src/pitch/pitch.c

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   3
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  18
  19 */
  20
  21 #include "aubio_priv.h"
  22 #include "fvec.h"
  23 #include "cvec.h"
  24 #include "lvec.h"
  25 #include "mathutils.h"
  26 #include "musicutils.h"
  27 #include "spectral/phasevoc.h"
  28 #include "temporal/filter.h"
  29 #include "temporal/c_weighting.h"
  30 #include "pitch/pitchmcomb.h"
  31 #include "pitch/pitchyin.h"
  32 #include "pitch/pitchfcomb.h"
  33 #include "pitch/pitchschmitt.h"
  34 #include "pitch/pitchyinfft.h"
  35 #include "pitch/pitchspecacf.h"
  36 #include "pitch/pitch.h"
  37
  38 #define DEFAULT_PITCH_SILENCE -50.
  39
  40 /** pitch detection algorithms */
  41 typedef enum
  42 {
  43   aubio_pitcht_yin,        /**< `yin`, YIN algorithm */
  44   aubio_pitcht_mcomb,      /**< `mcomb`, Multi-comb filter */
  45   aubio_pitcht_schmitt,    /**< `schmitt`, Schmitt trigger */
  46   aubio_pitcht_fcomb,      /**< `fcomb`, Fast comb filter */
  47   aubio_pitcht_yinfft,     /**< `yinfft`, Spectral YIN */
  48   aubio_pitcht_specacf,    /**< `specacf`, Spectral autocorrelation */
  49   aubio_pitcht_default
  50     = aubio_pitcht_yinfft, /**< `default` */
  51 } aubio_pitch_type;
  52
  53 /** pitch detection output modes */
  54 typedef enum
  55 {
  56   aubio_pitchm_freq,   /**< Frequency (Hz) */
  57   aubio_pitchm_midi,   /**< MIDI note (0.,127) */
  58   aubio_pitchm_cent,   /**< Cent */
  59   aubio_pitchm_bin,    /**< Frequency bin (0,bufsize) */
  60   aubio_pitchm_default = aubio_pitchm_freq, /**< the one used when "default" is asked */
  61 } aubio_pitch_mode;
  62
  63 /** callback to get pitch candidate, defined below */
  64 typedef void (*aubio_pitch_detect_t) (aubio_pitch_t * p, fvec_t * ibuf, fvec_t * obuf);
  65
  66 /** callback to convert pitch from one unit to another, defined below */
  67 typedef smpl_t(*aubio_pitch_convert_t) (smpl_t value, uint_t samplerate, uint_t bufsize);
  68
  69 /** callback to fetch the confidence of the algorithm */
  70 typedef smpl_t (*aubio_pitch_get_conf_t) (void * p);
  71
  72 /** generic pitch detection structure */
  73 struct _aubio_pitch_t
  74 {
  75   aubio_pitch_type type;          /**< pitch detection mode */
  76   aubio_pitch_mode mode;          /**< pitch detection output mode */
  77   uint_t samplerate;              /**< samplerate */
  78   uint_t bufsize;                 /**< buffer size */
  79   void *p_object;                 /**< pointer to pitch object */
  80   aubio_filter_t *filter;         /**< filter */
  81   aubio_pvoc_t *pv;               /**< phase vocoder for mcomb */
  82   cvec_t *fftgrain;               /**< spectral frame for mcomb */
  83   fvec_t *buf;                    /**< temporary buffer for yin */
  84   aubio_pitch_detect_t detect_cb; /**< callback to get the pitch candidates */
  85   aubio_pitch_convert_t conv_cb;  /**< callback to convert it to the desired unit */
  86   aubio_pitch_get_conf_t conf_cb; /**< pointer to the current confidence callback */
  87   smpl_t silence;                 /**< silence threshold */
  88 };
  89
  90 /* callback functions for pitch detection */
  91 static void aubio_pitch_do_mcomb (aubio_pitch_t * p, fvec_t * ibuf, fvec_t * obuf);
  92 static void aubio_pitch_do_yin (aubio_pitch_t * p, fvec_t * ibuf, fvec_t * obuf);
  93 static void aubio_pitch_do_schmitt (aubio_pitch_t * p, fvec_t * ibuf, fvec_t * obuf);
  94 static void aubio_pitch_do_fcomb (aubio_pitch_t * p, fvec_t * ibuf, fvec_t * obuf);
  95 static void aubio_pitch_do_yinfft (aubio_pitch_t * p, fvec_t * ibuf, fvec_t * obuf);
