source: src/mathutils.c @ 4edba9d

feature/autosinkfeature/constantqfeature/pitchshiftfeature/timestretch
Last change on this file since 4edba9d was da01353, checked in by Paul Brossier <piem@piem.org>, 7 months ago

[api] add fvec_mul

  • Property mode set to 100644
File size: 15.4 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
28/** Window types */
29typedef enum
30{
31  aubio_win_ones,
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, "ones") == 0)
68      wintype = aubio_win_ones;
69  else if (strcmp (window_type, "rectangle") == 0)
70      wintype = aubio_win_rectangle;
71  else if (strcmp (window_type, "hamming") == 0)
72      wintype = aubio_win_hamming;
73  else if (strcmp (window_type, "hanning") == 0)
74      wintype = aubio_win_hanning;
75  else if (strcmp (window_type, "hanningz") == 0)
76      wintype = aubio_win_hanningz;
77  else if (strcmp (window_type, "blackman") == 0)
78      wintype = aubio_win_blackman;
79  else if (strcmp (window_type, "blackman_harris") == 0)
80      wintype = aubio_win_blackman_harris;
81  else if (strcmp (window_type, "gaussian") == 0)
82      wintype = aubio_win_gaussian;
83  else if (strcmp (window_type, "welch") == 0)
84      wintype = aubio_win_welch;
85  else if (strcmp (window_type, "parzen") == 0)
86      wintype = aubio_win_parzen;
87  else if (strcmp (window_type, "default") == 0)
88      wintype = aubio_win_default;
89  else {
90      AUBIO_ERR ("unknown window type `%s`.\n", window_type);
91      return 1;
92  }
93  switch(wintype) {
94    case aubio_win_ones:
95      fvec_ones(win);
96      break;
97    case aubio_win_rectangle:
98      fvec_set_all(win, .5);
99      break;
100    case aubio_win_hamming:
101      for (i=0;i<size;i++)
102        w[i] = 0.54 - 0.46 * COS(TWO_PI * i / (size));
103      break;
104    case aubio_win_hanning:
105      for (i=0;i<size;i++)
106        w[i] = 0.5 - (0.5 * COS(TWO_PI * i / (size)));
107      break;
108    case aubio_win_hanningz:
109      for (i=0;i<size;i++)
110        w[i] = 0.5 * (1.0 - COS(TWO_PI * i / (size)));
111      break;
112    case aubio_win_blackman:
113      for (i=0;i<size;i++)
114        w[i] = 0.42
115          - 0.50 * COS(    TWO_PI*i/(size-1.0))
116          + 0.08 * COS(2.0*TWO_PI*i/(size-1.0));
117      break;
118    case aubio_win_blackman_harris:
119      for (i=0;i<size;i++)
120        w[i] = 0.35875
121          - 0.48829 * COS(    TWO_PI*i/(size-1.0))
122          + 0.14128 * COS(2.0*TWO_PI*i/(size-1.0))
123          - 0.01168 * COS(3.0*TWO_PI*i/(size-1.0));
124      break;
125    case aubio_win_gaussian:
126      {
127        lsmp_t a, b, c = 0.5;
128        uint_t n;
129        for (n = 0; n < size; n++)
130        {
131          a = (n-c*(size-1))/(SQR(c)*(size-1));
132          b = -c*SQR(a);
133          w[n] = EXP(b);
134        }
135      }
136      break;
137    case aubio_win_welch:
138      for (i=0;i<size;i++)
139        w[i] = 1.0 - SQR((2.*i-size)/(size+1.0));
140      break;
141    case aubio_win_parzen:
142      for (i=0;i<size;i++)
143        w[i] = 1.0 - ABS((2.f*i-size)/(size+1.0f));
144      break;
145    default:
146      break;
147  }
148  return 0;
149}
150
151smpl_t
152aubio_unwrap2pi (smpl_t phase)
153{
154  /* mod(phase+pi,-2pi)+pi */
