libdspl-2.0/dspl/src/conv.c

1057 wiersze
33 KiB
C
Czysty Wina Historia

This file contains ambiguous Unicode characters!

This file contains ambiguous Unicode characters that may be confused with others in your current locale. If your use case is intentional and legitimate, you can safely ignore this warning. Use the Escape button to highlight these characters.

/*
* Copyright (c) 2015-2019 Sergey Bakhurin
* Digital Signal Processing Library [http://dsplib.org]
*
* This file is part of libdspl-2.0.
*
* is free software: you can redistribute it and/or modify
* it under the terms of the GNU Lesser General Public License as published by
* the Free Software Foundation, either version 3 of the License, or
* (at your option) any later version.
*
* DSPL is distributed in the hope that it will be useful,
* but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
* MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE. See the
* GNU General Public License for more details.
*
* You should have received a copy of the GNU Lesser General Public License
* along with Foobar. If not, see <http://www.gnu.org/licenses/>.
*/
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include "dspl.h"
#ifdef DOXYGEN_ENGLISH
/*! ****************************************************************************
\ingroup FILTER_CONV_GROUP
\fn int conv(double* a, int na, double* b, int nb, double* c)
\brief Real vectors linear convolution.
Function convolves two real vectors \f$ c = a * b\f$ length `na` and `nb`.
The output convolution is a vector `c` with length equal to `na + nb - 1`.
\param[in] a
Pointer to the first vector `a`. \n
Vector size is `[na x 1]`. \n \n
\param[in] na
Size of the first vector `a`. \n \n
\param[in] b
Pointer to the second vector `b`. \n
Vector size is `[nb x 1]`. \n \n
\param[in] nb
Size of the second vector `b`. \n \n
\param[out] c
Pointer to the convolution output vector \f$ c = a * b\f$. \n
Vector size is `[na + nb - 1 x 1]`. \n
Memory must be allocated. \n \n
\return `RES_OK` if convolution is calculated successfully. \n
Else \ref ERROR_CODE_GROUP "code error".
\note If vectors `a` and `b` are coefficients of two polynomials,
then convolution of the vectors `a` and `b` returns polynomial product
coefficients.
Example:
\code{.cpp}
double ar[3] = {1.0, 2.0, 3.0};
double br[4] = {3.0, -1.0, 2.0, 4.0};
double cr[6];
int n;
conv(ar, 3, br, 4, cr);
for(n = 0; n < 6; n++)
printf("cr[%d] = %5.1f\n", n, cr[n]);
\endcode
\n
Output:
\verbatim
cr[0] = 3.0
cr[1] = 5.0
cr[2] = 9.0
cr[3] = 5.0
cr[4] = 14.0
cr[5] = 12.0
\endverbatim
\author Sergey Bakhurin www.dsplib.org
***************************************************************************** */
#endif
#ifdef DOXYGEN_RUSSIAN
/*! ****************************************************************************
\ingroup FILTER_CONV_GROUP
\fn int conv(double* a, int na, double* b, int nb, double* c)
\brief Линейная свертка двух вещественных векторов
Функция рассчитывает линейную свертку двух векторов \f$ c = a * b\f$.
\param[in] a
Указатель на первый вектор \f$a\f$. \n
Размер вектора `[na x 1]`. \n \n
\param[in] na
Размер первого вектора. \n \n
\param[in] b
Указатель на второй вектор \f$b\f$. \n
Размер вектора `[nb x 1]`. \n \n
\param[in] nb
Размер второго вектора. \n \n
\param[out] c
Указатель на вектор свертки \f$ c = a * b\f$. \n
Размер вектора `[na + nb - 1 x 1]`. \n
Память должна быть выделена. \n \n
\return
`RES_OK` если свертка расчитана успешно. \n
В противном случае \ref ERROR_CODE_GROUP "код ошибки".
\note
Если вектора `a` и `b` представляют собой коэффициенты двух полиномов,
то результат линейной свертки представляет собой коэффициенты произведения
исходных полиномов.
