j]) ? pos : j;
210    tmp = (tmp > s->data[j]) ? tmp : s->data[j];
[eb7f743]211  }
[96fb8ad]212  return pos;
213}
214
[eb7f743]215void
216fvec_shift (fvec_t * s)
217{
[8e5c051]218  uint_t j;
219  for (j = 0; j < s->length / 2; j++) {
220    ELEM_SWAP (s->data[j], s->data[j + s->length / 2]);
[eb7f743]221  }
[96fb8ad]222}
223
[eb7f743]224smpl_t
225fvec_local_energy (fvec_t * f)
226{
227  smpl_t energy = 0.;
[8e5c051]228  uint_t j;
229  for (j = 0; j < f->length; j++) {
230    energy += SQR (f->data[j]);
[eb7f743]231  }
[1a74ac3]232  return energy / f->length;
[96fb8ad]233}
234
[eb7f743]235smpl_t
236fvec_local_hfc (fvec_t * v)
237{
238  smpl_t hfc = 0.;
[8e5c051]239  uint_t j;
240  for (j = 0; j < v->length; j++) {
241    hfc += (j + 1) * v->data[j];
[eb7f743]242  }
243  return hfc;
[96fb8ad]244}
245
[eb7f743]246void
247fvec_min_removal (fvec_t * v)
248{
249  smpl_t v_min = fvec_min (v);
250  fvec_add (v,  - v_min );
[96fb8ad]251}
252
[eb7f743]253smpl_t
254fvec_alpha_norm (fvec_t * o, smpl_t alpha)
[c0b295c]255{
[8e5c051]256  uint_t j;
[eb7f743]257  smpl_t tmp = 0.;
[8e5c051]258  for (j = 0; j < o->length; j++) {
259    tmp += POW (ABS (o->data[j]), alpha);
[c0b295c]260  }
[eb7f743]261  return POW (tmp / o->length, 1. / alpha);
[96fb8ad]262}
263
[eb7f743]264void
265fvec_alpha_normalise (fvec_t * o, smpl_t alpha)
266{
[8e5c051]267  uint_t j;
[eb7f743]268  smpl_t norm = fvec_alpha_norm (o, alpha);
[8e5c051]269  for (j = 0; j < o->length; j++) {
270    o->data[j] /= norm;
[96fb8ad]271  }
272}
273
[eb7f743]274void
275fvec_add (fvec_t * o, smpl_t val)
276{
[8e5c051]277  uint_t j;
278  for (j = 0; j < o->length; j++) {
279    o->data[j] += val;
[96fb8ad]280  }
281}
282
[5c4ec3c]283void fvec_adapt_thres(fvec_t * vec, fvec_t * tmp,
[8e5c051]284    uint_t post, uint_t pre) {
285  uint_t length = vec->length, j;
[96fb8ad]286  for (j=0;j<length;j++) {
[8e5c051]287    vec->data[j] -= fvec_moving_thres(vec, tmp, post, pre, j);
[96fb8ad]288  }
289}
290
[eb7f743]291smpl_t
292fvec_moving_thres (fvec_t * vec, fvec_t * tmpvec,
[8e5c051]293    uint_t post, uint_t pre, uint_t pos)
[eb7f743]294{
[8e5c051]295  uint_t k;
296  smpl_t *medar = (smpl_t *) tmpvec->data;
[eb7f743]297  uint_t win_length = post + pre + 1;
298  uint_t length = vec->length;
[96fb8ad]299  /* post part of the buffer does not exist */
[eb7f743]300  if (pos < post + 1) {
301    for (k = 0; k < post + 1 - pos; k++)
302      medar[k] = 0.;            /* 0-padding at the beginning */
303    for (k = post + 1 - pos; k < win_length; k++)
[8e5c051]304      medar[k] = vec->data[k + pos - post];
[eb7f743]305    /* the buffer is fully defined */
306  } else if (pos + pre < length) {
307    for (k = 0; k < win_length; k++)
[8e5c051]308      medar[k] = vec->data[k + pos - post];
[eb7f743]309    /* pre part of the buffer does not exist */
[96fb8ad]310  } else {
[eb7f743]311    for (k = 0; k < length - pos + post; k++)
[8e5c051]312      medar[k] = vec->data[k + pos - post];
[eb7f743]313    for (k = length - pos + post; k < win_length; k++)
314      medar[k] = 0.;            /* 0-padding at the end */
[ade9afe]315  }
[8e5c051]316  return fvec_median (tmpvec);
[96fb8ad]317}
