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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  13
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  17 */
  18
  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   smpl_t tol;         /**< Yin tolerance */
  37 };
  38
  39 static const smpl_t freqs[] = {0., 20., 25., 31.5, 40., 50., 63., 80., 100.,
  40   125., 160., 200., 250., 315., 400., 500., 630., 800., 1000., 1250.,
  41   1600., 2000., 2500., 3150., 4000., 5000., 6300., 8000., 9000., 10000.,
  42   12500., 15000., 20000.,  25100};
  43
  44 static const smpl_t weight[] = {-75.8, -70.1, -60.8, -52.1, -44.2, -37.5,
  45   -31.3, -25.6, -20.9, -16.5, -12.6, -9.6, -7.0, -4.7, -3.0, -1.8, -0.8,
  46   -0.2, -0.0, 0.5, 1.6, 3.2, 5.4, 7.8, 8.1, 5.3, -2.4, -11.1, -12.8,
  47   -12.2, -7.4, -17.8, -17.8, -17.8};
  48
  49 aubio_pitchyinfft_t * new_aubio_pitchyinfft (uint_t bufsize)
  50 {
  51   aubio_pitchyinfft_t * p = AUBIO_NEW(aubio_pitchyinfft_t);
  52   p->winput = new_fvec(bufsize,1);
  53   p->fft    = new_aubio_fft(bufsize, 1);
  54   p->fftout = new_cvec(bufsize,1);
  55   p->sqrmag = new_fvec(bufsize,1);
  56   p->res    = new_cvec(bufsize,1);
  57   p->yinfft = new_fvec(bufsize/2+1,1);
  58   p->tol    = 0.85;
  59   p->win    = new_aubio_window("hanningz", bufsize);
  60   p->weight      = new_fvec(bufsize/2+1,1);
  61   {
  62     uint_t i = 0, j = 1;
  63     smpl_t freq = 0, a0 = 0, a1 = 0, f0 = 0, f1 = 0;
  64     for (i=0; i<p->weight->length; i++) {
  65       freq = (smpl_t)i/(smpl_t)bufsize*(smpl_t)44100.;
  66       while (freq > freqs[j]) {
  67         j +=1;
  68             }
  69       a0 = weight[j-1];
  70       f0 = freqs[j-1];
  71             a1 = weight[j];
  72       f1 = freqs[j];
  73       if (f0 == f1) { // just in case
  74         p->weight->data[0][i] = a0;
  75       } else if (f0 == 0) { // y = ax+b
  76         p->weight->data[0][i] = (a1-a0)/f1*freq + a0;
  77       } else {
  78         p->weight->data[0][i] = (a1-a0)/(f1-f0)*freq +
  79           (a0 - (a1 - a0)/(f1/f0 - 1.));
  80       }
  81       while (freq > freqs[j]) {
  82         j +=1;
  83       }
  84       //AUBIO_DBG("%f\n",p->weight->data[0][i]);
  85       p->weight->data[0][i] = DB2LIN(p->weight->data[0][i]);
  86       //p->weight->data[0][i] = SQRT(DB2LIN(p->weight->data[0][i]));
  87     }
  88   }
  89   return p;
  90 }
  91
  92 void aubio_pitchyinfft_do (aubio_pitchyinfft_t * p, fvec_t * input, fvec_t * output) {
  93   uint_t i, tau, l;
  94   uint_t halfperiod;
  95   smpl_t tmp, sum;
  96   cvec_t * res = (cvec_t *)p->res;
  97   fvec_t * yin = (fvec_t *)p->yinfft;
  98   for (i=0; i < input->channels; i++){
  99   l = 0; tmp = 0.; sum = 0.;
 100   for (l=0; l < input->length; l++){
 101     p->winput->data[0][l] = p->win->data[0][l] * input->data[i][l];
 102   }
 103   aubio_fft_do(p->fft,p->winput,p->fftout);
 104   for (l=0; l < p->fftout->length; l++){
 105     p->sqrmag->data[0][l] = SQR(p->fftout->norm[0][l]);
 106     p->sqrmag->data[0][l] *= p->weight->data[0][l];
 107   }
 108   for (l=1; l < p->fftout->length; l++){
 109     p->sqrmag->data[0][(p->fftout->length-1)*2-l] =
 110      SQR(p->fftout->norm[0][l]);
 111     p->sqrmag->data[0][(p->fftout->length-1)*2-l] *=
 112      p->weight->data[0][l];
 113   }
 114   for (l=0; l < p->sqrmag->length/2+1; l++) {
 115     sum += p->sqrmag->data[0][l];
 116   }
 117   sum *= 2.;
 118   aubio_fft_do(p->fft,p->sqrmag,res);
 119   yin->data[0][0] = 1.;
 120   for (tau=1; tau < yin->length; tau++) {
 121     yin->data[0][tau] = sum -
 122       res->norm[0][tau]*COS(res->phas[0][tau]);
 123     tmp += yin->data[0][tau];
 124     yin->data[0][tau] *= tau/tmp;
 125   }
 126   tau = fvec_min_elem(yin);
 127   if (yin->data[0][tau] < p->tol) {
 128     /* no interpolation */
 129     //return tau;
 130     /* 3 point quadratic interpolation */
 131     //return fvec_quadint_min(yin,tau,1);
 132     /* additional check for (unlikely) octave doubling in higher frequencies */
 133     if (tau>35) {
 134       output->data[i][0] = fvec_quadint(yin,tau,i);
 135     } else {
 136       /* should compare the minimum value of each interpolated peaks */
 137       halfperiod = FLOOR(tau/2+.5);
 138       if (yin->data[0][halfperiod] < p->tol)
 139         output->data[i][0] = fvec_quadint(yin,halfperiod,i);
 140       else
 141         output->data[i][0] = fvec_quadint(yin,tau,i);
 142     }
 143   } else {
 144     output->data[i][0] = 0.;
 145   }
 146   }
 147 }
 148
 149 void del_aubio_pitchyinfft(aubio_pitchyinfft_t *p){
 150   del_fvec(p->win);
 151   del_aubio_fft(p->fft);
 152   del_fvec(p->yinfft);
 153   del_fvec(p->sqrmag);
 154   del_cvec(p->res);
 155   del_cvec(p->fftout);
 156   del_fvec(p->winput);
 157   del_fvec(p->weight);
 158   AUBIO_FREE(p);
 159 }
 160
 161 uint_t aubio_pitchyinfft_set_tolerance (aubio_pitchyinfft_t * p, smpl_t tol) {
 162   p->tol = tol;
 163   return 0;
 164 }
 165
 166 smpl_t aubio_pitchyinfft_get_tolerance (aubio_pitchyinfft_t * p) {
 167   return p->tol;
 168 }