source: src/mathutils.c @ b799241

feature/autosinkfeature/constantqfeature/pitchshiftfeature/pydocstringsfeature/timestretchsampler
Last change on this file since b799241 was b799241, checked in by Paul Brossier <piem@piem.org>, 3 years ago

src/musicutils.h: add fvec_clamp, basic limiter

  • Property mode set to 100644
File size: 14.6 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
292void fvec_push(fvec_t *in, smpl_t new_elem) {
293  uint_t i;
294  for (i = 0; i < in->length - 1; i++) {
295    in->data[i] = in->data[i + 1];
296  }
297  in->data[in->length - 1] = new_elem;
298}
299
300void fvec_clamp(fvec_t *in, smpl_t absmax) {
301  uint_t i;
302  for (i = 0; i < in->length; i++) {
303    if (in->data[i] > 0 && in->data[i] > ABS(absmax)) {
304      in->data[i] = absmax;
305    } else if (in->data[i] < 0 && in->data[i] < -ABS(absmax)) {
306      in->data[i] = -absmax;
307    }
308  }
309}
310
311smpl_t
312aubio_level_lin (const fvec_t * f)
313{
314  smpl_t energy = 0.;
315#ifndef HAVE_ATLAS
316  uint_t j;
317  for (j = 0; j < f->length; j++) {
318    energy += SQR (f->data[j]);
319  }
320#else
321  energy = aubio_cblas_dot(f->length, f->data, 1, f->data, 1);
322#endif
323  return energy / f->length;
324}
325
326smpl_t
327fvec_local_hfc (fvec_t * v)
328{
329  smpl_t hfc = 0.;
330  uint_t j;
331  for (j = 0; j < v->length; j++) {
332    hfc += (j + 1) * v->data[j];
333  }
334  return hfc;
335}
336
337void
338fvec_min_removal (fvec_t * v)
339{
340  smpl_t v_min = fvec_min (v);
341  fvec_add (v,  - v_min );
342}
343
344smpl_t
345fvec_alpha_norm (fvec_t * o, smpl_t alpha)
346{
347  uint_t j;
348  smpl_t tmp = 0.;
349  for (j = 0; j < o->length; j++) {
350    tmp += POW (ABS (o->data[j]), alpha);
351  }
352  return POW (tmp / o->length, 1. / alpha);
353}
354
355void
356fvec_alpha_normalise (fvec_t * o, smpl_t alpha)
357{
358  uint_t j;
359  smpl_t norm = fvec_alpha_norm (o, alpha);
360  for (j = 0; j < o->length; j++) {
361    o->data[j] /= norm;
362  }
363}
364
365void
366fvec_add (fvec_t * o, smpl_t val)
367{
368  uint_t j;
369  for (j = 0; j < o->length; j++) {
370    o->data[j] += val;
371  }
372}
373
374void fvec_adapt_thres(fvec_t * vec, fvec_t * tmp,
375    uint_t post, uint_t pre) {
376  uint_t length = vec->length, j;
377  for (j=0;j<length;j++) {
378    vec->data[j] -= fvec_moving_thres(vec, tmp, post, pre, j);
379  }
380}
381
382smpl_t
383fvec_moving_thres (fvec_t * vec, fvec_t * tmpvec,
384    uint_t post, uint_t pre, uint_t pos)
385{
386  uint_t k;
387  smpl_t *medar = (smpl_t *) tmpvec->data;
388  uint_t win_length = post + pre + 1;
389  uint_t length = vec->length;
390  /* post part of the buffer does not exist */
391  if (pos < post + 1) {
392    for (k = 0; k < post + 1 - pos; k++)
393      medar[k] = 0.;            /* 0-padding at the beginning */
394    for (k = post + 1 - pos; k < win_length; k++)
395      medar[k] = vec->data[k + pos - post];
396    /* the buffer is fully defined */
397  } else if (pos + pre < length) {
398    for (k = 0; k < win_length; k++)
399      medar[k] = vec->data[k + pos - post];
400    /* pre part of the buffer does not exist */
401  } else {
402    for (k = 0; k < length - pos + post; k++)
