source: src/mathutils.c @ c7860af

feature/autosinkfeature/constantqfeature/pitchshiftfeature/pydocstringsfeature/timestretchpitchshiftsamplertimestretchyinfft+
Last change on this file since c7860af was 83963b3, checked in by Paul Brossier <piem@piem.org>, 10 years ago

strip down stable public API, defining add AUBIO_UNSTABLE to access unstable API

  • Property mode set to 100644
File size: 12.8 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  // create fvec of size x 1 channel
49  fvec_t * win = new_fvec( size, 1);
50  smpl_t * w = win->data[0];
51  uint_t i;
52  aubio_window_type wintype;
53  if (strcmp (window_type, "rectangle") == 0)
54      wintype = aubio_win_rectangle;
55  else if (strcmp (window_type, "hamming") == 0)
56      wintype = aubio_win_hamming;
57  else if (strcmp (window_type, "hanning") == 0)
58      wintype = aubio_win_hanning;
59  else if (strcmp (window_type, "hanningz") == 0)
60      wintype = aubio_win_hanningz;
61  else if (strcmp (window_type, "blackman") == 0)
62      wintype = aubio_win_blackman;
63  else if (strcmp (window_type, "blackman_harris") == 0)
64      wintype = aubio_win_blackman_harris;
65  else if (strcmp (window_type, "gaussian") == 0)
66      wintype = aubio_win_gaussian;
67  else if (strcmp (window_type, "welch") == 0)
68      wintype = aubio_win_welch;
69  else if (strcmp (window_type, "parzen") == 0)
70      wintype = aubio_win_parzen;
71  else if (strcmp (window_type, "default") == 0)
72      wintype = aubio_win_default;
73  else {
74      AUBIO_ERR ("unknown window type %s, using default.\n", window_type);
75      wintype = aubio_win_default;
76      return NULL;
77  }
78  switch(wintype) {
79    case aubio_win_rectangle:
80      for (i=0;i<size;i++)
81        w[i] = 0.5;
82      break;
83    case aubio_win_hamming:
84      for (i=0;i<size;i++)
85        w[i] = 0.54 - 0.46 * COS(TWO_PI * i / (size));
86      break;
87    case aubio_win_hanning:
88      for (i=0;i<size;i++)
89        w[i] = 0.5 - (0.5 * COS(TWO_PI * i / (size)));
90      break;
91    case aubio_win_hanningz:
92      for (i=0;i<size;i++)
93        w[i] = 0.5 * (1.0 - COS(TWO_PI * i / (size)));
94      break;
95    case aubio_win_blackman:
96      for (i=0;i<size;i++)
97        w[i] = 0.42
98          - 0.50 * COS(    TWO_PI*i/(size-1.0))
99          + 0.08 * COS(2.0*TWO_PI*i/(size-1.0));
100      break;
101    case aubio_win_blackman_harris:
102      for (i=0;i<size;i++)
103        w[i] = 0.35875
104          - 0.48829 * COS(    TWO_PI*i/(size-1.0))
105          + 0.14128 * COS(2.0*TWO_PI*i/(size-1.0))
106          - 0.01168 * COS(3.0*TWO_PI*i/(size-1.0));
107      break;
108    case aubio_win_gaussian:
109      for (i=0;i<size;i++)
110        w[i] = EXP(- 1.0 / SQR(size) * SQR(2.0*i-size));
111      break;
112    case aubio_win_welch:
113      for (i=0;i<size;i++)
114        w[i] = 1.0 - SQR((2*i-size)/(size+1.0));
115      break;
116    case aubio_win_parzen:
117      for (i=0;i<size;i++)
118        w[i] = 1.0 - ABS((2*i-size)/(size+1.0));
119      break;
120    default:
121      break;
122  }
123  return win;
124}
125
126smpl_t
127aubio_unwrap2pi (smpl_t phase)
128{
129  /* mod(phase+pi,-2pi)+pi */
130  return phase + TWO_PI * (1. + FLOOR (-(phase + PI) / TWO_PI));
131}
132
133smpl_t
134fvec_mean (fvec_t * s)
135{
136  uint_t i, j;
137  smpl_t tmp = 0.0;
138  for (i = 0; i < s->channels; i++)
139    for (j = 0; j < s->length; j++)
140      tmp += s->data[i][j];
141  return tmp / (smpl_t) (s->length);
