mirror
/
libdspl-2.0
kopia lustrzana https://github.com/Dsplib/libdspl-2.0
1
0
Forkuj 0
Kod Zgłoszenia Projekty Wydania Wiki Aktywność

added psd_welch example and doc 

Changes to be committed:
	modified:   dspl/src/psd.c
	new file:   examples/src/psd_welch_cmplx_test.c
	modified:   examples/src/psd_welch_test.c
pull/6/merge
Dsplib 2020-10-12 22:40:56 +03:00
rodzic 32d374a575
commit 683f419847
3 zmienionych plików z 579 dodań i 226 usunięć
Pokaż statystyki Ściągnij plik aktualizacji Ściągnij plik porównania Expand all files Collapse all files

609
dspl/src/psd.c
Wyświetl plik

@ -249,9 +249,9 @@ exit_label:
/*! **************************************************************************** /*! ****************************************************************************
\ingroup PSD_GROUP \ingroup PSD_GROUP
\fn int psd_periodogram(double* x, int n, \fn int psd_periodogram(double* x, int n,
int win_type, double win_param, int win_type, double win_param,
fft_t* pfft, double fs, fft_t* pfft, double fs,
int flag, double* ppsd, double* pfrq) int flag, double* ppsd, double* pfrq)
\brief Непараметрическая оценка спектральной плотности мощности (СПМ) \brief Непараметрическая оценка спектральной плотности мощности (СПМ)
вещественного сигнала методом модифицированной периодограммы. вещественного сигнала методом модифицированной периодограммы.
@ -709,38 +709,175 @@ exit_label:
#endif #endif
#ifdef DOXYGEN_RUSSIAN #ifdef DOXYGEN_RUSSIAN
/*! ****************************************************************************
\ingroup PSD_GROUP
int psd_welch(double* x, int n,
int win_type, double win_param,
int nfft, int noverlap, fft_t* pfft, double fs,
int flag, double* ppsd, double* pfrq)
\brief Непараметрическая оценка спектральной плотности мощности (СПМ)
вещественного сигнала методом Уэлча.
Функция рассчитывает спектральную плотность мощности \f$ X(f) \f$
выборки сигнала длительности \$n \$ отсчетов методом Уэлча:
\f[
X(f) = \frac{1}{U P F_s } \sum_{p = 0}^{P-1}\left| \sum_{m = 0}^{n_{FFT}-1}
w(m) x(m+p \cdot n_{\text{overlap}}) \exp
\left( -j 2\pi f m \right) \right|^2,
\f]
где \f$ w(m) \f$ -- отсчёты оконной функции, \f$ F_s \f$ -- частота
дискретизации (Гц), \f$P = n/n_{\text{overlap}}\f$ -- количество сегментов
смещений выборки сигналов размера \f$n_{FFT}\f$,
\f$ U \f$ нормировочный коэффициент равный
\f[
U = \sum_{m = 0}^{n-1} w^2(m),
\f]
Процедура разбиения исходной последовательности длительности `n` отсчетов
на сегменты длины \f$n_{FFT}\f$ отсчетов, перекрывающихся с интервалом
\f$n_{\text{overlap}}\f$ отсчетов, показан на следующем рисунке
\image html welch_overlap.png
Расчет спектральной плотности мощности ведется при помощи алгоритмов быстрого
преобразования Фурье, для дискретной сетки частот от 0 Гц до \f$ F_s \f$ Гц
(по умолчанию), или от \f$-F_s /2 \f$ до \f$F_s /2 \f$, если установлен флаг
расчета двусторонней периодограммы.
\note Периодограмма Уэлча возвращает смещенную, но состоятельную оценку СПМ.
\param[in] x
Указатель на входной вектор комплексного сигнала \f$x(m)\f$,
\f$ m = 0 \ldots n-1 \f$. \n
Размер вектора `[n x 1]`. \n \n
\param[in] n
Размер вектора входного сигнала.
Также размер выходного вектора СПМ и
вектора частоты также равны `n`.\n\n
\param[in] win_type
Тип оконной функции, применяемой для модифицированной периодограммы.\n
Подробнее смотри описание функции \ref window. \n\n
\param[in] win_type
Параметр оконной функции.\n
Данный параметр используется, если задано параметрическая оконная функция.
