source: src/mathutils.c @ eb7f743

feature/autosinkfeature/constantqfeature/pitchshiftfeature/pydocstringsfeature/timestretchpitchshiftsamplertimestretchyinfft+
Last change on this file since eb7f743 was eb7f743, checked in by Paul Brossier <piem@piem.org>, 10 years ago

src/mathutils.{c,h}: loop over channels when possible, improve documentation, indent

  • Property mode set to 100644
File size: 11.0 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 "config.h"
27
28fvec_t *
29new_aubio_window (uint_t size, aubio_window_type wintype)
30{
31  // create fvec of size x 1 channel
32  fvec_t * win = new_fvec( size, 1);
33  smpl_t * w = win->data[0];
34  uint_t i;
35  switch(wintype) {
36    case aubio_win_rectangle:
37      for (i=0;i<size;i++)
38        w[i] = 0.5;
39      break;
40    case aubio_win_hamming:
41      for (i=0;i<size;i++)
42        w[i] = 0.54 - 0.46 * COS(TWO_PI * i / (size));
43      break;
44    case aubio_win_hanning:
45      for (i=0;i<size;i++)
46        w[i] = 0.5 - (0.5 * COS(TWO_PI * i / (size)));
47      break;
48    case aubio_win_hanningz:
49      for (i=0;i<size;i++)
50        w[i] = 0.5 * (1.0 - COS(TWO_PI * i / (size)));
51      break;
52    case aubio_win_blackman:
53      for (i=0;i<size;i++)
54        w[i] = 0.42
55          - 0.50 * COS(    TWO_PI*i/(size-1.0))
56          + 0.08 * COS(2.0*TWO_PI*i/(size-1.0));
57      break;
58    case aubio_win_blackman_harris:
59      for (i=0;i<size;i++)
60        w[i] = 0.35875
61          - 0.48829 * COS(    TWO_PI*i/(size-1.0))
62          + 0.14128 * COS(2.0*TWO_PI*i/(size-1.0))
63          - 0.01168 * COS(3.0*TWO_PI*i/(size-1.0));
64      break;
65    case aubio_win_gaussian:
66      for (i=0;i<size;i++)
67        w[i] = EXP(- 1.0 / SQR(size) * SQR(2.0*i-size));
68      break;
69    case aubio_win_welch:
70      for (i=0;i<size;i++)
71        w[i] = 1.0 - SQR((2*i-size)/(size+1.0));
72      break;
73    case aubio_win_parzen:
74      for (i=0;i<size;i++)
75        w[i] = 1.0 - ABS((2*i-size)/(size+1.0));
76      break;
77    default:
78      break;
79  }
80  return win;
81}
82
83smpl_t
84aubio_unwrap2pi (smpl_t phase)
85{
86  /* mod(phase+pi,-2pi)+pi */
87  return phase + TWO_PI * (1. + FLOOR (-(phase + PI) / TWO_PI));
88}
89
90smpl_t
91fvec_mean (fvec_t * s)
92{
93  uint_t i, j;
94  smpl_t tmp = 0.0;
95  for (i = 0; i < s->channels; i++)
96    for (j = 0; j < s->length; j++)
97      tmp += s->data[i][j];
98  return tmp / (smpl_t) (s->length);
99}
100
101smpl_t
102fvec_sum (fvec_t * s)
103{
104  uint_t i, j;
105  smpl_t tmp = 0.0;
106  for (i = 0; i < s->channels; i++) {
107    for (j = 0; j < s->length; j++) {
108      tmp += s->data[i][j];
109    }
110  }
111  return tmp;
112}
113
114smpl_t
115fvec_max (fvec_t * s)
116{
117  uint_t i, j;
118  smpl_t tmp = 0.0;
119  for (i = 0; i < s->channels; i++) {
120    for (j = 0; j < s->length; j++) {
121      tmp = (tmp > s->data[i][j]) ? tmp : s->data[i][j];
122    }
123  }
124  return tmp;
125}
126
127smpl_t
128fvec_min (fvec_t * s)
129{
130  uint_t i, j;
131  smpl_t tmp = s->data[0][0];