142}
143
144smpl_t
145fvec_mean_channel (fvec_t * s, uint_t i)
146{
147  uint_t j;
148  smpl_t tmp = 0.0;
149  for (j = 0; j < s->length; j++)
150      tmp += s->data[i][j];
151  return tmp / (smpl_t) (s->length);
152}
153
154smpl_t
155fvec_sum (fvec_t * s)
156{
157  uint_t i, j;
158  smpl_t tmp = 0.0;
159  for (i = 0; i < s->channels; i++) {
160    for (j = 0; j < s->length; j++) {
161      tmp += s->data[i][j];
162    }
163  }
164  return tmp;
165}
166
167smpl_t
168fvec_max (fvec_t * s)
169{
170  uint_t i, j;
171  smpl_t tmp = 0.0;
172  for (i = 0; i < s->channels; i++) {
173    for (j = 0; j < s->length; j++) {
174      tmp = (tmp > s->data[i][j]) ? tmp : s->data[i][j];
175    }
176  }
177  return tmp;
178}
179
180smpl_t
181fvec_min (fvec_t * s)
182{
183  uint_t i, j;
184  smpl_t tmp = s->data[0][0];
185  for (i = 0; i < s->channels; i++) {
186    for (j = 0; j < s->length; j++) {
187      tmp = (tmp < s->data[i][j]) ? tmp : s->data[i][j];
188    }
189  }
190  return tmp;
191}
192
193uint_t
194fvec_min_elem (fvec_t * s)
195{
196  uint_t i, j, pos = 0.;
197  smpl_t tmp = s->data[0][0];
198  for (i = 0; i < s->channels; i++) {
199    for (j = 0; j < s->length; j++) {
200      pos = (tmp < s->data[i][j]) ? pos : j;
201      tmp = (tmp < s->data[i][j]) ? tmp : s->data[i][j];
202    }
203  }
204  return pos;
205}
206
207uint_t
208fvec_max_elem (fvec_t * s)
209{
210  uint_t i, j, pos = 0;
211  smpl_t tmp = 0.0;
212  for (i = 0; i < s->channels; i++) {
213    for (j = 0; j < s->length; j++) {
214      pos = (tmp > s->data[i][j]) ? pos : j;
215      tmp = (tmp > s->data[i][j]) ? tmp : s->data[i][j];
216    }
217  }
218  return pos;
219}
220
221void
222fvec_shift (fvec_t * s)
223{
224  uint_t i, j;
225  for (i = 0; i < s->channels; i++) {
226    for (j = 0; j < s->length / 2; j++) {
227      ELEM_SWAP (s->data[i][j], s->data[i][j + s->length / 2]);
228    }
229  }
230}
231
232smpl_t
233fvec_local_energy (fvec_t * f)
234{
235  smpl_t energy = 0.;
236  uint_t i, j;
237  for (i = 0; i < f->channels; i++) {
238    for (j = 0; j < f->length; j++) {
239      energy += SQR (f->data[i][j]);
240    }
241  }
242  return energy;
243}
244
245smpl_t
246fvec_local_hfc (fvec_t * v)
247{
248  smpl_t hfc = 0.;
249  uint_t i, j;
250  for (i = 0; i < v->channels; i++) {
251    for (j = 0; j < v->length; j++) {
252      hfc += (i + 1) * v->data[i][j];
253    }
254  }
255  return hfc;
256}
257
258void
259fvec_min_removal (fvec_t * v)
260{
261  smpl_t v_min = fvec_min (v);
262  fvec_add (v,  - v_min );
263}
264
265smpl_t
266fvec_alpha_norm (fvec_t * o, smpl_t alpha)
267{
268  uint_t i, j;
269  smpl_t tmp = 0.;
270  for (i = 0; i < o->channels; i++) {
271    for (j = 0; j < o->length; j++) {
272      tmp += POW (ABS (o->data[i][j]), alpha);
273    }
274  }
275  return POW (tmp / o->length, 1. / alpha);
276}
277
278void
279fvec_alpha_normalise (fvec_t * o, smpl_t alpha)
280{
281  uint_t i, j;
282  smpl_t norm = fvec_alpha_norm (o, alpha);
283  for (i = 0; i < o->channels; i++) {
284    for (j = 0; j < o->length; j++) {
285      o->data[i][j] /= norm;
286    }
287  }
288}
289
290void
291fvec_add (fvec_t * o, smpl_t val)
292{
293  uint_t i, j;
294  for (i = 0; i < o->channels; i++) {
295    for (j = 0; j < o->length; j++) {
296      o->data[i][j] += val;
297    }
298  }
299}
300
301void fvec_adapt_thres(fvec_t * vec, fvec_t * tmp,
302    uint_t post, uint_t pre, uint_t channel) {
303  uint_t length = vec->length, i=channel, j;
304  for (j=0;j<length;j++) {
