source: src/mathutils.c @ 4dd7816

feature/autosinkfeature/cnnfeature/cnn_orgfeature/constantqfeature/crepefeature/crepe_orgfeature/pitchshiftfeature/pydocstringsfeature/timestretchfix/ffmpeg5pitchshiftsamplertimestretchyinfft+
Last change on this file since 4dd7816 was 7c07af2, checked in by Paul Brossier <piem@piem.org>, 11 years ago

src/mathutils.c: use vDSP if available

  • Property mode set to 100644
File size: 13.0 KB
Line 
1/*
2  Copyright (C) 2003-2013 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#ifdef HAVE_ACCELERATE
30#include <Accelerate/Accelerate.h>
31#endif
32
33/** Window types */
34typedef enum
35{
36  aubio_win_rectangle,
37  aubio_win_hamming,
38  aubio_win_hanning,
39  aubio_win_hanningz,
40  aubio_win_blackman,
41  aubio_win_blackman_harris,
42  aubio_win_gaussian,
43  aubio_win_welch,
44  aubio_win_parzen,
45  aubio_win_default = aubio_win_hanningz,
46} aubio_window_type;
47
48fvec_t *
49new_aubio_window (char_t * window_type, uint_t length)
50{
51  fvec_t * win = new_fvec (length);
52  fvec_set_window (win, window_type);
53  return win;
54}
55
56uint_t fvec_set_window (fvec_t *win, char_t *window_type) {
57  smpl_t * w = win->data;
58  uint_t i, size = win->length;
59  aubio_window_type wintype;
60  if (window_type == NULL) {
61      AUBIO_ERR ("window type can not be null.\n");
62      return 1;
63  } else if (strcmp (window_type, "rectangle") == 0)
64      wintype = aubio_win_rectangle;
65  else if (strcmp (window_type, "hamming") == 0)
66      wintype = aubio_win_hamming;
67  else if (strcmp (window_type, "hanning") == 0)
68      wintype = aubio_win_hanning;
69  else if (strcmp (window_type, "hanningz") == 0)
70      wintype = aubio_win_hanningz;
71  else if (strcmp (window_type, "blackman") == 0)
72      wintype = aubio_win_blackman;
73  else if (strcmp (window_type, "blackman_harris") == 0)
74      wintype = aubio_win_blackman_harris;
75  else if (strcmp (window_type, "gaussian") == 0)
76      wintype = aubio_win_gaussian;
77  else if (strcmp (window_type, "welch") == 0)
78      wintype = aubio_win_welch;
79  else if (strcmp (window_type, "parzen") == 0)
80      wintype = aubio_win_parzen;
81  else if (strcmp (window_type, "default") == 0)
82      wintype = aubio_win_default;
83  else {
84      AUBIO_ERR ("unknown window type `%s`.\n", window_type);
85      return 1;
86  }
87  switch(wintype) {
88    case aubio_win_rectangle:
89      for (i=0;i<size;i++)
90        w[i] = 0.5;
91      break;
92    case aubio_win_hamming:
93      for (i=0;i<size;i++)
94        w[i] = 0.54 - 0.46 * COS(TWO_PI * i / (size));
95      break;
96    case aubio_win_hanning:
97      for (i=0;i<size;i++)
98        w[i] = 0.5 - (0.5 * COS(TWO_PI * i / (size)));
99      break;
100    case aubio_win_hanningz:
101      for (i=0;i<size;i++)
102        w[i] = 0.5 * (1.0 - COS(TWO_PI * i / (size)));
103      break;
104    case aubio_win_blackman:
105      for (i=0;i<size;i++)
