src/spectral/filterbank_mel.c

   1 /*
   2   Copyright (C) 2007-2009 Paul Brossier <piem@aubio.org>
   3                       and Amaury Hazan <ahazan@iua.upf.edu>
   4
   5   This file is part of Aubio.
   6
   7   Aubio is free software: you can redistribute it and/or modify
   8   it under the terms of the GNU General Public License as published by
   9   the Free Software Foundation, either version 3 of the License, or
  10   (at your option) any later version.
  11
  12   Aubio is distributed in the hope that it will be useful,
  13   but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
  14   MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the
  15   GNU General Public License for more details.
  16
  17   You should have received a copy of the GNU General Public License
  18   along with Aubio.  If not, see <http://www.gnu.org/licenses/>.
  19
  20 */
  21
  22 #include "aubio_priv.h"
  23 #include "fvec.h"
  24 #include "cvec.h"
  25 #include "spectral/filterbank.h"
  26 #include "mathutils.h"
  27
  28 void
  29 aubio_filterbank_set_mel_coeffs (aubio_filterbank_t * fb, fvec_t * freqs,
  30     smpl_t samplerate)
  31 {
  32
  33   fvec_t *filters = aubio_filterbank_get_coeffs (fb);
  34   uint_t n_filters = filters->channels, win_s = filters->length;
  35
  36   uint_t fn;                    /* filter counter */
  37   uint_t bin;                   /* bin counter */
  38
  39   /* freqs define the bands of triangular overlapping windows.
  40      throw a warning if filterbank object fb is too short. */
  41   if (freqs->length - 2 > n_filters) {
  42     AUBIO_WRN ("not enough filters, %d allocated but %d requested\n",
  43         n_filters, freqs->length - 2);
  44   }
  45
  46   /* convenience reference to lower/center/upper frequency for each triangle */
  47   fvec_t *lower_freqs = new_fvec (n_filters, 1);
  48   fvec_t *upper_freqs = new_fvec (n_filters, 1);
  49   fvec_t *center_freqs = new_fvec (n_filters, 1);
  50
  51   /* height of each triangle */
  52   fvec_t *triangle_heights = new_fvec (n_filters, 1);
  53
  54   /* lookup table of each bin frequency in hz */
  55   fvec_t *fft_freqs = new_fvec (win_s, 1);
  56
  57   /* fill up the lower/center/upper */
  58   for (fn = 0; fn < n_filters; fn++) {
  59     lower_freqs->data[0][fn] = freqs->data[0][fn];
  60     center_freqs->data[0][fn] = freqs->data[0][fn + 1];
  61     upper_freqs->data[0][fn] = freqs->data[0][fn + 2];
  62   }
  63
  64   /* compute triangle heights so that each triangle has unit area */
  65   for (fn = 0; fn < n_filters; fn++) {
  66     triangle_heights->data[0][fn] =
  67         2. / (upper_freqs->data[0][fn] - lower_freqs->data[0][fn]);
  68   }
  69
  70   /* fill fft_freqs lookup table, which assigns the frequency in hz to each bin */
  71   for (bin = 0; bin < win_s; bin++) {
  72     fft_freqs->data[0][bin] = aubio_bintofreq (bin, samplerate, win_s);
  73   }
  74
  75   /* zeroing of all filters */
  76   fvec_zeros (filters);
  77
  78   /* building each filter table */
  79   for (fn = 0; fn < n_filters; fn++) {
  80
  81     /* skip first elements */
  82     for (bin = 0; bin < win_s - 1; bin++) {
  83       if (fft_freqs->data[0][bin] <= lower_freqs->data[0][fn] &&
  84           fft_freqs->data[0][bin + 1] > lower_freqs->data[0][fn]) {
  85         break;
  86       }
  87     }
  88     bin++;
  89
  90     /* compute positive slope step size */
  91     smpl_t riseInc =
  92         triangle_heights->data[0][fn] /
  93         (center_freqs->data[0][fn] - lower_freqs->data[0][fn]);
  94
  95     /* compute coefficients in positive slope */
  96     for (; bin < win_s - 1; bin++) {
  97       filters->data[fn][bin] =
  98           (fft_freqs->data[0][bin] - lower_freqs->data[0][fn]) * riseInc;
  99
 100       if (fft_freqs->data[0][bin + 1] > center_freqs->data[0][fn])
 101         break;
 102     }
 103     bin++;
 104
 105     /* compute negative slope step size */
 106     smpl_t downInc =
 107         triangle_heights->data[0][fn] /
 108         (upper_freqs->data[0][fn] - center_freqs->data[0][fn]);
 109
 110     /* compute coefficents in negative slope */
 111     for (; bin < win_s - 1; bin++) {
 112       filters->data[fn][bin] +=
 113           (upper_freqs->data[0][fn] - fft_freqs->data[0][bin]) * downInc;
 114
 115       if (fft_freqs->data[0][bin + 1] > upper_freqs->data[0][fn])
 116         break;
 117     }
 118     /* nothing else to do */
 119
 120   }
 121
 122   /* destroy temporarly allocated vectors */
 123   del_fvec (lower_freqs);
 124   del_fvec (upper_freqs);
 125   del_fvec (center_freqs);
 126
 127   del_fvec (triangle_heights);
 128   del_fvec (fft_freqs);
 129
 130 }
 131
 132 void
 133 aubio_filterbank_set_mel_coeffs_slaney (aubio_filterbank_t * fb,
 134     smpl_t samplerate)
 135 {
 136   /* Malcolm Slaney parameters */
 137   smpl_t lowestFrequency = 133.3333;
 138   smpl_t linearSpacing = 66.66666666;
 139   smpl_t logSpacing = 1.0711703;
 140
 141   uint_t linearFilters = 13;
 142   uint_t logFilters = 27;
 143   uint_t n_filters = linearFilters + logFilters;
 144
 145   uint_t fn;                    /* filter counter */
 146   uint_t bin;                   /* bin counter */
 147
 148   /* buffers to compute filter frequencies */
 149   fvec_t *freqs = new_fvec (n_filters + 2, 1);
 150
 151   /* first step: fill all the linear filter frequencies */
 152   for (fn = 0; fn < linearFilters; fn++) {
 153     freqs->data[0][fn] = lowestFrequency + fn * linearSpacing;
 154   }
 155   smpl_t lastlinearCF = freqs->data[0][fn - 1];
 156
 157   /* second step: fill all the log filter frequencies */
 158   for (fn = 0; fn < logFilters + 2; fn++) {
 159     freqs->data[0][fn + linearFilters] =
 160         lastlinearCF * (POW (logSpacing, fn + 1));
 161   }
 162
 163   /* now compute the actual coefficients */
 164   aubio_filterbank_set_mel_coeffs (fb, freqs, samplerate);
 165
 166   /* destroy vector used to store frequency limits */
 167   del_fvec (freqs);
 168
 169 }