155  return phase + TWO_PI * (1. + FLOOR (-(phase + PI) / TWO_PI));
156}
157
158smpl_t
159fvec_mean (fvec_t * s)
160{
161  smpl_t tmp = 0.0;
162#if defined(HAVE_INTEL_IPP)
163  aubio_ippsMean(s->data, (int)s->length, &tmp);
164  return tmp;
165#elif defined(HAVE_ACCELERATE)
166  aubio_vDSP_meanv(s->data, 1, &tmp, s->length);
167  return tmp;
168#else
169  uint_t j;
170  for (j = 0; j < s->length; j++) {
171    tmp += s->data[j];
172  }
173  return tmp / (smpl_t)(s->length);
174#endif
175}
176
177smpl_t
178fvec_sum (fvec_t * s)
179{
180  smpl_t tmp = 0.0;
181#if defined(HAVE_INTEL_IPP)
182  aubio_ippsSum(s->data, (int)s->length, &tmp);
183#elif defined(HAVE_ACCELERATE)
184  aubio_vDSP_sve(s->data, 1, &tmp, s->length);
185#else
186  uint_t j;
187  for (j = 0; j < s->length; j++) {
188    tmp += s->data[j];
189  }
190#endif
191  return tmp;
192}
193
194smpl_t
195fvec_max (fvec_t * s)
196{
197#if defined(HAVE_INTEL_IPP)
198  smpl_t tmp = 0.;
199  aubio_ippsMax( s->data, (int)s->length, &tmp);
200#elif defined(HAVE_ACCELERATE)
201  smpl_t tmp = 0.;
202  aubio_vDSP_maxv( s->data, 1, &tmp, s->length );
203#else
204  uint_t j;
205  smpl_t tmp = s->data[0];
206  for (j = 1; j < s->length; j++) {
207    tmp = (tmp > s->data[j]) ? tmp : s->data[j];
208  }
209#endif
210  return tmp;
211}
212
213smpl_t
214fvec_min (fvec_t * s)
215{
216#if defined(HAVE_INTEL_IPP)
217  smpl_t tmp = 0.;
218  aubio_ippsMin(s->data, (int)s->length, &tmp);
219#elif defined(HAVE_ACCELERATE)
220  smpl_t tmp = 0.;
221  aubio_vDSP_minv(s->data, 1, &tmp, s->length);
222#else
223  uint_t j;
224  smpl_t tmp = s->data[0];
225  for (j = 1; j < s->length; j++) {
226    tmp = (tmp < s->data[j]) ? tmp : s->data[j];
227  }
228#endif
229  return tmp;
230}
231
232uint_t
233fvec_min_elem (fvec_t * s)
234{
235#ifndef HAVE_ACCELERATE
236  uint_t j, pos = 0.;
237  smpl_t tmp = s->data[0];
238  for (j = 0; j < s->length; j++) {
239    pos = (tmp < s->data[j]) ? pos : j;
240    tmp = (tmp < s->data[j]) ? tmp : s->data[j];
241  }
242#else
243  smpl_t tmp = 0.;
244  vDSP_Length pos = 0;
245  aubio_vDSP_minvi(s->data, 1, &tmp, &pos, s->length);
246#endif
247  return (uint_t)pos;
248}
249
250uint_t
251fvec_max_elem (fvec_t * s)
252{
253#ifndef HAVE_ACCELERATE
254  uint_t j, pos = 0;
255  smpl_t tmp = 0.0;
256  for (j = 0; j < s->length; j++) {
257    pos = (tmp > s->data[j]) ? pos : j;
258    tmp = (tmp > s->data[j]) ? tmp : s->data[j];
259  }
260#else
261  smpl_t tmp = 0.;
262  vDSP_Length pos = 0;
263  aubio_vDSP_maxvi(s->data, 1, &tmp, &pos, s->length);
264#endif
265  return (uint_t)pos;
266}
267
268void
269fvec_shift (fvec_t * s)
270{
271  uint_t half = s->length / 2, start = half, j;
272  // if length is odd, middle element is moved to the end
273  if (2 * half < s->length) start ++;
274#ifndef HAVE_BLAS
275  for (j = 0; j < half; j++) {
276    ELEM_SWAP (s->data[j], s->data[j + start]);
277  }
278#else
279  aubio_cblas_swap(half, s->data, 1, s->data + start, 1);
280#endif
281  if (start != half) {
282    for (j = 0; j < half; j++) {
283      ELEM_SWAP (s->data[j + start - 1], s->data[j + start]);
284    }
285  }
286}
287
288void
289fvec_ishift (fvec_t * s)
290{
291  uint_t half = s->length / 2, start = half, j;
292  // if length is odd, middle element is moved to the beginning
