source: src/mathutils.c @ 9499eefb

feature/autosinkfeature/constantqfeature/pitchshiftfeature/pydocstringsfeature/timestretchpitchshiftsamplertimestretchyinfft+
Last change on this file since 9499eefb was 9499eefb, checked in by Paul Brossier <piem@piem.org>, 7 years ago

src/mathutils.{c,h}: add fvec_quadratic_peak_pos, a fixed replacement for fvec_quadint

  • Property mode set to 100644
File size: 12.4 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
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
45fvec_t *
46new_aubio_window (char_t * window_type, uint_t length)
47{
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) {
54  smpl_t * w = win->data;
55  uint_t i, size = win->length;
56  aubio_window_type wintype;
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)
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 {
81      AUBIO_ERR ("unknown window type `%s`.\n", window_type);
82      return 1;
83  }
84  switch(wintype) {
85    case aubio_win_rectangle:
86      for (i=0;i<size;i++)
87        w[i] = 0.5;
88      break;
89    case aubio_win_hamming:
90      for (i=0;i<size;i++)
91        w[i] = 0.54 - 0.46 * COS(TWO_PI * i / (size));
92      break;
93    case aubio_win_hanning:
94      for (i=0;i<size;i++)
95        w[i] = 0.5 - (0.5 * COS(TWO_PI * i / (size)));
96      break;
97    case aubio_win_hanningz:
98      for (i=0;i<size;i++)
99        w[i] = 0.5 * (1.0 - COS(TWO_PI * i / (size)));
100      break;
101    case aubio_win_blackman:
102      for (i=0;i<size;i++)
103        w[i] = 0.42
104          - 0.50 * COS(    TWO_PI*i/(size-1.0))
105          + 0.08 * COS(2.0*TWO_PI*i/(size-1.0));
106      break;
107    case aubio_win_blackman_harris:
108      for (i=0;i<size;i++)
109        w[i] = 0.35875
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;
114    case aubio_win_gaussian:
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      }
125      break;
126    case aubio_win_welch:
127      for (i=0;i<size;i++)
128        w[i] = 1.0 - SQR((2.*i-size)/(size+1.0));
129      break;
130    case aubio_win_parzen:
131      for (i=0;i<size;i++)
132        w[i] = 1.0 - ABS((2.*i-size)/(size+1.0));
133      break;
134    default:
135      break;
136  }
137  return 0;
138}
139
140smpl_t
141aubio_unwrap2pi (smpl_t phase)
142{
143  /* mod(phase+pi,-2pi)+pi */
144  return phase + TWO_PI * (1. + FLOOR (-(phase + PI) / TWO_PI));
145}
146
147smpl_t
148fvec_mean (fvec_t * s)
149{
150  uint_t j;
151  smpl_t tmp = 0.0;
152  for (j = 0; j < s->length; j++) {
153    tmp += s->data[j];
154  }
155  return tmp / (smpl_t) (s->length);
156}
157
158smpl_t
159fvec_sum (fvec_t * s)
160{
161  uint_t j;
162  smpl_t tmp = 0.0;
163  for (j = 0; j < s->length; j++) {
164    tmp += s->data[j];
165  }
166  return tmp;
167}
168
169smpl_t
170fvec_max (fvec_t * s)
171{
172  uint_t j;
173  smpl_t tmp = 0.0;
174  for (j = 0; j < s->length; j++) {
175    tmp = (tmp > s->data[j]) ? tmp : s->data[j];
176  }
177  return tmp;
178}
179
180smpl_t
181fvec_min (fvec_t * s)
182{
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];
187  }
188  return tmp;
189}
190
191uint_t
192fvec_min_elem (fvec_t * s)
193{
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];
199  }
200  return pos;
201}
202
203uint_t
204fvec_max_elem (fvec_t * s)
205{
206  uint_t j, pos = 0;
207  smpl_t tmp = 0.0;
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];
211  }
212  return pos;
213}
214
215void
