source: src/mathutils.c @ c9e3a4e

feature/autosinkfeature/cnnfeature/cnn_orgfeature/constantqfeature/crepefeature/crepe_orgfeature/pitchshiftfeature/pydocstringsfeature/timestretchfix/ffmpeg5pitchshiftsamplertimestretchyinfft+
Last change on this file since c9e3a4e was 8982328, checked in by Paul Brossier <piem@piem.org>, 9 years ago

src/mathutils.c: optimized fvec_shift and aubio_level_lin

  • Property mode set to 100644
File size: 14.3 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#include "config.h"
28
29#ifdef HAVE_ACCELERATE
30#include <Accelerate/Accelerate.h>
31#endif
32
33#if !HAVE_AUBIO_DOUBLE
34#define aubio_cblas_xswap cblas_sswap
35#define aubio_cblas_dot   cblas_sdot
36#else
37#define aubio_cblas_xswap cblas_dswap
38#define aubio_cblas_dot   cblas_ddot
39#endif
40
41/** Window types */
42typedef enum
43{
44  aubio_win_rectangle,
45  aubio_win_hamming,
46  aubio_win_hanning,
47  aubio_win_hanningz,
48  aubio_win_blackman,
49  aubio_win_blackman_harris,
50  aubio_win_gaussian,
51  aubio_win_welch,
52  aubio_win_parzen,
53  aubio_win_default = aubio_win_hanningz,
54} aubio_window_type;
55
56fvec_t *
57new_aubio_window (char_t * window_type, uint_t length)
58{
59  fvec_t * win = new_fvec (length);
60  uint_t err;
61  if (win == NULL) {
62    return NULL;
63  }
64  err = fvec_set_window (win, window_type);
65  if (err != 0) {
66    del_fvec(win);
67    return NULL;
68  }
69  return win;
70}
71
72uint_t fvec_set_window (fvec_t *win, char_t *window_type) {
73  smpl_t * w = win->data;
74  uint_t i, size = win->length;
75  aubio_window_type wintype;
76  if (window_type == NULL) {
77      AUBIO_ERR ("window type can not be null.\n");
78      return 1;
79  } else if (strcmp (window_type, "rectangle") == 0)
80      wintype = aubio_win_rectangle;
81  else if (strcmp (window_type, "hamming") == 0)
82      wintype = aubio_win_hamming;
83  else if (strcmp (window_type, "hanning") == 0)
84      wintype = aubio_win_hanning;
85  else if (strcmp (window_type, "hanningz") == 0)
86      wintype = aubio_win_hanningz;
87  else if (strcmp (window_type, "blackman") == 0)
88      wintype = aubio_win_blackman;
89  else if (strcmp (window_type, "blackman_harris") == 0)
90      wintype = aubio_win_blackman_harris;
91  else if (strcmp (window_type, "gaussian") == 0)
92      wintype = aubio_win_gaussian;
93  else if (strcmp (window_type, "welch") == 0)
94      wintype = aubio_win_welch;
95  else if (strcmp (window_type, "parzen") == 0)
96      wintype = aubio_win_parzen;
97  else if (strcmp (window_type, "default") == 0)
98      wintype = aubio_win_default;
99  else {
100      AUBIO_ERR ("unknown window type `%s`.\n", window_type);
101      return 1;
102  }
103  switch(wintype) {
104    case aubio_win_rectangle:
105      for (i=0;i<size;i++)
106        w[i] = 0.5;
107      break;
108    case aubio_win_hamming:
109      for (i=0;i<size;i++)
110        w[i] = 0.54 - 0.46 * COS(TWO_PI * i / (size));
111      break;
112    case aubio_win_hanning:
113      for (i=0;i<size;i++)
114        w[i] = 0.5 - (0.5 * COS(TWO_PI * i / (size)));
115      break;
116    case aubio_win_hanningz:
117      for (i=0;i<size;i++)
118        w[i] = 0.5 * (1.0 - COS(TWO_PI * i / (size)));
119      break;
