src/spectral/filterbank_mel.c

   1 /*
   2   Copyright (C) 2007-2009 Paul Brossier <piem@aubio.org>
   3                       and Amaury Hazan <ahazan@iua.upf.edu>
   4
   5   This file is part of aubio.
   6
   7   aubio is free software: you can redistribute it and/or modify
   8   it under the terms of the GNU General Public License as published by
   9   the Free Software Foundation, either version 3 of the License, or
  10   (at your option) any later version.
  11
  12   aubio is distributed in the hope that it will be useful,
  13   but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
  14   MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the
  15   GNU General Public License for more details.
  16
  17   You should have received a copy of the GNU General Public License
  18   along with aubio.  If not, see <http://www.gnu.org/licenses/>.
  19
  20 */
  21
  22 #include "aubio_priv.h"
  23 #include "fmat.h"
  24 #include "fvec.h"
  25 #include "cvec.h"
  26 #include "spectral/filterbank.h"
  27 #include "mathutils.h"
  28
  29 uint_t
  30 aubio_filterbank_set_triangle_bands (aubio_filterbank_t * fb,
  31     fvec_t * freqs, smpl_t samplerate)
  32 {
  33
  34   fmat_t *filters = aubio_filterbank_get_coeffs (fb);
  35   uint_t n_filters = filters->height, win_s = filters->length;
  36
  37   uint_t fn;                    /* filter counter */
  38   uint_t bin;                   /* bin counter */
  39
  40   /* freqs define the bands of triangular overlapping windows.
  41      throw a warning if filterbank object fb is too short. */
  42   if (freqs->length - 2 > n_filters) {
  43     AUBIO_WRN ("not enough filters, %d allocated but %d requested\n",
  44         n_filters, freqs->length - 2);
  45   }
  46
  47   if (freqs->length - 2 < n_filters) {
  48     AUBIO_WRN ("too many filters, %d allocated but %d requested\n",
  49         n_filters, freqs->length - 2);
  50   }
  51
  52   if (freqs->data[freqs->length - 1] > samplerate / 2) {
  53     AUBIO_WRN ("Nyquist frequency is %fHz, but highest frequency band ends at \
  54 %fHz\n", samplerate / 2, freqs->data[freqs->length - 1]);
  55   }
  56
  57   /* convenience reference to lower/center/upper frequency for each triangle */
  58   fvec_t *lower_freqs = new_fvec (n_filters);
  59   fvec_t *upper_freqs = new_fvec (n_filters);
  60   fvec_t *center_freqs = new_fvec (n_filters);
  61
  62   /* height of each triangle */
  63   fvec_t *triangle_heights = new_fvec (n_filters);
  64
  65   /* lookup table of each bin frequency in hz */
  66   fvec_t *fft_freqs = new_fvec (win_s);
  67
  68   /* fill up the lower/center/upper */
  69   for (fn = 0; fn < n_filters; fn++) {
  70     lower_freqs->data[fn] = freqs->data[fn];
  71     center_freqs->data[fn] = freqs->data[fn + 1];
  72     upper_freqs->data[fn] = freqs->data[fn + 2];
  73   }
  74
  75   /* compute triangle heights so that each triangle has unit area */
  76   for (fn = 0; fn < n_filters; fn++) {
  77     triangle_heights->data[fn] =
  78         2. / (upper_freqs->data[fn] - lower_freqs->data[fn]);
  79   }
  80
  81   /* fill fft_freqs lookup table, which assigns the frequency in hz to each bin */
  82   for (bin = 0; bin < win_s; bin++) {
  83     fft_freqs->data[bin] =
  84         aubio_bintofreq (bin, samplerate, (win_s - 1) * 2);
  85   }
  86
  87   /* zeroing of all filters */
  88   fmat_zeros (filters);
  89
  90   if (fft_freqs->data[1] >= lower_freqs->data[0]) {
  91     /* - 1 to make sure we don't miss the smallest power of two */