Пример использования функции:
\code{.cpp}
double ar[3] = {1.0, 2.0, 3.0};
double br[4] = {3.0, -1.0, 2.0, 4.0};
double cr[6];
int n;
conv(ar, 3, br, 4, cr);
for(n = 0; n < 6; n++)
printf("cr[%d] = %5.1f \n ", n, cr[n]);
\endcode
\n
Результат работы:
\verbatim
cr[0] = 3.0
cr[1] = 5.0
cr[2] = 9.0
cr[3] = 5.0
cr[4] = 14.0
cr[5] = 12.0
\endverbatim
\author Бахурин Сергей. www.dsplib.org
***************************************************************************** */
#endif
int DSPL_API conv(double* a, int na, double* b, int nb, double* c)
{
int k;
int n;
double *t;
size_t bufsize;
if(!a || !b || !c)
return ERROR_PTR;
if(na < 1 || nb < 1)
return ERROR_SIZE;
bufsize = (na + nb - 1) * sizeof(double);
if((a != c) && (b != c))
t = c;
else
t = (double*)malloc(bufsize);
memset(t, 0, bufsize);
for(k = 0; k < na; k++)
for(n = 0; n < nb; n++)
t[k+n] += a[k]*b[n];
if(t!=c)
{
memcpy(c, t, bufsize);
free(t);
}
return RES_OK;
}
#ifdef DOXYGEN_ENGLISH
/*! ****************************************************************************
\ingroup FILTER_CONV_GROUP
\fn int conv_cmplx(complex_t* a, int na, complex_t* b, int nb, complex_t* c)
\brief Complex vectors linear convolution.
Function convolves two complex vectors \f$ c = a * b\f$ length `na` and `nb`.
The output convolution is a vector `c` with length equal to `na + nb - 1`.
\param[in] a
Pointer to the first vector `a`. \n
Vector size is `[na x 1]`. \n \n
\param[in] na
Size of the first vector `a`. \n \n
\param[in] b
Pointer to the second vector `b`. \n
Vector size is `[nb x 1]`. \n \n
\param[in] nb
Size of the second vector `b`. \n \n
\param[out] c
Pointer to the convolution output vector \f$ c = a * b\f$. \n
Vector size is `[na + nb - 1 x 1]`. \n
Memory must be allocated. \n \n
\return `RES_OK` if convolution is calculated successfully. \n
Else \ref ERROR_CODE_GROUP "code error".
\note If vectors `a` and `b` are coefficients of two polynomials,
then convolution of the vectors `a` and `b` returns polynomial product
coefficients.
Example:
\code{.cpp}
complex_t ac[3] = {{0.0, 1.0}, {1.0, 1.0}, {2.0, 2.0}};
complex_t bc[4] = {{3.0, 3.0}, {4.0, 4.0}, {5.0, 5.0}, {6.0, 6.0}};
complex_t cc[6];
int n;
conv_cmplx(ac, 3, bc, 4, cc);
for(n = 0; n < 6; n++)
printf("cc[%d] = %5.1f%+5.1fj\n", n, RE(cc[n]),IM(cc[n]));
\endcode
\n
Output:
\verbatim
cc[0] = -3.0 +3.0j
cc[1] = -4.0+10.0j
cc[2] = -5.0+25.0j
cc[3] = -6.0+32.0j
cc[4] = 0.0+32.0j
cc[5] = 0.0+24.0j
\endverbatim
\author Sergey Bakhurin www.dsplib.org
***************************************************************************** */
#endif
#ifdef DOXYGEN_RUSSIAN
/*! ****************************************************************************
\ingroup FILTER_CONV_GROUP
\fn int conv_cmplx(complex_t* a, int na, complex_t* b, int nb, complex_t* c)
\brief Линейная свертка двух комплексных векторов
Функция рассчитывает линейную свертку двух векторов \f$ c = a * b\f$.
\param[in] a
Указатель на первый вектор \f$a\f$. \n
Размер вектора `[na x 1]`. \n \n
\param[in] na
Размер первого вектора. \n \n
\param[in] b
Указатель на второй вектор \f$b\f$. \n
Размер вектора `[nb x 1]`. \n \n
\param[in] nb
Размер второго вектора. \n \n
\param[out] c
Указатель на вектор свертки \f$ c = a * b\f$. \n
Размер вектора `[na + nb - 1 x 1]`. \n
Память должна быть выделена. \n \n
\return
`RES_OK` если свертка рассчитана успешно. \n
В противном случае \ref ERROR_CODE_GROUP "код ошибки".
\note
Если векторы `a` и `b` представляют собой коэффициенты двух полиномов,
то результат линейной свертки представляет собой коэффициенты произведения
исходных полиномов.