Для непараметрических окон данный параметр игнорируется.\n
Подробнее смотри описание функции \ref window. \n\n
\param[in] nfft
Размер перекрывающегося сегмента.\n
Размер выходного вектора СПМ, и соответсвующего ей вектора частоты.\n\n
\param[in] noverlap
Размер сдвига сегментов относительно друг друга (отсчетов).\n
`noverlap = nfft` задает оценку без перекрытия сегментов. \n
Обычно используют сдвиг равный половине размера сегмента `noverlap = nfft/2`.\n
\param[in] pfft
Указатель на структуру \ref fft_t. \n
Указатель может быть `NULL`. В этом случае объект структуры будет
создан внутри функции и удален перед завершением.\n
Если предполагается многократный вызов функции, то рекомендуется создать
объект \ref fft_t и передавать в функцию, чтобы не
создавать его каждый раз. \n\n
\param[in] fs
частота дискретизации выборки исходного сигнала (Гц). \n\n
\param[in] flag
Комбинация битовых флагов, задающих режим расчета:
\verbatim
DSPL_FLAG_LOGMAG - СПМ считать в логарифмическом масштабе в единицах дБ/Гц
DSPL_FLAG_PSD_TWOSIDED - двусторонняя СПМ (от -Fs/2 до Fs/2)
\endverbatim
\param[in, out] ppsd
Указатель на вектор СПМ рассчитанных по входному сигналу $x$. \n
Размер вектора `[nfft x 1]`. \n
Память должна быть выделена. \n\n
\param[in, out] pfrq
Указатель на вектор частоты, соответствующей
значениям рассчитанного вектора СПМ. \n
Размер вектора `[nfft x 1]`. \n
Указатель может быть `NULL`,в этом случае вектор частоты не
рассчитывается и не возвращается. \n\n
\return
`RES_OK` если расчет произведен успешно. \n
В противном случае \ref ERROR_CODE_GROUP "код ошибки". \n \n
Пример периодограммных оценок СПМ для различной длины выборки сигнала:
\include psd_welch_cmplx_test.c
Программа производит расчет СПМ сигнала, состоящего из двух комплексных
гармоник на фоне белого гауссова шума.
Расчет ведется по выборке сигнала длины 8192 отсчета.
Рассчитанные СПМ выводятся на графики:
`nfft = 8192, noverlap = 4096`:
\image html psd_welch_cmplx_8192.png
`nfft = 1024, noverlap = 512`:
\image html psd_welch_cmplx_1024.png
`nfft = 256, noverlap = 128`:
\image html psd_welch_cmplx_256.png
Можно видеть, что уменьшение `nfft` при фиксированной длительности сигнала
позволяет уменьшить флуктуации шума и делает оценку состоятельной.
\author Бахурин Сергей www.dsplib.org
***************************************************************************** */
#endif #endif
int DSPL_API psd_welch(double* x, int n, int DSPL_API psd_welch(double* x, int n,
int win_type, double win_param, int win_type, double win_param,
int npsd, int noverlap, fft_t* pfft, double fs, int nfft, int noverlap, fft_t* pfft, double fs,
int flag, double* ppsd, double* pfrq) int flag, double* ppsd, double* pfrq)
{ {
double *win = NULL; int err, pos, cnt, k;
double wg; double *pdgr = NULL;
complex_t *tmp = NULL; double *tmp = NULL;
double *s = NULL; double *w = NULL;
int err, k, pos, cnt;
fft_t *ptr_fft = NULL; fft_t *ptr_fft = NULL;
double wn;
pos = cnt = 0;
pdgr = (double*)malloc(nfft * sizeof(double));
if(!pdgr)
return ERROR_MALLOC;
tmp = (double*) malloc(nfft * sizeof(double));
if(!tmp)
return ERROR_MALLOC;
if(!x || !ppsd) /* window malloc */
return ERROR_PTR; w = (double*)malloc(nfft*sizeof(double));
if(!w)
if(n<1 || npsd < 1)
return ERROR_SIZE;
if(noverlap < 1 || noverlap > npsd)
return ERROR_OVERLAP;
if(fs < 0.0)
return ERROR_FS;
win = (double*)malloc(npsd * sizeof(double));
if(!win)
{ {
