source: src/mathutils.c @ b046c8c

feature/autosinkfeature/constantqfeature/pitchshiftfeature/pydocstringsfeature/timestretchpitchshiftsamplertimestretchyinfft+
Last change on this file since b046c8c was b046c8c, checked in by Paul Brossier <piem@piem.org>, 4 years ago

src/aubio_priv.h: add aliases for cblas_xswap

  • Property mode set to 100644
File size: 13.5 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#include "config.h"
28
29/** Window types */
30typedef enum
31{
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, "rectangle") == 0)
68      wintype = aubio_win_rectangle;
69  else if (strcmp (window_type, "hamming") == 0)
70      wintype = aubio_win_hamming;
71  else if (strcmp (window_type, "hanning") == 0)
72      wintype = aubio_win_hanning;
73  else if (strcmp (window_type, "hanningz") == 0)
74      wintype = aubio_win_hanningz;
75  else if (strcmp (window_type, "blackman") == 0)
76      wintype = aubio_win_blackman;
77  else if (strcmp (window_type, "blackman_harris") == 0)
78      wintype = aubio_win_blackman_harris;
79  else if (strcmp (window_type, "gaussian") == 0)
80      wintype = aubio_win_gaussian;
81  else if (strcmp (window_type, "welch") == 0)
82      wintype = aubio_win_welch;
83  else if (strcmp (window_type, "parzen") == 0)
84      wintype = aubio_win_parzen;
85  else if (strcmp (window_type, "default") == 0)
86      wintype = aubio_win_default;
87  else {
88      AUBIO_ERR ("unknown window type `%s`.\n", window_type);
89      return 1;
90  }
91  switch(wintype) {
92    case aubio_win_rectangle:
93      for (i=0;i<size;i++)
94        w[i] = 0.5;
95      break;
96    case aubio_win_hamming:
97      for (i=0;i<size;i++)
98        w[i] = 0.54 - 0.46 * COS(TWO_PI * i / (size));
99      break;
100    case aubio_win_hanning:
101      for (i=0;i<size;i++)
102        w[i] = 0.5 - (0.5 * COS(TWO_PI * i / (size)));
103      break;
104    case aubio_win_hanningz:
105      for (i=0;i<size;i++)
106        w[i] = 0.5 * (1.0 - COS(TWO_PI * i / (size)));
107      break;
108    case aubio_win_blackman:
109      for (i=0;i<size;i++)
110        w[i] = 0.42
111          - 0.50 * COS(    TWO_PI*i/(size-1.0))
112          + 0.08 * COS(2.0*TWO_PI*i/(size-1.0));
113      break;
114    case aubio_win_blackman_harris:
115      for (i=0;i<size;i++)
116        w[i] = 0.35875
117          - 0.48829 * COS(    TWO_PI*i/(size-1.0))
118          + 0.14128 * COS(2.0*TWO_PI*i/(size-1.0))
119          - 0.01168 * COS(3.0*TWO_PI*i/(size-1.0));
120      break;
121    case aubio_win_gaussian:
122      {
123        lsmp_t a, b, c = 0.5;
124        uint_t n;
125        for (n = 0; n < size; n++)
126        {
127          a = (n-c*(size-1))/(SQR(c)*(size-1));
128          b = -c*SQR(a);
129          w[n] = EXP(b);
130        }
131      }
132      break;
133    case aubio_win_welch:
134      for (i=0;i<size;i++)
135        w[i] = 1.0 - SQR((2.*i-size)/(size+1.0));
136      break;
137    case aubio_win_parzen:
138      for (i=0;i<size;i++)
139        w[i] = 1.0 - ABS((2.f*i-size)/(size+1.0f));
140      break;
141    default:
142      break;
143  }
144  return 0;
145}
146
147smpl_t
148aubio_unwrap2pi (smpl_t phase)
149{
150  /* mod(phase+pi,-2pi)+pi */
151  return phase + TWO_PI * (1. + FLOOR (-(phase + PI) / TWO_PI));
152}
153
154smpl_t
155fvec_mean (fvec_t * s)
156{
157  smpl_t tmp = 0.0;
158#ifndef HAVE_ACCELERATE
159  uint_t j;
160  for (j = 0; j < s->length; j++) {
161    tmp += s->data[j];
162  }
163  return tmp / (smpl_t) (s->length);
164#else
165  aubio_vDSP_meanv(s->data, 1, &tmp, s->length);
166  return tmp;
