source: src/mathutils.c @ 95af88b

sampler
Last change on this file since 95af88b was 33d0242, checked in by Paul Brossier <piem@piem.org>, 7 years ago

src/aubio_priv.h: move include config.h here

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