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 uint_t
  29 aubio_filterbank_set_triangle_bands (aubio_filterbank_t * fb,
  30     fvec_t * freqs, 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   if (freqs->length - 2 < n_filters) {
  47     AUBIO_WRN ("too many filters, %d allocated but %d requested\n",
  48         n_filters, freqs->length - 2);
  49   }
  50
  51   if (freqs->data[0][freqs->length - 1] > samplerate / 2) {
  52     AUBIO_WRN ("Nyquist frequency is %fHz, but highest frequency band ends at \
  53 %fHz\n", samplerate / 2, freqs->data[0][freqs->length - 1]);
  54   }
  55
  56   /* convenience reference to lower/center/upper frequency for each triangle */
  57   fvec_t *lower_freqs = new_fvec (n_filters, 1);
  58   fvec_t *upper_freqs = new_fvec (n_filters, 1);
  59   fvec_t *center_freqs = new_fvec (n_filters, 1);
  60
  61   /* height of each triangle */
  62   fvec_t *triangle_heights = new_fvec (n_filters, 1);
  63
  64   /* lookup table of each bin frequency in hz */
  65   fvec_t *fft_freqs = new_fvec (win_s, 1);
  66
  67   /* fill up the lower/center/upper */
  68   for (fn = 0; fn < n_filters; fn++) {
  69     lower_freqs->data[0][fn] = freqs->data[0][fn];
  70     center_freqs->data[0][fn] = freqs->data[0][fn + 1];
  71     upper_freqs->data[0][fn] = freqs->data[0][fn + 2];
  72   }
  73
  74   /* compute triangle heights so that each triangle has unit area */
  75   for (fn = 0; fn < n_filters; fn++) {
  76     triangle_heights->data[0][fn] =
  77         2. / (upper_freqs->data[0][fn] - lower_freqs->data[0][fn]);
  78   }
  79
  80   /* fill fft_freqs lookup table, which assigns the frequency in hz to each bin */
  81   for (bin = 0; bin < win_s; bin++) {
  82     fft_freqs->data[0][bin] =
  83         aubio_bintofreq (bin, samplerate, (win_s - 1) * 2);
  84   }
  85
  86   /* zeroing of all filters */
  87   fvec_zeros (filters);
  88
  89   if (fft_freqs->data[0][1] >= lower_freqs->data[0][0]) {
  90     /* - 1 to make sure we don't miss the smallest power of two */
  91     uint_t min_win_s =
  92         (uint_t) FLOOR (samplerate / lower_freqs->data[0][0]) - 1;
  93     AUBIO_WRN ("Lowest frequency bin (%.2fHz) is higher than lowest frequency \
  94 band (%.2f-%.2fHz). Consider increasing the window size from %d to %d.\n",
  95         fft_freqs->data[0][1], lower_freqs->data[0][0],
  96         upper_freqs->data[0][0], (win_s - 1) * 2,
  97         aubio_next_power_of_two (min_win_s));
  98   }
  99
 100   /* building each filter table */
 101   for (fn = 0; fn < n_filters; fn++) {
 102
 103     /* skip first elements */
 104     for (bin = 0; bin < win_s - 1; bin++) {
 105       if (fft_freqs->data[0][bin] <= lower_freqs->data[0][fn] &&
 106           fft_freqs->data[0][bin + 1] > lower_freqs->data[0][fn]) {
 107         bin++;
 108         break;
 109       }
 110     }
 111
 112     /* compute positive slope step size */
 113     smpl_t riseInc =
 114         triangle_heights->data[0][fn] /
 115         (center_freqs->data[0][fn] - lower_freqs->data[0][fn]);
 116
 117     /* compute coefficients in positive slope */
 118     for (; bin < win_s - 1; bin++) {
 119       filters->data[fn][bin] =
 120           (fft_freqs->data[0][bin] - lower_freqs->data[0][fn]) * riseInc;
 121
 122       if (fft_freqs->data[0][bin + 1] >= center_freqs->data[0][fn]) {
 123         bin++;
 124         break;
 125       }
 126     }
 127
 128     /* compute negative slope step size */
 129     smpl_t downInc =
 130         triangle_heights->data[0][fn] /
 131         (upper_freqs->data[0][fn] - center_freqs->data[0][fn]);
 132
 133     /* compute coefficents in negative slope */
 134     for (; bin < win_s - 1; bin++) {
 135       filters->data[fn][bin] +=
 136           (upper_freqs->data[0][fn] - fft_freqs->data[0][bin]) * downInc;
 137
 138       if (filters->data[fn][bin] < 0.) {
 139         filters->data[fn][bin] = 0.;
 140       }
 141
 142       if (fft_freqs->data[0][bin + 1] >= upper_freqs->data[0][fn])
 143         break;
 144     }
 145     /* nothing else to do */
 146
 147   }
 148
 149   /* destroy temporarly allocated vectors */
 150   del_fvec (lower_freqs);
 151   del_fvec (upper_freqs);
 152   del_fvec (center_freqs);
 153
 154   del_fvec (triangle_heights);
 155   del_fvec (fft_freqs);
 156
 157   return 0;
 158 }
 159
 160 uint_t
 161 aubio_filterbank_set_mel_coeffs_slaney (aubio_filterbank_t * fb,
 162     smpl_t samplerate)
 163 {
 164   uint_t retval;
 165
 166   /* Malcolm Slaney parameters */
 167   smpl_t lowestFrequency = 133.3333;
 168   smpl_t linearSpacing = 66.66666666;
 169   smpl_t logSpacing = 1.0711703;
 170
 171   uint_t linearFilters = 13;
 172   uint_t logFilters = 27;
 173   uint_t n_filters = linearFilters + logFilters;
 174
 175   uint_t fn;                    /* filter counter */
 176
 177   /* buffers to compute filter frequencies */
 178   fvec_t *freqs = new_fvec (n_filters + 2, 1);
 179
 180   /* first step: fill all the linear filter frequencies */
 181   for (fn = 0; fn < linearFilters; fn++) {
 182     freqs->data[0][fn] = lowestFrequency + fn * linearSpacing;
 183   }
 184   smpl_t lastlinearCF = freqs->data[0][fn - 1];
 185
 186   /* second step: fill all the log filter frequencies */
 187   for (fn = 0; fn < logFilters + 2; fn++) {
 188     freqs->data[0][fn + linearFilters] =
 189         lastlinearCF * (POW (logSpacing, fn + 1));
 190   }
 191
 192   /* now compute the actual coefficients */
 193   retval = aubio_filterbank_set_triangle_bands (fb, freqs, samplerate);
 194
 195   /* destroy vector used to store frequency limits */
 196   del_fvec (freqs);
 197
 198   return retval;
 199 }