/// <summary>
/// Построение комплексной сонограммы
/// </summary>
/// <param name="FFT_S"> Вектор входных данных
/// ("левый" и "правый" каналы - чет./нечет.). </param>
/// <param name="FFT_S_Offset"> Смещение данных для анализа во
/// входном векторе FFT_S. </param>
/// <param name="useTaperWindow"> Использовать взвешивающее окно? </param>
/// <param name="recoverAfterTaperWindow"> Аннигилировать действие
/// взвешивающего окна на обратном проходе? </param>
/// <param name="useNorm"> Использовать нормализацию 1/N? </param>
/// <param name="direction"> Направление преобразования (true - прямое). </param>
/// <param name="usePolyphase"> Использовать полифазное FFT? </param>
/// <param name="remainArrayItemsLRCount"> Остаток необработанных данных в исходном
/// массиве (количество элементов, включая Re/Im). </param>
/// <param name="fftObj"> Объект FFT, для которого вызывается функция. </param>
/// <returns> Сонограмма. </returns>
public static double[][] Process(double[] FFT_S, int FFT_S_Offset,
bool useTaperWindow, bool recoverAfterTaperWindow,
bool useNorm, bool direction, bool usePolyphase,
out int remainArrayItemsLRCount,
ExactFFT.CFFT_Object fftObj)
{
int plotRowsCount, frameOffset;
double[][] FFT_T;
if (FFT_S == null)
{
throw new Exception("ExactPlotter::Process(): (FFT_S == null)");
}
// Вычисляем количество строк сонограммы...
plotRowsCount = GetPlotRowsCount(FFT_S, FFT_S_Offset, out remainArrayItemsLRCount, fftObj);
// Обрабатываем все фреймы...
FFT_T = new double[plotRowsCount][];
Parallel.For(0, plotRowsCount, frame =>
{
// Умножение на 2 треб. для real -> complex
FFT_T[frame] = new double[fftObj.N << 1];
frameOffset = FFT_S_Offset + frame * fftObj.WindowStep << 1;
ExactFFT.CFFT_Process(FFT_S, frameOffset, FFT_T[frame], useTaperWindow,
recoverAfterTaperWindow, useNorm, direction, usePolyphase,
fftObj);
});
return(FFT_T);
}
/// <summary>
/// Выделение одного момента времени из сонограммы
/// </summary>
/// <param name="sonogram"> Исходная сонограмма. </param>
/// <param name="time"> Время среза (кадра FFT). </param>
/// <param name="timeIdx"> Индекс временного среза (кадра FFT). </param>
/// <param name="fftObj"> Объект FFT, для которого вызывается функция. </param>
/// <param name="sampleRate"> Частота семплирования. </param>
/// <returns> Выделенный поддиапазон сонограммы. </returns>
public static double[] TimeSlice(double[][] sonogram, double time, out int timeIdx,
ExactFFT.CFFT_Object fftObj,
int sampleRate)
{
// Выделяем один временной срез (выделяем вектор, привязанный к ОДНОЙ строке)...
return(SubTime(sonogram, time, time, out timeIdx, out timeIdx, fftObj, sampleRate)[0]);
}
/// <summary>
/// Вычисление количества строк в "водопаде"
/// </summary>
/// <param name="FFT_S"> Вектор входных данных
/// ("левый" и "правый" каналы - чет./нечет.). </param>
/// <param name="FFT_S_Offset"> Смещение данных для анализа во
/// входном векторе FFT_S. </param>
/// <param name="remainArrayItemsLRCount"> Остаток необработанных данных в исходном
/// массиве (количество элементов, включая Re/Im). </param>
/// <param name="fftObj"> Объект FFT, для которого вызывается функция. </param>
public static int GetPlotRowsCount(double[] FFT_S, int FFT_S_Offset,
out int remainArrayItemsLRCount,
ExactFFT.CFFT_Object fftObj)
{
if (FFT_S == null)
{
throw new Exception("ExactPlotter::GetPlotRowsCount(): (FFT_S == null)");
}
return(GetPlotRowsCount(FFT_S.Length, FFT_S_Offset, out remainArrayItemsLRCount, fftObj));
}
/// <summary>
/// Выделение поддиапазона времени из сонограммы
