reversound/src/processing/processes/FreqEdgeDetector.java
2014-06-16 16:48:34 +02:00

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Java

/*
Reversound is used to get the music sheet of a piece from a music file.
Copyright (C) 2014 Gabriel AUGENDRE
Copyright (C) 2014 Gabriel DIENY
Copyright (C) 2014 Arthur GAUCHER
Copyright (C) 2014 Gabriel LEPETIT-AIMON
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*/
package processing.processes;
import conteneurs.Spectre;
import generictools.Instant;
import processing.buffer.Storage;
import processing.buffer.TemporalBuffer;
import processing.properties.FloatProperty;
import processing.properties.IntProperty;
import processing.properties.Property;
import java.util.ArrayList;
/**
* Created by Gabriel on 20/05/2014.
* Fait un calcul différentiel sur les spectres pour détecter les apparitions/disparitions de notes
* Notre algo utilise une approximation du filtre de Canny (dérivée de Gaussienne)
*/
public class FreqEdgeDetector extends IndexedProcess {
private ArrayList<Float> coefs;
private FloatProperty sigma;
private IntProperty nPoints;
private IntProperty nPointsPasseBas;
public FreqEdgeDetector(TemporalBuffer<Spectre> input, int maxNombrePoints, int maxNombreDePointPasseBas) {
super("Frequencies Edge Detector", input, new TemporalBuffer<Spectre>(Storage.Type.ArrayList, input.getSampleRate(), Instant.fromIndex(maxNombrePoints+maxNombreDePointPasseBas,input)));
sigma = new FloatProperty("sigma", 100f);
sigma.setMin(0.00001f);
nPoints = new IntProperty("nPoints", maxNombrePoints);
nPoints.setMin(1);
nPoints.setMax(50);
nPoints.addListener(new Property.Listener<Integer>() {
@Override
public void propertyChange(Property source, Integer previousValue) {
coefs = FreqEdgeDetector.calcCoef(sigma.getValue(), nPoints.getValue());
}
});
sigma.addListener(new Property.Listener<Float>() {
@Override
public void propertyChange(Property source, Float previousValue) {
coefs = FreqEdgeDetector.calcCoef(sigma.getValue(), nPoints.getValue());
}
});
nPointsPasseBas = new IntProperty("nPoints Passe Bas", maxNombreDePointPasseBas);
nPointsPasseBas.setMin(1);
nPointsPasseBas.setMax(50);
coefs = FreqEdgeDetector.calcCoef(sigma.getValue(), nPoints.getValue());
propertyManager().addProperty(sigma);
propertyManager().addProperty(nPoints);
propertyManager().addProperty(nPointsPasseBas);
}
/** Algorithme de calcul qui applique le masque définit dans le constructeur */
@Override
protected Spectre compute(Instant outputID) {
int id = outputID.mapToIndex(output());
Spectre r = new Spectre(((Spectre)input().get(id)).getGamme());
int iMax = r.getGamme().gammeSize();
// for (int i = 0; i < iMax; i++) {
// float ampl = coefs.get(0)* ((Spectre)input().get(id)).getAmplitude(i);
// for(int k = 1; k < this.coefs.size(); k++){
// Spectre sApres = (Spectre)input().get(id+k);
// Spectre sAvant = (Spectre)input().get(id-k);
// if(sApres == null){
// sApres = new Spectre(r.getGamme());
// }
// if(sAvant == null){
// sAvant = new Spectre(r.getGamme());
// }
// ampl += ( coefs.get(k)*sApres.getAmplitude(i) ) - ( coefs.get(k)*sAvant.getAmplitude(i) );
// }
// r.setAmplitudeAt(i, ampl);
// }
for(int k = 1; k < this.coefs.size(); k++){
Spectre sApres =passeBas(id+k);
Spectre sAvant = passeBas(id-k);
if(sApres == null){
sApres = new Spectre(r.getGamme());
}
if(sAvant == null){
sAvant = new Spectre(r.getGamme());
}
for (int i = 0; i < iMax; i++) {
float ampl = ( coefs.get(k)*sApres.getAmplitude(i) ) - ( coefs.get(k)*sAvant.getAmplitude(i) );
r.setAmplitudeAt(i, r.getAmplitude(i)+ampl);
}
}
return r.noiseFilter();
}
/** Réalise une moyenne sur des échantillons successifs -> filtre passe-bas pour lisser le bruit
* @param inputID l'indice de l'échantillon de le buffer
* @return le Spectre moyenné */
private Spectre passeBas(int inputID){
if(input().get(inputID)==null)
return null;
