source: src/mathutils.c @ ca45e58

feature/autosinkfeature/constantqfeature/pitchshiftfeature/pydocstringsfeature/timestretchpitchshiftsamplertimestretchyinfft+
Last change on this file since ca45e58 was ca45e58, checked in by Paul Brossier <piem@piem.org>, 6 years ago

src/mathutils.c: return NULL on error

  • Property mode set to 100644
File size: 13.1 KB
Line 
1/*
2  Copyright (C) 2003-2013 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/** Window types */
34typedef enum
35{
36  aubio_win_rectangle,
37  aubio_win_hamming,
38  aubio_win_hanning,
39  aubio_win_hanningz,
40  aubio_win_blackman,
41  aubio_win_blackman_harris,
42  aubio_win_gaussian,
43  aubio_win_welch,
44  aubio_win_parzen,
45  aubio_win_default = aubio_win_hanningz,
46} aubio_window_type;
47
48fvec_t *
49new_aubio_window (char_t * window_type, uint_t length)
50{
51  fvec_t * win = new_fvec (length);
52  if (win == NULL) {
53    return NULL;
54  }
55  uint_t err = fvec_set_window (win, window_type);
56  if (err != 0) {
57    del_fvec(win);
58    return NULL;
59  }
60  return win;
61}
62
63uint_t fvec_set_window (fvec_t *win, char_t *window_type) {
64  smpl_t * w = win->data;
65  uint_t i, size = win->length;
66  aubio_window_type wintype;
67  if (window_type == NULL) {
68      AUBIO_ERR ("window type can not be null.\n");
69      return 1;
70  } else if (strcmp (window_type, "rectangle") == 0)
71      wintype = aubio_win_rectangle;
72  else if (strcmp (window_type, "hamming") == 0)
73      wintype = aubio_win_hamming;
74  else if (strcmp (window_type, "hanning") == 0)
75      wintype = aubio_win_hanning;
76  else if (strcmp (window_type, "hanningz") == 0)
77      wintype = aubio_win_hanningz;
78  else if (strcmp (window_type, "blackman") == 0)
79      wintype = aubio_win_blackman;
80  else if (strcmp (window_type, "blackman_harris") == 0)
81      wintype = aubio_win_blackman_harris;
82  else if (strcmp (window_type, "gaussian") == 0)
83      wintype = aubio_win_gaussian;
84  else if (strcmp (window_type, "welch") == 0)
85      wintype = aubio_win_welch;
86  else if (strcmp (window_type, "parzen") == 0)
87      wintype = aubio_win_parzen;
88  else if (strcmp (window_type, "default") == 0)
89      wintype = aubio_win_default;
90  else {
91      AUBIO_ERR ("unknown window type `%s`.\n", window_type);
92      return 1;
93  }
94  switch(wintype) {
95    case aubio_win_rectangle:
96      for (i=0;i<size;i++)
97        w[i] = 0.5;
98      break;
99    case aubio_win_hamming:
100      for (i=0;i<size;i++)
101        w[i] = 0.54 - 0.46 * COS(TWO_PI * i / (size));
102      break;
103    case aubio_win_hanning:
104      for (i=0;i<size;i++)
105        w[i] = 0.5 - (0.5 * COS(TWO_PI * i / (size)));
106      break;
107    case aubio_win_hanningz:
108      for (i=0;i<size;i++)
109        w[i] = 0.5 * (1.0 - COS(TWO_PI * i / (size)));
110      break;
111    case aubio_win_blackman:
112      for (i=0;i<size;i++)
113        w[i] = 0.42
114          - 0.50 * COS(    TWO_PI*i/(size-1.0))
115          + 0.08 * COS(2.0*TWO_PI*i/(size-1.0));
116      break;
117    case aubio_win_blackman_harris:
118      for (i=0;i<size;i++)
119        w[i] = 0.35875
120          - 0.48829 * COS(    TWO_PI*i/(size-1.0))
121          + 0.14128 * COS(2.0*TWO_PI*i/(size-1.0))
122          - 0.01168 * COS(3.0*TWO_PI*i/(size-1.0));
123      break;
124    case aubio_win_gaussian:
125      {
126        lsmp_t a, b, c = 0.5;
127        uint_t n;
128        for (n = 0; n < size; n++)
129        {
130          a = (n-c*(size-1))/(SQR(c)*(size-1));
131          b = -c*SQR(a);
132          w[n] = EXP(b);
133        }
134      }
135      break;
