source: src/mathutils.c @ 24e9b0a

feature/autosinkfeature/constantqfeature/pitchshiftfeature/pydocstringsfeature/timestretchpitchshiftsamplertimestretchyinfft+
Last change on this file since 24e9b0a was 24e9b0a, checked in by Paul Brossier <piem@piem.org>, 3 years ago

src/musicutils.h: aubio_level_detection input is a constant

  • Property mode set to 100644
File size: 14.2 KB
Line 
1/*
2  Copyright (C) 2003-2014 Paul Brossier <piem@aubio.org>
3
4  This file is part of aubio.
5
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.
10
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/>.
18
19*/
20
21/* see in mathutils.h for doc */
22
23#include "aubio_priv.h"
24#include "fvec.h"
25#include "mathutils.h"
26#include "musicutils.h"
27#include "config.h"
28
29/** Window types */
30typedef enum
31{
32  aubio_win_rectangle,
33  aubio_win_hamming,
34  aubio_win_hanning,
35  aubio_win_hanningz,
36  aubio_win_blackman,
37  aubio_win_blackman_harris,
38  aubio_win_gaussian,
39  aubio_win_welch,
40  aubio_win_parzen,
41  aubio_win_default = aubio_win_hanningz,
42} aubio_window_type;
43
44fvec_t *
45new_aubio_window (char_t * window_type, uint_t length)
46{
47  fvec_t * win = new_fvec (length);
48  uint_t err;
49  if (win == NULL) {
50    return NULL;
51  }
52  err = fvec_set_window (win, window_type);
53  if (err != 0) {
54    del_fvec(win);
55    return NULL;
56  }
57  return win;
58}
59
60uint_t fvec_set_window (fvec_t *win, char_t *window_type) {
61  smpl_t * w = win->data;
62  uint_t i, size = win->length;
63  aubio_window_type wintype;
64  if (window_type == NULL) {
65      AUBIO_ERR ("window type can not be null.\n");
66      return 1;
67  } else if (strcmp (window_type, "rectangle") == 0)
68      wintype = aubio_win_rectangle;
69  else if (strcmp (window_type, "hamming") == 0)
70      wintype = aubio_win_hamming;
71  else if (strcmp (window_type, "hanning") == 0)
72      wintype = aubio_win_hanning;
73  else if (strcmp (window_type, "hanningz") == 0)
74      wintype = aubio_win_hanningz;
75  else if (strcmp (window_type, "blackman") == 0)
76      wintype = aubio_win_blackman;
77  else if (strcmp (window_type, "blackman_harris") == 0)
78      wintype = aubio_win_blackman_harris;
79  else if (strcmp (window_type, "gaussian") == 0)
80      wintype = aubio_win_gaussian;
81  else if (strcmp (window_type, "welch") == 0)
82      wintype = aubio_win_welch;
83  else if (strcmp (window_type, "parzen") == 0)
84      wintype = aubio_win_parzen;
85  else if (strcmp (window_type, "default") == 0)
86      wintype = aubio_win_default;
87  else {
88      AUBIO_ERR ("unknown window type `%s`.\n", window_type);
89      return 1;
90  }
91  switch(wintype) {
92    case aubio_win_rectangle:
93      for (i=0;i<size;i++)
94        w[i] = 0.5;
95      break;
96    case aubio_win_hamming:
97      for (i=0;i<size;i++)
98        w[i] = 0.54 - 0.46 * COS(TWO_PI * i / (size));
99      break;
100    case aubio_win_hanning:
101      for (i=0;i<size;i++)
102        w[i] = 0.5 - (0.5 * COS(TWO_PI * i / (size)));
103      break;
104    case aubio_win_hanningz:
105      for (i=0;i<size;i++)
106        w[i] = 0.5 * (1.0 - COS(TWO_PI * i / (size)));
107      break;
108    case aubio_win_blackman:
109      for (i=0;i<size;i++)
