src/pitch/pitchyinfft.c

   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 #include "aubio_priv.h"
  22 #include "fvec.h"
  23 #include "cvec.h"
  24 #include "mathutils.h"
  25 #include "spectral/fft.h"
  26 #include "pitch/pitchyinfft.h"
  27
  28 /** pitch yinfft structure */
  29 struct _aubio_pitchyinfft_t
  30 {
  31   fvec_t *win;        /**< temporal weighting window */
  32   fvec_t *winput;     /**< windowed spectrum */
  33   cvec_t *res;        /**< complex vector to compute square difference function */
  34   fvec_t *sqrmag;     /**< square difference function */
  35   fvec_t *weight;     /**< spectral weighting window (psychoacoustic model) */
  36   cvec_t *fftout;     /**< Fourier transform output */
  37   aubio_fft_t *fft;   /**< fft object to compute square difference function */
  38   fvec_t *yinfft;     /**< Yin function */
  39   smpl_t tol;         /**< Yin tolerance */
  40   smpl_t confidence;  /**< confidence */
  41 };
  42
  43 static const smpl_t freqs[] = { 0., 20., 25., 31.5, 40., 50., 63., 80., 100.,
  44   125., 160., 200., 250., 315., 400., 500., 630., 800., 1000., 1250.,
  45   1600., 2000., 2500., 3150., 4000., 5000., 6300., 8000., 9000., 10000.,
  46   12500., 15000., 20000., 25100
  47 };
  48
  49 static const smpl_t weight[] = { -75.8, -70.1, -60.8, -52.1, -44.2, -37.5,
  50   -31.3, -25.6, -20.9, -16.5, -12.6, -9.6, -7.0, -4.7, -3.0, -1.8, -0.8,
  51   -0.2, -0.0, 0.5, 1.6, 3.2, 5.4, 7.8, 8.1, 5.3, -2.4, -11.1, -12.8,
  52   -12.2, -7.4, -17.8, -17.8, -17.8
  53 };
  54
  55 aubio_pitchyinfft_t *
  56 new_aubio_pitchyinfft (uint_t bufsize)
  57 {
  58   aubio_pitchyinfft_t *p = AUBIO_NEW (aubio_pitchyinfft_t);
  59   p->winput = new_fvec (bufsize);
  60   p->fft = new_aubio_fft (bufsize);
  61   p->fftout = new_cvec (bufsize);
  62   p->sqrmag = new_fvec (bufsize);
  63   p->res = new_cvec (bufsize);
  64   p->yinfft = new_fvec (bufsize / 2 + 1);
  65   p->tol = 0.85;
  66   p->win = new_aubio_window ("hanningz", bufsize);
  67   p->weight = new_fvec (bufsize / 2 + 1);
  68   uint_t i = 0, j = 1;
  69   smpl_t freq = 0, a0 = 0, a1 = 0, f0 = 0, f1 = 0;
  70   for (i = 0; i < p->weight->length; i++) {
  71     freq = (smpl_t) i / (smpl_t) bufsize *(smpl_t) 44100.;
  72     while (freq > freqs[j]) {
  73       j += 1;
  74     }
  75     a0 = weight[j - 1];
  76     f0 = freqs[j - 1];
  77     a1 = weight[j];
  78     f1 = freqs[j];
  79     if (f0 == f1) {           // just in case
  80       p->weight->data[i] = a0;
  81     } else if (f0 == 0) {     // y = ax+b
  82       p->weight->data[i] = (a1 - a0) / f1 * freq + a0;
  83     } else {
  84       p->weight->data[i] = (a1 - a0) / (f1 - f0) * freq +
  85           (a0 - (a1 - a0) / (f1 / f0 - 1.));
  86     }
  87     while (freq > freqs[j]) {
  88       j += 1;
  89     }
  90     //AUBIO_DBG("%f\n",p->weight->data[i]);
