source: src/mathutils.c @ 9e56228

feature/autosinkfeature/constantqfeature/pitchshiftfeature/pydocstringsfeature/timestretchpitchshiftsamplertimestretchyinfft+
Last change on this file since 9e56228 was 9e56228, checked in by Paul Brossier <piem@piem.org>, 7 years ago

src/mathutils.c: fix computation of gauss window

  • Property mode set to 100644
File size: 11.7 KB
Line 
1/*
2  Copyright (C) 2003-2009 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 size)
47{
48  fvec_t * win = new_fvec (size);
49  smpl_t * w = win->data;
50  uint_t i;
51  aubio_window_type wintype;
52  if (strcmp (window_type, "rectangle") == 0)
53      wintype = aubio_win_rectangle;
54  else if (strcmp (window_type, "hamming") == 0)
55      wintype = aubio_win_hamming;
56  else if (strcmp (window_type, "hanning") == 0)
57      wintype = aubio_win_hanning;
58  else if (strcmp (window_type, "hanningz") == 0)
59      wintype = aubio_win_hanningz;
60  else if (strcmp (window_type, "blackman") == 0)
61      wintype = aubio_win_blackman;
62  else if (strcmp (window_type, "blackman_harris") == 0)
63      wintype = aubio_win_blackman_harris;
64  else if (strcmp (window_type, "gaussian") == 0)
65      wintype = aubio_win_gaussian;
66  else if (strcmp (window_type, "welch") == 0)
67      wintype = aubio_win_welch;
68  else if (strcmp (window_type, "parzen") == 0)
69      wintype = aubio_win_parzen;
70  else if (strcmp (window_type, "default") == 0)
71      wintype = aubio_win_default;
72  else {
73      AUBIO_ERR ("unknown window type %s, using default.\n", window_type);
74      wintype = aubio_win_default;
75  }
76  switch(wintype) {
77    case aubio_win_rectangle:
78      for (i=0;i<size;i++)
79        w[i] = 0.5;
80      break;
81    case aubio_win_hamming:
82      for (i=0;i<size;i++)
83        w[i] = 0.54 - 0.46 * COS(TWO_PI * i / (size));
84      break;
85    case aubio_win_hanning:
86      for (i=0;i<size;i++)
87        w[i] = 0.5 - (0.5 * COS(TWO_PI * i / (size)));
88      break;
89    case aubio_win_hanningz:
90      for (i=0;i<size;i++)
91        w[i] = 0.5 * (1.0 - COS(TWO_PI * i / (size)));
92      break;
93    case aubio_win_blackman:
94      for (i=0;i<size;i++)
95        w[i] = 0.42
96          - 0.50 * COS(    TWO_PI*i/(size-1.0))
97          + 0.08 * COS(2.0*TWO_PI*i/(size-1.0));
98      break;
99    case aubio_win_blackman_harris:
100      for (i=0;i<size;i++)
101        w[i] = 0.35875
102          - 0.48829 * COS(    TWO_PI*i/(size-1.0))
103          + 0.14128 * COS(2.0*TWO_PI*i/(size-1.0))
104          - 0.01168 * COS(3.0*TWO_PI*i/(size-1.0));
105      break;
106    case aubio_win_gaussian:
107      {
108        lsmp_t a, b, c = 0.5;
109        uint_t n;
110        for (n = 0; n < size; n++)
111        {
112          a = (n-c*(size-1))/(SQR(c)*(size-1));
113          b = -c*SQR(a);
114          w[n] = EXP(b);
115        }
116      }
117      break;
118    case aubio_win_welch:
119      for (i=0;i<size;i++)
120        w[i] = 1.0 - SQR((2.*i-size)/(size+1.0));
121      break;
122    case aubio_win_parzen:
123      for (i=0;i<size;i++)
124        w[i] = 1.0 - ABS((2.*i-size)/(size+1.0));
125      break;