120    case aubio_win_blackman:
121      for (i=0;i<size;i++)
122        w[i] = 0.42
123          - 0.50 * COS(    TWO_PI*i/(size-1.0))
124          + 0.08 * COS(2.0*TWO_PI*i/(size-1.0));
125      break;
126    case aubio_win_blackman_harris:
127      for (i=0;i<size;i++)
128        w[i] = 0.35875
129          - 0.48829 * COS(    TWO_PI*i/(size-1.0))
130          + 0.14128 * COS(2.0*TWO_PI*i/(size-1.0))
131          - 0.01168 * COS(3.0*TWO_PI*i/(size-1.0));
132      break;
133    case aubio_win_gaussian:
134      {
135        lsmp_t a, b, c = 0.5;
136        uint_t n;
137        for (n = 0; n < size; n++)
138        {
139          a = (n-c*(size-1))/(SQR(c)*(size-1));
140          b = -c*SQR(a);
141          w[n] = EXP(b);
142        }
143      }
144      break;
145    case aubio_win_welch:
146      for (i=0;i<size;i++)
147        w[i] = 1.0 - SQR((2.*i-size)/(size+1.0));
148      break;
149    case aubio_win_parzen:
150      for (i=0;i<size;i++)
151        w[i] = 1.0 - ABS((2.f*i-size)/(size+1.0f));
152      break;
153    default:
154      break;
155  }
156  return 0;
157}
158
159smpl_t
160aubio_unwrap2pi (smpl_t phase)
161{
162  /* mod(phase+pi,-2pi)+pi */
163  return phase + TWO_PI * (1. + FLOOR (-(phase + PI) / TWO_PI));
164}
165
166smpl_t
167fvec_mean (fvec_t * s)
168{
169  smpl_t tmp = 0.0;
170#ifndef HAVE_ACCELERATE
171  uint_t j;
172  for (j = 0; j < s->length; j++) {
173    tmp += s->data[j];
174  }
175  return tmp / (smpl_t) (s->length);
176#else
177#if !HAVE_AUBIO_DOUBLE
178  vDSP_meanv(s->data, 1, &tmp, s->length);
179#else /* HAVE_AUBIO_DOUBLE */
180  vDSP_meanvD(s->data, 1, &tmp, s->length);
181#endif /* HAVE_AUBIO_DOUBLE */
182  return tmp;
183#endif /* HAVE_ACCELERATE */
184}
185
186smpl_t
187fvec_sum (fvec_t * s)
188{
189  smpl_t tmp = 0.0;
190#ifndef HAVE_ACCELERATE
191  uint_t j;
192  for (j = 0; j < s->length; j++) {
193    tmp += s->data[j];
194  }
195#else
196#if !HAVE_AUBIO_DOUBLE
197  vDSP_sve(s->data, 1, &tmp, s->length);
198#else /* HAVE_AUBIO_DOUBLE */
199  vDSP_sveD(s->data, 1, &tmp, s->length);
200#endif /* HAVE_AUBIO_DOUBLE */
201#endif /* HAVE_ACCELERATE */
202  return tmp;
203}
204
205smpl_t
206fvec_max (fvec_t * s)
207{
208#ifndef HAVE_ACCELERATE
209  uint_t j;
210  smpl_t tmp = 0.0;
211  for (j = 0; j < s->length; j++) {
212    tmp = (tmp > s->data[j]) ? tmp : s->data[j];
213  }
214#else
215  smpl_t tmp = 0.;
216#if !HAVE_AUBIO_DOUBLE
217  vDSP_maxv(s->data, 1, &tmp, s->length);
218#else
219  vDSP_maxvD(s->data, 1, &tmp, s->length);
220#endif
221#endif
222  return tmp;
223}
224
225smpl_t
226fvec_min (fvec_t * s)
227{
228#ifndef HAVE_ACCELERATE
229  uint_t j;
230  smpl_t tmp = s->data[0];
231  for (j = 0; j < s->length; j++) {
232    tmp = (tmp < s->data[j]) ? tmp : s->data[j];
233  }
234#else
235  smpl_t tmp = 0.;
236#if !HAVE_AUBIO_DOUBLE
237  vDSP_minv(s->data, 1, &tmp, s->length);
238#else
239  vDSP_minvD(s->data, 1, &tmp, s->length);
240#endif
241#endif
242  return tmp;
243}
244
245uint_t
246fvec_min_elem (fvec_t * s)
247{
248#ifndef HAVE_ACCELERATE
249  uint_t j, pos = 0.;
250  smpl_t tmp = s->data[0];
251  for (j = 0; j < s->length; j++) {
252    pos = (tmp < s->data[j]) ? pos : j;
253    tmp = (tmp < s->data[j]) ? tmp : s->data[j];