167#endif /* HAVE_ACCELERATE */
168}
169
170smpl_t
171fvec_sum (fvec_t * s)
172{
173  smpl_t tmp = 0.0;
174#ifndef HAVE_ACCELERATE
175  uint_t j;
176  for (j = 0; j < s->length; j++) {
177    tmp += s->data[j];
178  }
179#else
180  aubio_vDSP_sve(s->data, 1, &tmp, s->length);
181#endif /* HAVE_ACCELERATE */
182  return tmp;
183}
184
185smpl_t
186fvec_max (fvec_t * s)
187{
188#ifndef HAVE_ACCELERATE
189  uint_t j;
190  smpl_t tmp = 0.0;
191  for (j = 0; j < s->length; j++) {
192    tmp = (tmp > s->data[j]) ? tmp : s->data[j];
193  }
194#else
195  smpl_t tmp = 0.;
196  aubio_vDSP_maxv(s->data, 1, &tmp, s->length);
197#endif
198  return tmp;
199}
200
201smpl_t
202fvec_min (fvec_t * s)
203{
204#ifndef HAVE_ACCELERATE
205  uint_t j;
206  smpl_t tmp = s->data[0];
207  for (j = 0; j < s->length; j++) {
208    tmp = (tmp < s->data[j]) ? tmp : s->data[j];
209  }
210#else
211  smpl_t tmp = 0.;
212  aubio_vDSP_minv(s->data, 1, &tmp, s->length);
213#endif
214  return tmp;
215}
216
217uint_t
218fvec_min_elem (fvec_t * s)
219{
220#ifndef HAVE_ACCELERATE
221  uint_t j, pos = 0.;
222  smpl_t tmp = s->data[0];
223  for (j = 0; j < s->length; j++) {
224    pos = (tmp < s->data[j]) ? pos : j;
225    tmp = (tmp < s->data[j]) ? tmp : s->data[j];
226  }
227#else
228  smpl_t tmp = 0.;
229  uint_t pos = 0.;
230  aubio_vDSP_minvi(s->data, 1, &tmp, (vDSP_Length *)&pos, s->length);
231#endif
232  return pos;
233}
234
235uint_t
236fvec_max_elem (fvec_t * s)
237{
238#ifndef HAVE_ACCELERATE
239  uint_t j, pos = 0;
240  smpl_t tmp = 0.0;
241  for (j = 0; j < s->length; j++) {
242    pos = (tmp > s->data[j]) ? pos : j;
243    tmp = (tmp > s->data[j]) ? tmp : s->data[j];
244  }
245#else
246  smpl_t tmp = 0.;
247  uint_t pos = 0.;
248  aubio_vDSP_maxvi(s->data, 1, &tmp, (vDSP_Length *)&pos, s->length);
249#endif
250  return pos;
251}
252
253void
254fvec_shift (fvec_t * s)
255{
256#ifndef HAVE_ACCELERATE
257  uint_t j;
258  for (j = 0; j < s->length / 2; j++) {
259    ELEM_SWAP (s->data[j], s->data[j + s->length / 2]);
260  }
261#else
262  uint_t half = s->length / 2;
263  aubio_cblas_swap(half, s->data, 1, s->data + half, 1);
264#endif
265}
266
267smpl_t
268aubio_level_lin (fvec_t * f)
269{
270  smpl_t energy = 0.;
271#ifndef HAVE_ACCELERATE
272  uint_t j;
273  for (j = 0; j < f->length; j++) {
274    energy += SQR (f->data[j]);
275  }
276#else
277  energy = aubio_cblas_dot(f->length, f->data, 1, f->data, 1);
278#endif
279  return energy / f->length;
280}
281
282smpl_t
283fvec_local_hfc (fvec_t * v)
284{
285  smpl_t hfc = 0.;
286  uint_t j;
287  for (j = 0; j < v->length; j++) {
288    hfc += (j + 1) * v->data[j];
289  }
290  return hfc;
291}
292
293void
294fvec_min_removal (fvec_t * v)
295{
296  smpl_t v_min = fvec_min (v);
297  fvec_add (v,  - v_min );
298}
299
300smpl_t
301fvec_alpha_norm (fvec_t * o, smpl_t alpha)
302{
303  uint_t j;
304  smpl_t tmp = 0.;
305  for (j = 0; j < o->length; j++) {
306    tmp += POW (ABS (o->data[j]), alpha);
307  }
308  return POW (tmp / o->length, 1. / alpha);
309}
310
311void
312fvec_alpha_normalise (fvec_t * o, smpl_t alpha)
313{
314  uint_t j;
315  smpl_t norm = fvec_alpha_norm (o, alpha);
316  for (j = 0; j < o->length; j++) {
317    o->data[j] /= norm;
318  }
319}
320
321void
322fvec_add (fvec_t * o, smpl_t val)
323{
324  uint_t j;
325  for (j = 0; j < o->length; j++) {
326    o->data[j] += val;
327  }
328}
329
330void fvec_adapt_thres(fvec_t * vec, fvec_t * tmp,
331    uint_t post, uint_t pre) {
332  uint_t length = vec->length, j;
333  for (j=0;j<length;j++) {
