source: src/mathutils.c @ e1d9cc3

feature/autosinkfeature/constantqfeature/pitchshiftfeature/pydocstringsfeature/timestretch
Last change on this file since e1d9cc3 was e1d9cc3, checked in by Paul Brossier <piem@piem.org>, 2 years ago

src/mathutils.c: add window type 'ones'

  • Property mode set to 100644
File size: 14.8 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#ifndef HAVE_ACCELERATE
163  uint_t j;
164  for (j = 0; j < s->length; j++) {
165    tmp += s->data[j];
166  }
167  return tmp / (smpl_t) (s->length);
168#else
169  aubio_vDSP_meanv(s->data, 1, &tmp, s->length);
170  return tmp;
171#endif /* HAVE_ACCELERATE */
172}
173
174smpl_t
175fvec_sum (fvec_t * s)
176{
177  smpl_t tmp = 0.0;
178#ifndef HAVE_ACCELERATE
179  uint_t j;
180  for (j = 0; j < s->length; j++) {
181    tmp += s->data[j];
182  }
183#else
184  aubio_vDSP_sve(s->data, 1, &tmp, s->length);
185#endif /* HAVE_ACCELERATE */
186  return tmp;
187}
188
189smpl_t
190fvec_max (fvec_t * s)
191{
192#ifndef HAVE_ACCELERATE
193  uint_t j;
194  smpl_t tmp = 0.0;
195  for (j = 0; j < s->length; j++) {
196    tmp = (tmp > s->data[j]) ? tmp : s->data[j];
197  }
198#else
199  smpl_t tmp = 0.;
200  aubio_vDSP_maxv(s->data, 1, &tmp, s->length);
201#endif
202  return tmp;
203}
204
205smpl_t
206fvec_min (fvec_t * s)
207{
208#ifndef HAVE_ACCELERATE
209  uint_t j;
210  smpl_t tmp = s->data[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  aubio_vDSP_minv(s->data, 1, &tmp, s->length);
217#endif
218  return tmp;
219}
220
221uint_t
222fvec_min_elem (fvec_t * s)
223{
224#ifndef HAVE_ACCELERATE
225  uint_t j, pos = 0.;
226  smpl_t tmp = s->data[0];
227  for (j = 0; j < s->length; j++) {
228    pos = (tmp < s->data[j]) ? pos : j;
229    tmp = (tmp < s->data[j]) ? tmp : s->data[j];
230  }
231#else
232  smpl_t tmp = 0.;
233  vDSP_Length pos = 0;
234  aubio_vDSP_minvi(s->data, 1, &tmp, &pos, s->length);
235#endif
236  return (uint_t)pos;
237}
238
239uint_t
240fvec_max_elem (fvec_t * s)
241{
242#ifndef HAVE_ACCELERATE
243  uint_t j, pos = 0;
244  smpl_t tmp = 0.0;
245  for (j = 0; j < s->length; j++) {
246    pos = (tmp > s->data[j]) ? pos : j;
247    tmp = (tmp > s->data[j]) ? tmp : s->data[j];
248  }
249#else
250  smpl_t tmp = 0.;
251  vDSP_Length pos = 0;
252  aubio_vDSP_maxvi(s->data, 1, &tmp, &pos, s->length);
253#endif
254  return (uint_t)pos;
255}
256
257void
258fvec_shift (fvec_t * s)
259{
260  uint_t half = s->length / 2, start = half, j;
261  // if length is odd, middle element is moved to the end
262  if (2 * half < s->length) start ++;
263#ifndef HAVE_ATLAS
264  for (j = 0; j < half; j++) {
265    ELEM_SWAP (s->data[j], s->data[j + start]);
266  }
267#else
268  aubio_cblas_swap(half, s->data, 1, s->data + start, 1);
269#endif
270  if (start != half) {
271    for (j = 0; j < half; j++) {
272      ELEM_SWAP (s->data[j + start - 1], s->data[j + start]);
273    }
274  }
275}
276
277void
278fvec_ishift (fvec_t * s)
279{
280  uint_t half = s->length / 2, start = half, j;
281  // if length is odd, middle element is moved to the beginning
282  if (2 * half < s->length) start ++;
283#ifndef HAVE_ATLAS
284  for (j = 0; j < half; j++) {