403      medar[k] = vec->data[k + pos - post];
404    for (k = length - pos + post; k < win_length; k++)
405      medar[k] = 0.;            /* 0-padding at the end */
406  }
407  return fvec_median (tmpvec);
408}
409
410smpl_t fvec_median (fvec_t * input) {
411  uint_t n = input->length;
412  smpl_t * arr = (smpl_t *) input->data;
413  uint_t low, high ;
414  uint_t median;
415  uint_t middle, ll, hh;
416
417  low = 0 ; high = n-1 ; median = (low + high) / 2;
418  for (;;) {
419    if (high <= low) /* One element only */
420      return arr[median] ;
421
422    if (high == low + 1) {  /* Two elements only */
423      if (arr[low] > arr[high])
424        ELEM_SWAP(arr[low], arr[high]) ;
425      return arr[median] ;
426    }
427
428    /* Find median of low, middle and high items; swap into position low */
429    middle = (low + high) / 2;
430    if (arr[middle] > arr[high])    ELEM_SWAP(arr[middle], arr[high]);
431    if (arr[low]    > arr[high])    ELEM_SWAP(arr[low],    arr[high]);
432    if (arr[middle] > arr[low])     ELEM_SWAP(arr[middle], arr[low]) ;
433
434    /* Swap low item (now in position middle) into position (low+1) */
435    ELEM_SWAP(arr[middle], arr[low+1]) ;
436
437    /* Nibble from each end towards middle, swapping items when stuck */
438    ll = low + 1;
439    hh = high;
440    for (;;) {
441      do ll++; while (arr[low] > arr[ll]) ;
442      do hh--; while (arr[hh]  > arr[low]) ;
443
444      if (hh < ll)
445        break;
446
447      ELEM_SWAP(arr[ll], arr[hh]) ;
448    }
449
450    /* Swap middle item (in position low) back into correct position */
451    ELEM_SWAP(arr[low], arr[hh]) ;
452
453    /* Re-set active partition */
454    if (hh <= median)
455      low = ll;
456    if (hh >= median)
457      high = hh - 1;
458  }
459}
460
461smpl_t fvec_quadratic_peak_pos (const fvec_t * x, uint_t pos) {
462  smpl_t s0, s1, s2; uint_t x0, x2;
463  smpl_t half = .5, two = 2.;
464  if (pos == 0 || pos == x->length - 1) return pos;
465  x0 = (pos < 1) ? pos : pos - 1;
466  x2 = (pos + 1 < x->length) ? pos + 1 : pos;
467  if (x0 == pos) return (x->data[pos] <= x->data[x2]) ? pos : x2;
468  if (x2 == pos) return (x->data[pos] <= x->data[x0]) ? pos : x0;
469  s0 = x->data[x0];
470  s1 = x->data[pos];
471  s2 = x->data[x2];
472  return pos + half * (s0 - s2 ) / (s0 - two * s1 + s2);
473}
474
475smpl_t fvec_quadratic_peak_mag (fvec_t *x, smpl_t pos) {
476  smpl_t x0, x1, x2;
477  uint_t index = (uint_t)(pos - .5) + 1;
478  if (pos >= x->length || pos < 0.) return 0.;
479  if ((smpl_t)index == pos) return x->data[index];
480  x0 = x->data[index - 1];
481  x1 = x->data[index];
482  x2 = x->data[index + 1];
483  return x1 - .25 * (x0 - x2) * (pos - index);
484}
485
486uint_t fvec_peakpick(const fvec_t * onset, uint_t pos) {
487  uint_t tmp=0;
488  tmp = (onset->data[pos] > onset->data[pos-1]
489      &&  onset->data[pos] > onset->data[pos+1]
490      &&  onset->data[pos] > 0.);
491  return tmp;
492}
493
494smpl_t
495aubio_quadfrac (smpl_t s0, smpl_t s1, smpl_t s2, smpl_t pf)
496{
497  smpl_t tmp =
498      s0 + (pf / 2.) * (pf * (s0 - 2. * s1 + s2) - 3. * s0 + 4. * s1 - s2);
499  return tmp;
