src/pitch/pitchyinfft.c

   1 /*
   2   Copyright (C) 2003-2013 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   fvec_t *sqrmag;     /**< square difference function */
  34   fvec_t *weight;     /**< spectral weighting window (psychoacoustic model) */
  35   fvec_t *fftout;     /**< Fourier transform output */
  36   aubio_fft_t *fft;   /**< fft object to compute square difference function */
  37   fvec_t *yinfft;     /**< Yin function */
  38   smpl_t tol;         /**< Yin tolerance */
  39   smpl_t confidence;  /**< confidence */
  40   uint_t short_period; /** shortest period under which to check for octave error */
  41 };
  42
  43 static const smpl_t freqs[] = { 0., 20., 25., 31.5, 40., 50., 63., 80., 100.,
  44   125., 160., 200., 250., 315., 400., 500., 630., 800., 1000., 1250.,
  45   1600., 2000., 2500., 3150., 4000., 5000., 6300., 8000., 9000., 10000.,
  46   12500., 15000., 20000., 25100
  47 };
  48
  49 static const smpl_t weight[] = { -75.8, -70.1, -60.8, -52.1, -44.2, -37.5,
  50   -31.3, -25.6, -20.9, -16.5, -12.6, -9.6, -7.0, -4.7, -3.0, -1.8, -0.8,
  51   -0.2, -0.0, 0.5, 1.6, 3.2, 5.4, 7.8, 8.1, 5.3, -2.4, -11.1, -12.8,
  52   -12.2, -7.4, -17.8, -17.8, -17.8
  53 };
  54
  55 aubio_pitchyinfft_t *
  56 new_aubio_pitchyinfft (uint_t samplerate, uint_t bufsize)
  57 {
  58   aubio_pitchyinfft_t *p = AUBIO_NEW (aubio_pitchyinfft_t);
  59   p->winput = new_fvec (bufsize);
  60   p->fft = new_aubio_fft (bufsize);
  61   p->fftout = new_fvec (bufsize);
  62   p->sqrmag = new_fvec (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) samplerate;
  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   // check for octave errors above 1300 Hz
  94   p->short_period = (uint_t)ROUND(samplerate / 1300.);
  95   return p;
  96 }
  97
  98 void
  99 aubio_pitchyinfft_do (aubio_pitchyinfft_t * p, fvec_t * input, fvec_t * output)
 100 {
 101   uint_t tau, l;
 102   uint_t length = p->fftout->length;
 103   uint_t halfperiod;
 104   fvec_t *fftout = p->fftout;
 105   fvec_t *yin = p->yinfft;
 106   smpl_t tmp = 0., sum = 0.;
 107   // window the input
 108   for (l = 0; l < input->length; l++) {
 109     p->winput->data[l] = p->win->data[l] * input->data[l];
 110   }
 111   // get the real / imag parts of its fft
 112   aubio_fft_do_complex (p->fft, p->winput, fftout);
 113   // get the squared magnitude spectrum, applying some weight
 114   p->sqrmag->data[0] = SQR(fftout->data[0]);
 115   p->sqrmag->data[0] *= p->weight->data[0];
 116   for (l = 1; l < length / 2; l++) {
 117     p->sqrmag->data[l] = SQR(fftout->data[l]) + SQR(fftout->data[length - l]);
 118     p->sqrmag->data[l] *= p->weight->data[l];
 119     p->sqrmag->data[length - l] = p->sqrmag->data[l];
 120   }
 121   p->sqrmag->data[length / 2] = SQR(fftout->data[length / 2]);
 122   p->sqrmag->data[length / 2] *= p->weight->data[length / 2];
 123   // get sum of weighted squared mags
 124   for (l = 0; l < length / 2 + 1; l++) {
 125     sum += p->sqrmag->data[l];
 126   }
 127   sum *= 2.;
 128   // get the real / imag parts of the fft of the squared magnitude
 129   aubio_fft_do_complex (p->fft, p->sqrmag, fftout);
 130   yin->data[0] = 1.;
 131   for (tau = 1; tau < yin->length; tau++) {
 132     // compute the square differences
 133     yin->data[tau] = sum - fftout->data[tau];
 134     // and the cumulative mean normalized difference function
 135     tmp += yin->data[tau];
 136     yin->data[tau] *= tau / tmp;
 137   }
 138   // find best candidates
 139   tau = fvec_min_elem (yin);
 140   if (yin->data[tau] < p->tol) {
 141     // no interpolation, directly return the period as an integer
 142     //output->data[0] = tau;
 143     //return;
 144
 145     // 3 point quadratic interpolation
 146     //return fvec_quadratic_peak_pos (yin,tau,1);
 147     /* additional check for (unlikely) octave doubling in higher frequencies */
 148     if (tau > p->short_period) {
 149       output->data[0] = fvec_quadratic_peak_pos (yin, tau);
 150     } else {
 151       /* should compare the minimum value of each interpolated peaks */
 152       halfperiod = FLOOR (tau / 2 + .5);
 153       if (yin->data[halfperiod] < p->tol)
 154         output->data[0] = fvec_quadratic_peak_pos (yin, halfperiod);
 155       else
 156         output->data[0] = fvec_quadratic_peak_pos (yin, tau);
 157     }
 158   } else {
 159     output->data[0] = 0.;
 160   }
 161 }
 162
 163 void
 164 del_aubio_pitchyinfft (aubio_pitchyinfft_t * p)
 165 {
 166   del_fvec (p->win);
 167   del_aubio_fft (p->fft);
 168   del_fvec (p->yinfft);
 169   del_fvec (p->sqrmag);
 170   del_fvec (p->fftout);
 171   del_fvec (p->winput);
 172   del_fvec (p->weight);
 173   AUBIO_FREE (p);
 174 }
 175
 176 smpl_t
 177 aubio_pitchyinfft_get_confidence (aubio_pitchyinfft_t * o) {
 178   o->confidence = 1. - fvec_min (o->yinfft);
 179   return o->confidence;
 180 }
 181
 182 uint_t
 183 aubio_pitchyinfft_set_tolerance (aubio_pitchyinfft_t * p, smpl_t tol)
 184 {
 185   p->tol = tol;
 186   return 0;
 187 }
 188
 189 smpl_t
 190 aubio_pitchyinfft_get_tolerance (aubio_pitchyinfft_t * p)
 191 {
 192   return p->tol;
 193 }