293  if (2 * half < s->length) start ++;
294#ifndef HAVE_BLAS
295  for (j = 0; j < half; j++) {
296    ELEM_SWAP (s->data[j], s->data[j + start]);
297  }
298#else
299  aubio_cblas_swap(half, s->data, 1, s->data + start, 1);
300#endif
301  if (start != half) {
302    for (j = 0; j < half; j++) {
303      ELEM_SWAP (s->data[half], s->data[j]);
304    }
305  }
306}
307
308void fvec_push(fvec_t *in, smpl_t new_elem) {
309  uint_t i;
310  for (i = 0; i < in->length - 1; i++) {
311    in->data[i] = in->data[i + 1];
312  }
313  in->data[in->length - 1] = new_elem;
314}
315
316void fvec_clamp(fvec_t *in, smpl_t absmax) {
317  uint_t i;
318  for (i = 0; i < in->length; i++) {
319    if (in->data[i] > 0 && in->data[i] > ABS(absmax)) {
320      in->data[i] = absmax;
321    } else if (in->data[i] < 0 && in->data[i] < -ABS(absmax)) {
322      in->data[i] = -absmax;
323    }
324  }
325}
326
327smpl_t
328aubio_level_lin (const fvec_t * f)
329{
330  smpl_t energy = 0.;
331#ifndef HAVE_BLAS
332  uint_t j;
333  for (j = 0; j < f->length; j++) {
334    energy += SQR (f->data[j]);
335  }
336#else
337  energy = aubio_cblas_dot(f->length, f->data, 1, f->data, 1);
338#endif
339  return energy / f->length;
340}
341
342smpl_t
343fvec_local_hfc (fvec_t * v)
344{
345  smpl_t hfc = 0.;
346  uint_t j;
347  for (j = 0; j < v->length; j++) {
348    hfc += (j + 1) * v->data[j];
349  }
350  return hfc;
351}
352
353void
354fvec_min_removal (fvec_t * v)
355{
356  smpl_t v_min = fvec_min (v);
357  fvec_add (v,  - v_min );
358}
359
360smpl_t
361fvec_alpha_norm (fvec_t * o, smpl_t alpha)
362{
363  uint_t j;
364  smpl_t tmp = 0.;
365  for (j = 0; j < o->length; j++) {
366    tmp += POW (ABS (o->data[j]), alpha);
367  }
368  return POW (tmp / o->length, 1. / alpha);
369}
370
371void
372fvec_alpha_normalise (fvec_t * o, smpl_t alpha)
373{
374  uint_t j;
375  smpl_t norm = fvec_alpha_norm (o, alpha);
376  for (j = 0; j < o->length; j++) {
377    o->data[j] /= norm;
378  }
379}
380
381void
382fvec_add (fvec_t * o, smpl_t val)
383{
384  uint_t j;
385  for (j = 0; j < o->length; j++) {
386    o->data[j] += val;
387  }
388}
389
390void
391fvec_mul (fvec_t *o, smpl_t val)
392{
393  uint_t j;
394  for (j = 0; j < o->length; j++) {
395    o->data[j] *= val;
396  }
397}
398
399void fvec_adapt_thres(fvec_t * vec, fvec_t * tmp,
400    uint_t post, uint_t pre) {
401  uint_t length = vec->length, j;
402  for (j=0;j<length;j++) {
403    vec->data[j] -= fvec_moving_thres(vec, tmp, post, pre, j);
404  }
405}
406
407smpl_t
408fvec_moving_thres (fvec_t * vec, fvec_t * tmpvec,
409    uint_t post, uint_t pre, uint_t pos)
410{
411  uint_t k;
412  smpl_t *medar = (smpl_t *) tmpvec->data;
413  uint_t win_length = post + pre + 1;
414  uint_t length = vec->length;
415  /* post part of the buffer does not exist */
416  if (pos < post + 1) {
417    for (k = 0; k < post + 1 - pos; k++)
418      medar[k] = 0.;            /* 0-padding at the beginning */
419    for (k = post + 1 - pos; k < win_length; k++)
420      medar[k] = vec->data[k + pos - post];
421    /* the buffer is fully defined */
422  } else if (pos + pre < length) {
423    for (k = 0; k < win_length; k++)
424      medar[k] = vec->data[k + pos - post];
425    /* pre part of the buffer does not exist */
426  } else {
427    for (k = 0; k < length - pos + post; k++)