136    case aubio_win_welch:
137      for (i=0;i<size;i++)
138        w[i] = 1.0 - SQR((2.*i-size)/(size+1.0));
139      break;
140    case aubio_win_parzen:
141      for (i=0;i<size;i++)
142        w[i] = 1.0 - ABS((2.*i-size)/(size+1.0));
143      break;
144    default:
145      break;
146  }
147  return 0;
148}
149
150smpl_t
151aubio_unwrap2pi (smpl_t phase)
152{
153  /* mod(phase+pi,-2pi)+pi */
154  return phase + TWO_PI * (1. + FLOOR (-(phase + PI) / TWO_PI));
155}
156
157smpl_t
158fvec_mean (fvec_t * s)
159{
160  uint_t j;
161  smpl_t tmp = 0.0;
162  for (j = 0; j < s->length; j++) {
163    tmp += s->data[j];
164  }
165  return tmp / (smpl_t) (s->length);
166}
167
168smpl_t
169fvec_sum (fvec_t * s)
170{
171  uint_t j;
172  smpl_t tmp = 0.0;
173  for (j = 0; j < s->length; j++) {
174    tmp += s->data[j];
175  }
176  return tmp;
177}
178
179smpl_t
180fvec_max (fvec_t * s)
181{
182#ifndef HAVE_ACCELERATE
183  uint_t j;
184  smpl_t tmp = 0.0;
185  for (j = 0; j < s->length; j++) {
186    tmp = (tmp > s->data[j]) ? tmp : s->data[j];
187  }
188#else
189  smpl_t tmp = 0.;
190#if !HAVE_AUBIO_DOUBLE
191  vDSP_maxv(s->data, 1, &tmp, s->length);
192#else
193  vDSP_maxvD(s->data, 1, &tmp, s->length);
194#endif
195#endif
196  return tmp;
197}
198
199smpl_t
200fvec_min (fvec_t * s)
201{
202#ifndef HAVE_ACCELERATE
203  uint_t j;
204  smpl_t tmp = s->data[0];
205  for (j = 0; j < s->length; j++) {
206    tmp = (tmp < s->data[j]) ? tmp : s->data[j];
207  }
208#else
209  smpl_t tmp = 0.;
210#if !HAVE_AUBIO_DOUBLE
211  vDSP_minv(s->data, 1, &tmp, s->length);
212#else
213  vDSP_minvD(s->data, 1, &tmp, s->length);
214#endif
215#endif
216  return tmp;
217}
218
219uint_t
220fvec_min_elem (fvec_t * s)
221{
222#ifndef HAVE_ACCELERATE
223  uint_t j, pos = 0.;
224  smpl_t tmp = s->data[0];
225  for (j = 0; j < s->length; j++) {
226    pos = (tmp < s->data[j]) ? pos : j;
227    tmp = (tmp < s->data[j]) ? tmp : s->data[j];
228  }
229#else
230  smpl_t tmp = 0.;
231  uint_t pos = 0.;
232#if !HAVE_AUBIO_DOUBLE
233  vDSP_minvi(s->data, 1, &tmp, (vDSP_Length *)&pos, s->length);
234#else
235  vDSP_minviD(s->data, 1, &tmp, (vDSP_Length *)&pos, s->length);
236#endif
237#endif
238  return pos;
239}
240
241uint_t
242fvec_max_elem (fvec_t * s)
243{
244#ifndef HAVE_ACCELERATE
245  uint_t j, pos = 0;
246  smpl_t tmp = 0.0;
247  for (j = 0; j < s->length; j++) {
248    pos = (tmp > s->data[j]) ? pos : j;
249    tmp = (tmp > s->data[j]) ? tmp : s->data[j];
250  }
251#else
252  smpl_t tmp = 0.;
253  uint_t pos = 0.;
254#if !HAVE_AUBIO_DOUBLE
255  vDSP_maxvi(s->data, 1, &tmp, (vDSP_Length *)&pos, s->length);
256#else
257  vDSP_maxviD(s->data, 1, &tmp, (vDSP_Length *)&pos, s->length);
258#endif
259#endif
260  return pos;
261}
262
263void
264fvec_shift (fvec_t * s)
265{
266  uint_t j;
267  for (j = 0; j < s->length / 2; j++) {
268    ELEM_SWAP (s->data[j], s->data[j + s->length / 2]);
269  }
270}
271
272smpl_t
273aubio_level_lin (fvec_t * f)
274{
275  smpl_t energy = 0.;
276  uint_t j;
277  for (j = 0; j < f->length; j++) {
278    energy += SQR (f->data[j]);
279  }
280  return energy / f->length;
281}
282
283smpl_t
284fvec_local_hfc (fvec_t * v)
285{
286  smpl_t hfc = 0.;
287  uint_t j;
288  for (j = 0; j < v->length; j++) {
289    hfc += (j + 1) * v->data[j];
290  }
291  return hfc;
292}
293
294void
295fvec_min_removal (fvec_t * v)
296{
297  smpl_t v_min = fvec_min (v);
298  fvec_add (v,  - v_min );
299}
300
301smpl_t
302fvec_alpha_norm (fvec_t * o, smpl_t alpha)
303{
304  uint_t j;
305  smpl_t tmp = 0.;
306  for (j = 0; j < o->length; j++) {
307    tmp += POW (ABS (o->data[j]), alpha);
308  }
309  return POW (tmp / o->length, 1. / alpha);