Пример использования функции:
\code{.cpp}
complex_t ac[3] = {{0.0, 1.0}, {1.0, 1.0}, {2.0, 2.0}};
complex_t bc[4] = {{3.0, 3.0}, {4.0, 4.0}, {5.0, 5.0}, {6.0, 6.0}};
complex_t cc[6];
int n;
conv_cmplx(ac, 3, bc, 4, cc);
for(n = 0; n < 6; n++)
printf("cc[%d] = %5.1f%+5.1fj \n ", n, RE(cc[n]),IM(cc[n]));
\endcode
\n
Результат работы:
\verbatim
cc[0] = -3.0 +3.0j
cc[1] = -4.0+10.0j
cc[2] = -5.0+25.0j
cc[3] = -6.0+32.0j
cc[4] = 0.0+32.0j
cc[5] = 0.0+24.0j
\endverbatim
\author Бахурин Сергей. www.dsplib.org
***************************************************************************** */
#endif
int DSPL_API conv_cmplx(complex_t* a, int na, complex_t* b,
int nb, complex_t* c)
{
int k;
int n;
complex_t *t;
size_t bufsize;
if(!a || !b || !c)
return ERROR_PTR;
if(na < 1 || nb < 1)
return ERROR_SIZE;
bufsize = (na + nb - 1) * sizeof(complex_t);
if((a != c) && (b != c))
t = c;
else
t = (complex_t*)malloc(bufsize);
memset(t, 0, bufsize);
for(k = 0; k < na; k++)
{
for(n = 0; n < nb; n++)
{
RE(t[k+n]) += CMRE(a[k], b[n]);
IM(t[k+n]) += CMIM(a[k], b[n]);
}
}
if(t!=c)
{
memcpy(c, t, bufsize);
free(t);
}
return RES_OK;
}
#ifdef DOXYGEN_ENGLISH
/*! ****************************************************************************
\ingroup FILTER_CONV_GROUP
\fn int conv_fft(double* a, int na, double* b, int nb,
fft_t* pfft, int nfft, double* c)
\brief Real vectors fast linear convolution by using fast Fourier
transform algorithms
Function convolves two real vectors \f$ c = a * b\f$ length `na` and `nb`
in the frequency domain by using FFT algorithms. This approach provide
high-performance convolution which increases with `na` and `nb` increasing.
The output convolution is a vector `c` with length equal to `na + nb - 1`.
\param[in] a
Pointer to the first vector `a`. \n
Vector size is `[na x 1]`. \n \n
\param[in] na
Size of the first vector `a`. \n \n
\param[in] b
Pointer to the second vector `b`. \n
Vector size is `[nb x 1]`. \n \n
\param[in] nb
Size of the second vector `b`. \n \n
\param[in] pfft
Pointer to the structure `fft_t`. \n
Function changes `fft_t` structure fields so `fft_t` must
be clear before program returns. \n \n
\param[in] nfft
FFT size. \n
This parameter set which FFT size will be used
for overlapped frequency domain convolution. \n
FFT size must be more of minimal `na` and `nb` value.
For example if `na = 10`, `nb = 4` then `nfft` parameter must
be more than 4. \n
\param[out] c
Pointer to the convolution output vector \f$ c = a * b\f$. \n
Vector size is `[na + nb - 1 x 1]`. \n
Memory must be allocated. \n \n
\return `RES_OK` if convolution is calculated successfully. \n
Else \ref ERROR_CODE_GROUP "code error". \n \n
Example:
\include conv_fft_test.c
Program output:
\verbatim
conv_fft error: 0x00000000
conv error: 0x00000000
c[ 0] = -0.00 d[ 0] = 0.00
c[ 1] = -0.00 d[ 1] = 0.00
c[ 2] = 1.00 d[ 2] = 1.00
c[ 3] = 4.00 d[ 3] = 4.00
c[ 4] = 10.00 d[ 4] = 10.00
c[ 5] = 20.00 d[ 5] = 20.00
c[ 6] = 35.00 d[ 6] = 35.00
c[ 7] = 56.00 d[ 7] = 56.00
c[ 8] = 77.00 d[ 8] = 77.00
c[ 9] = 98.00 d[ 9] = 98.00
c[ 10] = 119.00 d[ 10] = 119.00
c[ 11] = 140.00 d[ 11] = 140.00
c[ 12] = 161.00 d[ 12] = 161.00
c[ 13] = 182.00 d[ 13] = 182.00
c[ 14] = 190.00 d[ 14] = 190.00
c[ 15] = 184.00 d[ 15] = 184.00
c[ 16] = 163.00 d[ 16] = 163.00
c[ 17] = 126.00 d[ 17] = 126.00
c[ 18] = 72.00 d[ 18] = 72.00
\endverbatim
\author Sergey Bakhurin www.dsplib.org
***************************************************************************** */
#endif
#ifdef DOXYGEN_RUSSIAN
/*! ****************************************************************************
\ingroup FILTER_CONV_GROUP
\fn int conv_fft(double* a, int na, double* b, int nb,
fft_t* pfft, double* c)
\brief Линейная свертка двух вещественных векторов с использованием алгоритмов
быстрого преобразования Фурье
Функция рассчитывает линейную свертку двух векторов \f$ c = a * b\f$ используя
секционную обработку с перекрытием в частотной области. Это позволяет сократить
вычислительные операции при расчете длинных сверток.