254  }
255#else
256  smpl_t tmp = 0.;
257  uint_t pos = 0.;
258#if !HAVE_AUBIO_DOUBLE
259  vDSP_minvi(s->data, 1, &tmp, (vDSP_Length *)&pos, s->length);
260#else
261  vDSP_minviD(s->data, 1, &tmp, (vDSP_Length *)&pos, s->length);
262#endif
263#endif
264  return pos;
265}
266
267uint_t
268fvec_max_elem (fvec_t * s)
269{
270#ifndef HAVE_ACCELERATE
271  uint_t j, pos = 0;
272  smpl_t tmp = 0.0;
273  for (j = 0; j < s->length; j++) {
274    pos = (tmp > s->data[j]) ? pos : j;
275    tmp = (tmp > s->data[j]) ? tmp : s->data[j];
276  }
277#else
278  smpl_t tmp = 0.;
279  uint_t pos = 0.;
280#if !HAVE_AUBIO_DOUBLE
281  vDSP_maxvi(s->data, 1, &tmp, (vDSP_Length *)&pos, s->length);
282#else
283  vDSP_maxviD(s->data, 1, &tmp, (vDSP_Length *)&pos, s->length);
284#endif
285#endif
286  return pos;
287}
288
289void
290fvec_shift (fvec_t * s)
291{
292#ifndef HAVE_ACCELERATE
293  uint_t j;
294  for (j = 0; j < s->length / 2; j++) {
295    ELEM_SWAP (s->data[j], s->data[j + s->length / 2]);
296  }
297#else
298  uint_t half = s->length / 2;
299  aubio_cblas_xswap(half, s->data, 1, s->data + half, 1);
300#endif
301}
302
303smpl_t
304aubio_level_lin (fvec_t * f)
305{
306  smpl_t energy = 0.;
307#ifndef HAVE_ACCELERATE
308  uint_t j;
309  for (j = 0; j < f->length; j++) {
310    energy += SQR (f->data[j]);
311  }
312#else
313  energy = aubio_cblas_dot(f->length, f->data, 1, f->data, 1);
314#endif
315  return energy / f->length;
316}
317
318smpl_t
319fvec_local_hfc (fvec_t * v)
320{
321  smpl_t hfc = 0.;
322  uint_t j;
323  for (j = 0; j < v->length; j++) {
324    hfc += (j + 1) * v->data[j];
325  }
326  return hfc;
327}
328
329void
330fvec_min_removal (fvec_t * v)
331{
332  smpl_t v_min = fvec_min (v);
333  fvec_add (v,  - v_min );
334}
335
336smpl_t
337fvec_alpha_norm (fvec_t * o, smpl_t alpha)
338{
339  uint_t j;
340  smpl_t tmp = 0.;
341  for (j = 0; j < o->length; j++) {
342    tmp += POW (ABS (o->data[j]), alpha);
343  }
344  return POW (tmp / o->length, 1. / alpha);
345}
346
347void
348fvec_alpha_normalise (fvec_t * o, smpl_t alpha)
349{
350  uint_t j;
351  smpl_t norm = fvec_alpha_norm (o, alpha);
352  for (j = 0; j < o->length; j++) {
353    o->data[j] /= norm;
354  }
355}
356
357void
358fvec_add (fvec_t * o, smpl_t val)
359{
360  uint_t j;
361  for (j = 0; j < o->length; j++) {
362    o->data[j] += val;
363  }
364}
365
366void fvec_adapt_thres(fvec_t * vec, fvec_t * tmp,
367    uint_t post, uint_t pre) {
368  uint_t length = vec->length, j;
369  for (j=0;j<length;j++) {
370    vec->data[j] -= fvec_moving_thres(vec, tmp, post, pre, j);
371  }
372}
373
374smpl_t
375fvec_moving_thres (fvec_t * vec, fvec_t * tmpvec,
376    uint_t post, uint_t pre, uint_t pos)
377{
378  uint_t k;
379  smpl_t *medar = (smpl_t *) tmpvec->data;
380  uint_t win_length = post + pre + 1;
381  uint_t length = vec->length;
382  /* post part of the buffer does not exist */
383  if (pos < post + 1) {
384    for (k = 0; k < post + 1 - pos; k++)
385      medar[k] = 0.;            /* 0-padding at the beginning */
386    for (k = post + 1 - pos; k < win_length; k++)
387      medar[k] = vec->data[k + pos - post];
388    /* the buffer is fully defined */
389  } else if (pos + pre < length) {