err = ERROR_MALLOC; err = ERROR_MALLOC;
goto exit_label; goto exit_label;
} }
/* create window */
err = window(w, nfft, win_type, win_param);
if(err != RES_OK)
goto exit_label;
/* window normalization wn = sum(w.^2) */
wn = 0.0;
for(k = 0; k < nfft; k++)
wn += w[k]*w[k];
if(!pfft) if(!pfft)
{ {
@ -749,142 +886,261 @@ int DSPL_API psd_welch(double* x, int n,
} }
else else
ptr_fft = pfft; ptr_fft = pfft;
err = window(win, npsd, win_type, win_param);
if(err != RES_OK)
goto exit_label;
wg = 0.0;
for(k = 0; k < npsd; k++)
wg += win[k] * win[k];
wg = 1.0 / wg;
tmp = (complex_t*)malloc(npsd*sizeof(complex_t));
if(!tmp)
memset(ppsd, 0, nfft * sizeof(double));
while(pos + nfft <= n)
{ {
err = ERROR_MALLOC; for(k = 0; k < nfft; k++)
goto exit_label; tmp[k] = x[pos+k] * w[k];
} err = fft_mag(tmp, nfft, ptr_fft, fs,
flag & DSPL_FLAG_FFT_SHIFT, pdgr, NULL);
s = (double*)malloc(npsd*sizeof(double));
if(!s)
{
err = ERROR_MALLOC;
goto exit_label;
}
pos = 0;
cnt = 0;
memset(ppsd, 0, npsd*sizeof(double));
while(pos+npsd <= n)
{
for(k = 0; k < npsd; k++)
s[k] = x[k+pos]*win[k];
err = fft(s, npsd, ptr_fft, tmp);
if(err != RES_OK) if(err != RES_OK)
goto exit_label; goto exit_label;
for(k = 0; k < nfft; k++)
for(k = 0; k < npsd; k++) ppsd[k] += pdgr[k];
ppsd[k] += wg * ABSSQR(tmp[k]);
pos += noverlap; pos += noverlap;
cnt++; cnt++;
}
for(k = 0; k < npsd; k++)
ppsd[k] /= (double)cnt * fs;
if(flag & DSPL_FLAG_LOGMAG)
{
for(k = 0; k < npsd; k++)
ppsd[k] = 10.0 * log10(ppsd[k] + DBL_EPSILON);
} }
if(pos < n)
if(flag & DSPL_FLAG_PSD_TWOSIDED)
{ {
err = fft_shift(ppsd, npsd, ppsd);
memset(tmp ,0, nfft * sizeof(double));
for(k = 0; k < n - pos; k++)
tmp[k] = x[pos+k] * w[k];
err = fft_mag(tmp, nfft, ptr_fft, fs,
flag & DSPL_FLAG_FFT_SHIFT, pdgr, NULL);
if(err != RES_OK) if(err != RES_OK)
goto exit_label; goto exit_label;
for(k = 0; k < nfft; k++)
ppsd[k] += pdgr[k];
cnt++;
} }
/* fill frequency */
if(pfrq) if(pfrq)
{ {
if(flag & DSPL_FLAG_PSD_TWOSIDED) if(flag & DSPL_FLAG_FFT_SHIFT)
{ if(n%2)
err = linspace(-0.5*fs, fs*0.5, npsd, DSPL_PERIODIC, pfrq); err = linspace(-fs*0.5 + fs*0.5/(double)nfft,
if(err != RES_OK) fs*0.5 - fs*0.5/(double)nfft,
goto exit_label; n, DSPL_SYMMETRIC, pfrq);
} else
err = linspace(-fs*0.5, fs*0.5, nfft, DSPL_PERIODIC, pfrq);
else else
{ err = linspace(0, fs, nfft, DSPL_PERIODIC, pfrq);
err = linspace(0, fs, npsd, DSPL_PERIODIC, pfrq); }
if(err != RES_OK)
goto exit_label; /* scale magnitude */
} if(flag & DSPL_FLAG_LOGMAG)
{
printf("wn = %f\n", wn);
for(k = 0; k < nfft; k++)
ppsd[k] = 10.0 * log10(ppsd[k] / (fs * wn * (double)cnt));
}
else
{
for(k = 0; k < nfft; k++)
ppsd[k] /= fs * wn * (double)cnt;
} }
err = RES_OK;
exit_label: exit_label:
if(win) if(pdgr)
free(win); free(pdgr);
if(tmp) if(tmp)
free(tmp); free(tmp);
if(s) if(w)
free(s); free(w);
if(ptr_fft && (ptr_fft != pfft)) if(ptr_fft && (ptr_fft != pfft))
{
fft_free(ptr_fft);
free(ptr_fft); free(ptr_fft);
}
return err; return err;
} }
#ifdef DOXYGEN_ENGLISH #ifdef DOXYGEN_ENGLISH
#endif #endif
#ifdef DOXYGEN_RUSSIAN #ifdef DOXYGEN_RUSSIAN
/*! ****************************************************************************
\ingroup PSD_GROUP
int psd_welch_cmplx(complex_t* x, int n,
int win_type, double win_param,
int nfft, int noverlap, fft_t* pfft, double fs,
int flag, double* ppsd, double* pfrq)
\brief Непараметрическая оценка спектральной плотности мощности (СПМ)
комплексного сигнала методом Уэлча.