310}
311
312void
313fvec_alpha_normalise (fvec_t * o, smpl_t alpha)
314{
315  uint_t j;
316  smpl_t norm = fvec_alpha_norm (o, alpha);
317  for (j = 0; j < o->length; j++) {
318    o->data[j] /= norm;
319  }
320}
321
322void
323fvec_add (fvec_t * o, smpl_t val)
324{
325  uint_t j;
326  for (j = 0; j < o->length; j++) {
327    o->data[j] += val;
328  }
329}
330
331void fvec_adapt_thres(fvec_t * vec, fvec_t * tmp,
332    uint_t post, uint_t pre) {
333  uint_t length = vec->length, j;
334  for (j=0;j<length;j++) {
335    vec->data[j] -= fvec_moving_thres(vec, tmp, post, pre, j);
336  }
337}
338
339smpl_t
340fvec_moving_thres (fvec_t * vec, fvec_t * tmpvec,
341    uint_t post, uint_t pre, uint_t pos)
342{
343  uint_t k;
344  smpl_t *medar = (smpl_t *) tmpvec->data;
345  uint_t win_length = post + pre + 1;
346  uint_t length = vec->length;
347  /* post part of the buffer does not exist */
348  if (pos < post + 1) {
349    for (k = 0; k < post + 1 - pos; k++)
350      medar[k] = 0.;            /* 0-padding at the beginning */
351    for (k = post + 1 - pos; k < win_length; k++)
352      medar[k] = vec->data[k + pos - post];
353    /* the buffer is fully defined */
354  } else if (pos + pre < length) {
355    for (k = 0; k < win_length; k++)
356      medar[k] = vec->data[k + pos - post];
357    /* pre part of the buffer does not exist */
358  } else {
359    for (k = 0; k < length - pos + post; k++)
360      medar[k] = vec->data[k + pos - post];
361    for (k = length - pos + post; k < win_length; k++)
362      medar[k] = 0.;            /* 0-padding at the end */
363  }
364  return fvec_median (tmpvec);
365}
366
367smpl_t fvec_median (fvec_t * input) {
368  uint_t n = input->length;
369  smpl_t * arr = (smpl_t *) input->data;
370  uint_t low, high ;
371  uint_t median;
372  uint_t middle, ll, hh;
373
374  low = 0 ; high = n-1 ; median = (low + high) / 2;
375  for (;;) {
376    if (high <= low) /* One element only */
377      return arr[median] ;
378
379    if (high == low + 1) {  /* Two elements only */
380      if (arr[low] > arr[high])
381        ELEM_SWAP(arr[low], arr[high]) ;
382      return arr[median] ;
383    }
384
385    /* Find median of low, middle and high items; swap into position low */
386    middle = (low + high) / 2;
387    if (arr[middle] > arr[high])    ELEM_SWAP(arr[middle], arr[high]);
388    if (arr[low]    > arr[high])    ELEM_SWAP(arr[low],    arr[high]);
389    if (arr[middle] > arr[low])     ELEM_SWAP(arr[middle], arr[low]) ;
390
391    /* Swap low item (now in position middle) into position (low+1) */
392    ELEM_SWAP(arr[middle], arr[low+1]) ;
393
394    /* Nibble from each end towards middle, swapping items when stuck */
395    ll = low + 1;
396    hh = high;
397    for (;;) {
398      do ll++; while (arr[low] > arr[ll]) ;
399      do hh--; while (arr[hh]  > arr[low]) ;
400
401      if (hh < ll)
402        break;
403
404      ELEM_SWAP(arr[ll], arr[hh]) ;
405    }
406
407    /* Swap middle item (in position low) back into correct position */
408    ELEM_SWAP(arr[low], arr[hh]) ;
409
410    /* Re-set active partition */
411    if (hh <= median)
412      low = ll;
413    if (hh >= median)
414      high = hh - 1;
415  }
416}
417
418smpl_t fvec_quadratic_peak_pos (fvec_t * x, uint_t pos) {
419  smpl_t s0, s1, s2;
420  if (pos == 0 || pos == x->length - 1) return pos;
421  uint_t x0 = (pos < 1) ? pos : pos - 1;
422  uint_t x2 = (pos + 1 < x->length) ? pos + 1 : pos;
423  if (x0 == pos) return (x->data[pos] <= x->data[x2]) ? pos : x2;
424  if (x2 == pos) return (x->data[pos] <= x->data[x0]) ? pos : x0;
425  s0 = x->data[x0];
426  s1 = x->data[pos];