132  for (i = 0; i < s->channels; i++) {
133    for (j = 0; j < s->length; j++) {
134      tmp = (tmp < s->data[i][j]) ? tmp : s->data[i][j];
135    }
136  }
137  return tmp;
138}
139
140uint_t
141fvec_min_elem (fvec_t * s)
142{
143  uint_t i, j = 0, pos = 0.;
144  smpl_t tmp = s->data[0][0];
145  for (i = 0; i < s->channels; i++) {
146    for (j = 0; j < s->length; j++) {
147      pos = (tmp < s->data[i][j]) ? pos : j;
148      tmp = (tmp < s->data[i][j]) ? tmp : s->data[i][j];
149    }
150  }
151  return pos;
152}
153
154uint_t
155fvec_max_elem (fvec_t * s)
156{
157  uint_t i, j, pos;
158  smpl_t tmp = 0.0;
159  for (i = 0; i < s->channels; i++) {
160    for (j = 0; j < s->length; j++) {
161      pos = (tmp > s->data[i][j]) ? pos : j;
162      tmp = (tmp > s->data[i][j]) ? tmp : s->data[i][j];
163    }
164  }
165  return pos;
166}
167
168void
169fvec_shift (fvec_t * s)
170{
171  uint_t i, j;
172  for (i = 0; i < s->channels; i++) {
173    for (j = 0; j < s->length / 2; j++) {
174      ELEM_SWAP (s->data[i][j], s->data[i][j + s->length / 2]);
175    }
176  }
177}
178
179smpl_t
180fvec_local_energy (fvec_t * f)
181{
182  smpl_t energy = 0.;
183  uint_t i, j;
184  for (i = 0; i < f->channels; i++) {
185    for (j = 0; j < f->length; j++) {
186      energy += SQR (f->data[i][j]);
187    }
188  }
189  return energy;
190}
191
192smpl_t
193fvec_local_hfc (fvec_t * v)
194{
195  smpl_t hfc = 0.;
196  uint_t i, j;
197  for (i = 0; i < v->channels; i++) {
198    for (j = 0; j < v->length; j++) {
199      hfc += (i + 1) * v->data[i][j];
200    }
201  }
202  return hfc;
203}
204
205void
206fvec_min_removal (fvec_t * v)
207{
208  smpl_t v_min = fvec_min (v);
209  fvec_add (v,  - v_min );
210}
211
212smpl_t
213fvec_alpha_norm (fvec_t * o, smpl_t alpha)
214{
215  uint_t i, j;
216  smpl_t tmp = 0.;
217  for (i = 0; i < o->channels; i++) {
218    for (j = 0; j < o->length; j++) {
219      tmp += POW (ABS (o->data[i][j]), alpha);
220    }
221  }
222  return POW (tmp / o->length, 1. / alpha);
223}
224
225void
226fvec_alpha_normalise (fvec_t * o, smpl_t alpha)
227{
228  uint_t i, j;
229  smpl_t norm = fvec_alpha_norm (o, alpha);
230  for (i = 0; i < o->channels; i++) {
231    for (j = 0; j < o->length; j++) {
232      o->data[i][j] /= norm;
233    }
234  }
235}
236
237void
238fvec_add (fvec_t * o, smpl_t val)
239{
240  uint_t i, j;
241  for (i = 0; i < o->channels; i++) {
242    for (j = 0; j < o->length; j++) {
243      o->data[i][j] += val;
244    }
245  }
246}
247
248void fvec_adapt_thres(fvec_t * vec, fvec_t * tmp,
249    uint_t post, uint_t pre) {
250  uint_t length = vec->length, i=0, j;
251  for (j=0;j<length;j++) {
252    vec->data[i][j] -= fvec_moving_thres(vec, tmp, post, pre, j);
253  }
254}
255
256smpl_t
257fvec_moving_thres (fvec_t * vec, fvec_t * tmpvec,
258    uint_t post, uint_t pre, uint_t pos)
259{
260  smpl_t *medar = (smpl_t *) tmpvec->data[0];
261  uint_t k;
262  uint_t win_length = post + pre + 1;
263  uint_t length = vec->length;
264  /* post part of the buffer does not exist */
265  if (pos < post + 1) {