Функция рассчитывает спектральную плотность мощности \f$ X(f) \f$
выборки сигнала длительности \$n \$ отсчетов методом Уэлча:
\f[
X(f) = \frac{1}{U P F_s } \sum_{p = 0}^{P-1}\left| \sum_{m = 0}^{n_{FFT}-1}
w(m) x(m+p \cdot n_{\text{overlap}}) \exp
\left( -j 2\pi f m \right) \right|^2,
\f]
где \f$ w(m) \f$ -- отсчёты оконной функции, \f$ F_s \f$ -- частота
дискретизации (Гц), \f$P = n/n_{\text{overlap}}\f$ -- количество сегментов
смещений выборки сигналов размера \f$n_{FFT}\f$,
\f$ U \f$ нормировочный коэффициент равный
\f[
U = \sum_{m = 0}^{n-1} w^2(m),
\f]
Процедура разбиения исходной последовательности длительности `n` отсчетов
на сегменты длины \f$n_{FFT}\f$ отсчетов, перекрывающихся с интервалом
\f$n_{\text{overlap}}\f$ отсчетов, показан на следующем рисунке
\image html welch_overlap.png
Расчет спектральной плотности мощности ведется при помощи алгоритмов быстрого
преобразования Фурье, для дискретной сетки частот от 0 Гц до \f$ F_s \f$ Гц
(по умолчанию), или от \f$-F_s /2 \f$ до \f$F_s /2 \f$, если установлен флаг
расчета двусторонней периодограммы.
\note Периодограмма Уэлча возвращает смещенную, но состоятельную оценку СПМ.
\param[in] x
Указатель на входной вектор комплексного сигнала \f$x(m)\f$,
\f$ m = 0 \ldots n-1 \f$. \n
Размер вектора `[n x 1]`. \n \n
\param[in] n
Размер вектора входного сигнала.
Также размер выходного вектора СПМ и
вектора частоты также равны `n`.\n\n
\param[in] win_type
Тип оконной функции, применяемой для модифицированной периодограммы.\n
Подробнее смотри описание функции \ref window. \n\n
\param[in] win_type
Параметр оконной функции.\n
Данный параметр используется, если задано параметрическая оконная функция.
Для непараметрических окон данный параметр игнорируется.\n
Подробнее смотри описание функции \ref window. \n\n
\param[in] nfft
Размер перекрывающегося сегмента.\n
Размер выходного вектора СПМ, и соответсвующего ей вектора частоты.\n\n
\param[in] noverlap
Размер сдвига сегментов относительно друг друга (отсчетов).\n
`noverlap = nfft` задает оценку без перекрытия сегментов. \n
Обычно используют сдвиг равный половине размера сегмента `noverlap = nfft/2`.\n
\param[in] pfft
Указатель на структуру \ref fft_t. \n
Указатель может быть `NULL`. В этом случае объект структуры будет
создан внутри функции и удален перед завершением.\n
Если предполагается многократный вызов функции, то рекомендуется создать
объект \ref fft_t и передавать в функцию, чтобы не
создавать его каждый раз. \n\n
\param[in] fs
частота дискретизации выборки исходного сигнала (Гц). \n\n
\param[in] flag
Комбинация битовых флагов, задающих режим расчета:
\verbatim
DSPL_FLAG_LOGMAG - СПМ считать в логарифмическом масштабе в единицах дБ/Гц
DSPL_FLAG_PSD_TWOSIDED - двусторонняя СПМ (от -Fs/2 до Fs/2)
\endverbatim
\param[in, out] ppsd
Указатель на вектор СПМ рассчитанных по входному сигналу $x$. \n
Размер вектора `[nfft x 1]`. \n
Память должна быть выделена. \n\n
\param[in, out] pfrq
Указатель на вектор частоты, соответствующей
значениям рассчитанного вектора СПМ. \n
Размер вектора `[nfft x 1]`. \n
Указатель может быть `NULL`,в этом случае вектор частоты не
рассчитывается и не возвращается. \n\n
\return
`RES_OK` если расчет произведен успешно. \n
В противном случае \ref ERROR_CODE_GROUP "код ошибки". \n \n
Пример периодограммных оценок СПМ для различной длины выборки сигнала:
\include psd_welch_cmplx_test.c
Программа производит расчет СПМ сигнала, состоящего из двух комплексных
гармоник на фоне белого гауссова шума.