427  s2 = x->data[x2];
428  return pos + 0.5 * (s0 - s2 ) / (s0 - 2.* s1 + s2);
429}
430
431uint_t fvec_peakpick(fvec_t * onset, uint_t pos) {
432  uint_t tmp=0;
433  tmp = (onset->data[pos] > onset->data[pos-1]
434      &&  onset->data[pos] > onset->data[pos+1]
435      &&  onset->data[pos] > 0.);
436  return tmp;
437}
438
439smpl_t
440aubio_quadfrac (smpl_t s0, smpl_t s1, smpl_t s2, smpl_t pf)
441{
442  smpl_t tmp =
443      s0 + (pf / 2.) * (pf * (s0 - 2. * s1 + s2) - 3. * s0 + 4. * s1 - s2);
444  return tmp;
445}
446
447smpl_t
448aubio_freqtomidi (smpl_t freq)
449{
450  if (freq < 2. || freq > 100000.) return 0.; // avoid nans and infs
451  /* log(freq/A-2)/log(2) */
452  smpl_t midi = freq / 6.875;
453  midi = LOG (midi) / 0.69314718055995;
454  midi *= 12;
455  midi -= 3;
456  return midi;
457}
458
459smpl_t
460aubio_miditofreq (smpl_t midi)
461{
462  if (midi > 140.) return 0.; // avoid infs
463  smpl_t freq = (midi + 3.) / 12.;
464  freq = EXP (freq * 0.69314718055995);
465  freq *= 6.875;
466  return freq;
467}
468
469smpl_t
470aubio_bintofreq (smpl_t bin, smpl_t samplerate, smpl_t fftsize)
471{
472  smpl_t freq = samplerate / fftsize;
473  return freq * MAX(bin, 0);
474}
475
476smpl_t
477aubio_bintomidi (smpl_t bin, smpl_t samplerate, smpl_t fftsize)
478{
479  smpl_t midi = aubio_bintofreq (bin, samplerate, fftsize);
480  return aubio_freqtomidi (midi);
481}
482
483smpl_t
484aubio_freqtobin (smpl_t freq, smpl_t samplerate, smpl_t fftsize)
485{
486  smpl_t bin = fftsize / samplerate;
487  return MAX(freq, 0) * bin;
488}
489
490smpl_t
491aubio_miditobin (smpl_t midi, smpl_t samplerate, smpl_t fftsize)
492{
493  smpl_t freq = aubio_miditofreq (midi);
494  return aubio_freqtobin (freq, samplerate, fftsize);
495}
496
497uint_t
498aubio_is_power_of_two (uint_t a)
499{
500  if ((a & (a - 1)) == 0) {
501    return 1;
502  } else {
503    return 0;
504  }
505}
506
507uint_t
508aubio_next_power_of_two (uint_t a)
509{
510  uint_t i = 1;
511  while (i < a) i <<= 1;
512  return i;
513}
514
515smpl_t
516aubio_db_spl (fvec_t * o)
517{
518  return 10. * LOG10 (aubio_level_lin (o));
519}
520
521uint_t
522aubio_silence_detection (fvec_t * o, smpl_t threshold)
523{
524  return (aubio_db_spl (o) < threshold);
525}
526
527smpl_t
528aubio_level_detection (fvec_t * o, smpl_t threshold)
529{
530  smpl_t db_spl = aubio_db_spl (o);
531  if (db_spl < threshold) {
532    return 1.;
533  } else {
534    return db_spl;
535  }
536}
537
538smpl_t
539aubio_zero_crossing_rate (fvec_t * input)
540{
541  uint_t j;
542  uint_t zcr = 0;
543  for (j = 1; j < input->length; j++) {
544    // previous was strictly negative
545    if (input->data[j - 1] < 0.) {
546      // current is positive or null
547      if (input->data[j] >= 0.) {
548        zcr += 1;
549      }
550      // previous was positive or null
551    } else {
552      // current is strictly negative
553      if (input->data[j] < 0.) {
554        zcr += 1;
555      }
556    }
557  }
558  return zcr / (smpl_t) input->length;
559}
560
561void
562aubio_autocorr (fvec_t * input, fvec_t * output)
563{
564  uint_t i, j, length = input->length;
565  smpl_t *data, *acf;
566  smpl_t tmp = 0;
567  data = input->data;
568  acf = output->data;
569  for (i = 0; i < length; i++) {
570    tmp = 0.;
571    for (j = i; j < length; j++) {
572      tmp += data[j - i] * data[j];
573    }
574    acf[i] = tmp / (smpl_t) (length - i);
575  }
576}
577
578void
579aubio_cleanup (void)
580{
581#ifdef HAVE_FFTW3F
582  fftwf_cleanup ();
583#else
584#ifdef HAVE_FFTW3
585  fftw_cleanup ();
586#endif
587#endif
588}
Note: See TracBrowser for help on using the repository browser.