  96 static void aubio_pitch_do_specacf (aubio_pitch_t * p, fvec_t * ibuf, fvec_t * obuf);
  97
  98 /* conversion functions for frequency conversions */
  99 smpl_t freqconvbin (smpl_t f, uint_t samplerate, uint_t bufsize);
 100 smpl_t freqconvmidi (smpl_t f, uint_t samplerate, uint_t bufsize);
 101 smpl_t freqconvpass (smpl_t f, uint_t samplerate, uint_t bufsize);
 102
 103 /* adapter to stack ibuf new samples at the end of buf, and trim `buf` to `bufsize` */
 104 void aubio_pitch_slideblock (aubio_pitch_t * p, fvec_t * ibuf);
 105
 106
 107 aubio_pitch_t *
 108 new_aubio_pitch (char_t * pitch_mode,
 109     uint_t bufsize, uint_t hopsize, uint_t samplerate)
 110 {
 111   aubio_pitch_t *p = AUBIO_NEW (aubio_pitch_t);
 112   aubio_pitch_type pitch_type;
 113   if (strcmp (pitch_mode, "mcomb") == 0)
 114     pitch_type = aubio_pitcht_mcomb;
 115   else if (strcmp (pitch_mode, "yinfft") == 0)
 116     pitch_type = aubio_pitcht_yinfft;
 117   else if (strcmp (pitch_mode, "yin") == 0)
 118     pitch_type = aubio_pitcht_yin;
 119   else if (strcmp (pitch_mode, "schmitt") == 0)
 120     pitch_type = aubio_pitcht_schmitt;
 121   else if (strcmp (pitch_mode, "fcomb") == 0)
 122     pitch_type = aubio_pitcht_fcomb;
 123   else if (strcmp (pitch_mode, "specacf") == 0)
 124     pitch_type = aubio_pitcht_specacf;
 125   else if (strcmp (pitch_mode, "default") == 0)
 126     pitch_type = aubio_pitcht_default;
 127   else {
 128     AUBIO_ERR ("unknown pitch detection method %s, using default.\n",
 129         pitch_mode);
 130     pitch_type = aubio_pitcht_default;
 131   }
 132   p->samplerate = samplerate;
 133   p->type = pitch_type;
 134   aubio_pitch_set_unit (p, "default");
 135   p->bufsize = bufsize;
 136   p->silence = DEFAULT_PITCH_SILENCE;
 137   p->conf_cb = NULL;
 138   switch (p->type) {
 139     case aubio_pitcht_yin:
 140       p->buf = new_fvec (bufsize);
 141       p->p_object = new_aubio_pitchyin (bufsize);
 142       p->detect_cb = aubio_pitch_do_yin;
 143       p->conf_cb = (aubio_pitch_get_conf_t)aubio_pitchyin_get_confidence;
 144       aubio_pitchyin_set_tolerance (p->p_object, 0.15);
 145       break;
 146     case aubio_pitcht_mcomb:
 147       p->pv = new_aubio_pvoc (bufsize, hopsize);
 148       p->fftgrain = new_cvec (bufsize);
 149       p->p_object = new_aubio_pitchmcomb (bufsize, hopsize);
 150       p->filter = new_aubio_filter_c_weighting (samplerate);
 151       p->detect_cb = aubio_pitch_do_mcomb;
 152       break;
 153     case aubio_pitcht_fcomb:
 154       p->buf = new_fvec (bufsize);
 155       p->p_object = new_aubio_pitchfcomb (bufsize, hopsize);
 156       p->detect_cb = aubio_pitch_do_fcomb;
 157       break;
 158     case aubio_pitcht_schmitt:
 159       p->buf = new_fvec (bufsize);
 160       p->p_object = new_aubio_pitchschmitt (bufsize);
 161       p->detect_cb = aubio_pitch_do_schmitt;
 162       break;
 163     case aubio_pitcht_yinfft:
 164       p->buf = new_fvec (bufsize);
 165       p->p_object = new_aubio_pitchyinfft (samplerate, bufsize);
 166       p->detect_cb = aubio_pitch_do_yinfft;
 167       p->conf_cb = (aubio_pitch_get_conf_t)aubio_pitchyinfft_get_confidence;
 168       aubio_pitchyinfft_set_tolerance (p->p_object, 0.85);
 169       break;
 170     case aubio_pitcht_specacf:
 171       p->buf = new_fvec (bufsize);
 172       p->p_object = new_aubio_pitchspecacf (bufsize);
 173       p->detect_cb = aubio_pitch_do_specacf;
 174       p->conf_cb = (aubio_pitch_get_conf_t)aubio_pitchspecacf_get_tolerance;
 175       aubio_pitchspecacf_set_tolerance (p->p_object, 0.85);
 176       break;
 177     default:
 178       break;
 179   }