110        w[i] = 0.42
111          - 0.50 * COS(    TWO_PI*i/(size-1.0))
112          + 0.08 * COS(2.0*TWO_PI*i/(size-1.0));
113      break;
114    case aubio_win_blackman_harris:
115      for (i=0;i<size;i++)
116        w[i] = 0.35875
117          - 0.48829 * COS(    TWO_PI*i/(size-1.0))
118          + 0.14128 * COS(2.0*TWO_PI*i/(size-1.0))
119          - 0.01168 * COS(3.0*TWO_PI*i/(size-1.0));
120      break;
121    case aubio_win_gaussian:
122      {
123        lsmp_t a, b, c = 0.5;
124        uint_t n;
125        for (n = 0; n < size; n++)
126        {
127          a = (n-c*(size-1))/(SQR(c)*(size-1));
128          b = -c*SQR(a);
129          w[n] = EXP(b);
130        }
131      }
132      break;
133    case aubio_win_welch:
134      for (i=0;i<size;i++)
135        w[i] = 1.0 - SQR((2.*i-size)/(size+1.0));
136      break;
137    case aubio_win_parzen:
138      for (i=0;i<size;i++)
139        w[i] = 1.0 - ABS((2.f*i-size)/(size+1.0f));
140      break;
141    default:
142      break;
143  }
144  return 0;
145}
146
147smpl_t
148aubio_unwrap2pi (smpl_t phase)
149{
150  /* mod(phase+pi,-2pi)+pi */
151  return phase + TWO_PI * (1. + FLOOR (-(phase + PI) / TWO_PI));
152}
153
154smpl_t
155fvec_mean (fvec_t * s)
156{
157  smpl_t tmp = 0.0;
158#ifndef HAVE_ACCELERATE
159  uint_t j;
160  for (j = 0; j < s->length; j++) {
161    tmp += s->data[j];
162  }
163  return tmp / (smpl_t) (s->length);
164#else
165  aubio_vDSP_meanv(s->data, 1, &tmp, s->length);
166  return tmp;
167#endif /* HAVE_ACCELERATE */
168}
169
170smpl_t
171fvec_sum (fvec_t * s)
172{
173  smpl_t tmp = 0.0;
174#ifndef HAVE_ACCELERATE
175  uint_t j;
176  for (j = 0; j < s->length; j++) {
177    tmp += s->data[j];
178  }
179#else
180  aubio_vDSP_sve(s->data, 1, &tmp, s->length);
181#endif /* HAVE_ACCELERATE */
182  return tmp;
183}
184
185smpl_t
186fvec_max (fvec_t * s)
187{
188#ifndef HAVE_ACCELERATE
189  uint_t j;
190  smpl_t tmp = 0.0;
191  for (j = 0; j < s->length; j++) {
192    tmp = (tmp > s->data[j]) ? tmp : s->data[j];
193  }
194#else
195  smpl_t tmp = 0.;
196  aubio_vDSP_maxv(s->data, 1, &tmp, s->length);
197#endif
198  return tmp;
199}
200
201smpl_t
202fvec_min (fvec_t * s)
203{
204#ifndef HAVE_ACCELERATE
205  uint_t j;
206  smpl_t tmp = s->data[0];
207  for (j = 0; j < s->length; j++) {
208    tmp = (tmp < s->data[j]) ? tmp : s->data[j];
209  }
210#else
211  smpl_t tmp = 0.;
212  aubio_vDSP_minv(s->data, 1, &tmp, s->length);
213#endif
214  return tmp;
215}
216
217uint_t
218fvec_min_elem (fvec_t * s)
219{
220#ifndef HAVE_ACCELERATE
221  uint_t j, pos = 0.;
222  smpl_t tmp = s->data[0];
223  for (j = 0; j < s->length; j++) {
224    pos = (tmp < s->data[j]) ? pos : j;
225    tmp = (tmp < s->data[j]) ? tmp : s->data[j];
226  }
227#else
228  smpl_t tmp = 0.;
229  uint_t pos = 0.;
230  aubio_vDSP_minvi(s->data, 1, &tmp, (vDSP_Length *)&pos, s->length);
231#endif
232  return pos;
233}
234
235uint_t
236fvec_max_elem (fvec_t * s)
237{
238#ifndef HAVE_ACCELERATE
239  uint_t j, pos = 0;
240  smpl_t tmp = 0.0;
241  for (j = 0; j < s->length; j++) {
242    pos = (tmp > s->data[j]) ? pos : j;
243    tmp = (tmp > s->data[j]) ? tmp : s->data[j];
244  }
245#else
246  smpl_t tmp = 0.;
247  uint_t pos = 0.;
248  aubio_vDSP_maxvi(s->data, 1, &tmp, (vDSP_Length *)&pos, s->length);
