FLAC/src/window.c

   1 /* libFLAC - Free Lossless Audio Codec library
   2  * Copyright (C) 2006-2009  Josh Coalson
   3  * Copyright (C) 2011-2016  Xiph.Org Foundation
   4  *
   5  * Redistribution and use in source and binary forms, with or without
   6  * modification, are permitted provided that the following conditions
   7  * are met:
   8  *
   9  * - Redistributions of source code must retain the above copyright
  10  * notice, this list of conditions and the following disclaimer.
  11  *
  12  * - Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
  13  * notice, this list of conditions and the following disclaimer in the
  14  * documentation and/or other materials provided with the distribution.
  15  *
  16  * - Neither the name of the Xiph.org Foundation nor the names of its
  17  * contributors may be used to endorse or promote products derived from
  18  * this software without specific prior written permission.
  19  *
  20  * THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE COPYRIGHT HOLDERS AND CONTRIBUTORS
  21  * ``AS IS'' AND ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT
  22  * LIMITED TO, THE IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR
  23  * A PARTICULAR PURPOSE ARE DISCLAIMED.  IN NO EVENT SHALL THE FOUNDATION OR
  24  * CONTRIBUTORS BE LIABLE FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL, SPECIAL,
  25  * EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL DAMAGES (INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO,
  26  * PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS OR SERVICES; LOSS OF USE, DATA, OR
  27  * PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION) HOWEVER CAUSED AND ON ANY THEORY OF
  28  * LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT LIABILITY, OR TORT (INCLUDING
  29  * NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY OUT OF THE USE OF THIS
  30  * SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF SUCH DAMAGE.
  31  */
  32
  33 #ifdef HAVE_CONFIG_H
  34 #  include <config.h>
  35 #endif
  36
  37 #include <math.h>
  38 #include "share/compat.h"
  39 #include "FLAC/assert.h"
  40 #include "FLAC/format.h"
  41 #include "private/window.h"
  42
  43 #ifndef FLAC__INTEGER_ONLY_LIBRARY
  44
  45
  46 void FLAC__window_bartlett(FLAC__real *window, const FLAC__int32 L)
  47 {
  48         const FLAC__int32 N = L - 1;
  49         FLAC__int32 n;
  50
  51         if (L & 1) {
  52                 for (n = 0; n <= N/2; n++)
  53                         window[n] = 2.0f * n / (float)N;
  54                 for (; n <= N; n++)
  55                         window[n] = 2.0f - 2.0f * n / (float)N;
  56         }
  57         else {
  58                 for (n = 0; n <= L/2-1; n++)
  59                         window[n] = 2.0f * n / (float)N;
  60                 for (; n <= N; n++)
  61                         window[n] = 2.0f - 2.0f * n / (float)N;
  62         }
  63 }
  64
  65 void FLAC__window_bartlett_hann(FLAC__real *window, const FLAC__int32 L)
  66 {
  67         const FLAC__int32 N = L - 1;
  68         FLAC__int32 n;
  69
  70         for (n = 0; n < L; n++)
  71                 window[n] = (FLAC__real)(0.62f - 0.48f * fabs((float)n/(float)N-0.5f) - 0.38f * cos(2.0f * M_PI * ((float)n/(float)N)));
  72 }
  73
  74 void FLAC__window_blackman(FLAC__real *window, const FLAC__int32 L)
  75 {
  76         const FLAC__int32 N = L - 1;
  77         FLAC__int32 n;
  78
  79         for (n = 0; n < L; n++)
  80                 window[n] = (FLAC__real)(0.42f - 0.5f * cos(2.0f * M_PI * n / N) + 0.08f * cos(4.0f * M_PI * n / N));
  81 }
  82
  83 /* 4-term -92dB side-lobe */
  84 void FLAC__window_blackman_harris_4term_92db_sidelobe(FLAC__real *window, const FLAC__int32 L)
  85 {
  86         const FLAC__int32 N = L - 1;
  87         FLAC__int32 n;
  88
  89         for (n = 0; n <= N; n++)
