source: src/mathutils.c @ b701179

feature/autosinkfeature/constantqfeature/pitchshiftfeature/pydocstringsfeature/timestretch
Last change on this file since b701179 was b701179, checked in by Paul Brossier <piem@piem.org>, 2 years ago

src/*.c, wscript: remove trailing spaces

  • Property mode set to 100644
File size: 15.3 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_ATLAS
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_ATLAS
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_ATLAS
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 fvec_adapt_thres(fvec_t * vec, fvec_t * tmp,
391    uint_t post, uint_t pre) {
392  uint_t length = vec->length, j;
393  for (j=0;j<length;j++) {
394    vec->data[j] -= fvec_moving_thres(vec, tmp, post, pre, j);
395  }
396}
397
398smpl_t
399fvec_moving_thres (fvec_t * vec, fvec_t * tmpvec,
400    uint_t post, uint_t pre, uint_t pos)
401{
402  uint_t k;
403  smpl_t *medar = (smpl_t *) tmpvec->data;
404  uint_t win_length = post + pre + 1;
405  uint_t length = vec->length;
406  /* post part of the buffer does not exist */
407  if (pos < post + 1) {
408    for (k = 0; k < post + 1 - pos; k++)
409      medar[k] = 0.;            /* 0-padding at the beginning */
410    for (k = post + 1 - pos; k < win_length; k++)
411      medar[k] = vec->data[k + pos - post];
412    /* the buffer is fully defined */
413  } else if (pos + pre < length) {
414    for (k = 0; k < win_length; k++)
415      medar[k] = vec->data[k + pos - post];
416    /* pre part of the buffer does not exist */
417  } else {
418    for (k = 0; k < length - pos + post; k++)
419      medar[k] = vec->data[k + pos - post];
420    for (k = length - pos + post; k < win_length; k++)
421      medar[k] = 0.;            /* 0-padding at the end */
422  }
423  return fvec_median (tmpvec);
424}
425
426smpl_t fvec_median (fvec_t * input) {
427  uint_t n = input->length;
428  smpl_t * arr = (smpl_t *) input->data;
429  uint_t low, high ;
430  uint_t median;
431  uint_t middle, ll, hh;
432
433  low = 0 ; high = n-1 ; median = (low + high) / 2;
434  for (;;) {
435    if (high <= low) /* One element only */
436      return arr[median] ;
437
438    if (high == low + 1) {  /* Two elements only */
439      if (arr[low] > arr[high])
440        ELEM_SWAP(arr[low], arr[high]) ;
441      return arr[median] ;
442    }
443
444    /* Find median of low, middle and high items; swap into position low */
445    middle = (low + high) / 2;
446    if (arr[middle] > arr[high])    ELEM_SWAP(arr[middle], arr[high]);
447    if (arr[low]    > arr[high])    ELEM_SWAP(arr[low],    arr[high]);
448    if (arr[middle] > arr[low])     ELEM_SWAP(arr[middle], arr[low]) ;
449
450    /* Swap low item (now in position middle) into position (low+1) */
451    ELEM_SWAP(arr[middle], arr[low+1]) ;
452
453    /* Nibble from each end towards middle, swapping items when stuck */
454    ll = low + 1;
455    hh = high;
456    for (;;) {
457      do ll++; while (arr[low] > arr[ll]) ;
458      do hh--; while (arr[hh]  > arr[low]) ;
459
460      if (hh < ll)
461        break;
462
463      ELEM_SWAP(arr[ll], arr[hh]) ;
464    }
465
466    /* Swap middle item (in position low) back into correct position */
467    ELEM_SWAP(arr[low], arr[hh]) ;
468
469    /* Re-set active partition */
470    if (hh <= median)
471      low = ll;
472    if (hh >= median)
473      high = hh - 1;
474  }
475}
476
477smpl_t fvec_quadratic_peak_pos (const fvec_t * x, uint_t pos) {
478  smpl_t s0, s1, s2; uint_t x0, x2;
479  smpl_t half = .5, two = 2.;
480  if (pos == 0 || pos == x->length - 1) return pos;
481  x0 = (pos < 1) ? pos : pos - 1;
482  x2 = (pos + 1 < x->length) ? pos + 1 : pos;
483  if (x0 == pos) return (x->data[pos] <= x->data[x2]) ? pos : x2;
484  if (x2 == pos) return (x->data[pos] <= x->data[x0]) ? pos : x0;
485  s0 = x->data[x0];
486  s1 = x->data[pos];
487  s2 = x->data[x2];
488  return pos + half * (s0 - s2 ) / (s0 - two * s1 + s2);
489}
490
491smpl_t fvec_quadratic_peak_mag (fvec_t *x, smpl_t pos) {
492  smpl_t x0, x1, x2;
493  uint_t index = (uint_t)(pos - .5) + 1;