249#endif
250  return pos;
251}
252
253void
254fvec_shift (fvec_t * s)
255{
256  uint_t half = s->length / 2, start = half, j;
257  // if length is odd, middle element is moved to the end
258  if (2 * half < s->length) start ++;
259#ifndef HAVE_ATLAS
260  for (j = 0; j < half; j++) {
261    ELEM_SWAP (s->data[j], s->data[j + start]);
262  }
263#else
264  aubio_cblas_swap(half, s->data, 1, s->data + start, 1);
265#endif
266  if (start != half) {
267    for (j = 0; j < half; j++) {
268      ELEM_SWAP (s->data[j + start - 1], s->data[j + start]);
269    }
270  }
271}
272
273void
274fvec_ishift (fvec_t * s)
275{
276  uint_t half = s->length / 2, start = half, j;
277  // if length is odd, middle element is moved to the beginning
278  if (2 * half < s->length) start ++;
279#ifndef HAVE_ATLAS
280  for (j = 0; j < half; j++) {
281    ELEM_SWAP (s->data[j], s->data[j + start]);
282  }
283#else
284  aubio_cblas_swap(half, s->data, 1, s->data + start, 1);
285#endif
286  if (start != half) {
287    for (j = 0; j < half; j++) {
288      ELEM_SWAP (s->data[half], s->data[j]);
289    }
290  }
291}
292
293smpl_t
294aubio_level_lin (const fvec_t * f)
295{
296  smpl_t energy = 0.;
297#ifndef HAVE_ATLAS
298  uint_t j;
299  for (j = 0; j < f->length; j++) {
300    energy += SQR (f->data[j]);
301  }
302#else
303  energy = aubio_cblas_dot(f->length, f->data, 1, f->data, 1);
304#endif
305  return energy / f->length;
306}
307
308smpl_t
309fvec_local_hfc (fvec_t * v)
310{
311  smpl_t hfc = 0.;
312  uint_t j;
313  for (j = 0; j < v->length; j++) {
314    hfc += (j + 1) * v->data[j];
315  }
316  return hfc;
317}
318
319void
320fvec_min_removal (fvec_t * v)
321{
322  smpl_t v_min = fvec_min (v);
323  fvec_add (v,  - v_min );
324}
325
326smpl_t
327fvec_alpha_norm (fvec_t * o, smpl_t alpha)
328{
329  uint_t j;
330  smpl_t tmp = 0.;
331  for (j = 0; j < o->length; j++) {
332    tmp += POW (ABS (o->data[j]), alpha);
333  }
334  return POW (tmp / o->length, 1. / alpha);
335}
336
337void
338fvec_alpha_normalise (fvec_t * o, smpl_t alpha)
339{
340  uint_t j;
341  smpl_t norm = fvec_alpha_norm (o, alpha);
342  for (j = 0; j < o->length; j++) {
343    o->data[j] /= norm;
344  }
345}
346
347void
348fvec_add (fvec_t * o, smpl_t val)
349{
350  uint_t j;
351  for (j = 0; j < o->length; j++) {
352    o->data[j] += val;
353  }
354}
355
356void fvec_adapt_thres(fvec_t * vec, fvec_t * tmp,
357    uint_t post, uint_t pre) {
358  uint_t length = vec->length, j;
359  for (j=0;j<length;j++) {
360    vec->data[j] -= fvec_moving_thres(vec, tmp, post, pre, j);
361  }
362}
363
364smpl_t
365fvec_moving_thres (fvec_t * vec, fvec_t * tmpvec,
366    uint_t post, uint_t pre, uint_t pos)
367{
368  uint_t k;
369  smpl_t *medar = (smpl_t *) tmpvec->data;
370  uint_t win_length = post + pre + 1;
371  uint_t length = vec->length;
372  /* post part of the buffer does not exist */
373  if (pos < post + 1) {
374    for (k = 0; k < post + 1 - pos; k++)
375      medar[k] = 0.;            /* 0-padding at the beginning */
376    for (k = post + 1 - pos; k < win_length; k++)
377      medar[k] = vec->data[k + pos - post];
378    /* the buffer is fully defined */
379  } else if (pos + pre < length) {
380    for (k = 0; k < win_length; k++)