 180   return p;
 181 }
 182
 183 void
 184 del_aubio_pitch (aubio_pitch_t * p)
 185 {
 186   switch (p->type) {
 187     case aubio_pitcht_yin:
 188       del_fvec (p->buf);
 189       del_aubio_pitchyin (p->p_object);
 190       break;
 191     case aubio_pitcht_mcomb:
 192       del_aubio_pvoc (p->pv);
 193       del_cvec (p->fftgrain);
 194       del_aubio_filter (p->filter);
 195       del_aubio_pitchmcomb (p->p_object);
 196       break;
 197     case aubio_pitcht_schmitt:
 198       del_fvec (p->buf);
 199       del_aubio_pitchschmitt (p->p_object);
 200       break;
 201     case aubio_pitcht_fcomb:
 202       del_fvec (p->buf);
 203       del_aubio_pitchfcomb (p->p_object);
 204       break;
 205     case aubio_pitcht_yinfft:
 206       del_fvec (p->buf);
 207       del_aubio_pitchyinfft (p->p_object);
 208       break;
 209     case aubio_pitcht_specacf:
 210       del_fvec (p->buf);
 211       del_aubio_pitchspecacf (p->p_object);
 212       break;
 213     default:
 214       break;
 215   }
 216   AUBIO_FREE (p);
 217 }
 218
 219 void
 220 aubio_pitch_slideblock (aubio_pitch_t * p, fvec_t * ibuf)
 221 {
 222   uint_t j = 0, overlap_size = 0;
 223   overlap_size = p->buf->length - ibuf->length;
 224   for (j = 0; j < overlap_size; j++) {
 225     p->buf->data[j] = p->buf->data[j + ibuf->length];
 226   }
 227   for (j = 0; j < ibuf->length; j++) {
 228     p->buf->data[j + overlap_size] = ibuf->data[j];
 229   }
 230 }
 231
 232 uint_t
 233 aubio_pitch_set_unit (aubio_pitch_t * p, char_t * pitch_unit)
 234 {
 235   uint_t err = AUBIO_OK;
 236   aubio_pitch_mode pitch_mode;
 237   if (strcmp (pitch_unit, "freq") == 0)
 238     pitch_mode = aubio_pitchm_freq;
 239   else if (strcmp (pitch_unit, "hertz") == 0)
 240     pitch_mode = aubio_pitchm_freq;
 241   else if (strcmp (pitch_unit, "Hz") == 0)
 242     pitch_mode = aubio_pitchm_freq;
 243   else if (strcmp (pitch_unit, "f0") == 0)
 244     pitch_mode = aubio_pitchm_freq;
 245   else if (strcmp (pitch_unit, "midi") == 0)
 246     pitch_mode = aubio_pitchm_midi;
 247   else if (strcmp (pitch_unit, "cent") == 0)
 248     pitch_mode = aubio_pitchm_cent;
 249   else if (strcmp (pitch_unit, "bin") == 0)
 250     pitch_mode = aubio_pitchm_bin;
 251   else if (strcmp (pitch_unit, "default") == 0)
 252     pitch_mode = aubio_pitchm_default;
 253   else {
 254     AUBIO_ERR ("unknown pitch detection unit %s, using default\n", pitch_unit);
 255     pitch_mode = aubio_pitchm_default;
 256     err = AUBIO_FAIL;
 257   }
 258   p->mode = pitch_mode;
 259   switch (p->mode) {
 260     case aubio_pitchm_freq:
 261       p->conv_cb = freqconvpass;
 262       break;
 263     case aubio_pitchm_midi:
 264       p->conv_cb = freqconvmidi;
 265       break;
 266     case aubio_pitchm_cent:
 267       /* bug: not implemented */
 268       p->conv_cb = freqconvmidi;
 269       break;
 270     case aubio_pitchm_bin:
 271       p->conv_cb = freqconvbin;
 272       break;
 273     default:
 274       break;
 275   }
 276   return err;
 277 }
 278
 279 uint_t
 280 aubio_pitch_set_tolerance (aubio_pitch_t * p, smpl_t tol)
 281 {
 282   switch (p->type) {
 283     case aubio_pitcht_yin:
 284       aubio_pitchyin_set_tolerance (p->p_object, tol);
 285       break;
 286     case aubio_pitcht_yinfft:
 287       aubio_pitchyinfft_set_tolerance (p->p_object, tol);
 288       break;
 289     default:
 290       break;
 291   }
 292   return AUBIO_OK;
 293 }
 294
 295 uint_t
 296 aubio_pitch_set_silence (aubio_pitch_t * p, smpl_t silence)
 297 {
 298   if (silence < 0 && silence > -200) {
 299     p->silence = silence;
 300     return AUBIO_OK;