  91     p->weight->data[i] = DB2LIN (p->weight->data[i]);
  92     //p->weight->data[i] = SQRT(DB2LIN(p->weight->data[i]));
  93   }
  94   return p;
  95 }
  96
  97 void
  98 aubio_pitchyinfft_do (aubio_pitchyinfft_t * p, fvec_t * input, fvec_t * output)
  99 {
 100   uint_t tau, l;
 101   uint_t halfperiod;
 102   smpl_t tmp, sum;
 103   cvec_t *res = (cvec_t *) p->res;
 104   fvec_t *yin = (fvec_t *) p->yinfft;
 105   l = 0;
 106   tmp = 0.;
 107   sum = 0.;
 108   for (l = 0; l < input->length; l++) {
 109     p->winput->data[l] = p->win->data[l] * input->data[l];
 110   }
 111   aubio_fft_do (p->fft, p->winput, p->fftout);
 112   p->sqrmag->data[0] = SQR (p->fftout->norm[0]);
 113   p->sqrmag->data[0] *= p->weight->data[0];
 114   for (l = 1; l < p->fftout->length; l++) {
 115     p->sqrmag->data[l] = SQR (p->fftout->norm[l]);
 116     p->sqrmag->data[l] *= p->weight->data[l];
 117     p->sqrmag->data[p->sqrmag->length - l] = p->sqrmag->data[l];
 118   }
 119   for (l = 0; l < p->fftout->length; l++) {
 120     sum += p->sqrmag->data[l];
 121   }
 122   sum *= 2.;
 123   aubio_fft_do (p->fft, p->sqrmag, res);
 124   yin->data[0] = 1.;
 125   for (tau = 1; tau < yin->length; tau++) {
 126     yin->data[tau] = sum - res->norm[tau] * COS (res->phas[tau]);
 127     tmp += yin->data[tau];
 128     yin->data[tau] *= tau / tmp;
 129   }
 130   tau = fvec_min_elem (yin);
 131   if (yin->data[tau] < p->tol) {
 132     /* no interpolation */
 133     //return tau;
 134     /* 3 point quadratic interpolation */
 135     //return fvec_quadint_min(yin,tau,1);
 136     /* additional check for (unlikely) octave doubling in higher frequencies */
 137     if (tau > 35) {
 138       output->data[0] = fvec_quadint (yin, tau);
 139     } else {
 140       /* should compare the minimum value of each interpolated peaks */
 141       halfperiod = FLOOR (tau / 2 + .5);
 142       if (yin->data[halfperiod] < p->tol)
 143         output->data[0] = fvec_quadint (yin, halfperiod);
 144       else
 145         output->data[0] = fvec_quadint (yin, tau);
 146     }
 147   } else {
 148     output->data[0] = 0.;
 149   }
 150 }
 151
 152 void
 153 del_aubio_pitchyinfft (aubio_pitchyinfft_t * p)
 154 {
 155   del_fvec (p->win);
 156   del_aubio_fft (p->fft);
 157   del_fvec (p->yinfft);
 158   del_fvec (p->sqrmag);
 159   del_cvec (p->res);
 160   del_cvec (p->fftout);
 161   del_fvec (p->winput);
 162   del_fvec (p->weight);
 163   AUBIO_FREE (p);
 164 }
 165
 166 smpl_t
 167 aubio_pitchyinfft_get_confidence (aubio_pitchyinfft_t * o) {
 168   o->confidence = 1. - fvec_min (o->yinfft);
 169   return o->confidence;
 170 }
 171
 172 uint_t
 173 aubio_pitchyinfft_set_tolerance (aubio_pitchyinfft_t * p, smpl_t tol)
 174 {
 175   p->tol = tol;
 176   return 0;
 177 }
 178
 179 smpl_t
 180 aubio_pitchyinfft_get_tolerance (aubio_pitchyinfft_t * p)
 181 {
 182   return p->tol;
 183 }