381      medar[k] = vec->data[k + pos - post];
382    /* pre part of the buffer does not exist */
383  } else {
384    for (k = 0; k < length - pos + post; k++)
385      medar[k] = vec->data[k + pos - post];
386    for (k = length - pos + post; k < win_length; k++)
387      medar[k] = 0.;            /* 0-padding at the end */
388  }
389  return fvec_median (tmpvec);
390}
391
392smpl_t fvec_median (fvec_t * input) {
393  uint_t n = input->length;
394  smpl_t * arr = (smpl_t *) input->data;
395  uint_t low, high ;
396  uint_t median;
397  uint_t middle, ll, hh;
398
399  low = 0 ; high = n-1 ; median = (low + high) / 2;
400  for (;;) {
401    if (high <= low) /* One element only */
402      return arr[median] ;
403
404    if (high == low + 1) {  /* Two elements only */
405      if (arr[low] > arr[high])
406        ELEM_SWAP(arr[low], arr[high]) ;
407      return arr[median] ;
408    }
409
410    /* Find median of low, middle and high items; swap into position low */
411    middle = (low + high) / 2;
412    if (arr[middle] > arr[high])    ELEM_SWAP(arr[middle], arr[high]);
413    if (arr[low]    > arr[high])    ELEM_SWAP(arr[low],    arr[high]);
414    if (arr[middle] > arr[low])     ELEM_SWAP(arr[middle], arr[low]) ;
415
416    /* Swap low item (now in position middle) into position (low+1) */
417    ELEM_SWAP(arr[middle], arr[low+1]) ;
418
419    /* Nibble from each end towards middle, swapping items when stuck */
420    ll = low + 1;
421    hh = high;
422    for (;;) {
423      do ll++; while (arr[low] > arr[ll]) ;
424      do hh--; while (arr[hh]  > arr[low]) ;
425
426      if (hh < ll)
427        break;
428
429      ELEM_SWAP(arr[ll], arr[hh]) ;
430    }
431
432    /* Swap middle item (in position low) back into correct position */
433    ELEM_SWAP(arr[low], arr[hh]) ;
434
435    /* Re-set active partition */
436    if (hh <= median)
437      low = ll;
438    if (hh >= median)
439      high = hh - 1;
440  }
441}
442
443smpl_t fvec_quadratic_peak_pos (const fvec_t * x, uint_t pos) {
444  smpl_t s0, s1, s2; uint_t x0, x2;
445  smpl_t half = .5, two = 2.;
446  if (pos == 0 || pos == x->length - 1) return pos;
447  x0 = (pos < 1) ? pos : pos - 1;
448  x2 = (pos + 1 < x->length) ? pos + 1 : pos;
449  if (x0 == pos) return (x->data[pos] <= x->data[x2]) ? pos : x2;
450  if (x2 == pos) return (x->data[pos] <= x->data[x0]) ? pos : x0;
451  s0 = x->data[x0];
452  s1 = x->data[pos];
453  s2 = x->data[x2];
454  return pos + half * (s0 - s2 ) / (s0 - two * s1 + s2);
455}
456
457smpl_t fvec_quadratic_peak_mag (fvec_t *x, smpl_t pos) {
458  smpl_t x0, x1, x2;
459  uint_t index = (uint_t)(pos - .5) + 1;
460  if (pos >= x->length || pos < 0.) return 0.;
461  if ((smpl_t)index == pos) return x->data[index];
462  x0 = x->data[index - 1];
463  x1 = x->data[index];
464  x2 = x->data[index + 1];
465  return x1 - .25 * (x0 - x2) * (pos - index);
466}
467
468uint_t fvec_peakpick(const fvec_t * onset, uint_t pos) {
469  uint_t tmp=0;
470  tmp = (onset->data[pos] > onset->data[pos-1]
471      &&  onset->data[pos] > onset->data[pos+1]
472      &&  onset->data[pos] > 0.);
473  return tmp;
474}
475
476smpl_t
477aubio_quadfrac (smpl_t s0, smpl_t s1, smpl_t s2, smpl_t pf)
478{
479  smpl_t tmp =