285    ELEM_SWAP (s->data[j], s->data[j + start]);
286  }
287#else
288  aubio_cblas_swap(half, s->data, 1, s->data + start, 1);
289#endif
290  if (start != half) {
291    for (j = 0; j < half; j++) {
292      ELEM_SWAP (s->data[half], s->data[j]);
293    }
294  }
295}
296
297void fvec_push(fvec_t *in, smpl_t new_elem) {
298  uint_t i;
299  for (i = 0; i < in->length - 1; i++) {
300    in->data[i] = in->data[i + 1];
301  }
302  in->data[in->length - 1] = new_elem;
303}
304
305void fvec_clamp(fvec_t *in, smpl_t absmax) {
306  uint_t i;
307  for (i = 0; i < in->length; i++) {
308    if (in->data[i] > 0 && in->data[i] > ABS(absmax)) {
309      in->data[i] = absmax;
310    } else if (in->data[i] < 0 && in->data[i] < -ABS(absmax)) {
311      in->data[i] = -absmax;
312    }
313  }
314}
315
316smpl_t
317aubio_level_lin (const fvec_t * f)
318{
319  smpl_t energy = 0.;
320#ifndef HAVE_ATLAS
321  uint_t j;
322  for (j = 0; j < f->length; j++) {
323    energy += SQR (f->data[j]);
324  }
325#else
326  energy = aubio_cblas_dot(f->length, f->data, 1, f->data, 1);
327#endif
328  return energy / f->length;
329}
330
331smpl_t
332fvec_local_hfc (fvec_t * v)
333{
334  smpl_t hfc = 0.;
335  uint_t j;
336  for (j = 0; j < v->length; j++) {
337    hfc += (j + 1) * v->data[j];
338  }
339  return hfc;
340}
341
342void
343fvec_min_removal (fvec_t * v)
344{
345  smpl_t v_min = fvec_min (v);
346  fvec_add (v,  - v_min );
347}
348
349smpl_t
350fvec_alpha_norm (fvec_t * o, smpl_t alpha)
351{
352  uint_t j;
353  smpl_t tmp = 0.;
354  for (j = 0; j < o->length; j++) {
355    tmp += POW (ABS (o->data[j]), alpha);
356  }
357  return POW (tmp / o->length, 1. / alpha);
358}
359
360void
361fvec_alpha_normalise (fvec_t * o, smpl_t alpha)
362{
363  uint_t j;
364  smpl_t norm = fvec_alpha_norm (o, alpha);
365  for (j = 0; j < o->length; j++) {
366    o->data[j] /= norm;
367  }
368}
369
370void
371fvec_add (fvec_t * o, smpl_t val)
372{
373  uint_t j;
374  for (j = 0; j < o->length; j++) {
375    o->data[j] += val;
376  }
377}
378
379void fvec_adapt_thres(fvec_t * vec, fvec_t * tmp,
380    uint_t post, uint_t pre) {
381  uint_t length = vec->length, j;
382  for (j=0;j<length;j++) {
383    vec->data[j] -= fvec_moving_thres(vec, tmp, post, pre, j);
384  }
385}
386
387smpl_t
388fvec_moving_thres (fvec_t * vec, fvec_t * tmpvec,
389    uint_t post, uint_t pre, uint_t pos)
390{
391  uint_t k;
392  smpl_t *medar = (smpl_t *) tmpvec->data;
393  uint_t win_length = post + pre + 1;
394  uint_t length = vec->length;
395  /* post part of the buffer does not exist */
396  if (pos < post + 1) {
397    for (k = 0; k < post + 1 - pos; k++)
398      medar[k] = 0.;            /* 0-padding at the beginning */
399    for (k = post + 1 - pos; k < win_length; k++)
400      medar[k] = vec->data[k + pos - post];
401    /* the buffer is fully defined */
402  } else if (pos + pre < length) {
403    for (k = 0; k < win_length; k++)
404      medar[k] = vec->data[k + pos - post];
405    /* pre part of the buffer does not exist */
406  } else {
407    for (k = 0; k < length - pos + post; k++)
408      medar[k] = vec->data[k + pos - post];