305    vec->data[i][j] -= fvec_moving_thres(vec, tmp, post, pre, j, i);
306  }
307}
308
309smpl_t
310fvec_moving_thres (fvec_t * vec, fvec_t * tmpvec,
311    uint_t post, uint_t pre, uint_t pos, uint_t channel)
312{
313  uint_t i = channel, k;
314  smpl_t *medar = (smpl_t *) tmpvec->data[i];
315  uint_t win_length = post + pre + 1;
316  uint_t length = vec->length;
317  /* post part of the buffer does not exist */
318  if (pos < post + 1) {
319    for (k = 0; k < post + 1 - pos; k++)
320      medar[k] = 0.;            /* 0-padding at the beginning */
321    for (k = post + 1 - pos; k < win_length; k++)
322      medar[k] = vec->data[0][k + pos - post];
323    /* the buffer is fully defined */
324  } else if (pos + pre < length) {
325    for (k = 0; k < win_length; k++)
326      medar[k] = vec->data[0][k + pos - post];
327    /* pre part of the buffer does not exist */
328  } else {
329    for (k = 0; k < length - pos + post; k++)
330      medar[k] = vec->data[0][k + pos - post];
331    for (k = length - pos + post; k < win_length; k++)
332      medar[k] = 0.;            /* 0-padding at the end */
333  }
334  return fvec_median_channel (tmpvec, i);
335}
336
337smpl_t fvec_median_channel (fvec_t * input, uint_t channel) {
338  uint_t n = input->length;
339  smpl_t * arr = (smpl_t *) input->data[channel];
340  uint_t low, high ;
341  uint_t median;
342  uint_t middle, ll, hh;
343
344  low = 0 ; high = n-1 ; median = (low + high) / 2;
345  for (;;) {
346    if (high <= low) /* One element only */
347      return arr[median] ;
348
349    if (high == low + 1) {  /* Two elements only */
350      if (arr[low] > arr[high])
351        ELEM_SWAP(arr[low], arr[high]) ;
352      return arr[median] ;
353    }
354
355    /* Find median of low, middle and high items; swap into position low */
356    middle = (low + high) / 2;
357    if (arr[middle] > arr[high])    ELEM_SWAP(arr[middle], arr[high]);
358    if (arr[low]    > arr[high])    ELEM_SWAP(arr[low],    arr[high]);
359    if (arr[middle] > arr[low])     ELEM_SWAP(arr[middle], arr[low]) ;
360
361    /* Swap low item (now in position middle) into position (low+1) */
362    ELEM_SWAP(arr[middle], arr[low+1]) ;
363
364    /* Nibble from each end towards middle, swapping items when stuck */
365    ll = low + 1;
366    hh = high;
367    for (;;) {
368      do ll++; while (arr[low] > arr[ll]) ;
369      do hh--; while (arr[hh]  > arr[low]) ;
370
371      if (hh < ll)
372        break;
373
374      ELEM_SWAP(arr[ll], arr[hh]) ;
375    }
376
377    /* Swap middle item (in position low) back into correct position */
378    ELEM_SWAP(arr[low], arr[hh]) ;
379
380    /* Re-set active partition */
381    if (hh <= median)
382      low = ll;
383    if (hh >= median)
384      high = hh - 1;
385  }
386}
387
388smpl_t fvec_quadint (fvec_t * x, uint_t pos, uint_t i) {
389  smpl_t s0, s1, s2;
390  uint_t x0 = (pos < 1) ? pos : pos - 1;
391  uint_t x2 = (pos + 1 < x->length) ? pos + 1 : pos;
392  if (x0 == pos) return (x->data[i][pos] <= x->data[i][x2]) ? pos : x2;
393  if (x2 == pos) return (x->data[i][pos] <= x->data[i][x0]) ? pos : x0;
394  s0 = x->data[i][x0];
395  s1 = x->data[i][pos];
396  s2 = x->data[i][x2];
397  return pos + 0.5 * (s2 - s0 ) / (s2 - 2.* s1 + s0);
398}
399
400uint_t fvec_peakpick(fvec_t * onset, uint_t pos) {
401  uint_t i=0, tmp=0;
402  /*for (i=0;i<onset->channels;i++)*/
403  tmp = (onset->data[i][pos] > onset->data[i][pos-1]
404      &&  onset->data[i][pos] > onset->data[i][pos+1]