\param[in] a
Указатель на первый вектор \f$a\f$. \n
Размер вектора `[na x 1]`. \n \n
\param[in] na
Размер первого вектора. \n \n
\param[in] b
Указатель на второй вектор \f$b\f$. \n
Размер вектора `[nb x 1]`. \n \n
\param[in] nb
Размер второго вектора. \n \n
\param[in] pfft
Указатель на структуру `fft_t` алгоритма
быстрого преобразования Фурье. \n
Функция изменит состояние полей структуры `fft_t`,
поэтому структура должна быть очищена перед выходом из
программы для исключения утечек памяти. \n
\param[in] nfft
Размер алгоритма БПФ который будет использован для расчета
секционной свертки с перекрытием. \n
Данный параметр должен быть больше чем минимальное значение
размеров сворачиваемых векторов. \n
Например если `na=10`, а `nb=4`, то параметр `nfft` должен быть больше 4. \n
Библиотека поддерживает алгоритмы БПФ составной длины
\f$n = n_0 \times n_1 \times n_2 \times \ldots \times n_p \times m\f$,
где \f$n_i = 2,3,5,7\f$, а \f$m \f$ --- произвольный простой множитель
не превосходящий 46340 (см. описание функции \ref fft_create).
Однако, максимальное быстродействие достигается при использовании длин равных
степени двойки.
\param[out] c
Указатель на вектор свертки \f$ c = a * b\f$. \n
Размер вектора `[na + nb - 1 x 1]`. \n
Память должна быть выделена. \n \n
\return
`RES_OK` если свертка рассчитана успешно. \n
В противном случае \ref ERROR_CODE_GROUP "код ошибки".
\note
Данная функция наиболее эффективна при вычислении длинных сверток.
Пример использования функции:
\include conv_fft_test.c
Результат работы:
\verbatim
conv_fft error: 0x00000000
conv error: 0x00000000
c[ 0] = -0.00 d[ 0] = 0.00
c[ 1] = -0.00 d[ 1] = 0.00
c[ 2] = 1.00 d[ 2] = 1.00
c[ 3] = 4.00 d[ 3] = 4.00
c[ 4] = 10.00 d[ 4] = 10.00
c[ 5] = 20.00 d[ 5] = 20.00
c[ 6] = 35.00 d[ 6] = 35.00
c[ 7] = 56.00 d[ 7] = 56.00
c[ 8] = 77.00 d[ 8] = 77.00
c[ 9] = 98.00 d[ 9] = 98.00
c[ 10] = 119.00 d[ 10] = 119.00
c[ 11] = 140.00 d[ 11] = 140.00
c[ 12] = 161.00 d[ 12] = 161.00
c[ 13] = 182.00 d[ 13] = 182.00
c[ 14] = 190.00 d[ 14] = 190.00
c[ 15] = 184.00 d[ 15] = 184.00
c[ 16] = 163.00 d[ 16] = 163.00
c[ 17] = 126.00 d[ 17] = 126.00
c[ 18] = 72.00 d[ 18] = 72.00
\endverbatim
\author Бахурин Сергей. www.dsplib.org
***************************************************************************** */
#endif
int DSPL_API conv_fft(double* a, int na, double* b, int nb,
fft_t* pfft, int nfft, double* c)
{
complex_t *pa = NULL, *pb = NULL, *pc = NULL;
int err;
if(!a || !b || !c || !pfft)
return ERROR_PTR;
if(na<1 || nb < 1)
return ERROR_SIZE;
if(nfft<2)
return ERROR_FFT_SIZE;
pa = (complex_t*) malloc(na*sizeof(complex_t));
pb = (complex_t*) malloc(nb*sizeof(complex_t));
pc = (complex_t*) malloc((na+nb-1)*sizeof(complex_t));
re2cmplx(a, na, pa);
re2cmplx(b, nb, pb);
err = conv_fft_cmplx(pa, na, pb, nb, pfft, nfft, pc);
if(err != RES_OK)
goto exit_label;
err = cmplx2re(pc, na+nb-1, c, NULL);
exit_label:
if(pa) free(pa);
if(pb) free(pb);
if(pc) free(pc);
return err;
}
#ifdef DOXYGEN_ENGLISH
/*! ****************************************************************************
\ingroup FILTER_CONV_GROUP
\fn int conv_fft_cmplx(complex_t* a, int na, complex_t* b, int nb,
fft_t* pfft, int nfft, complex_t* c)
\brief Complex vectors fast linear convolution by using fast Fourier
transform algorithms
Function convolves two complex vectors \f$ c = a * b\f$ length `na` and `nb`
in the frequency domain by using FFT algorithms. This approach provide
high-performance convolution which increases with `na` and `nb` increasing.