500}
501
502smpl_t
503aubio_freqtomidi (smpl_t freq)
504{
505  smpl_t midi;
506  if (freq < 2. || freq > 100000.) return 0.; // avoid nans and infs
507  /* log(freq/A-2)/log(2) */
508  midi = freq / 6.875;
509  midi = LOG (midi) / 0.69314718055995;
510  midi *= 12;
511  midi -= 3;
512  return midi;
513}
514
515smpl_t
516aubio_miditofreq (smpl_t midi)
517{
518  smpl_t freq;
519  if (midi > 140.) return 0.; // avoid infs
520  freq = (midi + 3.) / 12.;
521  freq = EXP (freq * 0.69314718055995);
522  freq *= 6.875;
523  return freq;
524}
525
526smpl_t
527aubio_bintofreq (smpl_t bin, smpl_t samplerate, smpl_t fftsize)
528{
529  smpl_t freq = samplerate / fftsize;
530  return freq * MAX(bin, 0);
531}
532
533smpl_t
534aubio_bintomidi (smpl_t bin, smpl_t samplerate, smpl_t fftsize)
535{
536  smpl_t midi = aubio_bintofreq (bin, samplerate, fftsize);
537  return aubio_freqtomidi (midi);
538}
539
540smpl_t
541aubio_freqtobin (smpl_t freq, smpl_t samplerate, smpl_t fftsize)
542{
543  smpl_t bin = fftsize / samplerate;
544  return MAX(freq, 0) * bin;
545}
546
547smpl_t
548aubio_miditobin (smpl_t midi, smpl_t samplerate, smpl_t fftsize)
549{
550  smpl_t freq = aubio_miditofreq (midi);
551  return aubio_freqtobin (freq, samplerate, fftsize);
552}
553
554uint_t
555aubio_is_power_of_two (uint_t a)
556{
557  if ((a & (a - 1)) == 0) {
558    return 1;
559  } else {
560    return 0;
561  }
562}
563
564uint_t
565aubio_next_power_of_two (uint_t a)
566{
567  uint_t i = 1;
568  while (i < a) i <<= 1;
569  return i;
570}
571
572smpl_t
573aubio_db_spl (const fvec_t * o)
574{
575  return 10. * LOG10 (aubio_level_lin (o));
576}
577
578uint_t
579aubio_silence_detection (const fvec_t * o, smpl_t threshold)
580{
581  return (aubio_db_spl (o) < threshold);
582}
583
584smpl_t
585aubio_level_detection (const fvec_t * o, smpl_t threshold)
586{
587  smpl_t db_spl = aubio_db_spl (o);
588  if (db_spl < threshold) {
589    return 1.;
590  } else {
591    return db_spl;
592  }
593}
594
595smpl_t
596aubio_zero_crossing_rate (fvec_t * input)
597{
598  uint_t j;
599  uint_t zcr = 0;
600  for (j = 1; j < input->length; j++) {
601    // previous was strictly negative
602    if (input->data[j - 1] < 0.) {
603      // current is positive or null
604      if (input->data[j] >= 0.) {
605        zcr += 1;
606      }
607      // previous was positive or null
608    } else {
609      // current is strictly negative
610      if (input->data[j] < 0.) {
611        zcr += 1;
612      }
613    }
614  }
615  return zcr / (smpl_t) input->length;
616}
617
618void
619aubio_autocorr (const fvec_t * input, fvec_t * output)
620{
621  uint_t i, j, length = input->length;
622  smpl_t *data, *acf;
623  smpl_t tmp = 0;
624  data = input->data;
625  acf = output->data;
626  for (i = 0; i < length; i++) {
627    tmp = 0.;
628    for (j = i; j < length; j++) {
629      tmp += data[j - i] * data[j];
630    }
631    acf[i] = tmp / (smpl_t) (length - i);
632  }
633}
634
635void
636aubio_cleanup (void)
637{
638#ifdef HAVE_FFTW3F
639  fftwf_cleanup ();
640#else
641#ifdef HAVE_FFTW3
642  fftw_cleanup ();
643#endif
644#endif
645}
Note: See TracBrowser for help on using the repository browser.