318
[8e5c051]319smpl_t fvec_median (fvec_t * input) {
[96fb8ad]320  uint_t n = input->length;
[8e5c051]321  smpl_t * arr = (smpl_t *) input->data;
[96fb8ad]322  uint_t low, high ;
323  uint_t median;
324  uint_t middle, ll, hh;
325
326  low = 0 ; high = n-1 ; median = (low + high) / 2;
327  for (;;) {
328    if (high <= low) /* One element only */
329      return arr[median] ;
330
331    if (high == low + 1) {  /* Two elements only */
332      if (arr[low] > arr[high])
333        ELEM_SWAP(arr[low], arr[high]) ;
334      return arr[median] ;
335    }
336
337    /* Find median of low, middle and high items; swap into position low */
338    middle = (low + high) / 2;
339    if (arr[middle] > arr[high])    ELEM_SWAP(arr[middle], arr[high]);
340    if (arr[low]    > arr[high])    ELEM_SWAP(arr[low],    arr[high]);
341    if (arr[middle] > arr[low])     ELEM_SWAP(arr[middle], arr[low]) ;
342
343    /* Swap low item (now in position middle) into position (low+1) */
344    ELEM_SWAP(arr[middle], arr[low+1]) ;
345
346    /* Nibble from each end towards middle, swapping items when stuck */
347    ll = low + 1;
348    hh = high;
349    for (;;) {
350      do ll++; while (arr[low] > arr[ll]) ;
351      do hh--; while (arr[hh]  > arr[low]) ;
352
353      if (hh < ll)
354        break;
355
356      ELEM_SWAP(arr[ll], arr[hh]) ;
357    }
358
359    /* Swap middle item (in position low) back into correct position */
360    ELEM_SWAP(arr[low], arr[hh]) ;
361
362    /* Re-set active partition */
363    if (hh <= median)
364      low = ll;
365    if (hh >= median)
366      high = hh - 1;
367  }
368}
369
[8e5c051]370smpl_t fvec_quadint (fvec_t * x, uint_t pos) {
[c5c0c98]371  smpl_t s0, s1, s2;
[56ef7e1]372  uint_t x0 = (pos < 1) ? pos : pos - 1;
373  uint_t x2 = (pos + 1 < x->length) ? pos + 1 : pos;
[8e5c051]374  if (x0 == pos) return (x->data[pos] <= x->data[x2]) ? pos : x2;
375  if (x2 == pos) return (x->data[pos] <= x->data[x0]) ? pos : x0;
376  s0 = x->data[x0];
377  s1 = x->data[pos];
378  s2 = x->data[x2];
[c5c0c98]379  return pos + 0.5 * (s2 - s0 ) / (s2 - 2.* s1 + s0);
[9771488]380}
381
[5c4ec3c]382uint_t fvec_peakpick(fvec_t * onset, uint_t pos) {
[8e5c051]383  uint_t tmp=0;
384  tmp = (onset->data[pos] > onset->data[pos-1]
385      &&  onset->data[pos] > onset->data[pos+1]
386      &&  onset->data[pos] > 0.);
[ade9afe]387  return tmp;
[96fb8ad]388}
389
[eb7f743]390smpl_t
391aubio_quadfrac (smpl_t s0, smpl_t s1, smpl_t s2, smpl_t pf)
392{
393  smpl_t tmp =
394      s0 + (pf / 2.) * (pf * (s0 - 2. * s1 + s2) - 3. * s0 + 4. * s1 - s2);
395  return tmp;
396}
397
398smpl_t
399aubio_freqtomidi (smpl_t freq)
400{
[037319a]401  if (freq < 2. || freq > 100000.) return 0.; // avoid nans and infs
[ade9afe]402  /* log(freq/A-2)/log(2) */
[eb7f743]403  smpl_t midi = freq / 6.875;
404  midi = LOG (midi) / 0.69314718055995;
[ade9afe]405  midi *= 12;
406  midi -= 3;
407  return midi;
[79c2e52]408}
409
[eb7f743]410smpl_t
411aubio_miditofreq (smpl_t midi)
412{
[037319a]413  if (midi > 140.) return 0.; // avoid infs
[eb7f743]414  smpl_t freq = (midi + 3.) / 12.;
415  freq = EXP (freq * 0.69314718055995);
[ade9afe]416  freq *= 6.875;