Spectre r = new Spectre( ((Spectre)input().get(inputID)).getGamme());
int nPoint = 0;
for(int i=-nPointsPasseBas.getValue(); i<nPointsPasseBas.getValue()+1; i++){
Spectre currentSpectre = (Spectre)input().get(inputID-i);
if(currentSpectre!=null) {
for (int j = 0; j < currentSpectre.getGamme().gammeSize(); j++)
r.setAmplitudeAt(j, r.getAmplitude(j) + currentSpectre.getAmplitude(j));
nPoint++;
}
}
for (int j = 0; j < r.getGamme().gammeSize(); j++)
r.setAmplitudeAt(j, r.getAmplitude(j)/nPoint);
return r;
}
/** Calcule les différents coefficients d'un masque à appliquer au signal
* @param sigma la "largeur de la gaussienne". Définit un facteur d'échelle
* @param nPoints le nombre de coefficients côté >0 que l'on veut. Au total il y en aura (nPoints-1)*2 + 1
* @return la liste des coefficients */
public static ArrayList<Float> calcCoef( double sigma, int nPoints){
ArrayList<Float> coefs = new ArrayList<Float>();
double step = 4.0*sigma/(double)nPoints;
double newCoeff = 1;
double sum = 0;
for (int i = 0; i < nPoints ; i++) {
newCoeff = (step*i)*Math.exp((-1*step*step*i*i)/(2*sigma*sigma));
coefs.add((float)newCoeff);
sum += newCoeff;
}
for (int i = 0; i < coefs.size(); i++) {
coefs.set(i, coefs.get(i)/(float)sum);
}
return coefs;
}
/** Permet de changer les paramètres du masque à afficher et donc de changer les coefficients en conséquence
* @param sigma le nouveau coefficient d'échelle
* @param newNPoint le nouveau nombre de coefficients positifs */
public void setCoefs(float sigma, int newNPoint) {
this.coefs = FreqEdgeDetector.calcCoef(sigma, newNPoint);
}
public void setSigma(float sigma) {
this.sigma.setValue(sigma);
setCoefs(this.sigma.getValue(), this.nPoints.getValue());
}
public void setnPoints(int nPoints) {
this.nPoints.setValue(nPoints);
setCoefs(this.sigma.getValue(), this.nPoints.getValue());
}
/**
* À redéfinir: Renvoie la liste des index dépendant de l'échantillon d'index inputID.
* @param inputID index de l'échantillon qui est utilisé par ...
* @param inputBufferID
* @return La liste des indexs de sortie qui utilise inputID pour leur calcul.
*/
@Override
protected ArrayList<Instant> idUsedBy(int inputID, int inputBufferID) {
if(inputID!=0)
return new ArrayList<Instant>();
ArrayList<Instant> r = new ArrayList<>((nPoints.getValue()+nPointsPasseBas.getValue())*2+1);
int outputID = Instant.fromIndex(inputID, input()).mapToIndex(output());
r.add(Instant.fromIndex(inputBufferID, input()));
for(int k = 1; k < (nPoints.getValue()+nPointsPasseBas.getValue()); k++){
r.add(0, Instant.fromIndex(outputID - k,output()));
r.add(Instant.fromIndex(outputID + k, output()));
}
return r;
}
/** À redéfinir: Renvoie, pour chaque buffer d'entrée la liste des index nécessaire au calcul de l'échantillon d'index outputID.
* @param outputID index de l'échantillon que l'on veut calculer
* @return Un tableau de même taille que getInputs(), et qui contient les liste des échantillons de chaque buffer de getInputs() nécessaire au calcul.
*/
@Override
protected ArrayList<Instant>[] idNeededFor(int outputID) {
ArrayList<Instant>[] t = new ArrayList[1];
ArrayList<Instant> r = new ArrayList<>((nPoints.getMax()+nPointsPasseBas.getMax())*2+1);
t[0] = r;
if(outputID<0)
return t;
int inputID = Instant.fromIndex(outputID, output()).mapToIndex(input());
r.add(Instant.fromIndex(inputID, input()));
for(int k = 1; k < (nPoints.getValue()+nPointsPasseBas.getValue()); k++){
r.add(0, Instant.fromIndex(inputID - k, input()));
r.add(Instant.fromIndex(inputID + k, input()));
}
return t;
}
/** Renvoie le type du buffer de sortie
* @return La class des échantillones du buffer de sortie */
@Override
protected Class getType() {
return Spectre.class;
}
@Override
protected ProcessingOrder getProcessingOrder() {
return ProcessingOrder.ASCENDING_ORDER;
}
@Override
protected float getSampleNbrPerIteration() {
return nPoints.getValue()*2 + nPointsPasseBas.getValue()*2 +1;
}
}