126    default:
127      break;
128  }
129  return win;
130}
131
132smpl_t
133aubio_unwrap2pi (smpl_t phase)
134{
135  /* mod(phase+pi,-2pi)+pi */
136  return phase + TWO_PI * (1. + FLOOR (-(phase + PI) / TWO_PI));
137}
138
139smpl_t
140fvec_mean (fvec_t * s)
141{
142  uint_t j;
143  smpl_t tmp = 0.0;
144  for (j = 0; j < s->length; j++) {
145    tmp += s->data[j];
146  }
147  return tmp / (smpl_t) (s->length);
148}
149
150smpl_t
151fvec_sum (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;
159}
160
161smpl_t
162fvec_max (fvec_t * s)
163{
164  uint_t j;
165  smpl_t tmp = 0.0;
166  for (j = 0; j < s->length; j++) {
167    tmp = (tmp > s->data[j]) ? tmp : s->data[j];
168  }
169  return tmp;
170}
171
172smpl_t
173fvec_min (fvec_t * s)
174{
175  uint_t j;
176  smpl_t tmp = s->data[0];
177  for (j = 0; j < s->length; j++) {
178    tmp = (tmp < s->data[j]) ? tmp : s->data[j];
179  }
180  return tmp;
181}
182
183uint_t
184fvec_min_elem (fvec_t * s)
185{
186  uint_t j, pos = 0.;
187  smpl_t tmp = s->data[0];
188  for (j = 0; j < s->length; j++) {
189    pos = (tmp < s->data[j]) ? pos : j;
190    tmp = (tmp < s->data[j]) ? tmp : s->data[j];
191  }
192  return pos;
193}
194
195uint_t
196fvec_max_elem (fvec_t * s)
197{
198  uint_t j, pos = 0;
199  smpl_t tmp = 0.0;
200  for (j = 0; j < s->length; j++) {
201    pos = (tmp > s->data[j]) ? pos : j;
202    tmp = (tmp > s->data[j]) ? tmp : s->data[j];
203  }
204  return pos;
205}
206
207void
208fvec_shift (fvec_t * s)
209{
210  uint_t j;
211  for (j = 0; j < s->length / 2; j++) {
212    ELEM_SWAP (s->data[j], s->data[j + s->length / 2]);
213  }
214}
215
216smpl_t
217fvec_local_energy (fvec_t * f)
218{
219  smpl_t energy = 0.;
220  uint_t j;
221  for (j = 0; j < f->length; j++) {
222    energy += SQR (f->data[j]);
223  }
224  return energy / f->length;
225}
226
227smpl_t
228fvec_local_hfc (fvec_t * v)
229{
230  smpl_t hfc = 0.;
231  uint_t j;
232  for (j = 0; j < v->length; j++) {
233    hfc += (j + 1) * v->data[j];
234  }
235  return hfc;
236}
237
238void
239fvec_min_removal (fvec_t * v)
240{
241  smpl_t v_min = fvec_min (v);
242  fvec_add (v,  - v_min );
243}
244
245smpl_t
246fvec_alpha_norm (fvec_t * o, smpl_t alpha)
247{
248  uint_t j;
249  smpl_t tmp = 0.;
250  for (j = 0; j < o->length; j++) {
251    tmp += POW (ABS (o->data[j]), alpha);
252  }
253  return POW (tmp / o->length, 1. / alpha);
254}
255
256void
257fvec_alpha_normalise (fvec_t * o, smpl_t alpha)
258{
259  uint_t j;
260  smpl_t norm = fvec_alpha_norm (o, alpha);
261  for (j = 0; j < o->length; j++) {
262    o->data[j] /= norm;
263  }
264}
265
266void
267fvec_add (fvec_t * o, smpl_t val)
268{
269  uint_t j;
270  for (j = 0; j < o->length; j++) {
271    o->data[j] += val;
272  }
273}
274
275void fvec_adapt_thres(fvec_t * vec, fvec_t * tmp,
276    uint_t post, uint_t pre) {
277  uint_t length = vec->length, j;
278  for (j=0;j<length;j++) {
279    vec->data[j] -= fvec_moving_thres(vec, tmp, post, pre, j);
280  }
281}
282
283smpl_t
284fvec_moving_thres (fvec_t * vec, fvec_t * tmpvec,
285    uint_t post, uint_t pre, uint_t pos)
286{
287  uint_t k;
288  smpl_t *medar = (smpl_t *) tmpvec->data;