428      medar[k] = vec->data[k + pos - post];
429    for (k = length - pos + post; k < win_length; k++)
430      medar[k] = 0.;            /* 0-padding at the end */
431  }
432  return fvec_median (tmpvec);
433}
434
435smpl_t fvec_median (fvec_t * input) {
436  uint_t n = input->length;
437  smpl_t * arr = (smpl_t *) input->data;
438  uint_t low, high ;
439  uint_t median;
440  uint_t middle, ll, hh;
441
442  low = 0 ; high = n-1 ; median = (low + high) / 2;
443  for (;;) {
444    if (high <= low) /* One element only */
445      return arr[median] ;
446
447    if (high == low + 1) {  /* Two elements only */
448      if (arr[low] > arr[high])
449        ELEM_SWAP(arr[low], arr[high]) ;
450      return arr[median] ;
451    }
452
453    /* Find median of low, middle and high items; swap into position low */
454    middle = (low + high) / 2;
455    if (arr[middle] > arr[high])    ELEM_SWAP(arr[middle], arr[high]);
456    if (arr[low]    > arr[high])    ELEM_SWAP(arr[low],    arr[high]);
457    if (arr[middle] > arr[low])     ELEM_SWAP(arr[middle], arr[low]) ;
458
459    /* Swap low item (now in position middle) into position (low+1) */
460    ELEM_SWAP(arr[middle], arr[low+1]) ;
461
462    /* Nibble from each end towards middle, swapping items when stuck */
463    ll = low + 1;
464    hh = high;
465    for (;;) {
466      do ll++; while (arr[low] > arr[ll]) ;
467      do hh--; while (arr[hh]  > arr[low]) ;
468
469      if (hh < ll)
470        break;
471
472      ELEM_SWAP(arr[ll], arr[hh]) ;
473    }
474
475    /* Swap middle item (in position low) back into correct position */
476    ELEM_SWAP(arr[low], arr[hh]) ;
477
478    /* Re-set active partition */
479    if (hh <= median)
480      low = ll;
481    if (hh >= median)
482      high = hh - 1;
483  }
484}
485
486smpl_t fvec_quadratic_peak_pos (const fvec_t * x, uint_t pos) {
487  smpl_t s0, s1, s2; uint_t x0, x2;
488  smpl_t half = .5, two = 2.;
489  if (pos == 0 || pos == x->length - 1) return pos;
490  x0 = (pos < 1) ? pos : pos - 1;
491  x2 = (pos + 1 < x->length) ? pos + 1 : pos;
492  if (x0 == pos) return (x->data[pos] <= x->data[x2]) ? pos : x2;
493  if (x2 == pos) return (x->data[pos] <= x->data[x0]) ? pos : x0;
494  s0 = x->data[x0];
495  s1 = x->data[pos];
496  s2 = x->data[x2];
497  return pos + half * (s0 - s2 ) / (s0 - two * s1 + s2);
498}
499
500smpl_t fvec_quadratic_peak_mag (fvec_t *x, smpl_t pos) {
501  smpl_t x0, x1, x2;
502  uint_t index = (uint_t)(pos - .5) + 1;
503  if (pos >= x->length || pos < 0.) return 0.;
504  if ((smpl_t)index == pos) return x->data[index];
505  x0 = x->data[index - 1];
506  x1 = x->data[index];
507  x2 = x->data[index + 1];
508  return x1 - .25 * (x0 - x2) * (pos - index);
509}
510
511uint_t fvec_peakpick(const fvec_t * onset, uint_t pos) {
512  uint_t tmp=0;
513  tmp = (onset->data[pos] > onset->data[pos-1]
514      &&  onset->data[pos] > onset->data[pos+1]
515      &&  onset->data[pos] > 0.);
516  return tmp;
517}
518
519smpl_t
520aubio_quadfrac (smpl_t s0, smpl_t s1, smpl_t s2, smpl_t pf)
521{
522  smpl_t tmp =
523      s0 + (pf / 2.) * (pf * (s0 - 2. * s1 + s2) - 3. * s0 + 4. * s1 - s2);
524  return tmp;
525}
526
527smpl_t
528aubio_freqtomidi (smpl_t freq)
529{
530  smpl_t midi;