106        w[i] = 0.42
107          - 0.50 * COS(    TWO_PI*i/(size-1.0))
108          + 0.08 * COS(2.0*TWO_PI*i/(size-1.0));
109      break;
110    case aubio_win_blackman_harris:
111      for (i=0;i<size;i++)
112        w[i] = 0.35875
113          - 0.48829 * COS(    TWO_PI*i/(size-1.0))
114          + 0.14128 * COS(2.0*TWO_PI*i/(size-1.0))
115          - 0.01168 * COS(3.0*TWO_PI*i/(size-1.0));
116      break;
117    case aubio_win_gaussian:
118      {
119        lsmp_t a, b, c = 0.5;
120        uint_t n;
121        for (n = 0; n < size; n++)
122        {
123          a = (n-c*(size-1))/(SQR(c)*(size-1));
124          b = -c*SQR(a);
125          w[n] = EXP(b);
126        }
127      }
128      break;
129    case aubio_win_welch:
130      for (i=0;i<size;i++)
131        w[i] = 1.0 - SQR((2.*i-size)/(size+1.0));
132      break;
133    case aubio_win_parzen:
134      for (i=0;i<size;i++)
135        w[i] = 1.0 - ABS((2.*i-size)/(size+1.0));
136      break;
137    default:
138      break;
139  }
140  return 0;
141}
142
143smpl_t
144aubio_unwrap2pi (smpl_t phase)
145{
146  /* mod(phase+pi,-2pi)+pi */
147  return phase + TWO_PI * (1. + FLOOR (-(phase + PI) / TWO_PI));
148}
149
150smpl_t
151fvec_mean (fvec_t * s)
152{
153  uint_t j;
154  smpl_t tmp = 0.0;
155  for (j = 0; j < s->length; j++) {
156    tmp += s->data[j];
157  }
158  return tmp / (smpl_t) (s->length);
159}
160
161smpl_t
162fvec_sum (fvec_t * s)
163{
164  uint_t j;
165  smpl_t tmp = 0.0;
166  for (j = 0; j < s->length; j++) {
167    tmp += s->data[j];
168  }
169  return tmp;
170}
171
172smpl_t
173fvec_max (fvec_t * s)
174{
175#ifndef HAVE_ACCELERATE
176  uint_t j;
177  smpl_t tmp = 0.0;
178  for (j = 0; j < s->length; j++) {
179    tmp = (tmp > s->data[j]) ? tmp : s->data[j];
180  }
181#else
182  smpl_t tmp = 0.;
183#if !HAVE_AUBIO_DOUBLE
184  vDSP_maxv(s->data, 1, &tmp, s->length);
185#else
186  vDSP_maxvD(s->data, 1, &tmp, s->length);
187#endif
188#endif
189  return tmp;
190}
191
192smpl_t
193fvec_min (fvec_t * s)
194{
195#ifndef HAVE_ACCELERATE
196  uint_t j;
197  smpl_t tmp = s->data[0];
198  for (j = 0; j < s->length; j++) {
199    tmp = (tmp < s->data[j]) ? tmp : s->data[j];
200  }
201#else
202  smpl_t tmp = 0.;
203#if !HAVE_AUBIO_DOUBLE
204  vDSP_minv(s->data, 1, &tmp, s->length);
205#else
206  vDSP_minvD(s->data, 1, &tmp, s->length);
207#endif
208#endif
209  return tmp;
210}
211
212uint_t
213fvec_min_elem (fvec_t * s)
214{
215#ifndef HAVE_ACCELERATE
216  uint_t j, pos = 0.;
217  smpl_t tmp = s->data[0];
218  for (j = 0; j < s->length; j++) {
219    pos = (tmp < s->data[j]) ? pos : j;
220    tmp = (tmp < s->data[j]) ? tmp : s->data[j];
221  }
222#else
223  smpl_t tmp = 0.;
224  uint_t pos = 0.;
225#if !HAVE_AUBIO_DOUBLE
226  vDSP_minvi(s->data, 1, &tmp, (vDSP_Length *)&pos, s->length);
227#else
228  vDSP_minviD(s->data, 1, &tmp, (vDSP_Length *)&pos, s->length);
229#endif
230#endif