289  uint_t win_length = post + pre + 1;
290  uint_t length = vec->length;
291  /* post part of the buffer does not exist */
292  if (pos < post + 1) {
293    for (k = 0; k < post + 1 - pos; k++)
294      medar[k] = 0.;            /* 0-padding at the beginning */
295    for (k = post + 1 - pos; k < win_length; k++)
296      medar[k] = vec->data[k + pos - post];
297    /* the buffer is fully defined */
298  } else if (pos + pre < length) {
299    for (k = 0; k < win_length; k++)
300      medar[k] = vec->data[k + pos - post];
301    /* pre part of the buffer does not exist */
302  } else {
303    for (k = 0; k < length - pos + post; k++)
304      medar[k] = vec->data[k + pos - post];
305    for (k = length - pos + post; k < win_length; k++)
306      medar[k] = 0.;            /* 0-padding at the end */
307  }
308  return fvec_median (tmpvec);
309}
310
311smpl_t fvec_median (fvec_t * input) {
312  uint_t n = input->length;
313  smpl_t * arr = (smpl_t *) input->data;
314  uint_t low, high ;
315  uint_t median;
316  uint_t middle, ll, hh;
317
318  low = 0 ; high = n-1 ; median = (low + high) / 2;
319  for (;;) {
320    if (high <= low) /* One element only */
321      return arr[median] ;
322
323    if (high == low + 1) {  /* Two elements only */
324      if (arr[low] > arr[high])
325        ELEM_SWAP(arr[low], arr[high]) ;
326      return arr[median] ;
327    }
328
329    /* Find median of low, middle and high items; swap into position low */
330    middle = (low + high) / 2;
331    if (arr[middle] > arr[high])    ELEM_SWAP(arr[middle], arr[high]);
332    if (arr[low]    > arr[high])    ELEM_SWAP(arr[low],    arr[high]);
333    if (arr[middle] > arr[low])     ELEM_SWAP(arr[middle], arr[low]) ;
334
335    /* Swap low item (now in position middle) into position (low+1) */
336    ELEM_SWAP(arr[middle], arr[low+1]) ;
337
338    /* Nibble from each end towards middle, swapping items when stuck */
339    ll = low + 1;
340    hh = high;
341    for (;;) {
342      do ll++; while (arr[low] > arr[ll]) ;
343      do hh--; while (arr[hh]  > arr[low]) ;
344
345      if (hh < ll)
346        break;
347
348      ELEM_SWAP(arr[ll], arr[hh]) ;
349    }
350
351    /* Swap middle item (in position low) back into correct position */
352    ELEM_SWAP(arr[low], arr[hh]) ;
353
354    /* Re-set active partition */
355    if (hh <= median)
356      low = ll;
357    if (hh >= median)
358      high = hh - 1;
359  }
360}
361
362smpl_t fvec_quadint (fvec_t * x, uint_t pos) {
363  smpl_t s0, s1, s2;
364  uint_t x0 = (pos < 1) ? pos : pos - 1;
365  uint_t x2 = (pos + 1 < x->length) ? pos + 1 : pos;
366  if (x0 == pos) return (x->data[pos] <= x->data[x2]) ? pos : x2;
367  if (x2 == pos) return (x->data[pos] <= x->data[x0]) ? pos : x0;
368  s0 = x->data[x0];
369  s1 = x->data[pos];
370  s2 = x->data[x2];
371  return pos + 0.5 * (s2 - s0 ) / (s2 - 2.* s1 + s0);
372}
373
374uint_t fvec_peakpick(fvec_t * onset, uint_t pos) {
375  uint_t tmp=0;
376  tmp = (onset->data[pos] > onset->data[pos-1]
377      &&  onset->data[pos] > onset->data[pos+1]
378      &&  onset->data[pos] > 0.);
379  return tmp;
380}
381
382smpl_t