266    for (k = 0; k < post + 1 - pos; k++)
267      medar[k] = 0.;            /* 0-padding at the beginning */
268    for (k = post + 1 - pos; k < win_length; k++)
269      medar[k] = vec->data[0][k + pos - post];
270    /* the buffer is fully defined */
271  } else if (pos + pre < length) {
272    for (k = 0; k < win_length; k++)
273      medar[k] = vec->data[0][k + pos - post];
274    /* pre part of the buffer does not exist */
275  } else {
276    for (k = 0; k < length - pos + post; k++)
277      medar[k] = vec->data[0][k + pos - post];
278    for (k = length - pos + post; k < win_length; k++)
279      medar[k] = 0.;            /* 0-padding at the end */
280  }
281  return fvec_median (tmpvec);
282}
283
284smpl_t fvec_median(fvec_t * input) {
285  uint_t n = input->length;
286  smpl_t * arr = (smpl_t *) input->data[0];
287  uint_t low, high ;
288  uint_t median;
289  uint_t middle, ll, hh;
290
291  low = 0 ; high = n-1 ; median = (low + high) / 2;
292  for (;;) {
293    if (high <= low) /* One element only */
294      return arr[median] ;
295
296    if (high == low + 1) {  /* Two elements only */
297      if (arr[low] > arr[high])
298        ELEM_SWAP(arr[low], arr[high]) ;
299      return arr[median] ;
300    }
301
302    /* Find median of low, middle and high items; swap into position low */
303    middle = (low + high) / 2;
304    if (arr[middle] > arr[high])    ELEM_SWAP(arr[middle], arr[high]);
305    if (arr[low]    > arr[high])    ELEM_SWAP(arr[low],    arr[high]);
306    if (arr[middle] > arr[low])     ELEM_SWAP(arr[middle], arr[low]) ;
307
308    /* Swap low item (now in position middle) into position (low+1) */
309    ELEM_SWAP(arr[middle], arr[low+1]) ;
310
311    /* Nibble from each end towards middle, swapping items when stuck */
312    ll = low + 1;
313    hh = high;
314    for (;;) {
315      do ll++; while (arr[low] > arr[ll]) ;
316      do hh--; while (arr[hh]  > arr[low]) ;
317
318      if (hh < ll)
319        break;
320
321      ELEM_SWAP(arr[ll], arr[hh]) ;
322    }
323
324    /* Swap middle item (in position low) back into correct position */
325    ELEM_SWAP(arr[low], arr[hh]) ;
326
327    /* Re-set active partition */
328    if (hh <= median)
329      low = ll;
330    if (hh >= median)
331      high = hh - 1;
332  }
333}
334
335smpl_t fvec_quadint(fvec_t * x,uint_t pos, uint_t span) {
336  smpl_t s0, s1, s2;
337  uint_t x0 = (pos < span) ? pos : pos - span;
338  uint_t x2 = (pos + span < x->length) ? pos + span : pos;
339  if (x0 == pos) return (x->data[0][pos] <= x->data[0][x2]) ? pos : x2;
340  if (x2 == pos) return (x->data[0][pos] <= x->data[0][x0]) ? pos : x0;
341  s0 = x->data[0][x0];
342  s1 = x->data[0][pos];
343  s2 = x->data[0][x2];
344  return pos + 0.5 * (s2 - s0 ) / (s2 - 2.* s1 + s0);
345}
346
347uint_t fvec_peakpick(fvec_t * onset, uint_t pos) {
348  uint_t i=0, tmp=0;
349  /*for (i=0;i<onset->channels;i++)*/
350  tmp = (onset->data[i][pos] > onset->data[i][pos-1]
351      &&  onset->data[i][pos] > onset->data[i][pos+1]
352      &&  onset->data[i][pos] > 0.);
353  return tmp;