216fvec_shift (fvec_t * s)
217{
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]);
221  }
222}
223
224smpl_t
225fvec_local_energy (fvec_t * f)
226{
227  smpl_t energy = 0.;
228  uint_t j;
229  for (j = 0; j < f->length; j++) {
230    energy += SQR (f->data[j]);
231  }
232  return energy / f->length;
233}
234
235smpl_t
236fvec_local_hfc (fvec_t * v)
237{
238  smpl_t hfc = 0.;
239  uint_t j;
240  for (j = 0; j < v->length; j++) {
241    hfc += (j + 1) * v->data[j];
242  }
243  return hfc;
244}
245
246void
247fvec_min_removal (fvec_t * v)
248{
249  smpl_t v_min = fvec_min (v);
250  fvec_add (v,  - v_min );
251}
252
253smpl_t
254fvec_alpha_norm (fvec_t * o, smpl_t alpha)
255{
256  uint_t j;
257  smpl_t tmp = 0.;
258  for (j = 0; j < o->length; j++) {
259    tmp += POW (ABS (o->data[j]), alpha);
260  }
261  return POW (tmp / o->length, 1. / alpha);
262}
263
264void
265fvec_alpha_normalise (fvec_t * o, smpl_t alpha)
266{
267  uint_t j;
268  smpl_t norm = fvec_alpha_norm (o, alpha);
269  for (j = 0; j < o->length; j++) {
270    o->data[j] /= norm;
271  }
272}
273
274void
275fvec_add (fvec_t * o, smpl_t val)
276{
277  uint_t j;
278  for (j = 0; j < o->length; j++) {
279    o->data[j] += val;
280  }
281}
282
283void fvec_adapt_thres(fvec_t * vec, fvec_t * tmp,
284    uint_t post, uint_t pre) {
285  uint_t length = vec->length, j;
286  for (j=0;j<length;j++) {
287    vec->data[j] -= fvec_moving_thres(vec, tmp, post, pre, j);
288  }
289}
290
291smpl_t
292fvec_moving_thres (fvec_t * vec, fvec_t * tmpvec,
293    uint_t post, uint_t pre, uint_t pos)
294{
295  uint_t k;
296  smpl_t *medar = (smpl_t *) tmpvec->data;
297  uint_t win_length = post + pre + 1;
298  uint_t length = vec->length;
299  /* post part of the buffer does not exist */
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++)
304      medar[k] = vec->data[k + pos - post];
305    /* the buffer is fully defined */
306  } else if (pos + pre < length) {
307    for (k = 0; k < win_length; k++)
308      medar[k] = vec->data[k + pos - post];
309    /* pre part of the buffer does not exist */
310  } else {
311    for (k = 0; k < length - pos + post; k++)
312      medar[k] = vec->data[k + pos - post];
313    for (k = length - pos + post; k < win_length; k++)
314      medar[k] = 0.;            /* 0-padding at the end */
315  }
316  return fvec_median (tmpvec);
317}
318
319smpl_t fvec_median (fvec_t * input) {
320  uint_t n = input->length;
321  smpl_t * arr = (smpl_t *) input->data;
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
370smpl_t fvec_quadint (fvec_t * x, uint_t pos) {
371  smpl_t s0, s1, s2;
372  uint_t x0 = (pos < 1) ? pos : pos - 1;
373  uint_t x2 = (pos + 1 < x->length) ? pos + 1 : pos;
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];
379  return pos + 0.5 * (s2 - s0 ) / (s2 - 2.* s1 + s0);
380}
381
382smpl_t fvec_quadratic_peak_pos (fvec_t * x, uint_t pos) {
383  smpl_t s0, s1, s2;
384  uint_t x0 = (pos < 1) ? pos : pos - 1;
385  uint_t x2 = (pos + 1 < x->length) ? pos + 1 : pos;
386  if (x0 == pos) return (x->data[pos] <= x->data[x2]) ? pos : x2;
387  if (x2 == pos) return (x->data[pos] <= x->data[x0]) ? pos : x0;
388  s0 = x->data[x0];
389  s1 = x->data[pos];
390  s2 = x->data[x2];
391  return pos + 0.5 * (s0 - s2 ) / (s0 - 2.* s1 + s2);
392}
393
394uint_t fvec_peakpick(fvec_t * onset, uint_t pos) {
395  uint_t tmp=0;
396  tmp = (onset->data[pos] > onset->data[pos-1]