417  return freq;
[96fb8ad]418}
419
[eb7f743]420smpl_t
421aubio_bintofreq (smpl_t bin, smpl_t samplerate, smpl_t fftsize)
422{
423  smpl_t freq = samplerate / fftsize;
[c965b33]424  return freq * MAX(bin, 0);
[96fb8ad]425}
426
[eb7f743]427smpl_t
428aubio_bintomidi (smpl_t bin, smpl_t samplerate, smpl_t fftsize)
429{
430  smpl_t midi = aubio_bintofreq (bin, samplerate, fftsize);
431  return aubio_freqtomidi (midi);
[96fb8ad]432}
433
[eb7f743]434smpl_t
435aubio_freqtobin (smpl_t freq, smpl_t samplerate, smpl_t fftsize)
436{
437  smpl_t bin = fftsize / samplerate;
[c965b33]438  return MAX(freq, 0) * bin;
[79c2e52]439}
440
[eb7f743]441smpl_t
442aubio_miditobin (smpl_t midi, smpl_t samplerate, smpl_t fftsize)
443{
444  smpl_t freq = aubio_miditofreq (midi);
445  return aubio_freqtobin (freq, samplerate, fftsize);
[79c2e52]446}
447
[10a5413]448uint_t
[41f4c5b]449aubio_is_power_of_two (uint_t a)
450{
451  if ((a & (a - 1)) == 0) {
[10a5413]452    return 1;
453  } else {
[41f4c5b]454    return 0;
[10a5413]455  }
456}
457
458uint_t
[41f4c5b]459aubio_next_power_of_two (uint_t a)
460{
[7581185]461  uint_t i = 1;
462  while (i < a) i <<= 1;
463  return i;
[10a5413]464}
465
[eb7f743]466smpl_t
467aubio_db_spl (fvec_t * o)
468{
[1a74ac3]469  return 10. * LOG10 (fvec_local_energy (o));
[96fb8ad]470}
471
[eb7f743]472uint_t
473aubio_silence_detection (fvec_t * o, smpl_t threshold)
474{
475  return (aubio_db_spl (o) < threshold);
476}
[96fb8ad]477
[eb7f743]478smpl_t
479aubio_level_detection (fvec_t * o, smpl_t threshold)
480{
481  smpl_t db_spl = aubio_db_spl (o);
482  if (db_spl < threshold) {
[ade9afe]483    return 1.;
[eb7f743]484  } else {
485    return db_spl;
486  }
[96fb8ad]487}
[a0fd4e4]488
[eb7f743]489smpl_t
490aubio_zero_crossing_rate (fvec_t * input)
491{
[8e5c051]492  uint_t j;
[fff2bee]493  uint_t zcr = 0;
[eb7f743]494  for (j = 1; j < input->length; j++) {
[7e204d01]495    // previous was strictly negative
[8e5c051]496    if (input->data[j - 1] < 0.) {
[7e204d01]497      // current is positive or null
[8e5c051]498      if (input->data[j] >= 0.) {
[7e204d01]499        zcr += 1;
500      }
[eb7f743]501      // previous was positive or null
[7e204d01]502    } else {
503      // current is strictly negative
[8e5c051]504      if (input->data[j] < 0.) {
[fff2bee]505        zcr += 1;
506      }
507    }
508  }
[eb7f743]509  return zcr / (smpl_t) input->length;
[fff2bee]510}
511
[eb7f743]512void
513aubio_autocorr (fvec_t * input, fvec_t * output)
514{
[8e5c051]515  uint_t i, j, length = input->length;
[eb7f743]516  smpl_t *data, *acf;
517  smpl_t tmp = 0;
[8e5c051]518  data = input->data;
519  acf = output->data;
520  for (i = 0; i < length; i++) {
521    tmp = 0.;
522    for (j = i; j < length; j++) {
523      tmp += data[j - i] * data[j];
[ade9afe]524    }
[8e5c051]525    acf[i] = tmp / (smpl_t) (length - i);
[ade9afe]526  }
[a0fd4e4]527}
528
[eb7f743]529void
530aubio_cleanup (void)
531{
[729a3c0]532#ifdef HAVE_FFTW3F
[eb7f743]533  fftwf_cleanup ();
[729a3c0]534#else
535#ifdef HAVE_FFTW3
536  fftw_cleanup ();
[714380d]537#endif
538#endif
539}
Note: See TracBrowser for help on using the repository browser.