Расчет ведется по выборке сигнала длины 8192 отсчета.
Рассчитанные СПМ выводятся на графики:
`nfft = 8192, noverlap = 4096`:
\image html psd_welch_cmplx_8192.png
`nfft = 1024, noverlap = 512`:
\image html psd_welch_cmplx_1024.png
`nfft = 256, noverlap = 128`:
\image html psd_welch_cmplx_256.png
Можно видеть, что уменьшение `nfft` при фиксированной длительности сигнала
позволяет уменьшить флуктуации шума и делает оценку состоятельной.
\author Бахурин Сергей www.dsplib.org
***************************************************************************** */
#endif #endif
int DSPL_API psd_welch_cmplx(complex_t* x, int n, int DSPL_API psd_welch_cmplx(complex_t* x, int n,
int win_type, double win_param, int win_type, double win_param,
int npsd, int noverlap, fft_t* pfft, double fs, int nfft, int noverlap, fft_t* pfft, double fs,
int flag, double* ppsd, double* pfrq) int flag, double* ppsd, double* pfrq)
{ {
double *win = NULL; int err, pos, cnt, k;
complex_t *tmp = NULL; double *pdgr = NULL;
complex_t *s = NULL; complex_t *tmp = NULL;
fft_t *ptr_fft = NULL; double *w = NULL;
fft_t *ptr_fft = NULL;
double wn;
double wg; pos = cnt = 0;
int err, k, pos, cnt;
if(!x || !ppsd) pdgr = (double*)malloc(nfft * sizeof(double));
return ERROR_PTR; if(!pdgr)
return ERROR_MALLOC;
tmp = (complex_t*) malloc(nfft * sizeof(complex_t));
if(!tmp)
return ERROR_MALLOC;
if(n<1 || npsd < 1)
return ERROR_SIZE;
if(noverlap < 1 || noverlap > npsd) /* window malloc */
return ERROR_OVERLAP; w = (double*)malloc(nfft*sizeof(double));
if(!w)
if(fs < 0.0)
return ERROR_FS;
win = (double*)malloc(npsd * sizeof(double));
if(!win)
{ {
err = ERROR_MALLOC; err = ERROR_MALLOC;
goto exit_label; goto exit_label;
} }
/* create window */
err = window(w, nfft, win_type, win_param);
if(err != RES_OK)
goto exit_label;
/* window normalization wn = sum(w.^2) */
wn = 0.0;
for(k = 0; k < nfft; k++)
wn += w[k]*w[k];
if(!pfft) if(!pfft)
{ {
@ -893,93 +1149,88 @@ int DSPL_API psd_welch_cmplx(complex_t* x, int n,
} }
else else
ptr_fft = pfft; ptr_fft = pfft;
err = window(win, npsd, win_type, win_param);
if(err != RES_OK)
goto exit_label;
memset(ppsd, 0, nfft * sizeof(double));
wg = 0.0; while(pos + nfft <= n)
for(k = 0; k < npsd; k++)
wg += win[k] * win[k];
wg = 1.0 / wg;
tmp = (complex_t*)malloc(npsd*sizeof(complex_t));
if(!tmp)
{ {
err = ERROR_MALLOC; for(k = 0; k < nfft; k++)
goto exit_label;
}
s = (complex_t*)malloc(npsd*sizeof(complex_t));
if(!s)
{
err = ERROR_MALLOC;
goto exit_label;
}
pos = 0;
cnt = 0;
memset(ppsd, 0, npsd*sizeof(double));
while(pos+npsd <= n)
{
for(k = 0; k < npsd; k++)
{ {
RE(s[k]) = RE(x[k+pos])*win[k]; RE(tmp[k]) = RE(x[pos+k]) * w[k];
IM(s[k]) = IM(x[k+pos])*win[k]; IM(tmp[k]) = IM(x[pos+k]) * w[k];
} }
err = fft_cmplx(s, npsd, ptr_fft, tmp); err = fft_mag_cmplx(tmp, nfft, ptr_fft, fs,
flag & DSPL_FLAG_FFT_SHIFT, pdgr, NULL);
if(err != RES_OK) if(err != RES_OK)
goto exit_label; goto exit_label;
for(k = 0; k < nfft; k++)
for(k = 0; k < npsd; k++) ppsd[k] += pdgr[k];
ppsd[k] += wg * ABSSQR(tmp[k]);
pos += noverlap; pos += noverlap;
cnt++; cnt++;
} }
for(k = 0; k < npsd; k++) if(pos < n)
ppsd[k] /= (double)cnt * fs;
if(flag & DSPL_FLAG_LOGMAG)