231  return pos;
232}
233
234uint_t
235fvec_max_elem (fvec_t * s)
236{
237#ifndef HAVE_ACCELERATE
238  uint_t j, pos = 0;
239  smpl_t tmp = 0.0;
240  for (j = 0; j < s->length; j++) {
241    pos = (tmp > s->data[j]) ? pos : j;
242    tmp = (tmp > s->data[j]) ? tmp : s->data[j];
243  }
244#else
245  smpl_t tmp = 0.;
246  uint_t pos = 0.;
247#if !HAVE_AUBIO_DOUBLE
248  vDSP_maxvi(s->data, 1, &tmp, (vDSP_Length *)&pos, s->length);
249#else
250  vDSP_maxviD(s->data, 1, &tmp, (vDSP_Length *)&pos, s->length);
251#endif
252#endif
253  return pos;
254}
255
256void
257fvec_shift (fvec_t * s)
258{
259  uint_t j;
260  for (j = 0; j < s->length / 2; j++) {
261    ELEM_SWAP (s->data[j], s->data[j + s->length / 2]);
262  }
263}
264
265smpl_t
266fvec_local_energy (fvec_t * f)
267{
268  smpl_t energy = 0.;
269  uint_t j;
270  for (j = 0; j < f->length; j++) {
271    energy += SQR (f->data[j]);
272  }
273  return energy / f->length;
274}
275
276smpl_t
277fvec_local_hfc (fvec_t * v)
278{
279  smpl_t hfc = 0.;
280  uint_t j;
281  for (j = 0; j < v->length; j++) {
282    hfc += (j + 1) * v->data[j];
283  }
284  return hfc;
285}
286
287void
288fvec_min_removal (fvec_t * v)
289{
290  smpl_t v_min = fvec_min (v);
291  fvec_add (v,  - v_min );
292}
293
294smpl_t
295fvec_alpha_norm (fvec_t * o, smpl_t alpha)
296{
297  uint_t j;
298  smpl_t tmp = 0.;
299  for (j = 0; j < o->length; j++) {
300    tmp += POW (ABS (o->data[j]), alpha);
301  }
302  return POW (tmp / o->length, 1. / alpha);
303}
304
305void
306fvec_alpha_normalise (fvec_t * o, smpl_t alpha)
307{
308  uint_t j;
309  smpl_t norm = fvec_alpha_norm (o, alpha);
310  for (j = 0; j < o->length; j++) {
311    o->data[j] /= norm;
312  }
313}
314
315void
316fvec_add (fvec_t * o, smpl_t val)
317{
318  uint_t j;
319  for (j = 0; j < o->length; j++) {
320    o->data[j] += val;
321  }
322}
323
324void fvec_adapt_thres(fvec_t * vec, fvec_t * tmp,
325    uint_t post, uint_t pre) {
326  uint_t length = vec->length, j;
327  for (j=0;j<length;j++) {
328    vec->data[j] -= fvec_moving_thres(vec, tmp, post, pre, j);
329  }
330}
331
332smpl_t
333fvec_moving_thres (fvec_t * vec, fvec_t * tmpvec,
334    uint_t post, uint_t pre, uint_t pos)
335{
336  uint_t k;
337  smpl_t *medar = (smpl_t *) tmpvec->data;
338  uint_t win_length = post + pre + 1;
339  uint_t length = vec->length;
340  /* post part of the buffer does not exist */
341  if (pos < post + 1) {
342    for (k = 0; k < post + 1 - pos; k++)
343      medar[k] = 0.;            /* 0-padding at the beginning */
344    for (k = post + 1 - pos; k < win_length; k++)
345      medar[k] = vec->data[k + pos - post];
346    /* the buffer is fully defined */
347  } else if (pos + pre < length) {
348    for (k = 0; k < win_length; k++)
349      medar[k] = vec->data[k + pos - post];
350    /* pre part of the buffer does not exist */
351  } else {
352    for (k = 0; k < length - pos + post; k++)
353      medar[k] = vec->data[k + pos - post];