531  if (freq < 2. || freq > 100000.) return 0.; // avoid nans and infs
532  /* log(freq/A-2)/log(2) */
533  midi = freq / 6.875;
534  midi = LOG (midi) / 0.6931471805599453;
535  midi *= 12;
536  midi -= 3;
537  return midi;
538}
539
540smpl_t
541aubio_miditofreq (smpl_t midi)
542{
543  smpl_t freq;
544  if (midi > 140.) return 0.; // avoid infs
545  freq = (midi + 3.) / 12.;
546  freq = EXP (freq * 0.6931471805599453);
547  freq *= 6.875;
548  return freq;
549}
550
551smpl_t
552aubio_bintofreq (smpl_t bin, smpl_t samplerate, smpl_t fftsize)
553{
554  smpl_t freq = samplerate / fftsize;
555  return freq * MAX(bin, 0);
556}
557
558smpl_t
559aubio_bintomidi (smpl_t bin, smpl_t samplerate, smpl_t fftsize)
560{
561  smpl_t midi = aubio_bintofreq (bin, samplerate, fftsize);
562  return aubio_freqtomidi (midi);
563}
564
565smpl_t
566aubio_freqtobin (smpl_t freq, smpl_t samplerate, smpl_t fftsize)
567{
568  smpl_t bin = fftsize / samplerate;
569  return MAX(freq, 0) * bin;
570}
571
572smpl_t
573aubio_miditobin (smpl_t midi, smpl_t samplerate, smpl_t fftsize)
574{
575  smpl_t freq = aubio_miditofreq (midi);
576  return aubio_freqtobin (freq, samplerate, fftsize);
577}
578
579uint_t
580aubio_is_power_of_two (uint_t a)
581{
582  if ((a & (a - 1)) == 0) {
583    return 1;
584  } else {
585    return 0;
586  }
587}
588
589uint_t
590aubio_next_power_of_two (uint_t a)
591{
592  uint_t i = 1;
593  while (i < a) i <<= 1;
594  return i;
595}
596
597uint_t
598aubio_power_of_two_order (uint_t a)
599{
600  int order = 0;
601  int temp = aubio_next_power_of_two(a);
602  while (temp >>= 1) {
603    ++order;
604  }
605  return order;
606}
607
608smpl_t
609aubio_db_spl (const fvec_t * o)
610{
611  return 10. * LOG10 (aubio_level_lin (o));
612}
613
614uint_t
615aubio_silence_detection (const fvec_t * o, smpl_t threshold)
616{
617  return (aubio_db_spl (o) < threshold);
618}
619
620smpl_t
621aubio_level_detection (const fvec_t * o, smpl_t threshold)
622{
623  smpl_t db_spl = aubio_db_spl (o);
624  if (db_spl < threshold) {
625    return 1.;
626  } else {
627    return db_spl;
628  }
629}
630
631smpl_t
632aubio_zero_crossing_rate (fvec_t * input)
633{
634  uint_t j;
635  uint_t zcr = 0;
636  for (j = 1; j < input->length; j++) {
637    // previous was strictly negative
638    if (input->data[j - 1] < 0.) {
639      // current is positive or null
640      if (input->data[j] >= 0.) {
641        zcr += 1;
642      }
643      // previous was positive or null
644    } else {
645      // current is strictly negative
646      if (input->data[j] < 0.) {
647        zcr += 1;
648      }
649    }
650  }
651  return zcr / (smpl_t) input->length;
652}
653
654void
655aubio_autocorr (const fvec_t * input, fvec_t * output)
656{
657  uint_t i, j, length = input->length;
658  smpl_t *data, *acf;
659  smpl_t tmp = 0;
660  data = input->data;
661  acf = output->data;
662  for (i = 0; i < length; i++) {
663    tmp = 0.;
664    for (j = i; j < length; j++) {
665      tmp += data[j - i] * data[j];
666    }
667    acf[i] = tmp / (smpl_t) (length - i);
668  }
669}
670
671void
672aubio_cleanup (void)
673{
674#ifdef HAVE_FFTW3F
675  fftwf_cleanup ();
676#else
677#ifdef HAVE_FFTW3
678  fftw_cleanup ();
679#endif
680#endif
681}
Note: See TracBrowser for help on using the repository browser.