/// </summary>
/// <param name="sonogram"> Исходная сонограмма. </param>
/// <param name="startTime"> Стартовый кадр FFT (время строки сонограммы). </param>
/// <param name="finishTime"> Конечный кадр FFT (время строки сонограммы). </param>
/// <param name="startFrameIdx"> Стартовый кадр FFT (строка сонограммы). </param>
/// <param name="finishFrameIdx"> Конечный кадр FFT (строка сонограммы). </param>
/// <param name="fftObj"> Объект FFT, для которого вызывается функция. </param>
/// <param name="sampleRate"> Частота семплирования. </param>
/// <param name="harmReverse"> Требуется реверс гармоник? </param>
/// <returns> Выделенный поддиапазон сонограммы. </returns>
public static double[][] SubTime(double[][] sonogram, double startTime, double finishTime,
out int startFrameIdx, out int finishFrameIdx,
ExactFFT.CFFT_Object fftObj,
int sampleRate,
bool harmReverse = false)
{
double frameDuration, sleepCoeff, timeSliceDuration;
GetFrameParameters(fftObj.N, fftObj.WindowStep, sampleRate,
out frameDuration, out sleepCoeff, out timeSliceDuration);
startFrameIdx = (int)(startTime / timeSliceDuration);
finishFrameIdx = (int)(finishTime / timeSliceDuration);
return(SubTime(sonogram, startFrameIdx, finishFrameIdx, harmReverse));
}
/// <summary>
/// Выделение поддиапазона гармоник из сонограммы
/// </summary>
/// <param name="sonogram"> Исходная сонограмма. </param>
/// <param name="lowFreq"> Частота нижней гармоники выделяемого диапазона. </param>
/// <param name="highFreq"> Частота верхней гармоники выделяемого диапазона. </param>
/// <param name="lowHarmIdx"> Нижний индекс гармоники. </param>
/// <param name="highHarmIdx"> Верхний индекс гармоники. </param>
/// <param name="fftObj"> Объект FFT, для которого вызывается функция. </param>
/// <param name="sampleRate"> Частота семплирования. </param>
/// <param name="harmReverse"> Требуется реверс гармоник? </param>
/// <returns> Выделенный поддиапазон сонограммы. </returns>
public static double[][] SubBand(double[][] sonogram, double lowFreq, double highFreq,
out int lowHarmIdx, out int highHarmIdx,
ExactFFT.CFFT_Object fftObj,
int sampleRate,
bool harmReverse = false)
{
if (sonogram == null)
{
throw new Exception("ExactPlotter::SubBand(): (sonogram == null)");
}
lowHarmIdx = (int)ExactFFT.FFT_Node(lowFreq, sampleRate, fftObj.N, fftObj.IsComplex);
highHarmIdx = (int)ExactFFT.FFT_Node(highFreq, sampleRate, fftObj.N, fftObj.IsComplex);
return(SubBand(sonogram, lowHarmIdx, highHarmIdx, harmReverse));
}
/// <summary>
/// Извлечение данных из комплексной сонограммы (L+R)
/// </summary>
/// <param name="FFT_T"> Выходной набор векторов коэффициентов. </param>
/// <param name="usePolyphase"> Использовать полифазное FFT? </param>
/// <param name="fftObj"> Объект FFT, для которого вызывается функция. </param>
/// <returns> Результат разбора выходных данных CFFT. </returns>
public static CFFT_ExploreResult Explore(double[][] FFT_T, bool usePolyphase,
ExactFFT.CFFT_Object fftObj)
{
int plotRowsCount;
CFFT_ExploreResult res;
res = new CFFT_ExploreResult();
if (FFT_T == null)
{
throw new Exception("ExactPlotter::Explore(): (FFT_T == null)");
}
// Считываем количество строк, которые имеет сонограмма...
plotRowsCount = FFT_T.Length;
// Подготавливаем выходные массивы...
res.MagL = new double[plotRowsCount][];
res.MagR = new double[plotRowsCount][];
res.ACH = new double[plotRowsCount][];
res.ArgL = new double[plotRowsCount][];
res.ArgR = new double[plotRowsCount][];
res.PhaseLR = new double[plotRowsCount][];
// Работаем по всем строкам сонограммы...