480      s0 + (pf / 2.) * (pf * (s0 - 2. * s1 + s2) - 3. * s0 + 4. * s1 - s2);
481  return tmp;
482}
483
484smpl_t
485aubio_freqtomidi (smpl_t freq)
486{
487  smpl_t midi;
488  if (freq < 2. || freq > 100000.) return 0.; // avoid nans and infs
489  /* log(freq/A-2)/log(2) */
490  midi = freq / 6.875;
491  midi = LOG (midi) / 0.69314718055995;
492  midi *= 12;
493  midi -= 3;
494  return midi;
495}
496
497smpl_t
498aubio_miditofreq (smpl_t midi)
499{
500  smpl_t freq;
501  if (midi > 140.) return 0.; // avoid infs
502  freq = (midi + 3.) / 12.;
503  freq = EXP (freq * 0.69314718055995);
504  freq *= 6.875;
505  return freq;
506}
507
508smpl_t
509aubio_bintofreq (smpl_t bin, smpl_t samplerate, smpl_t fftsize)
510{
511  smpl_t freq = samplerate / fftsize;
512  return freq * MAX(bin, 0);
513}
514
515smpl_t
516aubio_bintomidi (smpl_t bin, smpl_t samplerate, smpl_t fftsize)
517{
518  smpl_t midi = aubio_bintofreq (bin, samplerate, fftsize);
519  return aubio_freqtomidi (midi);
520}
521
522smpl_t
523aubio_freqtobin (smpl_t freq, smpl_t samplerate, smpl_t fftsize)
524{
525  smpl_t bin = fftsize / samplerate;
526  return MAX(freq, 0) * bin;
527}
528
529smpl_t
530aubio_miditobin (smpl_t midi, smpl_t samplerate, smpl_t fftsize)
531{
532  smpl_t freq = aubio_miditofreq (midi);
533  return aubio_freqtobin (freq, samplerate, fftsize);
534}
535
536uint_t
537aubio_is_power_of_two (uint_t a)
538{
539  if ((a & (a - 1)) == 0) {
540    return 1;
541  } else {
542    return 0;
543  }
544}
545
546uint_t
547aubio_next_power_of_two (uint_t a)
548{
549  uint_t i = 1;
550  while (i < a) i <<= 1;
551  return i;
552}
553
554smpl_t
555aubio_db_spl (const fvec_t * o)
556{
557  return 10. * LOG10 (aubio_level_lin (o));
558}
559
560uint_t
561aubio_silence_detection (const fvec_t * o, smpl_t threshold)
562{
563  return (aubio_db_spl (o) < threshold);
564}
565
566smpl_t
567aubio_level_detection (const fvec_t * o, smpl_t threshold)
568{
569  smpl_t db_spl = aubio_db_spl (o);
570  if (db_spl < threshold) {
571    return 1.;
572  } else {
573    return db_spl;
574  }
575}
576
577smpl_t
578aubio_zero_crossing_rate (fvec_t * input)
579{
580  uint_t j;
581  uint_t zcr = 0;
582  for (j = 1; j < input->length; j++) {
583    // previous was strictly negative
584    if (input->data[j - 1] < 0.) {
585      // current is positive or null
586      if (input->data[j] >= 0.) {
587        zcr += 1;
588      }
589      // previous was positive or null
590    } else {
591      // current is strictly negative
592      if (input->data[j] < 0.) {
593        zcr += 1;
594      }
595    }
596  }
597  return zcr / (smpl_t) input->length;
598}
599
600void
601aubio_autocorr (const fvec_t * input, fvec_t * output)
602{
603  uint_t i, j, length = input->length;
604  smpl_t *data, *acf;
605  smpl_t tmp = 0;
606  data = input->data;
607  acf = output->data;
608  for (i = 0; i < length; i++) {
609    tmp = 0.;
610    for (j = i; j < length; j++) {
611      tmp += data[j - i] * data[j];
612    }
613    acf[i] = tmp / (smpl_t) (length - i);
614  }
615}
616
617void
618aubio_cleanup (void)
619{
620#ifdef HAVE_FFTW3F
621  fftwf_cleanup ();
622#else
623#ifdef HAVE_FFTW3
624  fftw_cleanup ();
625#endif
626#endif
627}
Note: See TracBrowser for help on using the repository browser.