{ {
for(k = 0; k < npsd; k++)
ppsd[k] = 10.0 * log10(ppsd[k] + DBL_EPSILON);
}
if(flag & DSPL_FLAG_PSD_TWOSIDED) memset(tmp ,0, nfft * sizeof(complex_t));
{ for(k = 0; k < n - pos; k++)
err = fft_shift(ppsd, npsd, ppsd); {
RE(tmp[k]) = RE(x[pos+k]) * w[k];
IM(tmp[k]) = IM(x[pos+k]) * w[k];
}
err = fft_mag_cmplx(tmp, nfft, ptr_fft, fs,
flag & DSPL_FLAG_FFT_SHIFT, pdgr, NULL);
if(err != RES_OK) if(err != RES_OK)
goto exit_label; goto exit_label;
for(k = 0; k < nfft; k++)
ppsd[k] += pdgr[k];
cnt++;
} }
/* fill frequency */
if(pfrq) if(pfrq)
{ {
if(flag & DSPL_FLAG_PSD_TWOSIDED) if(flag & DSPL_FLAG_FFT_SHIFT)
{ if(n%2)
err = linspace(-0.5*fs, fs*0.5, npsd, DSPL_PERIODIC, pfrq); err = linspace(- fs * 0.5 + fs * 0.5 / (double)nfft,
if(err != RES_OK) fs * 0.5 - fs * 0.5 / (double)nfft,
goto exit_label; n, DSPL_SYMMETRIC, pfrq);
} else
err = linspace(-fs*0.5, fs*0.5, nfft, DSPL_PERIODIC, pfrq);
else else
{ err = linspace(0, fs, nfft, DSPL_PERIODIC, pfrq);
err = linspace(0, fs, npsd, DSPL_PERIODIC, pfrq);
if(err != RES_OK)
goto exit_label;
}
} }
err = RES_OK;
/* scale magnitude */
if(flag & DSPL_FLAG_LOGMAG)
{
for(k = 0; k < nfft; k++)
ppsd[k] = 10.0 * log10(ppsd[k] / (fs * wn * (double)cnt));
}
else
{
for(k = 0; k < nfft; k++)
ppsd[k] /= fs * wn * (double)cnt;
}
exit_label: exit_label:
if(win) if(pdgr)
free(win); free(pdgr);
if(tmp) if(tmp)
free(tmp); free(tmp);
if(s) if(w)
free(s); free(w);
if(ptr_fft && (ptr_fft != pfft)) if(ptr_fft && (ptr_fft != pfft))
{
fft_free(ptr_fft);
free(ptr_fft); free(ptr_fft);
}
return err; return err;
} }

98
examples/src/psd_welch_cmplx_test.c 100644
Wyświetl plik

@ -0,0 +1,98 @@
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include "dspl.h"
#define N 8192
#define FS 1.0
void psd_plot(int argc, char* argv[], char* fn_png, char* fn_data)
{
char cmd[512] = {0};
void* hplot; /* GNUPLOT handle */
/* plotting by GNUPLOT */
gnuplot_create(argc, argv, 680, 480, fn_png, &hplot);
gnuplot_cmd(hplot, "unset key");
gnuplot_cmd(hplot, "set grid");
gnuplot_cmd(hplot, "set xlabel 'frequency, Hz'");
gnuplot_cmd(hplot, "set ylabel 'Power Spectral Density, [dB/Hz]'");
gnuplot_cmd(hplot, "set yrange [-60: 40]");
sprintf(cmd, "plot '%s' w l lt -1", fn_data);
gnuplot_cmd(hplot, cmd);
gnuplot_close(hplot);
}
int main(int argc, char* argv[])
{
void* hdspl; /* DSPL handle */
hdspl = dspl_load(); /* Load DSPL function */
random_t rnd = {0}; /* random structure */
complex_t *x = NULL;
double *psd = NULL;
double *frq = NULL;
int k, err;
x = (complex_t*)malloc(N*sizeof(complex_t));
psd = (double*)malloc(N*sizeof(double));
frq = (double*)malloc(N*sizeof(double));
/* input signal fill as noise -20 dB/Hz power spectrum density */
random_init(&rnd, RAND_TYPE_MRG32K3A, NULL);
randn_cmplx(x, N, NULL, 0.1, &rnd);
/* x[k] = 0.1 * cos(2 * pi * 0.2 * k) + cos(2 * pi * 0.26 * k) + noise */
for(k = 0; k < N; k++)
{
RE(x[k]) += cos(M_2PI * 0.26 * (double)k) +
0.1 * cos(M_2PI * 0.20 * (double)k);
IM(x[k]) += sin(M_2PI * 0.26 * (double)k) +
0.1 * sin(M_2PI * 0.20 * (double)k);
}
/* Twosided Welch PSD logscale magnitude
n = 8192, nfft = 8192, noverlap = 4096 */
err = psd_welch_cmplx(x, N, DSPL_WIN_BLACKMAN, 0, 8192, 4096, NULL, FS,