354}
355
356smpl_t
357aubio_quadfrac (smpl_t s0, smpl_t s1, smpl_t s2, smpl_t pf)
358{
359  smpl_t tmp =
360      s0 + (pf / 2.) * (pf * (s0 - 2. * s1 + s2) - 3. * s0 + 4. * s1 - s2);
361  return tmp;
362}
363
364smpl_t
365aubio_freqtomidi (smpl_t freq)
366{
367  /* log(freq/A-2)/log(2) */
368  smpl_t midi = freq / 6.875;
369  midi = LOG (midi) / 0.69314718055995;
370  midi *= 12;
371  midi -= 3;
372  return midi;
373}
374
375smpl_t
376aubio_miditofreq (smpl_t midi)
377{
378  smpl_t freq = (midi + 3.) / 12.;
379  freq = EXP (freq * 0.69314718055995);
380  freq *= 6.875;
381  return freq;
382}
383
384smpl_t
385aubio_bintofreq (smpl_t bin, smpl_t samplerate, smpl_t fftsize)
386{
387  smpl_t freq = samplerate / fftsize;
388  return freq * bin;
389}
390
391smpl_t
392aubio_bintomidi (smpl_t bin, smpl_t samplerate, smpl_t fftsize)
393{
394  smpl_t midi = aubio_bintofreq (bin, samplerate, fftsize);
395  return aubio_freqtomidi (midi);
396}
397
398smpl_t
399aubio_freqtobin (smpl_t freq, smpl_t samplerate, smpl_t fftsize)
400{
401  smpl_t bin = fftsize / samplerate;
402  return freq * bin;
403}
404
405smpl_t
406aubio_miditobin (smpl_t midi, smpl_t samplerate, smpl_t fftsize)
407{
408  smpl_t freq = aubio_miditofreq (midi);
409  return aubio_freqtobin (freq, samplerate, fftsize);
410}
411
412smpl_t
413aubio_db_spl (fvec_t * o)
414{
415  smpl_t val = SQRT (fvec_local_energy (o));
416  val /= (smpl_t) o->length;
417  return LIN2DB (val);
418}
419
420uint_t
421aubio_silence_detection (fvec_t * o, smpl_t threshold)
422{
423  return (aubio_db_spl (o) < threshold);
424}
425
426smpl_t
427aubio_level_detection (fvec_t * o, smpl_t threshold)
428{
429  smpl_t db_spl = aubio_db_spl (o);
430  if (db_spl < threshold) {
431    return 1.;
432  } else {
433    return db_spl;
434  }
435}
436
437smpl_t
438aubio_zero_crossing_rate (fvec_t * input)
439{
440  uint_t i = 0, j;
441  uint_t zcr = 0;
442  for (j = 1; j < input->length; j++) {
443    // previous was strictly negative
444    if (input->data[i][j - 1] < 0.) {
445      // current is positive or null
446      if (input->data[i][j] >= 0.) {
447        zcr += 1;
448      }
449      // previous was positive or null
450    } else {
451      // current is strictly negative
452      if (input->data[i][j] < 0.) {
453        zcr += 1;
454      }
455    }
456  }
457  return zcr / (smpl_t) input->length;
458}
459
460void
461aubio_autocorr (fvec_t * input, fvec_t * output)
462{
463  uint_t i, j, k, length = input->length;
464  smpl_t *data, *acf;
465  smpl_t tmp = 0;
466  for (k = 0; k < input->channels; k++) {
467    data = input->data[k];
468    acf = output->data[k];
469    for (i = 0; i < length; i++) {
470      tmp = 0.;
471      for (j = i; j < length; j++) {
472        tmp += data[j - i] * data[j];
473      }
474      acf[i] = tmp / (smpl_t) (length - i);
475    }
476  }
477}
478
479void
480aubio_cleanup (void)
481{
482#if HAVE_FFTW3
483  fftw_cleanup ();
484#else
485#if HAVE_FFTW3F
486  fftwf_cleanup ();
487#endif
488#endif
489}
Note: See TracBrowser for help on using the repository browser.