src/pitch/pitchyinfft.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 #include "aubio_priv.h"
  22 #include "fvec.h"
  23 #include "cvec.h"
  24 #include "mathutils.h"
  25 #include "spectral/fft.h"
  26 #include "pitch/pitchyinfft.h"
  27
  28 /** pitch yinfft structure */
  29 struct _aubio_pitchyinfft_t
  30 {
  31   fvec_t *win;        /**< temporal weighting window */
  32   fvec_t *winput;     /**< windowed spectrum */
  33   cvec_t *res;        /**< complex vector to compute square difference function */
  34   fvec_t *sqrmag;     /**< square difference function */
  35   fvec_t *weight;     /**< spectral weighting window (psychoacoustic model) */
  36   cvec_t *fftout;     /**< Fourier transform output */
  37   aubio_fft_t *fft;   /**< fft object to compute square difference function */
  38   fvec_t *yinfft;     /**< Yin function */
  39   smpl_t tol;         /**< Yin tolerance */
  40 };
  41
  42 static const smpl_t freqs[] = { 0., 20., 25., 31.5, 40., 50., 63., 80., 100.,
  43   125., 160., 200., 250., 315., 400., 500., 630., 800., 1000., 1250.,
  44   1600., 2000., 2500., 3150., 4000., 5000., 6300., 8000., 9000., 10000.,
  45   12500., 15000., 20000., 25100
  46 };
  47
  48 static const smpl_t weight[] = { -75.8, -70.1, -60.8, -52.1, -44.2, -37.5,
  49   -31.3, -25.6, -20.9, -16.5, -12.6, -9.6, -7.0, -4.7, -3.0, -1.8, -0.8,
  50   -0.2, -0.0, 0.5, 1.6, 3.2, 5.4, 7.8, 8.1, 5.3, -2.4, -11.1, -12.8,
  51   -12.2, -7.4, -17.8, -17.8, -17.8
  52 };
  53
  54 aubio_pitchyinfft_t *
  55 new_aubio_pitchyinfft (uint_t bufsize)
  56 {
  57   aubio_pitchyinfft_t *p = AUBIO_NEW (aubio_pitchyinfft_t);
  58   p->winput = new_fvec (bufsize);
  59   p->fft = new_aubio_fft (bufsize);
  60   p->fftout = new_cvec (bufsize);
  61   p->sqrmag = new_fvec (bufsize);
  62   p->res = new_cvec (bufsize);
  63   p->yinfft = new_fvec (bufsize / 2 + 1);
  64   p->tol = 0.85;
  65   p->win = new_aubio_window ("hanningz", bufsize);
  66   p->weight = new_fvec (bufsize / 2 + 1);
  67   uint_t i = 0, j = 1;
  68   smpl_t freq = 0, a0 = 0, a1 = 0, f0 = 0, f1 = 0;
  69   for (i = 0; i < p->weight->length; i++) {
  70     freq = (smpl_t) i / (smpl_t) bufsize *(smpl_t) 44100.;
  71     while (freq > freqs[j]) {
  72       j += 1;
  73     }
  74     a0 = weight[j - 1];
  75     f0 = freqs[j - 1];
  76     a1 = weight[j];
  77     f1 = freqs[j];
  78     if (f0 == f1) {           // just in case
  79       p->weight->data[i] = a0;
  80     } else if (f0 == 0) {     // y = ax+b
  81       p->weight->data[i] = (a1 - a0) / f1 * freq + a0;
  82     } else {
  83       p->weight->data[i] = (a1 - a0) / (f1 - f0) * freq +
  84           (a0 - (a1 - a0) / (f1 / f0 - 1.));
  85     }
  86     while (freq > freqs[j]) {
  87       j += 1;
  88     }
  89     //AUBIO_DBG("%f\n",p->weight->data[i]);
  90     p->weight->data[i] = DB2LIN (p->weight->data[i]);
  91     //p->weight->data[i] = SQRT(DB2LIN(p->weight->data[i]));
  92   }
  93   return p;
  94 }
  95
  96 void
  97 aubio_pitchyinfft_do (aubio_pitchyinfft_t * p, fvec_t * input, fvec_t * output)
  98 {
  99   uint_t tau, l;
 100   uint_t halfperiod;
 101   smpl_t tmp, sum;
 102   cvec_t *res = (cvec_t *) p->res;
 103   fvec_t *yin = (fvec_t *) p->yinfft;
 104   l = 0;
 105   tmp = 0.;
 106   sum = 0.;
 107   for (l = 0; l < input->length; l++) {
 108     p->winput->data[l] = p->win->data[l] * input->data[l];
 109   }
 110   aubio_fft_do (p->fft, p->winput, p->fftout);
 111   for (l = 0; l < p->fftout->length; l++) {
 112     p->sqrmag->data[l] = SQR (p->fftout->norm[l]);
 113     p->sqrmag->data[l] *= p->weight->data[l];
 114   }
 115   for (l = 1; l < p->fftout->length; l++) {
 116     p->sqrmag->data[(p->fftout->length - 1) * 2 - l] =
 117         SQR (p->fftout->norm[l]);
 118     p->sqrmag->data[(p->fftout->length - 1) * 2 - l] *=
 119         p->weight->data[l];
 120   }
 121   for (l = 0; l < p->sqrmag->length / 2 + 1; l++) {
 122     sum += p->sqrmag->data[l];
 123   }
 124   sum *= 2.;
 125   aubio_fft_do (p->fft, p->sqrmag, res);
 126   yin->data[0] = 1.;
 127   for (tau = 1; tau < yin->length; tau++) {
 128     yin->data[tau] = sum - res->norm[tau] * COS (res->phas[tau]);
 129     tmp += yin->data[tau];
 130     yin->data[tau] *= tau / tmp;
 131   }
 132   tau = fvec_min_elem (yin);
 133   if (yin->data[tau] < p->tol) {
 134     /* no interpolation */
 135     //return tau;
 136     /* 3 point quadratic interpolation */
 137     //return fvec_quadint_min(yin,tau,1);
 138     /* additional check for (unlikely) octave doubling in higher frequencies */
 139     if (tau > 35) {
 140       output->data[0] = fvec_quadint (yin, tau);
 141     } else {
 142       /* should compare the minimum value of each interpolated peaks */
 143       halfperiod = FLOOR (tau / 2 + .5);
 144       if (yin->data[halfperiod] < p->tol)
 145         output->data[0] = fvec_quadint (yin, halfperiod);
 146       else
 147         output->data[0] = fvec_quadint (yin, tau);
 148     }
 149   } else {
 150     output->data[0] = 0.;
 151   }
 152 }
 153
 154 void
 155 del_aubio_pitchyinfft (aubio_pitchyinfft_t * p)
 156 {
 157   del_fvec (p->win);
 158   del_aubio_fft (p->fft);
 159   del_fvec (p->yinfft);
 160   del_fvec (p->sqrmag);
 161   del_cvec (p->res);
 162   del_cvec (p->fftout);
 163   del_fvec (p->winput);
 164   del_fvec (p->weight);
 165   AUBIO_FREE (p);
 166 }
 167
 168 uint_t
 169 aubio_pitchyinfft_set_tolerance (aubio_pitchyinfft_t * p, smpl_t tol)
 170 {
 171   p->tol = tol;
 172   return 0;
 173 }
 174
 175 smpl_t
 176 aubio_pitchyinfft_get_tolerance (aubio_pitchyinfft_t * p)
 177 {
 178   return p->tol;
 179 }