The output convolution is a vector `c` with length equal to `na + nb - 1`.
\param[in] a
Pointer to the first vector `a`. \n
Vector size is `[na x 1]`. \n \n
\param[in] na
Size of the first vector `a`. \n \n
\param[in] b
Pointer to the second vector `b`. \n
Vector size is `[nb x 1]`. \n \n
\param[in] nb
Size of the second vector `b`. \n \n
\param[in] pfft
Pointer to the structure `fft_t`. \n
Function changes `fft_t` structure fields so `fft_t` must
be clear before program returns. \n \n
\param[in] nfft
FFT size. \n
This parameter set which FFT size will be used
for overlapped frequency domain convolution. \n
FFT size must be more of minimal `na` and `nb` value.
For example if `na = 10`, `nb = 4` then `nfft` parameter must
be more than 4. \n
\param[out] c
Pointer to the convolution output vector \f$ c = a * b\f$. \n
Vector size is `[na + nb - 1 x 1]`. \n
Memory must be allocated. \n \n
\return `RES_OK` if convolution is calculated successfully. \n
Else \ref ERROR_CODE_GROUP "code error". \n \n
Example:
\include conv_fft_cmplx_test.c
Program output:
\verbatim
c[ 0] = -1.00 -0.00j d[ 0] = -1.00 +0.00j
c[ 1] = -6.00 +4.00j d[ 1] = -6.00 +4.00j
c[ 2] = -15.00 +20.00j d[ 2] = -15.00 +20.00j
c[ 3] = -28.00 +56.00j d[ 3] = -28.00 +56.00j
c[ 4] = -45.00 +120.00j d[ 4] = -45.00 +120.00j
c[ 5] = -55.00 +210.00j d[ 5] = -55.00 +210.00j
c[ 6] = -65.00 +300.00j d[ 6] = -65.00 +300.00j
c[ 7] = -75.00 +390.00j d[ 7] = -75.00 +390.00j
c[ 8] = -85.00 +480.00j d[ 8] = -85.00 +480.00j
c[ 9] = -95.00 +570.00j d[ 9] = -95.00 +570.00j
c[ 10] = -105.00 +660.00j d[ 10] = -105.00 +660.00j
c[ 11] = -115.00 +750.00j d[ 11] = -115.00 +750.00j
c[ 12] = -125.00 +840.00j d[ 12] = -125.00 +840.00j
c[ 13] = -135.00 +930.00j d[ 13] = -135.00 +930.00j
c[ 14] = -145.00 +1020.00j d[ 14] = -145.00 +1020.00j
c[ 15] = -124.00 +1080.00j d[ 15] = -124.00 +1080.00j
c[ 16] = -99.00 +1016.00j d[ 16] = -99.00 +1016.00j
c[ 17] = -70.00 +820.00j d[ 17] = -70.00 +820.00j
c[ 18] = -37.00 +484.00j d[ 18] = -37.00 +484.00j
\endverbatim
\author Sergey Bakhurin www.dsplib.org
***************************************************************************** */
#endif
#ifdef DOXYGEN_RUSSIAN
/*! ****************************************************************************
\ingroup FILTER_CONV_GROUP
\fn int conv_fft_cmplx(complex_t* a, int na, complex_t* b, int nb,
fft_t* pfft, complex_t* c)
\brief Линейная свертка двух комплексных векторов с использованием алгоритмов
быстрого преобразования Фурье
Функция рассчитывает линейную свертку двух векторов \f$ c = a * b\f$ используя
секционную обработку с перекрытием в частотной области. Это позволяет сократить
вычислительные операции при расчете длинных сверток.