409    for (k = length - pos + post; k < win_length; k++)
410      medar[k] = 0.;            /* 0-padding at the end */
411  }
412  return fvec_median (tmpvec);
413}
414
415smpl_t fvec_median (fvec_t * input) {
416  uint_t n = input->length;
417  smpl_t * arr = (smpl_t *) input->data;
418  uint_t low, high ;
419  uint_t median;
420  uint_t middle, ll, hh;
421
422  low = 0 ; high = n-1 ; median = (low + high) / 2;
423  for (;;) {
424    if (high <= low) /* One element only */
425      return arr[median] ;
426
427    if (high == low + 1) {  /* Two elements only */
428      if (arr[low] > arr[high])
429        ELEM_SWAP(arr[low], arr[high]) ;
430      return arr[median] ;
431    }
432
433    /* Find median of low, middle and high items; swap into position low */
434    middle = (low + high) / 2;
435    if (arr[middle] > arr[high])    ELEM_SWAP(arr[middle], arr[high]);
436    if (arr[low]    > arr[high])    ELEM_SWAP(arr[low],    arr[high]);
437    if (arr[middle] > arr[low])     ELEM_SWAP(arr[middle], arr[low]) ;
438
439    /* Swap low item (now in position middle) into position (low+1) */
440    ELEM_SWAP(arr[middle], arr[low+1]) ;
441
442    /* Nibble from each end towards middle, swapping items when stuck */
443    ll = low + 1;
444    hh = high;
445    for (;;) {
446      do ll++; while (arr[low] > arr[ll]) ;
447      do hh--; while (arr[hh]  > arr[low]) ;
448
449      if (hh < ll)
450        break;
451
452      ELEM_SWAP(arr[ll], arr[hh]) ;
453    }
454
455    /* Swap middle item (in position low) back into correct position */
456    ELEM_SWAP(arr[low], arr[hh]) ;
457
458    /* Re-set active partition */
459    if (hh <= median)
460      low = ll;
461    if (hh >= median)
462      high = hh - 1;
463  }
464}
465
466smpl_t fvec_quadratic_peak_pos (const fvec_t * x, uint_t pos) {
467  smpl_t s0, s1, s2; uint_t x0, x2;
468  smpl_t half = .5, two = 2.;
469  if (pos == 0 || pos == x->length - 1) return pos;
470  x0 = (pos < 1) ? pos : pos - 1;
471  x2 = (pos + 1 < x->length) ? pos + 1 : pos;
472  if (x0 == pos) return (x->data[pos] <= x->data[x2]) ? pos : x2;
473  if (x2 == pos) return (x->data[pos] <= x->data[x0]) ? pos : x0;
474  s0 = x->data[x0];
475  s1 = x->data[pos];
476  s2 = x->data[x2];
477  return pos + half * (s0 - s2 ) / (s0 - two * s1 + s2);
478}
479
480smpl_t fvec_quadratic_peak_mag (fvec_t *x, smpl_t pos) {
481  smpl_t x0, x1, x2;
482  uint_t index = (uint_t)(pos - .5) + 1;
483  if (pos >= x->length || pos < 0.) return 0.;
484  if ((smpl_t)index == pos) return x->data[index];
485  x0 = x->data[index - 1];
486  x1 = x->data[index];
487  x2 = x->data[index + 1];
488  return x1 - .25 * (x0 - x2) * (pos - index);
489}
490
491uint_t fvec_peakpick(const fvec_t * onset, uint_t pos) {
492  uint_t tmp=0;
493  tmp = (onset->data[pos] > onset->data[pos-1]
494      &&  onset->data[pos] > onset->data[pos+1]
495      &&  onset->data[pos] > 0.);
496  return tmp;
497}
498
499smpl_t
500aubio_quadfrac (smpl_t s0, smpl_t s1, smpl_t s2, smpl_t pf)
501{
502  smpl_t tmp =
503      s0 + (pf / 2.) * (pf * (s0 - 2. * s1 + s2) - 3. * s0 + 4. * s1 - s2);
504  return tmp;
505}
506
507smpl_t