DSPL_FLAG_LOGMAG | DSPL_FLAG_PSD_TWOSIDED, psd, frq);
writetxt(frq, psd, 8192, "dat/psd_welch_cmplx_8192.txt");
psd_plot(argc, argv, "img/psd_welch_cmplx_8192.png",
"dat/psd_welch_cmplx_8192.txt");
/* Twosided Welch PSD logscale magnitude
n = 8192, nfft = 1024, noverlap = 512 */
err = psd_welch_cmplx(x, N, DSPL_WIN_BLACKMAN, 0, 1024, 512, NULL, FS,
DSPL_FLAG_LOGMAG | DSPL_FLAG_PSD_TWOSIDED, psd, frq);
writetxt(frq, psd, 1024, "dat/psd_welch_cmplx_1024.txt");
psd_plot(argc, argv, "img/psd_welch_cmplx_1024.png",
"dat/psd_welch_cmplx_1024.txt");
/* Twosided Welch PSD logscale magnitude
n = 8192, nfft = 256, noverlap = 128 */
err = psd_welch_cmplx(x, N, DSPL_WIN_BLACKMAN, 0, 256, 128, NULL, FS,
DSPL_FLAG_LOGMAG | DSPL_FLAG_PSD_TWOSIDED, psd, frq);
writetxt(frq, psd, 256, "dat/psd_welch_cmplx_256.txt");
psd_plot(argc, argv, "img/psd_welch_cmplx_256.png",
"dat/psd_welch_cmplx_256.txt");
dspl_free(hdspl); /* free dspl handle */
if(x)
free(x);
if(psd)
free(psd);
if(frq)
free(frq);
return 0;
}

98
examples/src/psd_welch_test.c
Wyświetl plik

@ -4,80 +4,84 @@
#include "dspl.h" #include "dspl.h"
#define N 8192 #define N 8192
#define NFFT 512 #define FS 1.0
#define FS 0.01
void psd_plot(int argc, char* argv[], char* fn_png, char* fn_data)
{
char cmd[512] = {0};
void* hplot; /* GNUPLOT handle */
/* plotting by GNUPLOT */
gnuplot_create(argc, argv, 680, 480, fn_png, &hplot);
gnuplot_cmd(hplot, "unset key");
gnuplot_cmd(hplot, "set grid");
gnuplot_cmd(hplot, "set xlabel 'frequency, Hz'");
gnuplot_cmd(hplot, "set ylabel 'Power Spectral Density, [dB/Hz]'");
gnuplot_cmd(hplot, "set yrange [-60: 40]");
sprintf(cmd, "plot '%s' w l lt -1", fn_data);
gnuplot_cmd(hplot, cmd);
gnuplot_close(hplot);
}
int main(int argc, char* argv[]) int main(int argc, char* argv[])
{ {
void* hdspl; /* DSPL handle */ void* hdspl; /* DSPL handle */
void* hplot; /* GNUPLOT handle */
hdspl = dspl_load(); // Load DSPL function hdspl = dspl_load(); /* Load DSPL function */
random_t rnd = {0}; /* random structure */ random_t rnd = {0}; /* random structure */
double *x = NULL; double *x = NULL;
double *psd = NULL; double *psd = NULL;
double *frq = NULL; double *frq = NULL;
int k, err; int k, err;
x = (double*)malloc(N*sizeof(double)); x = (double*)malloc(N*sizeof(double));
psd = (double*)malloc(N*sizeof(double)); psd = (double*)malloc(N*sizeof(double));
frq = (double*)malloc(N*sizeof(double)); frq = (double*)malloc(N*sizeof(double));
/* input signal fill as noise -40 dB/Hz power spectrum density */ /* input signal fill as noise -20 dB/Hz power spectrum density */
random_init(&rnd, RAND_TYPE_MRG32K3A, NULL); random_init(&rnd, RAND_TYPE_MRG32K3A, NULL);
randn(x, N, 0.0, 0.1, &rnd); randn(x, N, 0.0, 0.1, &rnd);
/* x[k] = 0.1*cos(2*pi*0.1*k) + cos(2*pi*0.2*k) + noise */ /* x[k] = 0.1 * cos(2 * pi * 0.2 * k) + cos(2 * pi * 0.26 * k) + noise */
for(k = 0; k < N; k++) for(k = 0; k < N; k++)
x[k] += cos(M_2PI * 0.26 * (double)k) + 0.1*cos(M_2PI*0.2* (double)k); x[k] += cos(M_2PI * 0.26 * (double)k) + 0.1*cos(M_2PI*0.2* (double)k);
/* Twosided PSD with logscale magnitude */ /* Twosided PSD logscale magnitude n = 8192, nfft = 8192.