\param[in] a
Указатель на первый вектор \f$a\f$. \n
Размер вектора `[na x 1]`. \n \n
\param[in] na
Размер первого вектора. \n \n
\param[in] b
Указатель на второй вектор \f$b\f$. \n
Размер вектора `[nb x 1]`. \n \n
\param[in] nb
Размер второго вектора. \n \n
\param[in] pfft
Указатель на структуру `fft_t` алгоритма
быстрого преобразования Фурье. \n
Функция изменит состояние полей структуры `fft_t`,
поэтому структура должна быть очищена перед выходом из
программы для исключения утечек памяти. \n
\param[in] nfft
Размер алгоритма БПФ который будет использован для расчета
секционной свертки с перекрытием. \n
Данный параметр должен быть больше чем минимальное значение
размеров сворачиваемых векторов. \n
Например если `na=10`, а `nb=4`, то параметр `nfft` должен быть больше 4. \n
Библиотека поддерживает алгоритмы БПФ составной длины
\f$n = n_0 \times n_1 \times n_2 \times \ldots \times n_p \times m\f$,
где \f$n_i = 2,3,5,7\f$, а \f$m \f$ --- произвольный простой множитель
не превосходящий 46340 (см. описание функции \ref fft_create).
Однако, максимальное быстродействие достигается при использовании длин равных
степени двойки.
\param[out] c
Указатель на вектор свертки \f$ c = a * b\f$. \n
Размер вектора `[na + nb - 1 x 1]`. \n
Память должна быть выделена. \n \n
\return
`RES_OK` если свертка рассчитана успешно. \n
В противном случае \ref ERROR_CODE_GROUP "код ошибки".
\note
Данная функция наиболее эффективна при вычислении длинных сверток.
Пример использования функции:
\include conv_fft_cmplx_test.c
Результат работы:
\verbatim
c[ 0] = -1.00 -0.00j d[ 0] = -1.00 +0.00j
c[ 1] = -6.00 +4.00j d[ 1] = -6.00 +4.00j
c[ 2] = -15.00 +20.00j d[ 2] = -15.00 +20.00j
c[ 3] = -28.00 +56.00j d[ 3] = -28.00 +56.00j
c[ 4] = -45.00 +120.00j d[ 4] = -45.00 +120.00j
c[ 5] = -55.00 +210.00j d[ 5] = -55.00 +210.00j
c[ 6] = -65.00 +300.00j d[ 6] = -65.00 +300.00j
c[ 7] = -75.00 +390.00j d[ 7] = -75.00 +390.00j
c[ 8] = -85.00 +480.00j d[ 8] = -85.00 +480.00j
c[ 9] = -95.00 +570.00j d[ 9] = -95.00 +570.00j
c[ 10] = -105.00 +660.00j d[ 10] = -105.00 +660.00j
c[ 11] = -115.00 +750.00j d[ 11] = -115.00 +750.00j
c[ 12] = -125.00 +840.00j d[ 12] = -125.00 +840.00j
c[ 13] = -135.00 +930.00j d[ 13] = -135.00 +930.00j
c[ 14] = -145.00 +1020.00j d[ 14] = -145.00 +1020.00j
c[ 15] = -124.00 +1080.00j d[ 15] = -124.00 +1080.00j
c[ 16] = -99.00 +1016.00j d[ 16] = -99.00 +1016.00j
c[ 17] = -70.00 +820.00j d[ 17] = -70.00 +820.00j
c[ 18] = -37.00 +484.00j d[ 18] = -37.00 +484.00j
\endverbatim
\author Бахурин Сергей. www.dsplib.org
***************************************************************************** */
#endif
int DSPL_API conv_fft_cmplx(complex_t* a, int na, complex_t* b, int nb,
fft_t* pfft, int nfft, complex_t* c)
{
int La, Lb, Lc, Nz, n, p0, p1, ind, err;
complex_t *pa, *pb;
complex_t *pt, *pA, *pB, *pC;
if(!a || !b || !c)
return ERROR_PTR;
if(na < 1 || nb < 1)
return ERROR_SIZE;
if(na >= nb)
{
La = na;
Lb = nb;
pa = a;
pb = b;
}
else
{
La = nb;
pa = b;
Lb = na;
pb = a;
}
Lc = La + Lb - 1;
Nz = nfft - Lb;
if(Nz <= 0)
