src/pitch/pitchyinfft.c

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   2    Copyright (C) 2003 Paul Brossier
   3
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  10    but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
  11    MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the
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  15    along with this program; if not, write to the Free Software
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  17 */
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  19 #include "aubio_priv.h"
  20 #include "fvec.h"
  21 #include "cvec.h"
  22 #include "mathutils.h"
  23 #include "spectral/fft.h"
  24 #include "pitch/pitchyinfft.h"
  25
  26 /** pitch yinfft structure */
  27 struct _aubio_pitchyinfft_t {
  28   fvec_t * win;       /**< temporal weighting window */
  29   fvec_t * winput;    /**< windowed spectrum */
  30   cvec_t * res;       /**< complex vector to compute square difference function */
  31   fvec_t * sqrmag;    /**< square difference function */
  32   fvec_t * weight;    /**< spectral weighting window (psychoacoustic model) */
  33   cvec_t * fftout;    /**< Fourier transform output */
  34   aubio_fft_t * fft;  /**< fft object to compute square difference function */
  35   fvec_t * yinfft;    /**< Yin function */
  36 };
  37
  38 static const smpl_t freqs[] = {0., 20., 25., 31.5, 40., 50., 63., 80., 100.,
  39   125., 160., 200., 250., 315., 400., 500., 630., 800., 1000., 1250.,
  40   1600., 2000., 2500., 3150., 4000., 5000., 6300., 8000., 9000., 10000.,
  41   12500., 15000., 20000.,  25100};
  42
  43 static const smpl_t weight[] = {-75.8, -70.1, -60.8, -52.1, -44.2, -37.5,
  44   -31.3, -25.6, -20.9, -16.5, -12.6, -9.6, -7.0, -4.7, -3.0, -1.8, -0.8,
  45   -0.2, -0.0, 0.5, 1.6, 3.2, 5.4, 7.8, 8.1, 5.3, -2.4, -11.1, -12.8,
  46   -12.2, -7.4, -17.8, -17.8, -17.8};
  47
  48 aubio_pitchyinfft_t * new_aubio_pitchyinfft (uint_t bufsize)
  49 {
  50   aubio_pitchyinfft_t * p = AUBIO_NEW(aubio_pitchyinfft_t);
  51   p->winput = new_fvec(bufsize,1);
  52   p->fft    = new_aubio_fft(bufsize, 1);
  53   p->fftout = new_cvec(bufsize,1);
  54   p->sqrmag = new_fvec(bufsize,1);
  55   p->res    = new_cvec(bufsize,1);
  56   p->yinfft = new_fvec(bufsize/2+1,1);
  57   p->win    = new_aubio_window(bufsize, aubio_win_hanningz);
  58   p->weight      = new_fvec(bufsize/2+1,1);
  59   {
  60     uint_t i = 0, j = 1;
  61     smpl_t freq = 0, a0 = 0, a1 = 0, f0 = 0, f1 = 0;
  62     for (i=0; i<p->weight->length; i++) {
  63       freq = (smpl_t)i/(smpl_t)bufsize*(smpl_t)44100.;
  64       while (freq > freqs[j]) {
  65         j +=1;
  66             }
  67       a0 = weight[j-1];
  68       f0 = freqs[j-1];
  69             a1 = weight[j];
  70       f1 = freqs[j];
  71       if (f0 == f1) { // just in case
  72         p->weight->data[0][i] = a0;
  73       } else if (f0 == 0) { // y = ax+b
  74         p->weight->data[0][i] = (a1-a0)/f1*freq + a0;
  75       } else {
  76         p->weight->data[0][i] = (a1-a0)/(f1-f0)*freq +
  77           (a0 - (a1 - a0)/(f1/f0 - 1.));
  78       }
  79       while (freq > freqs[j]) {
  80         j +=1;
  81       }
  82       //AUBIO_DBG("%f\n",p->weight->data[0][i]);
  83       p->weight->data[0][i] = DB2LIN(p->weight->data[0][i]);
  84       //p->weight->data[0][i] = SQRT(DB2LIN(p->weight->data[0][i]));
  85     }
  86   }
  87   return p;
  88 }
  89
  90 smpl_t aubio_pitchyinfft_detect(aubio_pitchyinfft_t * p, fvec_t * input, smpl_t tol) {
  91   uint_t tau, l = 0;
  92   uint_t halfperiod;
  93   smpl_t tmp = 0, sum = 0;
  94   cvec_t * res = (cvec_t *)p->res;
  95   fvec_t * yin = (fvec_t *)p->yinfft;
  96   for (l=0; l < input->length; l++){
  97     p->winput->data[0][l] = p->win->data[0][l] * input->data[0][l];
  98   }
  99   aubio_fft_do(p->fft,p->winput,p->fftout);
 100   for (l=0; l < p->fftout->length; l++){
 101     p->sqrmag->data[0][l] = SQR(p->fftout->norm[0][l]);
 102     p->sqrmag->data[0][l] *= p->weight->data[0][l];
 103   }
 104   for (l=1; l < p->fftout->length; l++){
 105     p->sqrmag->data[0][(p->fftout->length-1)*2-l] =
 106      SQR(p->fftout->norm[0][l]);
 107     p->sqrmag->data[0][(p->fftout->length-1)*2-l] *=
 108      p->weight->data[0][l];
 109   }
 110   for (l=0; l < p->sqrmag->length/2+1; l++) {
 111     sum += p->sqrmag->data[0][l];
 112   }
 113   sum *= 2.;
 114   aubio_fft_do(p->fft,p->sqrmag,res);
 115   yin->data[0][0] = 1.;
 116   for (tau=1; tau < yin->length; tau++) {
 117     yin->data[0][tau] = sum -
 118       res->norm[0][tau]*COS(res->phas[0][tau]);
 119     tmp += yin->data[0][tau];
 120     yin->data[0][tau] *= tau/tmp;
 121   }
 122   tau = fvec_min_elem(yin);
 123   if (yin->data[0][tau] < tol) {
 124     /* no interpolation */
 125     //return tau;
 126     /* 3 point quadratic interpolation */
 127     //return vec_quadint_min(yin,tau,1);
 128     /* additional check for (unlikely) octave doubling in higher frequencies */
 129     if (tau>35) {
 130       return vec_quadint(yin,tau,1);
 131     } else {
 132       /* should compare the minimum value of each interpolated peaks */
 133       halfperiod = FLOOR(tau/2+.5);
 134       if (yin->data[0][halfperiod] < tol)
 135         return vec_quadint(yin,halfperiod,1);
 136       else
 137         return vec_quadint(yin,tau,1);
 138     }
 139   } else
 140     return 0.;
 141 }
 142
 143 void del_aubio_pitchyinfft(aubio_pitchyinfft_t *p){
 144   del_fvec(p->win);
 145   del_aubio_fft(p->fft);
 146   del_fvec(p->yinfft);
 147   del_fvec(p->sqrmag);
 148   del_cvec(p->res);
 149   del_cvec(p->fftout);
 150   del_fvec(p->winput);
 151   del_fvec(p->weight);
 152   AUBIO_FREE(p);
 153 }