397      &&  onset->data[pos] > onset->data[pos+1]
398      &&  onset->data[pos] > 0.);
399  return tmp;
400}
401
402smpl_t
403aubio_quadfrac (smpl_t s0, smpl_t s1, smpl_t s2, smpl_t pf)
404{
405  smpl_t tmp =
406      s0 + (pf / 2.) * (pf * (s0 - 2. * s1 + s2) - 3. * s0 + 4. * s1 - s2);
407  return tmp;
408}
409
410smpl_t
411aubio_freqtomidi (smpl_t freq)
412{
413  if (freq < 2. || freq > 100000.) return 0.; // avoid nans and infs
414  /* log(freq/A-2)/log(2) */
415  smpl_t midi = freq / 6.875;
416  midi = LOG (midi) / 0.69314718055995;
417  midi *= 12;
418  midi -= 3;
419  return midi;
420}
421
422smpl_t
423aubio_miditofreq (smpl_t midi)
424{
425  if (midi > 140.) return 0.; // avoid infs
426  smpl_t freq = (midi + 3.) / 12.;
427  freq = EXP (freq * 0.69314718055995);
428  freq *= 6.875;
429  return freq;
430}
431
432smpl_t
433aubio_bintofreq (smpl_t bin, smpl_t samplerate, smpl_t fftsize)
434{
435  smpl_t freq = samplerate / fftsize;
436  return freq * MAX(bin, 0);
437}
438
439smpl_t
440aubio_bintomidi (smpl_t bin, smpl_t samplerate, smpl_t fftsize)
441{
442  smpl_t midi = aubio_bintofreq (bin, samplerate, fftsize);
443  return aubio_freqtomidi (midi);
444}
445
446smpl_t
447aubio_freqtobin (smpl_t freq, smpl_t samplerate, smpl_t fftsize)
448{
449  smpl_t bin = fftsize / samplerate;
450  return MAX(freq, 0) * bin;
451}
452
453smpl_t
454aubio_miditobin (smpl_t midi, smpl_t samplerate, smpl_t fftsize)
455{
456  smpl_t freq = aubio_miditofreq (midi);
457  return aubio_freqtobin (freq, samplerate, fftsize);
458}
459
460uint_t
461aubio_is_power_of_two (uint_t a)
462{
463  if ((a & (a - 1)) == 0) {
464    return 1;
465  } else {
466    return 0;
467  }
468}
469
470uint_t
471aubio_next_power_of_two (uint_t a)
472{
473  uint_t i = 1;
474  while (i < a) i <<= 1;
475  return i;
476}
477
478smpl_t
479aubio_db_spl (fvec_t * o)
480{
481  return 10. * LOG10 (fvec_local_energy (o));
482}
483
484uint_t
485aubio_silence_detection (fvec_t * o, smpl_t threshold)
486{
487  return (aubio_db_spl (o) < threshold);
488}
489
490smpl_t
491aubio_level_detection (fvec_t * o, smpl_t threshold)
492{
493  smpl_t db_spl = aubio_db_spl (o);
494  if (db_spl < threshold) {
495    return 1.;
496  } else {
497    return db_spl;
498  }
499}
500
501smpl_t
502aubio_zero_crossing_rate (fvec_t * input)
503{
504  uint_t j;
505  uint_t zcr = 0;
506  for (j = 1; j < input->length; j++) {
507    // previous was strictly negative
508    if (input->data[j - 1] < 0.) {
509      // current is positive or null
510      if (input->data[j] >= 0.) {
511        zcr += 1;
512      }
513      // previous was positive or null
514    } else {
515      // current is strictly negative
516      if (input->data[j] < 0.) {
517        zcr += 1;
518      }
519    }
520  }
521  return zcr / (smpl_t) input->length;
522}
523
524void
525aubio_autocorr (fvec_t * input, fvec_t * output)
526{
527  uint_t i, j, length = input->length;
528  smpl_t *data, *acf;
529  smpl_t tmp = 0;
530  data = input->data;
531  acf = output->data;
532  for (i = 0; i < length; i++) {
533    tmp = 0.;
534    for (j = i; j < length; j++) {
535      tmp += data[j - i] * data[j];
536    }
537    acf[i] = tmp / (smpl_t) (length - i);
538  }
539}
540
541void
542aubio_cleanup (void)
543{
544#ifdef HAVE_FFTW3F
545  fftwf_cleanup ();
546#else
547#ifdef HAVE_FFTW3
548  fftw_cleanup ();
549#endif
550#endif
551}
Note: See TracBrowser for help on using the repository browser.