src/pitch/pitchyin.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 /* This algorithm was developed by A. de Cheveigné and H. Kawahara and
  22  * published in:
  23  *
  24  * de Cheveigné, A., Kawahara, H. (2002) "YIN, a fundamental frequency
  25  * estimator for speech and music", J. Acoust. Soc. Am. 111, 1917-1930.
  26  *
  27  * see http://recherche.ircam.fr/equipes/pcm/pub/people/cheveign.html
  28  */
  29
  30 #include "aubio_priv.h"
  31 #include "fvec.h"
  32 #include "mathutils.h"
  33 #include "pitch/pitchyin.h"
  34
  35 struct _aubio_pitchyin_t
  36 {
  37   fvec_t *yin;
  38   smpl_t tol;
  39   uint_t peak_pos;
  40 };
  41
  42 /** compute difference function
  43
  44   \param input input signal
  45   \param yinbuf output buffer to store difference function (half shorter than input)
  46
  47 */
  48 void aubio_pitchyin_diff (fvec_t * input, fvec_t * yinbuf);
  49
  50 /** in place computation of the YIN cumulative normalised function
  51
  52   \param yinbuf input signal (a square difference function), also used to store function
  53
  54 */
  55 void aubio_pitchyin_getcum (fvec_t * yinbuf);
  56
  57 /** detect pitch in a YIN function
  58
  59   \param yinbuf input buffer as computed by aubio_pitchyin_getcum
  60
  61 */
  62 uint_t aubio_pitchyin_getpitch (const fvec_t * yinbuf);
  63
  64 aubio_pitchyin_t *
  65 new_aubio_pitchyin (uint_t bufsize)
  66 {
  67   aubio_pitchyin_t *o = AUBIO_NEW (aubio_pitchyin_t);
  68   o->yin = new_fvec (bufsize / 2);
  69   o->tol = 0.15;
  70   o->peak_pos = 0;
  71   return o;
  72 }
  73
  74 void
  75 del_aubio_pitchyin (aubio_pitchyin_t * o)
  76 {
  77   del_fvec (o->yin);
  78   AUBIO_FREE (o);
  79 }
  80
  81 /* outputs the difference function */
  82 void
  83 aubio_pitchyin_diff (fvec_t * input, fvec_t * yin)
  84 {
  85   uint_t j, tau;
  86   smpl_t tmp;
  87   for (tau = 0; tau < yin->length; tau++) {
  88     yin->data[tau] = 0.;
  89   }
  90   for (tau = 1; tau < yin->length; tau++) {
  91     for (j = 0; j < yin->length; j++) {
  92       tmp = input->data[j] - input->data[j + tau];
  93       yin->data[tau] += SQR (tmp);
  94     }
  95   }
  96 }
  97
  98 /* cumulative mean normalized difference function */
  99 void
 100 aubio_pitchyin_getcum (fvec_t * yin)
 101 {
 102   uint_t tau;
 103   smpl_t tmp = 0.;
 104   yin->data[0] = 1.;
 105   //AUBIO_DBG("%f\t",yin->data[0]);
 106   for (tau = 1; tau < yin->length; tau++) {
 107     tmp += yin->data[tau];
 108     yin->data[tau] *= tau / tmp;
 109     //AUBIO_DBG("%f\t",yin->data[tau]);
 110   }
 111   //AUBIO_DBG("\n");
 112 }
 113
 114 uint_t
 115 aubio_pitchyin_getpitch (const fvec_t * yin)
 116 {
 117   uint_t tau = 1;
 118   do {
 119     if (yin->data[tau] < 0.1) {
 120       while (yin->data[tau + 1] < yin->data[tau]) {
 121         tau++;
 122       }
 123       return tau;
 124     }
 125     tau++;
 126   } while (tau < yin->length);
 127   //AUBIO_DBG("No pitch found");
 128   return 0;
 129 }
 130
 131 /* all the above in one */
 132 void
 133 aubio_pitchyin_do (aubio_pitchyin_t * o, const fvec_t * input, fvec_t * out)
 134 {
 135   const smpl_t tol = o->tol;
 136   fvec_t* yin = o->yin;
 137   const smpl_t *input_data = input->data;
 138   const uint_t length = yin->length;
 139   smpl_t *yin_data = yin->data;
 140   uint_t j, tau;
 141   sint_t period;
 142   smpl_t tmp, tmp2 = 0.;
 143
 144   yin_data[0] = 1.;
 145   for (tau = 1; tau < length; tau++) {
 146     yin_data[tau] = 0.;
 147     for (j = 0; j < length; j++) {
 148       tmp = input_data[j] - input_data[j + tau];
 149       yin_data[tau] += SQR (tmp);
 150     }
 151     tmp2 += yin_data[tau];
 152     if (tmp2 != 0) {
 153       yin->data[tau] *= tau / tmp2;
 154     } else {
 155       yin->data[tau] = 1.;
 156     }
 157     period = tau - 3;
 158     if (tau > 4 && (yin_data[period] < tol) &&
 159         (yin_data[period] < yin_data[period + 1])) {
 160       o->peak_pos = (uint_t)period;
 161       out->data[0] = fvec_quadratic_peak_pos (yin, o->peak_pos);
 162       return;
 163     }
 164   }
 165   o->peak_pos = (uint_t)fvec_min_elem (yin);
 166   out->data[0] = fvec_quadratic_peak_pos (yin, o->peak_pos);
 167 }
 168
 169 smpl_t
 170 aubio_pitchyin_get_confidence (aubio_pitchyin_t * o) {
 171   return 1. - o->yin->data[o->peak_pos];
 172 }
 173
 174 uint_t
 175 aubio_pitchyin_set_tolerance (aubio_pitchyin_t * o, smpl_t tol)
 176 {
 177   o->tol = tol;
 178   return 0;
 179 }
 180
 181 smpl_t
 182 aubio_pitchyin_get_tolerance (aubio_pitchyin_t * o)
 183 {
 184   return o->tol;
 185 }