494  if (pos >= x->length || pos < 0.) return 0.;
495  if ((smpl_t)index == pos) return x->data[index];
496  x0 = x->data[index - 1];
497  x1 = x->data[index];
498  x2 = x->data[index + 1];
499  return x1 - .25 * (x0 - x2) * (pos - index);
500}
501
502uint_t fvec_peakpick(const fvec_t * onset, uint_t pos) {
503  uint_t tmp=0;
504  tmp = (onset->data[pos] > onset->data[pos-1]
505      &&  onset->data[pos] > onset->data[pos+1]
506      &&  onset->data[pos] > 0.);
507  return tmp;
508}
509
510smpl_t
511aubio_quadfrac (smpl_t s0, smpl_t s1, smpl_t s2, smpl_t pf)
512{
513  smpl_t tmp =
514      s0 + (pf / 2.) * (pf * (s0 - 2. * s1 + s2) - 3. * s0 + 4. * s1 - s2);
515  return tmp;
516}
517
518smpl_t
519aubio_freqtomidi (smpl_t freq)
520{
521  smpl_t midi;
522  if (freq < 2. || freq > 100000.) return 0.; // avoid nans and infs
523  /* log(freq/A-2)/log(2) */
524  midi = freq / 6.875;
525  midi = LOG (midi) / 0.69314718055995;
526  midi *= 12;
527  midi -= 3;
528  return midi;
529}
530
531smpl_t
532aubio_miditofreq (smpl_t midi)
533{
534  smpl_t freq;
535  if (midi > 140.) return 0.; // avoid infs
536  freq = (midi + 3.) / 12.;
537  freq = EXP (freq * 0.69314718055995);
538  freq *= 6.875;
539  return freq;
540}
541
542smpl_t
543aubio_bintofreq (smpl_t bin, smpl_t samplerate, smpl_t fftsize)
544{
545  smpl_t freq = samplerate / fftsize;
546  return freq * MAX(bin, 0);
547}
548
549smpl_t
550aubio_bintomidi (smpl_t bin, smpl_t samplerate, smpl_t fftsize)
551{
552  smpl_t midi = aubio_bintofreq (bin, samplerate, fftsize);
553  return aubio_freqtomidi (midi);
554}
555
556smpl_t
557aubio_freqtobin (smpl_t freq, smpl_t samplerate, smpl_t fftsize)
558{
559  smpl_t bin = fftsize / samplerate;
560  return MAX(freq, 0) * bin;
561}
562
563smpl_t
564aubio_miditobin (smpl_t midi, smpl_t samplerate, smpl_t fftsize)
565{
566  smpl_t freq = aubio_miditofreq (midi);
567  return aubio_freqtobin (freq, samplerate, fftsize);
568}
569
570uint_t
571aubio_is_power_of_two (uint_t a)
572{
573  if ((a & (a - 1)) == 0) {
574    return 1;
575  } else {
576    return 0;
577  }
578}
579
580uint_t
581aubio_next_power_of_two (uint_t a)
582{
583  uint_t i = 1;
584  while (i < a) i <<= 1;
585  return i;
586}
587
588uint_t
589aubio_power_of_two_order (uint_t a)
590{
591  int order = 0;
592  int temp = aubio_next_power_of_two(a);
593  while (temp >>= 1) {
594    ++order;
595  }
596  return order;
597}
598
599smpl_t
600aubio_db_spl (const fvec_t * o)
601{
602  return 10. * LOG10 (aubio_level_lin (o));
603}
604
605uint_t
606aubio_silence_detection (const fvec_t * o, smpl_t threshold)
607{
608  return (aubio_db_spl (o) < threshold);
609}
610
611smpl_t
612aubio_level_detection (const fvec_t * o, smpl_t threshold)
613{
614  smpl_t db_spl = aubio_db_spl (o);
615  if (db_spl < threshold) {
616    return 1.;
617  } else {
618    return db_spl;
619  }
620}
621
622smpl_t
623aubio_zero_crossing_rate (fvec_t * input)
624{
625  uint_t j;
626  uint_t zcr = 0;
627  for (j = 1; j < input->length; j++) {
628    // previous was strictly negative
629    if (input->data[j - 1] < 0.) {
630      // current is positive or null
631      if (input->data[j] >= 0.) {
632        zcr += 1;
633      }
634      // previous was positive or null
635    } else {
636      // current is strictly negative
637      if (input->data[j] < 0.) {
638        zcr += 1;
639      }
640    }
641  }
642  return zcr / (smpl_t) input->length;
643}
644
645void
646aubio_autocorr (const fvec_t * input, fvec_t * output)
647{
648  uint_t i, j, length = input->length;
649  smpl_t *data, *acf;
650  smpl_t tmp = 0;
651  data = input->data;
652  acf = output->data;
653  for (i = 0; i < length; i++) {
654    tmp = 0.;
655    for (j = i; j < length; j++) {
656      tmp += data[j - i] * data[j];
657    }
658    acf[i] = tmp / (smpl_t) (length - i);
659  }
660}
661
662void
663aubio_cleanup (void)
664{
665#ifdef HAVE_FFTW3F
666  fftwf_cleanup ();
667#else
668#ifdef HAVE_FFTW3
669  fftw_cleanup ();
670#endif
671#endif
672}
Note: See TracBrowser for help on using the repository browser.