err = psd_welch(x, N, DSPL_WIN_BLACKMAN , 0, NFFT, NFFT, NULL, FS, This case is periodogram */
DSPL_FLAG_LOGMAG | DSPL_FLAG_PSD_TWOSIDED, psd, frq);
err = psd_welch(x, N, DSPL_WIN_BLACKMAN, 0, 8192, 4096, NULL, FS,
printf("error: 0x%.8x\n", err);
// Save PSD to the "dat/psd_welch.txt" file
writetxt(frq, psd, NFFT, "dat/psd_welch.txt");
/* Twosided PSD with logscale magnitude */
err = psd_periodogram(x, N, DSPL_WIN_BLACKMAN, 0, NULL, FS,
DSPL_FLAG_LOGMAG | DSPL_FLAG_PSD_TWOSIDED, psd, frq);
printf("error: 0x%.8x\n", err);
writetxt(frq, psd, N, "dat/psd_periodogram.txt");
/* Twosided PSD with logscale magnitude */
err = psd_bartlett(x, N, NFFT, NULL, FS,
DSPL_FLAG_LOGMAG | DSPL_FLAG_PSD_TWOSIDED, psd, frq); DSPL_FLAG_LOGMAG | DSPL_FLAG_PSD_TWOSIDED, psd, frq);
printf("error: 0x%.8x\n", err); writetxt(frq, psd, 8192, "dat/psd_welch_8192.txt");
psd_plot(argc, argv, "img/psd_welch_8192.png",
"dat/psd_welch_8192.txt");
// Save PSD to the "dat/psd_welch.txt" file
writetxt(frq, psd, NFFT, "dat/psd_barlett.txt");
/* plotting by GNUPLOT */ err = psd_welch(x, N, DSPL_WIN_BLACKMAN, 0, 1024, 512, NULL, FS,
gnuplot_create(argc, argv, 560, 420, "img/psd_welch.png", &hplot); DSPL_FLAG_LOGMAG | DSPL_FLAG_PSD_TWOSIDED, psd, frq);
gnuplot_cmd(hplot, "unset key"); writetxt(frq, psd, 1024, "dat/psd_welch_1024.txt");
gnuplot_cmd(hplot, "set grid"); psd_plot(argc, argv, "img/psd_welch_1024.png",
gnuplot_cmd(hplot, "set xlabel 'frequency'"); "dat/psd_welch_1024.txt");
gnuplot_cmd(hplot, "set ylabel 'PSD, dB'");
gnuplot_cmd(hplot, "plot 'dat/psd_periodogram.txt' w l lt 3,\\"); err = psd_welch(x, N, DSPL_WIN_BLACKMAN, 0, 256, 128, NULL, FS,
gnuplot_cmd(hplot, " 'dat/psd_barlett.txt' w l lt 1,\\"); DSPL_FLAG_LOGMAG | DSPL_FLAG_PSD_TWOSIDED, psd, frq);
gnuplot_cmd(hplot, " 'dat/psd_welch.txt' w l lt -1"); writetxt(frq, psd, 256, "dat/psd_welch_256.txt");
psd_plot(argc, argv, "img/psd_welch_256.png",
"dat/psd_welch_256.txt");
gnuplot_close(hplot); dspl_free(hdspl); /* free dspl handle */
dspl_free(hdspl); // free dspl handle
if(x) if(x)
free(x); free(x);
if(psd)
free(psd);
if(frq)
free(frq);
return 0; return 0;
} }