return ERROR_FFT_SIZE;
pt = (complex_t*)malloc(nfft*sizeof(complex_t));
pB = (complex_t*)malloc(nfft*sizeof(complex_t));
pA = (complex_t*)malloc(nfft*sizeof(complex_t));
pC = (complex_t*)malloc(nfft*sizeof(complex_t));
memset(pt, 0, nfft*sizeof(complex_t));
memcpy(pt+Nz, pb, Lb*sizeof(complex_t));
err = fft_cmplx(pt, nfft, pfft, pB);
if(err != RES_OK)
goto exit_label;
p0 = -Lb;
p1 = p0 + nfft;
ind = 0;
while(ind < Lc)
{
if(p0 >=0)
{
if(p1 < La)
err = fft_cmplx(pa + p0, nfft, pfft, pA);
else
{
memset(pt, 0, nfft*sizeof(complex_t));
memcpy(pt, pa+p0, (nfft+La-p1)*sizeof(complex_t));
err = fft_cmplx(pt, nfft, pfft, pA);
}
}
else
{
memset(pt, 0, nfft*sizeof(complex_t));
if(p1 < La)
memcpy(pt - p0, pa, (nfft+p0)*sizeof(complex_t));
else
memcpy(pt - p0, pa, La * sizeof(complex_t));
err = fft_cmplx(pt, nfft, pfft, pA);
}
if(err != RES_OK)
goto exit_label;
for(n = 0; n < nfft; n++)
{
RE(pC[n]) = CMRE(pA[n], pB[n]);
IM(pC[n]) = CMIM(pA[n], pB[n]);
}
if(ind+nfft < Lc)
err = ifft_cmplx(pC, nfft, pfft, c+ind);
else
{
err = ifft_cmplx(pC, nfft, pfft, pt);
memcpy(c+ind, pt, (Lc-ind)*sizeof(complex_t));
}
if(err != RES_OK)
goto exit_label;
p0 += Nz;
p1 += Nz;
ind += Nz;
}
exit_label:
if(pt) free(pt);
if(pB) free(pB);
if(pA) free(pA);
if(pC) free(pC);
return err;
}
#ifdef DOXYGEN_ENGLISH
/*! ****************************************************************************
\ingroup FILTER_CONV_GROUP
\fn int filter_iir(double* b, double* a, int ord, double* x, int n, double* y)
\brief Real IIR filtration
Function calculates real IIR filter output for real signal. The real filter
contains real coefficients of the transfer function \f$H(z)\f$
numerator and denominator:
\f[
H(z) = \frac{\sum_{n = 0}^{N} b_n z^{-n}}
{1+{\frac{1}{a_0}}\sum_{m = 1}^{M} a_m z^{-n}},
\f]
here \f$a_0\f$ cannot be equals zeros, \f$N=M=\f$`ord`.
\param[in] b
Pointer to the vector \f$b\f$ of IIR filter
transfer function numerator coefficients. \n
Vector size is `[ord + 1 x 1]`. \n \n
\param[in] a
Pointer to the vector \f$a\f$ of IIR filter
transfer function denominator coefficients. \n
Vector size is `[ord + 1 x 1]`. \n
This pointer can be `NULL` if filter is FIR. \n \n
\param[in] ord
Filter order. Number of the transfer function
numerator and denominator coefficients
(length of vectors `b` and `a`) is `ord + 1`. \n \n
\param[in] x
Pointer to the input signal vector. \n
Vector size is `[n x 1]`. \n \n
\param[in] n
Size of the input signal vector `x`. \n \n
\param[out] y
Pointer to the IIR filter output vector. \n
Vector size is `[n x 1]`. \n
Memory must be allocated. \n \n
\return
`RES_OK` if filter output is calculated successfully. \n
Else \ref ERROR_CODE_GROUP "code error". \n
Example:
\include filter_iir_test.c
Input signal is
\f$s(t) = \sin(2\pi \cdot 0.05 t) + n(t)\f$, here \f$n(t)\f$ white Gaussian
noise with zero mean value and unit standard deviation. \n
Input signal is filtered by elliptic LPF order 6 and output signal and data
saves in the txt-files
\verbatim
dat/s.txt - input signal + noise
dat/sf.txt - filter output.