354    for (k = length - pos + post; k < win_length; k++)
355      medar[k] = 0.;            /* 0-padding at the end */
356  }
357  return fvec_median (tmpvec);
358}
359
360smpl_t fvec_median (fvec_t * input) {
361  uint_t n = input->length;
362  smpl_t * arr = (smpl_t *) input->data;
363  uint_t low, high ;
364  uint_t median;
365  uint_t middle, ll, hh;
366
367  low = 0 ; high = n-1 ; median = (low + high) / 2;
368  for (;;) {
369    if (high <= low) /* One element only */
370      return arr[median] ;
371
372    if (high == low + 1) {  /* Two elements only */
373      if (arr[low] > arr[high])
374        ELEM_SWAP(arr[low], arr[high]) ;
375      return arr[median] ;
376    }
377
378    /* Find median of low, middle and high items; swap into position low */
379    middle = (low + high) / 2;
380    if (arr[middle] > arr[high])    ELEM_SWAP(arr[middle], arr[high]);
381    if (arr[low]    > arr[high])    ELEM_SWAP(arr[low],    arr[high]);
382    if (arr[middle] > arr[low])     ELEM_SWAP(arr[middle], arr[low]) ;
383
384    /* Swap low item (now in position middle) into position (low+1) */
385    ELEM_SWAP(arr[middle], arr[low+1]) ;
386
387    /* Nibble from each end towards middle, swapping items when stuck */
388    ll = low + 1;
389    hh = high;
390    for (;;) {
391      do ll++; while (arr[low] > arr[ll]) ;
392      do hh--; while (arr[hh]  > arr[low]) ;
393
394      if (hh < ll)
395        break;
396
397      ELEM_SWAP(arr[ll], arr[hh]) ;
398    }
399
400    /* Swap middle item (in position low) back into correct position */
401    ELEM_SWAP(arr[low], arr[hh]) ;
402
403    /* Re-set active partition */
404    if (hh <= median)
405      low = ll;
406    if (hh >= median)
407      high = hh - 1;
408  }
409}
410
411smpl_t fvec_quadratic_peak_pos (fvec_t * x, uint_t pos) {
412  smpl_t s0, s1, s2;
413  if (pos == 0 || pos == x->length - 1) return pos;
414  uint_t x0 = (pos < 1) ? pos : pos - 1;
415  uint_t x2 = (pos + 1 < x->length) ? pos + 1 : pos;
416  if (x0 == pos) return (x->data[pos] <= x->data[x2]) ? pos : x2;
417  if (x2 == pos) return (x->data[pos] <= x->data[x0]) ? pos : x0;
418  s0 = x->data[x0];
419  s1 = x->data[pos];
420  s2 = x->data[x2];
421  return pos + 0.5 * (s0 - s2 ) / (s0 - 2.* s1 + s2);
422}
423
424uint_t fvec_peakpick(fvec_t * onset, uint_t pos) {
425  uint_t tmp=0;
426  tmp = (onset->data[pos] > onset->data[pos-1]
427      &&  onset->data[pos] > onset->data[pos+1]
428      &&  onset->data[pos] > 0.);
429  return tmp;
430}
431
432smpl_t
433aubio_quadfrac (smpl_t s0, smpl_t s1, smpl_t s2, smpl_t pf)
434{
435  smpl_t tmp =
436      s0 + (pf / 2.) * (pf * (s0 - 2. * s1 + s2) - 3. * s0 + 4. * s1 - s2);
437  return tmp;
438}
439
440smpl_t
441aubio_freqtomidi (smpl_t freq)
442{
443  if (freq < 2. || freq > 100000.) return 0.; // avoid nans and infs
444  /* log(freq/A-2)/log(2) */
445  smpl_t midi = freq / 6.875;