334    vec->data[j] -= fvec_moving_thres(vec, tmp, post, pre, j);
335  }
336}
337
338smpl_t
339fvec_moving_thres (fvec_t * vec, fvec_t * tmpvec,
340    uint_t post, uint_t pre, uint_t pos)
341{
342  uint_t k;
343  smpl_t *medar = (smpl_t *) tmpvec->data;
344  uint_t win_length = post + pre + 1;
345  uint_t length = vec->length;
346  /* post part of the buffer does not exist */
347  if (pos < post + 1) {
348    for (k = 0; k < post + 1 - pos; k++)
349      medar[k] = 0.;            /* 0-padding at the beginning */
350    for (k = post + 1 - pos; k < win_length; k++)
351      medar[k] = vec->data[k + pos - post];
352    /* the buffer is fully defined */
353  } else if (pos + pre < length) {
354    for (k = 0; k < win_length; k++)
355      medar[k] = vec->data[k + pos - post];
356    /* pre part of the buffer does not exist */
357  } else {
358    for (k = 0; k < length - pos + post; k++)
359      medar[k] = vec->data[k + pos - post];
360    for (k = length - pos + post; k < win_length; k++)
361      medar[k] = 0.;            /* 0-padding at the end */
362  }
363  return fvec_median (tmpvec);
364}
365
366smpl_t fvec_median (fvec_t * input) {
367  uint_t n = input->length;
368  smpl_t * arr = (smpl_t *) input->data;
369  uint_t low, high ;
370  uint_t median;
371  uint_t middle, ll, hh;
372
373  low = 0 ; high = n-1 ; median = (low + high) / 2;
374  for (;;) {
375    if (high <= low) /* One element only */
376      return arr[median] ;
377
378    if (high == low + 1) {  /* Two elements only */
379      if (arr[low] > arr[high])
380        ELEM_SWAP(arr[low], arr[high]) ;
381      return arr[median] ;
382    }
383
384    /* Find median of low, middle and high items; swap into position low */
385    middle = (low + high) / 2;
386    if (arr[middle] > arr[high])    ELEM_SWAP(arr[middle], arr[high]);
387    if (arr[low]    > arr[high])    ELEM_SWAP(arr[low],    arr[high]);
388    if (arr[middle] > arr[low])     ELEM_SWAP(arr[middle], arr[low]) ;
389
390    /* Swap low item (now in position middle) into position (low+1) */
391    ELEM_SWAP(arr[middle], arr[low+1]) ;
392
393    /* Nibble from each end towards middle, swapping items when stuck */
394    ll = low + 1;
395    hh = high;
396    for (;;) {
397      do ll++; while (arr[low] > arr[ll]) ;
398      do hh--; while (arr[hh]  > arr[low]) ;
399
400      if (hh < ll)
401        break;
402
403      ELEM_SWAP(arr[ll], arr[hh]) ;
404    }
405
406    /* Swap middle item (in position low) back into correct position */
407    ELEM_SWAP(arr[low], arr[hh]) ;
408
409    /* Re-set active partition */
410    if (hh <= median)
411      low = ll;
412    if (hh >= median)
413      high = hh - 1;
414  }
415}
416
417smpl_t fvec_quadratic_peak_pos (fvec_t * x, uint_t pos) {
418  smpl_t s0, s1, s2; uint_t x0, x2;
419  if (pos == 0 || pos == x->length - 1) return pos;
420  x0 = (pos < 1) ? pos : pos - 1;
421  x2 = (pos + 1 < x->length) ? pos + 1 : pos;
422  if (x0 == pos) return (x->data[pos] <= x->data[x2]) ? pos : x2;
423  if (x2 == pos) return (x->data[pos] <= x->data[x0]) ? pos : x0;
424  s0 = x->data[x0];
425  s1 = x->data[pos];
426  s2 = x->data[x2];
427  return pos + 0.5 * (s0 - s2 ) / (s0 - 2.* s1 + s2);
428}
429
430smpl_t fvec_quadratic_peak_mag (fvec_t *x, smpl_t pos) {
431  smpl_t x0, x1, x2;
432  uint_t index = (uint_t)(pos - .5) + 1;
433  if (pos >= x->length || pos < 0.) return 0.;
434  if ((smpl_t)index == pos) return x->data[index];
435  x0 = x->data[index - 1];
436  x1 = x->data[index];
437  x2 = x->data[index + 1];
438  return x1 - .25 * (x0 - x2) * (pos - index);
439}
440