\endverbatim
Plots:
\image html filter_iir_test.png
GNUPLOT script for make plots is:
\include filter_iir.plt
\author Sergey Bakhurin www.dsplib.org
***************************************************************************** */
#endif
#ifdef DOXYGEN_RUSSIAN
/*! ****************************************************************************
\ingroup FILTER_CONV_GROUP
\fn int filter_iir(double* b, double* a, int ord, double* x, int n, double* y)
\brief Фильтрация вещественного сигнала вещественным БИХ-фильтром
Функция рассчитывает выход фильтра заданного выражением
\f[
H(z) = \frac{\sum_{n = 0}^{N} b_n z^{-n}}
{1+{\frac{1}{a_0}}\sum_{m = 1}^{M} a_m z^{-m}},
\f]
где \f$a_0\f$ не может быть 0, \f$N=M=\f$`ord`.
\param[in] b
Указатель на вектор коэффициентов числителя
передаточной функции \f$H(z)\f$ БИХ-фильтра. \n
Размер вектора `[ord + 1 x 1]`. \n \n
\param[in] a
Указатель на вектор коэффициентов знаменателя
передаточной функции \f$H(z)\f$ БИХ-фильтра. \n
Размер вектора `[ord + 1 x 1]`. \n
Этот указатель может быть `NULL`, тогда фильтрация производится
без использования рекурсивной части
(вектор коэффициентов `b` задает КИХ-фильтр). \n \n
\param[in] ord
Порядок фильтра. Количество коэффициентов числителя и знаменателя
передаточной функции \f$H(z)\f$ БИХ-фильтра равно `ord + 1`. \n \n
\param[in] x
Указатель на вектор отсчетов входного сигнала. \n
Размер вектора `[n x 1]`. \n \n
\param[in] n
Длина входного сигнала. \n \n
\param[out] y
Указатель на вектор выходных отсчетов фильтра. \n
Размер вектора `[n x 1]`. \n
Память должна быть выделена заранее. \n \n
\return
`RES_OK` Если фильтрация произведена успешно. \n
В противном случае \ref ERROR_CODE_GROUP "код ошибки". \n
Пример использования функции `filter_iir`:
\include filter_iir_test.c
На входе цифрового фильтра задан сигнал
\f$s(t) = \sin(2\pi \cdot 0.05 t) + n(t)\f$, где \f$n(t)\f$ белый гауссовский
шум, с нулевым средним и единичной дисперсией. \n
Фильтр представляет собой эллиптический ФНЧ 6 порядка.
Входной сигнал фильтруется данным фильтром, и результат сохраняется в файлы:
\verbatim
dat/s.txt - исходный зашумленный сигнал
dat/sf.txt - сигнал на выходе фильтра.
\endverbatim
По полученным данным производится построение графиков:
\image html filter_iir_test.png
\author Бахурин Сергей www.dsplib.org
***************************************************************************** */
#endif
int DSPL_API filter_iir(double* b, double* a, int ord,
double* x, int n, double* y)
{
double *buf = NULL;
double *an = NULL;
double *bn = NULL;
double u;
int k;
int m;
int count;
if(!b || !x || !y)
return ERROR_PTR;
if(ord < 1 || n < 1)
return ERROR_SIZE;
if(a && a[0]==0.0)
return ERROR_FILTER_A0;
count = ord + 1;
buf = (double*) malloc(count*sizeof(double));
an = (double*) malloc(count*sizeof(double));
memset(buf, 0, count*sizeof(double));
if(!a)
{
memset(an, 0, count*sizeof(double));
bn = b;
}
else
{
bn = (double*) malloc(count*sizeof(double));
for(k = 0; k < count; k++)
{
an[k] = a[k] / a[0];
bn[k] = b[k] / a[0];
}
}
for(k = 0; k < n; k++)
{
for(m = ord; m > 0; m--)
buf[m] = buf[m-1];
u = 0.0;
for(m = ord; m > 0; m--)
u += buf[m]*an[m];
buf[0] = x[k] - u;
y[k] = 0.0;
for(m = 0; m < count; m++)
y[k] += buf[m] * bn[m];
}
if(buf)
free(buf);
if(an)
free(an);
if(bn && (bn != b))
free(bn);
return RES_OK;
}