446  midi = LOG (midi) / 0.69314718055995;
447  midi *= 12;
448  midi -= 3;
449  return midi;
450}
451
452smpl_t
453aubio_miditofreq (smpl_t midi)
454{
455  if (midi > 140.) return 0.; // avoid infs
456  smpl_t freq = (midi + 3.) / 12.;
457  freq = EXP (freq * 0.69314718055995);
458  freq *= 6.875;
459  return freq;
460}
461
462smpl_t
463aubio_bintofreq (smpl_t bin, smpl_t samplerate, smpl_t fftsize)
464{
465  smpl_t freq = samplerate / fftsize;
466  return freq * MAX(bin, 0);
467}
468
469smpl_t
470aubio_bintomidi (smpl_t bin, smpl_t samplerate, smpl_t fftsize)
471{
472  smpl_t midi = aubio_bintofreq (bin, samplerate, fftsize);
473  return aubio_freqtomidi (midi);
474}
475
476smpl_t
477aubio_freqtobin (smpl_t freq, smpl_t samplerate, smpl_t fftsize)
478{
479  smpl_t bin = fftsize / samplerate;
480  return MAX(freq, 0) * bin;
481}
482
483smpl_t
484aubio_miditobin (smpl_t midi, smpl_t samplerate, smpl_t fftsize)
485{
486  smpl_t freq = aubio_miditofreq (midi);
487  return aubio_freqtobin (freq, samplerate, fftsize);
488}
489
490uint_t
491aubio_is_power_of_two (uint_t a)
492{
493  if ((a & (a - 1)) == 0) {
494    return 1;
495  } else {
496    return 0;
497  }
498}
499
500uint_t
501aubio_next_power_of_two (uint_t a)
502{
503  uint_t i = 1;
504  while (i < a) i <<= 1;
505  return i;
506}
507
508smpl_t
509aubio_db_spl (fvec_t * o)
510{
511  return 10. * LOG10 (fvec_local_energy (o));
512}
513
514uint_t
515aubio_silence_detection (fvec_t * o, smpl_t threshold)
516{
517  return (aubio_db_spl (o) < threshold);
518}
519
520smpl_t
521aubio_level_detection (fvec_t * o, smpl_t threshold)
522{
523  smpl_t db_spl = aubio_db_spl (o);
524  if (db_spl < threshold) {
525    return 1.;
526  } else {
527    return db_spl;
528  }
529}
530
531smpl_t
532aubio_zero_crossing_rate (fvec_t * input)
533{
534  uint_t j;
535  uint_t zcr = 0;
536  for (j = 1; j < input->length; j++) {
537    // previous was strictly negative
538    if (input->data[j - 1] < 0.) {
539      // current is positive or null
540      if (input->data[j] >= 0.) {
541        zcr += 1;
542      }
543      // previous was positive or null
544    } else {
545      // current is strictly negative
546      if (input->data[j] < 0.) {
547        zcr += 1;
548      }
549    }
550  }
551  return zcr / (smpl_t) input->length;
552}
553
554void
555aubio_autocorr (fvec_t * input, fvec_t * output)
556{
557  uint_t i, j, length = input->length;
558  smpl_t *data, *acf;
559  smpl_t tmp = 0;
560  data = input->data;
561  acf = output->data;
562  for (i = 0; i < length; i++) {
563    tmp = 0.;
564    for (j = i; j < length; j++) {
565      tmp += data[j - i] * data[j];
566    }
567    acf[i] = tmp / (smpl_t) (length - i);
568  }
569}
570
571void
572aubio_cleanup (void)
573{
574#ifdef HAVE_FFTW3F
575  fftwf_cleanup ();
576#else
577#ifdef HAVE_FFTW3
578  fftw_cleanup ();
579#endif
580#endif
581}
Note: See TracBrowser for help on using the repository browser.