  92     uint_t min_win_s =
  93         (uint_t) FLOOR (samplerate / lower_freqs->data[0]) - 1;
  94     AUBIO_WRN ("Lowest frequency bin (%.2fHz) is higher than lowest frequency \
  95 band (%.2f-%.2fHz). Consider increasing the window size from %d to %d.\n",
  96         fft_freqs->data[1], lower_freqs->data[0],
  97         upper_freqs->data[0], (win_s - 1) * 2,
  98         aubio_next_power_of_two (min_win_s));
  99   }
 100
 101   /* building each filter table */
 102   for (fn = 0; fn < n_filters; fn++) {
 103
 104     /* skip first elements */
 105     for (bin = 0; bin < win_s - 1; bin++) {
 106       if (fft_freqs->data[bin] <= lower_freqs->data[fn] &&
 107           fft_freqs->data[bin + 1] > lower_freqs->data[fn]) {
 108         bin++;
 109         break;
 110       }
 111     }
 112
 113     /* compute positive slope step size */
 114     smpl_t riseInc =
 115         triangle_heights->data[fn] /
 116         (center_freqs->data[fn] - lower_freqs->data[fn]);
 117
 118     /* compute coefficients in positive slope */
 119     for (; bin < win_s - 1; bin++) {
 120       filters->data[fn][bin] =
 121           (fft_freqs->data[bin] - lower_freqs->data[fn]) * riseInc;
 122
 123       if (fft_freqs->data[bin + 1] >= center_freqs->data[fn]) {
 124         bin++;
 125         break;
 126       }
 127     }
 128
 129     /* compute negative slope step size */
 130     smpl_t downInc =
 131         triangle_heights->data[fn] /
 132         (upper_freqs->data[fn] - center_freqs->data[fn]);
 133
 134     /* compute coefficents in negative slope */
 135     for (; bin < win_s - 1; bin++) {
 136       filters->data[fn][bin] +=
 137           (upper_freqs->data[fn] - fft_freqs->data[bin]) * downInc;
 138
 139       if (filters->data[fn][bin] < 0.) {
 140         filters->data[fn][bin] = 0.;
 141       }
 142
 143       if (fft_freqs->data[bin + 1] >= upper_freqs->data[fn])
 144         break;
 145     }
 146     /* nothing else to do */
 147
 148   }
 149
 150   /* destroy temporarly allocated vectors */
 151   del_fvec (lower_freqs);
 152   del_fvec (upper_freqs);
 153   del_fvec (center_freqs);
 154
 155   del_fvec (triangle_heights);
 156   del_fvec (fft_freqs);
 157
 158   return 0;
 159 }
 160
 161 uint_t
 162 aubio_filterbank_set_mel_coeffs_slaney (aubio_filterbank_t * fb,
 163     smpl_t samplerate)
 164 {
 165   uint_t retval;
 166
 167   /* Malcolm Slaney parameters */
 168   smpl_t lowestFrequency = 133.3333;
 169   smpl_t linearSpacing = 66.66666666;
 170   smpl_t logSpacing = 1.0711703;
 171
 172   uint_t linearFilters = 13;
 173   uint_t logFilters = 27;
 174   uint_t n_filters = linearFilters + logFilters;
 175
 176   uint_t fn;                    /* filter counter */
 177
 178   /* buffers to compute filter frequencies */
 179   fvec_t *freqs = new_fvec (n_filters + 2);
 180
 181   /* first step: fill all the linear filter frequencies */
 182   for (fn = 0; fn < linearFilters; fn++) {
 183     freqs->data[fn] = lowestFrequency + fn * linearSpacing;
 184   }
 185   smpl_t lastlinearCF = freqs->data[fn - 1];
 186
 187   /* second step: fill all the log filter frequencies */
 188   for (fn = 0; fn < logFilters + 2; fn++) {
 189     freqs->data[fn + linearFilters] =
 190         lastlinearCF * (POW (logSpacing, fn + 1));
 191   }
 192
 193   /* now compute the actual coefficients */
 194   retval = aubio_filterbank_set_triangle_bands (fb, freqs, samplerate);
 195
 196   /* destroy vector used to store frequency limits */
 197   del_fvec (freqs);
 198
 199   return retval;
 200 }