 301   } else {
 302     AUBIO_ERR("pitch: could do set silence to %.2f", silence);
 303     return AUBIO_FAIL;
 304   }
 305 }
 306
 307 smpl_t
 308 aubio_pitch_get_silence (aubio_pitch_t * p)
 309 {
 310   return p->silence;
 311 }
 312
 313
 314 /* do method, calling the detection callback, then the conversion callback */
 315 void
 316 aubio_pitch_do (aubio_pitch_t * p, fvec_t * ibuf, fvec_t * obuf)
 317 {
 318   p->detect_cb (p, ibuf, obuf);
 319   if (aubio_silence_detection(ibuf, p->silence) == 1) {
 320     obuf->data[0] = 0.;
 321   }
 322   obuf->data[0] = p->conv_cb (obuf->data[0], p->samplerate, p->bufsize);
 323 }
 324
 325 /* do method for each algorithm */
 326 void
 327 aubio_pitch_do_mcomb (aubio_pitch_t * p, fvec_t * ibuf, fvec_t * obuf)
 328 {
 329   aubio_filter_do (p->filter, ibuf);
 330   aubio_pvoc_do (p->pv, ibuf, p->fftgrain);
 331   aubio_pitchmcomb_do (p->p_object, p->fftgrain, obuf);
 332   obuf->data[0] = aubio_bintofreq (obuf->data[0], p->samplerate, p->bufsize);
 333 }
 334
 335 void
 336 aubio_pitch_do_yin (aubio_pitch_t * p, fvec_t * ibuf, fvec_t * obuf)
 337 {
 338   smpl_t pitch = 0.;
 339   aubio_pitch_slideblock (p, ibuf);
 340   aubio_pitchyin_do (p->p_object, p->buf, obuf);
 341   pitch = obuf->data[0];
 342   if (pitch > 0) {
 343     pitch = p->samplerate / (pitch + 0.);
 344   } else {
 345     pitch = 0.;
 346   }
 347   obuf->data[0] = pitch;
 348 }
 349
 350
 351 void
 352 aubio_pitch_do_yinfft (aubio_pitch_t * p, fvec_t * ibuf, fvec_t * obuf)
 353 {
 354   smpl_t pitch = 0.;
 355   aubio_pitch_slideblock (p, ibuf);
 356   aubio_pitchyinfft_do (p->p_object, p->buf, obuf);
 357   pitch = obuf->data[0];
 358   if (pitch > 0) {
 359     pitch = p->samplerate / (pitch + 0.);
 360   } else {
 361     pitch = 0.;
 362   }
 363   obuf->data[0] = pitch;
 364 }
 365
 366 void
 367 aubio_pitch_do_specacf (aubio_pitch_t * p, fvec_t * ibuf, fvec_t * out)
 368 {
 369   aubio_pitch_slideblock (p, ibuf);
 370   aubio_pitchspecacf_do (p->p_object, p->buf, out);
 371   //out->data[0] = aubio_bintofreq (out->data[0], p->samplerate, p->bufsize);
 372   smpl_t pitch = 0., period = out->data[0];
 373   if (period > 0) {
 374     pitch = p->samplerate / period;
 375   } else {
 376     pitch = 0.;
 377   }
 378   out->data[0] = pitch;
 379 }
 380
 381 void
 382 aubio_pitch_do_fcomb (aubio_pitch_t * p, fvec_t * ibuf, fvec_t * out)
 383 {
 384   aubio_pitch_slideblock (p, ibuf);
 385   aubio_pitchfcomb_do (p->p_object, p->buf, out);
 386   out->data[0] = aubio_bintofreq (out->data[0], p->samplerate, p->bufsize);
 387 }
 388
 389 void
 390 aubio_pitch_do_schmitt (aubio_pitch_t * p, fvec_t * ibuf, fvec_t * out)
 391 {
 392   smpl_t period, pitch = 0.;
 393   aubio_pitch_slideblock (p, ibuf);
 394   aubio_pitchschmitt_do (p->p_object, p->buf, out);
 395   period = out->data[0];
 396   if (period > 0) {
 397     pitch = p->samplerate / period;
 398   } else {
 399     pitch = 0.;
 400   }
 401   out->data[0] = pitch;
 402 }
 403
 404 /* conversion callbacks */
 405 smpl_t
 406 freqconvbin(smpl_t f, uint_t samplerate, uint_t bufsize)
 407 {
 408   return aubio_freqtobin(f, samplerate, bufsize);
 409 }
 410
 411 smpl_t
 412 freqconvmidi (smpl_t f, uint_t samplerate UNUSED, uint_t bufsize UNUSED)
 413 {
 414   return aubio_freqtomidi (f);
 415 }
 416
 417 smpl_t
 418 freqconvpass (smpl_t f, uint_t samplerate UNUSED, uint_t bufsize UNUSED)
 419 {
 420   return f;
 421 }
 422
 423 /* confidence callbacks */
 424 smpl_t
 425 aubio_pitch_get_confidence (aubio_pitch_t * p)
 426 {
 427   if (p->conf_cb) {
 428     return p->conf_cb(p->p_object);
 429   }
 430   return 0.;
 431 }