383aubio_quadfrac (smpl_t s0, smpl_t s1, smpl_t s2, smpl_t pf)
384{
385  smpl_t tmp =
386      s0 + (pf / 2.) * (pf * (s0 - 2. * s1 + s2) - 3. * s0 + 4. * s1 - s2);
387  return tmp;
388}
389
390smpl_t
391aubio_freqtomidi (smpl_t freq)
392{
393  /* log(freq/A-2)/log(2) */
394  smpl_t midi = freq / 6.875;
395  midi = LOG (midi) / 0.69314718055995;
396  midi *= 12;
397  midi -= 3;
398  return midi;
399}
400
401smpl_t
402aubio_miditofreq (smpl_t midi)
403{
404  smpl_t freq = (midi + 3.) / 12.;
405  freq = EXP (freq * 0.69314718055995);
406  freq *= 6.875;
407  return freq;
408}
409
410smpl_t
411aubio_bintofreq (smpl_t bin, smpl_t samplerate, smpl_t fftsize)
412{
413  smpl_t freq = samplerate / fftsize;
414  return freq * bin;
415}
416
417smpl_t
418aubio_bintomidi (smpl_t bin, smpl_t samplerate, smpl_t fftsize)
419{
420  smpl_t midi = aubio_bintofreq (bin, samplerate, fftsize);
421  return aubio_freqtomidi (midi);
422}
423
424smpl_t
425aubio_freqtobin (smpl_t freq, smpl_t samplerate, smpl_t fftsize)
426{
427  smpl_t bin = fftsize / samplerate;
428  return freq * bin;
429}
430
431smpl_t
432aubio_miditobin (smpl_t midi, smpl_t samplerate, smpl_t fftsize)
433{
434  smpl_t freq = aubio_miditofreq (midi);
435  return aubio_freqtobin (freq, samplerate, fftsize);
436}
437
438uint_t
439aubio_is_power_of_two (uint_t a)
440{
441  if ((a & (a - 1)) == 0) {
442    return 1;
443  } else {
444    return 0;
445  }
446}
447
448uint_t
449aubio_next_power_of_two (uint_t a)
450{
451  uint_t i = 1;
452  while (i < a) i <<= 1;
453  return i;
454}
455
456smpl_t
457aubio_db_spl (fvec_t * o)
458{
459  return 10. * LOG10 (fvec_local_energy (o));
460}
461
462uint_t
463aubio_silence_detection (fvec_t * o, smpl_t threshold)
464{
465  return (aubio_db_spl (o) < threshold);
466}
467
468smpl_t
469aubio_level_detection (fvec_t * o, smpl_t threshold)
470{
471  smpl_t db_spl = aubio_db_spl (o);
472  if (db_spl < threshold) {
473    return 1.;
474  } else {
475    return db_spl;
476  }
477}
478
479smpl_t
480aubio_zero_crossing_rate (fvec_t * input)
481{
482  uint_t j;
483  uint_t zcr = 0;
484  for (j = 1; j < input->length; j++) {
485    // previous was strictly negative
486    if (input->data[j - 1] < 0.) {
487      // current is positive or null
488      if (input->data[j] >= 0.) {
489        zcr += 1;
490      }
491      // previous was positive or null
492    } else {
493      // current is strictly negative
494      if (input->data[j] < 0.) {
495        zcr += 1;
496      }
497    }
498  }
499  return zcr / (smpl_t) input->length;
500}
501
502void
503aubio_autocorr (fvec_t * input, fvec_t * output)
504{
505  uint_t i, j, length = input->length;
506  smpl_t *data, *acf;
507  smpl_t tmp = 0;
508  data = input->data;
509  acf = output->data;
510  for (i = 0; i < length; i++) {
511    tmp = 0.;
512    for (j = i; j < length; j++) {
513      tmp += data[j - i] * data[j];
514    }
515    acf[i] = tmp / (smpl_t) (length - i);
516  }
517}
518
519void
520aubio_cleanup (void)
521{
522#ifdef HAVE_FFTW3F
523  fftwf_cleanup ();
524#else
525#ifdef HAVE_FFTW3
526  fftw_cleanup ();
527#endif
528#endif
529}
Note: See TracBrowser for help on using the repository browser.