508aubio_freqtomidi (smpl_t freq)
509{
510  smpl_t midi;
511  if (freq < 2. || freq > 100000.) return 0.; // avoid nans and infs
512  /* log(freq/A-2)/log(2) */
513  midi = freq / 6.875;
514  midi = LOG (midi) / 0.69314718055995;
515  midi *= 12;
516  midi -= 3;
517  return midi;
518}
519
520smpl_t
521aubio_miditofreq (smpl_t midi)
522{
523  smpl_t freq;
524  if (midi > 140.) return 0.; // avoid infs
525  freq = (midi + 3.) / 12.;
526  freq = EXP (freq * 0.69314718055995);
527  freq *= 6.875;
528  return freq;
529}
530
531smpl_t
532aubio_bintofreq (smpl_t bin, smpl_t samplerate, smpl_t fftsize)
533{
534  smpl_t freq = samplerate / fftsize;
535  return freq * MAX(bin, 0);
536}
537
538smpl_t
539aubio_bintomidi (smpl_t bin, smpl_t samplerate, smpl_t fftsize)
540{
541  smpl_t midi = aubio_bintofreq (bin, samplerate, fftsize);
542  return aubio_freqtomidi (midi);
543}
544
545smpl_t
546aubio_freqtobin (smpl_t freq, smpl_t samplerate, smpl_t fftsize)
547{
548  smpl_t bin = fftsize / samplerate;
549  return MAX(freq, 0) * bin;
550}
551
552smpl_t
553aubio_miditobin (smpl_t midi, smpl_t samplerate, smpl_t fftsize)
554{
555  smpl_t freq = aubio_miditofreq (midi);
556  return aubio_freqtobin (freq, samplerate, fftsize);
557}
558
559uint_t
560aubio_is_power_of_two (uint_t a)
561{
562  if ((a & (a - 1)) == 0) {
563    return 1;
564  } else {
565    return 0;
566  }
567}
568
569uint_t
570aubio_next_power_of_two (uint_t a)
571{
572  uint_t i = 1;
573  while (i < a) i <<= 1;
574  return i;
575}
576
577smpl_t
578aubio_db_spl (const fvec_t * o)
579{
580  return 10. * LOG10 (aubio_level_lin (o));
581}
582
583uint_t
584aubio_silence_detection (const fvec_t * o, smpl_t threshold)
585{
586  return (aubio_db_spl (o) < threshold);
587}
588
589smpl_t
590aubio_level_detection (const fvec_t * o, smpl_t threshold)
591{
592  smpl_t db_spl = aubio_db_spl (o);
593  if (db_spl < threshold) {
594    return 1.;
595  } else {
596    return db_spl;
597  }
598}
599
600smpl_t
601aubio_zero_crossing_rate (fvec_t * input)
602{
603  uint_t j;
604  uint_t zcr = 0;
605  for (j = 1; j < input->length; j++) {
606    // previous was strictly negative
607    if (input->data[j - 1] < 0.) {
608      // current is positive or null
609      if (input->data[j] >= 0.) {
610        zcr += 1;
611      }
612      // previous was positive or null
613    } else {
614      // current is strictly negative
615      if (input->data[j] < 0.) {
616        zcr += 1;
617      }
618    }
619  }
620  return zcr / (smpl_t) input->length;
621}
622
623void
624aubio_autocorr (const fvec_t * input, fvec_t * output)
625{
626  uint_t i, j, length = input->length;
627  smpl_t *data, *acf;
628  smpl_t tmp = 0;
629  data = input->data;
630  acf = output->data;
631  for (i = 0; i < length; i++) {
632    tmp = 0.;
633    for (j = i; j < length; j++) {
634      tmp += data[j - i] * data[j];
635    }
636    acf[i] = tmp / (smpl_t) (length - i);
637  }
638}
639
640void
641aubio_cleanup (void)
642{
643#ifdef HAVE_FFTW3F
644  fftwf_cleanup ();
645#else
646#ifdef HAVE_FFTW3
647  fftw_cleanup ();
648#endif
649#endif
650}
Note: See TracBrowser for help on using the repository browser.