441uint_t fvec_peakpick(fvec_t * onset, uint_t pos) {
442  uint_t tmp=0;
443  tmp = (onset->data[pos] > onset->data[pos-1]
444      &&  onset->data[pos] > onset->data[pos+1]
445      &&  onset->data[pos] > 0.);
446  return tmp;
447}
448
449smpl_t
450aubio_quadfrac (smpl_t s0, smpl_t s1, smpl_t s2, smpl_t pf)
451{
452  smpl_t tmp =
453      s0 + (pf / 2.) * (pf * (s0 - 2. * s1 + s2) - 3. * s0 + 4. * s1 - s2);
454  return tmp;
455}
456
457smpl_t
458aubio_freqtomidi (smpl_t freq)
459{
460  smpl_t midi;
461  if (freq < 2. || freq > 100000.) return 0.; // avoid nans and infs
462  /* log(freq/A-2)/log(2) */
463  midi = freq / 6.875;
464  midi = LOG (midi) / 0.69314718055995;
465  midi *= 12;
466  midi -= 3;
467  return midi;
468}
469
470smpl_t
471aubio_miditofreq (smpl_t midi)
472{
473  smpl_t freq;
474  if (midi > 140.) return 0.; // avoid infs
475  freq = (midi + 3.) / 12.;
476  freq = EXP (freq * 0.69314718055995);
477  freq *= 6.875;
478  return freq;
479}
480
481smpl_t
482aubio_bintofreq (smpl_t bin, smpl_t samplerate, smpl_t fftsize)
483{
484  smpl_t freq = samplerate / fftsize;
485  return freq * MAX(bin, 0);
486}
487
488smpl_t
489aubio_bintomidi (smpl_t bin, smpl_t samplerate, smpl_t fftsize)
490{
491  smpl_t midi = aubio_bintofreq (bin, samplerate, fftsize);
492  return aubio_freqtomidi (midi);
493}
494
495smpl_t
496aubio_freqtobin (smpl_t freq, smpl_t samplerate, smpl_t fftsize)
497{
498  smpl_t bin = fftsize / samplerate;
499  return MAX(freq, 0) * bin;
500}
501
502smpl_t
503aubio_miditobin (smpl_t midi, smpl_t samplerate, smpl_t fftsize)
504{
505  smpl_t freq = aubio_miditofreq (midi);
506  return aubio_freqtobin (freq, samplerate, fftsize);
507}
508
509uint_t
510aubio_is_power_of_two (uint_t a)
511{
512  if ((a & (a - 1)) == 0) {
513    return 1;
514  } else {
515    return 0;
516  }
517}
518
519uint_t
520aubio_next_power_of_two (uint_t a)
521{
522  uint_t i = 1;
523  while (i < a) i <<= 1;
524  return i;
525}
526
527smpl_t
528aubio_db_spl (fvec_t * o)
529{
530  return 10. * LOG10 (aubio_level_lin (o));
531}
532
533uint_t
534aubio_silence_detection (fvec_t * o, smpl_t threshold)
535{
536  return (aubio_db_spl (o) < threshold);
537}
538
539smpl_t
540aubio_level_detection (fvec_t * o, smpl_t threshold)
541{
542  smpl_t db_spl = aubio_db_spl (o);
543  if (db_spl < threshold) {
544    return 1.;
545  } else {
546    return db_spl;
547  }
548}
549
550smpl_t
551aubio_zero_crossing_rate (fvec_t * input)
552{
553  uint_t j;
554  uint_t zcr = 0;
555  for (j = 1; j < input->length; j++) {
556    // previous was strictly negative
557    if (input->data[j - 1] < 0.) {
558      // current is positive or null
559      if (input->data[j] >= 0.) {
560        zcr += 1;
561      }
562      // previous was positive or null
563    } else {
564      // current is strictly negative
565      if (input->data[j] < 0.) {
566        zcr += 1;
567      }
568    }
569  }
570  return zcr / (smpl_t) input->length;
571}
572
573void
574aubio_autocorr (fvec_t * input, fvec_t * output)
575{
576  uint_t i, j, length = input->length;
577  smpl_t *data, *acf;
578  smpl_t tmp = 0;
579  data = input->data;
580  acf = output->data;
581  for (i = 0; i < length; i++) {
582    tmp = 0.;
583    for (j = i; j < length; j++) {
584      tmp += data[j - i] * data[j];
585    }
586    acf[i] = tmp / (smpl_t) (length - i);
587  }
588}
589
590void
591aubio_cleanup (void)
592{
593#ifdef HAVE_FFTW3F
594  fftwf_cleanup ();
595#else
596#ifdef HAVE_FFTW3
597  fftw_cleanup ();
598#endif
599#endif
600}
Note: See TracBrowser for help on using the repository browser.