390    for (k = 0; k < win_length; k++)
391      medar[k] = vec->data[k + pos - post];
392    /* pre part of the buffer does not exist */
393  } else {
394    for (k = 0; k < length - pos + post; k++)
395      medar[k] = vec->data[k + pos - post];
396    for (k = length - pos + post; k < win_length; k++)
397      medar[k] = 0.;            /* 0-padding at the end */
398  }
399  return fvec_median (tmpvec);
400}
401
402smpl_t fvec_median (fvec_t * input) {
403  uint_t n = input->length;
404  smpl_t * arr = (smpl_t *) input->data;
405  uint_t low, high ;
406  uint_t median;
407  uint_t middle, ll, hh;
408
409  low = 0 ; high = n-1 ; median = (low + high) / 2;
410  for (;;) {
411    if (high <= low) /* One element only */
412      return arr[median] ;
413
414    if (high == low + 1) {  /* Two elements only */
415      if (arr[low] > arr[high])
416        ELEM_SWAP(arr[low], arr[high]) ;
417      return arr[median] ;
418    }
419
420    /* Find median of low, middle and high items; swap into position low */
421    middle = (low + high) / 2;
422    if (arr[middle] > arr[high])    ELEM_SWAP(arr[middle], arr[high]);
423    if (arr[low]    > arr[high])    ELEM_SWAP(arr[low],    arr[high]);
424    if (arr[middle] > arr[low])     ELEM_SWAP(arr[middle], arr[low]) ;
425
426    /* Swap low item (now in position middle) into position (low+1) */
427    ELEM_SWAP(arr[middle], arr[low+1]) ;
428
429    /* Nibble from each end towards middle, swapping items when stuck */
430    ll = low + 1;
431    hh = high;
432    for (;;) {
433      do ll++; while (arr[low] > arr[ll]) ;
434      do hh--; while (arr[hh]  > arr[low]) ;
435
436      if (hh < ll)
437        break;
438
439      ELEM_SWAP(arr[ll], arr[hh]) ;
440    }
441
442    /* Swap middle item (in position low) back into correct position */
443    ELEM_SWAP(arr[low], arr[hh]) ;
444
445    /* Re-set active partition */
446    if (hh <= median)
447      low = ll;
448    if (hh >= median)
449      high = hh - 1;
450  }
451}
452
453smpl_t fvec_quadratic_peak_pos (fvec_t * x, uint_t pos) {
454  smpl_t s0, s1, s2; uint_t x0, x2;
455  if (pos == 0 || pos == x->length - 1) return pos;
456  x0 = (pos < 1) ? pos : pos - 1;
457  x2 = (pos + 1 < x->length) ? pos + 1 : pos;
458  if (x0 == pos) return (x->data[pos] <= x->data[x2]) ? pos : x2;
459  if (x2 == pos) return (x->data[pos] <= x->data[x0]) ? pos : x0;
460  s0 = x->data[x0];
461  s1 = x->data[pos];
462  s2 = x->data[x2];
463  return pos + 0.5 * (s0 - s2 ) / (s0 - 2.* s1 + s2);
464}
465
466smpl_t fvec_quadratic_peak_mag (fvec_t *x, smpl_t pos) {
467  smpl_t x0, x1, x2;
468  uint_t index = (uint_t)(pos - .5) + 1;
469  if (pos >= x->length || pos < 0.) return 0.;
470  if ((smpl_t)index == pos) return x->data[index];
471  x0 = x->data[index - 1];
472  x1 = x->data[index];
473  x2 = x->data[index + 1];
474  return x1 - .25 * (x0 - x2) * (pos - index);
475}
476
477uint_t fvec_peakpick(fvec_t * onset, uint_t pos) {
478  uint_t tmp=0;
479  tmp = (onset->data[pos] > onset->data[pos-1]
480      &&  onset->data[pos] > onset->data[pos+1]
481      &&  onset->data[pos] > 0.);
482  return tmp;
483}
484
485smpl_t
486aubio_quadfrac (smpl_t s0, smpl_t s1, smpl_t s2, smpl_t pf)
487{
488  smpl_t tmp =