  90                 window[n] = (FLAC__real)(0.35875f - 0.48829f * cos(2.0f * M_PI * n / N) + 0.14128f * cos(4.0f * M_PI * n / N) - 0.01168f * cos(6.0f * M_PI * n / N));
  91 }
  92
  93 void FLAC__window_connes(FLAC__real *window, const FLAC__int32 L)
  94 {
  95         const FLAC__int32 N = L - 1;
  96         const double N2 = (double)N / 2.;
  97         FLAC__int32 n;
  98
  99         for (n = 0; n <= N; n++) {
 100                 double k = ((double)n - N2) / N2;
 101                 k = 1.0f - k * k;
 102                 window[n] = (FLAC__real)(k * k);
 103         }
 104 }
 105
 106 void FLAC__window_flattop(FLAC__real *window, const FLAC__int32 L)
 107 {
 108         const FLAC__int32 N = L - 1;
 109         FLAC__int32 n;
 110
 111         for (n = 0; n < L; n++)
 112                 window[n] = (FLAC__real)(0.21557895f - 0.41663158f * cos(2.0f * M_PI * n / N) + 0.277263158f * cos(4.0f * M_PI * n / N) - 0.083578947f * cos(6.0f * M_PI * n / N) + 0.006947368f * cos(8.0f * M_PI * n / N));
 113 }
 114
 115 void FLAC__window_gauss(FLAC__real *window, const FLAC__int32 L, const FLAC__real stddev)
 116 {
 117         const FLAC__int32 N = L - 1;
 118         const double N2 = (double)N / 2.;
 119         FLAC__int32 n;
 120
 121         for (n = 0; n <= N; n++) {
 122                 const double k = ((double)n - N2) / (stddev * N2);
 123                 window[n] = (FLAC__real)exp(-0.5f * k * k);
 124         }
 125 }
 126
 127 void FLAC__window_hamming(FLAC__real *window, const FLAC__int32 L)
 128 {
 129         const FLAC__int32 N = L - 1;
 130         FLAC__int32 n;
 131
 132         for (n = 0; n < L; n++)
 133                 window[n] = (FLAC__real)(0.54f - 0.46f * cos(2.0f * M_PI * n / N));
 134 }
 135
 136 void FLAC__window_hann(FLAC__real *window, const FLAC__int32 L)
 137 {
 138         const FLAC__int32 N = L - 1;
 139         FLAC__int32 n;
 140
 141         for (n = 0; n < L; n++)
 142                 window[n] = (FLAC__real)(0.5f - 0.5f * cos(2.0f * M_PI * n / N));
 143 }
 144
 145 void FLAC__window_kaiser_bessel(FLAC__real *window, const FLAC__int32 L)
 146 {
 147         const FLAC__int32 N = L - 1;
 148         FLAC__int32 n;
 149
 150         for (n = 0; n < L; n++)
 151                 window[n] = (FLAC__real)(0.402f - 0.498f * cos(2.0f * M_PI * n / N) + 0.098f * cos(4.0f * M_PI * n / N) - 0.001f * cos(6.0f * M_PI * n / N));
 152 }
 153
 154 void FLAC__window_nuttall(FLAC__real *window, const FLAC__int32 L)
 155 {
 156         const FLAC__int32 N = L - 1;
 157         FLAC__int32 n;
 158
 159         for (n = 0; n < L; n++)
 160                 window[n] = (FLAC__real)(0.3635819f - 0.4891775f*cos(2.0f*M_PI*n/N) + 0.1365995f*cos(4.0f*M_PI*n/N) - 0.0106411f*cos(6.0f*M_PI*n/N));
 161 }
 162
 163 void FLAC__window_rectangle(FLAC__real *window, const FLAC__int32 L)
 164 {
 165         FLAC__int32 n;
 166
 167         for (n = 0; n < L; n++)
 168                 window[n] = 1.0f;
 169 }
 170
 171 void FLAC__window_triangle(FLAC__real *window, const FLAC__int32 L)
 172 {
 173         FLAC__int32 n;
 174
 175         if (L & 1) {
 176                 for (n = 1; n <= (L+1)/2; n++)
 177                         window[n-1] = 2.0f * n / ((float)L + 1.0f);
 178                 for (; n <= L; n++)
 179                         window[n-1] = (float)(2 * (L - n + 1)) / ((float)L + 1.0f);
 180         }
 181         else {
 182                 for (n = 1; n <= L/2; n++)
 183                         window[n-1] = 2.0f * n / ((float)L + 1.0f);
 184                 for (; n <= L; n++)
 185                         window[n-1] = (float)(2 * (L - n + 1)) / ((float)L + 1.0f);
 186         }
 187 }
 188
 189 void FLAC__window_tukey(FLAC__real *window, const FLAC__int32 L, const FLAC__real p)
 190 {
 191         if (p <= 0.0)
 192                 FLAC__window_rectangle(window, L);
 193         else if (p >= 1.0)
 194                 FLAC__window_hann(window, L);
 195         else {
 196                 const FLAC__int32 Np = (FLAC__int32)(p / 2.0f * L) - 1;