405      &&  onset->data[i][pos] > 0.);
406  return tmp;
407}
408
409smpl_t
410aubio_quadfrac (smpl_t s0, smpl_t s1, smpl_t s2, smpl_t pf)
411{
412  smpl_t tmp =
413      s0 + (pf / 2.) * (pf * (s0 - 2. * s1 + s2) - 3. * s0 + 4. * s1 - s2);
414  return tmp;
415}
416
417smpl_t
418aubio_freqtomidi (smpl_t freq)
419{
420  /* log(freq/A-2)/log(2) */
421  smpl_t midi = freq / 6.875;
422  midi = LOG (midi) / 0.69314718055995;
423  midi *= 12;
424  midi -= 3;
425  return midi;
426}
427
428smpl_t
429aubio_miditofreq (smpl_t midi)
430{
431  smpl_t freq = (midi + 3.) / 12.;
432  freq = EXP (freq * 0.69314718055995);
433  freq *= 6.875;
434  return freq;
435}
436
437smpl_t
438aubio_bintofreq (smpl_t bin, smpl_t samplerate, smpl_t fftsize)
439{
440  smpl_t freq = samplerate / fftsize;
441  return freq * bin;
442}
443
444smpl_t
445aubio_bintomidi (smpl_t bin, smpl_t samplerate, smpl_t fftsize)
446{
447  smpl_t midi = aubio_bintofreq (bin, samplerate, fftsize);
448  return aubio_freqtomidi (midi);
449}
450
451smpl_t
452aubio_freqtobin (smpl_t freq, smpl_t samplerate, smpl_t fftsize)
453{
454  smpl_t bin = fftsize / samplerate;
455  return freq * bin;
456}
457
458smpl_t
459aubio_miditobin (smpl_t midi, smpl_t samplerate, smpl_t fftsize)
460{
461  smpl_t freq = aubio_miditofreq (midi);
462  return aubio_freqtobin (freq, samplerate, fftsize);
463}
464
465uint_t
466aubio_is_power_of_two (uint_t a)
467{
468  if ((a & (a - 1)) == 0) {
469    return 1;
470  } else {
471    return 0;
472  }
473}
474
475uint_t
476aubio_next_power_of_two (uint_t a)
477{
478  uint_t i;
479  a--;
480  for (i = 0; i < sizeof (uint_t) * CHAR_BIT; i++) {
481    a = a | a >> 1;
482  }
483  return a + 1;
484}
485
486smpl_t
487aubio_db_spl (fvec_t * o)
488{
489  smpl_t val = SQRT (fvec_local_energy (o));
490  val /= (smpl_t) o->length;
491  return LIN2DB (val);
492}
493
494uint_t
495aubio_silence_detection (fvec_t * o, smpl_t threshold)
496{
497  return (aubio_db_spl (o) < threshold);
498}
499
500smpl_t
501aubio_level_detection (fvec_t * o, smpl_t threshold)
502{
503  smpl_t db_spl = aubio_db_spl (o);
504  if (db_spl < threshold) {
505    return 1.;
506  } else {
507    return db_spl;
508  }
509}
510
511smpl_t
512aubio_zero_crossing_rate (fvec_t * input)
513{
514  uint_t i = 0, j;
515  uint_t zcr = 0;
516  for (j = 1; j < input->length; j++) {
517    // previous was strictly negative
518    if (input->data[i][j - 1] < 0.) {
519      // current is positive or null
520      if (input->data[i][j] >= 0.) {
521        zcr += 1;
522      }
523      // previous was positive or null
524    } else {
525      // current is strictly negative
526      if (input->data[i][j] < 0.) {
527        zcr += 1;
528      }
529    }
530  }
531  return zcr / (smpl_t) input->length;
532}
533
534void
535aubio_autocorr (fvec_t * input, fvec_t * output)
536{
537  uint_t i, j, k, length = input->length;
538  smpl_t *data, *acf;
539  smpl_t tmp = 0;
540  for (k = 0; k < input->channels; k++) {
541    data = input->data[k];
542    acf = output->data[k];
543    for (i = 0; i < length; i++) {
544      tmp = 0.;
545      for (j = i; j < length; j++) {
546        tmp += data[j - i] * data[j];
547      }
548      acf[i] = tmp / (smpl_t) (length - i);
549    }
550  }
551}
552
553void
554aubio_cleanup (void)
555{
556#if HAVE_FFTW3
557  fftw_cleanup ();
558#else
559#if HAVE_FFTW3F
560  fftwf_cleanup ();
561#endif
562#endif
563}
Note: See TracBrowser for help on using the repository browser.