489      s0 + (pf / 2.) * (pf * (s0 - 2. * s1 + s2) - 3. * s0 + 4. * s1 - s2);
490  return tmp;
491}
492
493smpl_t
494aubio_freqtomidi (smpl_t freq)
495{
496  smpl_t midi;
497  if (freq < 2. || freq > 100000.) return 0.; // avoid nans and infs
498  /* log(freq/A-2)/log(2) */
499  midi = freq / 6.875;
500  midi = LOG (midi) / 0.69314718055995;
501  midi *= 12;
502  midi -= 3;
503  return midi;
504}
505
506smpl_t
507aubio_miditofreq (smpl_t midi)
508{
509  smpl_t freq;
510  if (midi > 140.) return 0.; // avoid infs
511  freq = (midi + 3.) / 12.;
512  freq = EXP (freq * 0.69314718055995);
513  freq *= 6.875;
514  return freq;
515}
516
517smpl_t
518aubio_bintofreq (smpl_t bin, smpl_t samplerate, smpl_t fftsize)
519{
520  smpl_t freq = samplerate / fftsize;
521  return freq * MAX(bin, 0);
522}
523
524smpl_t
525aubio_bintomidi (smpl_t bin, smpl_t samplerate, smpl_t fftsize)
526{
527  smpl_t midi = aubio_bintofreq (bin, samplerate, fftsize);
528  return aubio_freqtomidi (midi);
529}
530
531smpl_t
532aubio_freqtobin (smpl_t freq, smpl_t samplerate, smpl_t fftsize)
533{
534  smpl_t bin = fftsize / samplerate;
535  return MAX(freq, 0) * bin;
536}
537
538smpl_t
539aubio_miditobin (smpl_t midi, smpl_t samplerate, smpl_t fftsize)
540{
541  smpl_t freq = aubio_miditofreq (midi);
542  return aubio_freqtobin (freq, samplerate, fftsize);
543}
544
545uint_t
546aubio_is_power_of_two (uint_t a)
547{
548  if ((a & (a - 1)) == 0) {
549    return 1;
550  } else {
551    return 0;
552  }
553}
554
555uint_t
556aubio_next_power_of_two (uint_t a)
557{
558  uint_t i = 1;
559  while (i < a) i <<= 1;
560  return i;
561}
562
563smpl_t
564aubio_db_spl (fvec_t * o)
565{
566  return 10. * LOG10 (aubio_level_lin (o));
567}
568
569uint_t
570aubio_silence_detection (fvec_t * o, smpl_t threshold)
571{
572  return (aubio_db_spl (o) < threshold);
573}
574
575smpl_t
576aubio_level_detection (fvec_t * o, smpl_t threshold)
577{
578  smpl_t db_spl = aubio_db_spl (o);
579  if (db_spl < threshold) {
580    return 1.;
581  } else {
582    return db_spl;
583  }
584}
585
586smpl_t
587aubio_zero_crossing_rate (fvec_t * input)
588{
589  uint_t j;
590  uint_t zcr = 0;
591  for (j = 1; j < input->length; j++) {
592    // previous was strictly negative
593    if (input->data[j - 1] < 0.) {
594      // current is positive or null
595      if (input->data[j] >= 0.) {
596        zcr += 1;
597      }
598      // previous was positive or null
599    } else {
600      // current is strictly negative
601      if (input->data[j] < 0.) {
602        zcr += 1;
603      }
604    }
605  }
606  return zcr / (smpl_t) input->length;
607}
608
609void
610aubio_autocorr (fvec_t * input, fvec_t * output)
611{
612  uint_t i, j, length = input->length;
613  smpl_t *data, *acf;
614  smpl_t tmp = 0;
615  data = input->data;
616  acf = output->data;
617  for (i = 0; i < length; i++) {
618    tmp = 0.;
619    for (j = i; j < length; j++) {
620      tmp += data[j - i] * data[j];
621    }
622    acf[i] = tmp / (smpl_t) (length - i);
623  }
624}
625
626void
627aubio_cleanup (void)
628{
629#ifdef HAVE_FFTW3F
630  fftwf_cleanup ();
631#else
632#ifdef HAVE_FFTW3
633  fftw_cleanup ();
634#endif
635#endif
636}
Note: See TracBrowser for help on using the repository browser.