 197                 FLAC__int32 n;
 198                 /* start with rectangle... */
 199                 FLAC__window_rectangle(window, L);
 200                 /* ...replace ends with hann */
 201                 if (Np > 0) {
 202                         for (n = 0; n <= Np; n++) {
 203                                 window[n] = (FLAC__real)(0.5f - 0.5f * cos(M_PI * n / Np));
 204                                 window[L-Np-1+n] = (FLAC__real)(0.5f - 0.5f * cos(M_PI * (n+Np) / Np));
 205                         }
 206                 }
 207         }
 208 }
 209
 210 void FLAC__window_partial_tukey(FLAC__real *window, const FLAC__int32 L, const FLAC__real p, const FLAC__real start, const FLAC__real end)
 211 {
 212         const FLAC__int32 start_n = (FLAC__int32)(start * L);
 213         const FLAC__int32 end_n = (FLAC__int32)(end * L);
 214         const FLAC__int32 N = end_n - start_n;
 215         FLAC__int32 Np, n, i;
 216
 217         if (p <= 0.0f)
 218                 FLAC__window_partial_tukey(window, L, 0.05f, start, end);
 219         else if (p >= 1.0f)
 220                 FLAC__window_partial_tukey(window, L, 0.95f, start, end);
 221         else {
 222
 223                 Np = (FLAC__int32)(p / 2.0f * N);
 224
 225                 for (n = 0; n < start_n && n < L; n++)
 226                         window[n] = 0.0f;
 227                 for (i = 1; n < (start_n+Np) && n < L; n++, i++)
 228                         window[n] = (FLAC__real)(0.5f - 0.5f * cos(M_PI * i / Np));
 229                 for (; n < (end_n-Np) && n < L; n++)
 230                         window[n] = 1.0f;
 231                 for (i = Np; n < end_n && n < L; n++, i--)
 232                         window[n] = (FLAC__real)(0.5f - 0.5f * cos(M_PI * i / Np));
 233                 for (; n < L; n++)
 234                         window[n] = 0.0f;
 235         }
 236 }
 237
 238 void FLAC__window_punchout_tukey(FLAC__real *window, const FLAC__int32 L, const FLAC__real p, const FLAC__real start, const FLAC__real end)
 239 {
 240         const FLAC__int32 start_n = (FLAC__int32)(start * L);
 241         const FLAC__int32 end_n = (FLAC__int32)(end * L);
 242         FLAC__int32 Ns, Ne, n, i;
 243
 244         if (p <= 0.0f)
 245                 FLAC__window_punchout_tukey(window, L, 0.05f, start, end);
 246         else if (p >= 1.0f)
 247                 FLAC__window_punchout_tukey(window, L, 0.95f, start, end);
 248         else {
 249
 250                 Ns = (FLAC__int32)(p / 2.0f * start_n);
 251                 Ne = (FLAC__int32)(p / 2.0f * (L - end_n));
 252
 253                 for (n = 0, i = 1; n < Ns && n < L; n++, i++)
 254                         window[n] = (FLAC__real)(0.5f - 0.5f * cos(M_PI * i / Ns));
 255                 for (; n < start_n-Ns && n < L; n++)
 256                         window[n] = 1.0f;
 257                 for (i = Ns; n < start_n && n < L; n++, i--)
 258                         window[n] = (FLAC__real)(0.5f - 0.5f * cos(M_PI * i / Ns));
 259                 for (; n < end_n && n < L; n++)
 260                         window[n] = 0.0f;
 261                 for (i = 1; n < end_n+Ne && n < L; n++, i++)
 262                         window[n] = (FLAC__real)(0.5f - 0.5f * cos(M_PI * i / Ne));
 263                 for (; n < L - (Ne) && n < L; n++)
 264                         window[n] = 1.0f;
 265                 for (i = Ne; n < L; n++, i--)
 266                         window[n] = (FLAC__real)(0.5f - 0.5f * cos(M_PI * i / Ne));
 267         }
 268 }
 269
 270 void FLAC__window_welch(FLAC__real *window, const FLAC__int32 L)
 271 {
 272         const FLAC__int32 N = L - 1;
 273         const double N2 = (double)N / 2.;
 274         FLAC__int32 n;
 275
 276         for (n = 0; n <= N; n++) {
 277                 const double k = ((double)n - N2) / N2;
 278                 window[n] = (FLAC__real)(1.0f - k * k);
 279         }
 280 }
 281
 282 #endif /* !defined FLAC__INTEGER_ONLY_LIBRARY */