Parallel.For(0, plotRowsCount, frame =>
{
// Количество гармоник в два раза меньше размера кадра FFT
res.MagL[frame] = new double[fftObj.N >> 1];
res.MagR[frame] = new double[fftObj.N >> 1];
res.ACH[frame] = new double[fftObj.N >> 1];
res.ArgL[frame] = new double[fftObj.N >> 1];
res.ArgR[frame] = new double[fftObj.N >> 1];
res.PhaseLR[frame] = new double[fftObj.N >> 1];
// Извлечение данных FFT из комплексной сонограммы
ExactFFT.CFFT_Explore(FFT_T[frame],
res.MagL[frame], res.MagR[frame], res.ACH[frame],
res.ArgL[frame], res.ArgR[frame], res.PhaseLR[frame],
usePolyphase,
fftObj);
});
return(res);
}
/// <summary>
/// Вычисление количества строк в "водопаде"
/// </summary>
/// <param name="FFT_S"> Вектор входных данных
/// ("левый" и "правый" каналы - чет./нечет.). </param>
/// <param name="FFT_S_Offset"> Смещение данных для анализа во
/// входном векторе FFT_S. </param>
/// <param name="remainArrayItemsLRCount"> Остаток необработанных данных в исходном
/// массиве (количество элементов, включая Re/Im). </param>
/// <param name="fftObj"> Объект FFT, для которого вызывается функция. </param>
public static int GetPlotRowsCount(int FFT_S_Length, int FFT_S_Offset,
out int remainArrayItemsLRCount,
ExactFFT.CFFT_Object fftObj)
{
int stepAreaLength_Real, nSteps, areaWithoutFFT_Real, intersectFFTArea_Real;
// Вычисляем размер поля данных для "поглощения" шагами FFT.
// Деление на 2 требуется для перехода от комплексной "чет-нечет" формы к "вещественной"
stepAreaLength_Real = ((FFT_S_Length - FFT_S_Offset) >> 1) - fftObj.N;
// Невозможно обработать столь малый блок (некуда шагать)!
if (stepAreaLength_Real < 0)
{
throw new Exception("ExactPlotter::GetPlotRowsCount: (stepAreaLength_Real < 0)");
}
// Количество шагов взвешивающим окном равно размеру области, первоначально не лежащей
// под окном FFT, деленному на шаг окна FFT. Так-как шаги делаются целиком, нельзя
// осуществить полшага, поэтому берется только целая часть числа.
// Оставшееся количество попадает в необработанный остаток!
// +1 учитывает "нулевой" шаг, при первоначальном положении на исходных данных.
nSteps = ((stepAreaLength_Real / fftObj.WindowStep) + 1);
// Когда вычисляется необработанный остаток, следует понимать, что следующий шаг FFT
// покроет остаток, и выйдет даже за пределы поля исходных данных, поэтому процесс
// и останавливается. Но если сделать шаг FFT, то оно захватит не только всё поле
// необработанных данных, если его шаг меньше его самого, произойдет частичный
// захват области под ним самим (в состоянии итерации при останове).
// Размер этой области равен размеру окна FFT минус его шаг. И эта величина также
// требует, чтобы её учитывали!
// Если шаг FFT больше его самого, получится отрицательная величина.
areaWithoutFFT_Real = stepAreaLength_Real - ((nSteps - 1) * fftObj.WindowStep);
intersectFFTArea_Real = fftObj.N - fftObj.WindowStep;
remainArrayItemsLRCount = (intersectFFTArea_Real + areaWithoutFFT_Real) << 1;
// Отрицательный остаток обработки дает ошибку при построении сонограммы!
if (remainArrayItemsLRCount < 0)
{
throw new Exception("ExactPlotter::GetPlotRowsCount: (remainArrayItemsLRCount < 0)");
}
return(nSteps);
}
/// <summary>
/// Перевод значений массива double в форму dB
/// </summary>
/// <param name="sonogram"> Данные для обработки. </param>
/// <param name="zero_db_level"> Значение "нулевого" уровня. </param>
/// <param name="fftObj"> Объект FFT, для которого вызывается функция. </param>
public static void dB_Scale(double[][] sonogram, double zero_db_level,
ExactFFT.CFFT_Object fftObj)
{
int plotRowsCount;
if (sonogram == null)
{
throw new Exception("ExactPlotter::dB_Scale(): (sonogram == null)");
}
// Считываем количество строк, которые имеет сонограмма...
plotRowsCount = sonogram.Length;
// Работаем по всем строкам сонограммы...
Parallel.For(0, plotRowsCount, frame =>
{
ExactFFT.dB_Scale(sonogram[frame], zero_db_level, fftObj);
});
}
/// <summary>
/// Выделение одной гармоники из сонограммы
/// </summary>
/// <param name="sonogram"> Исходная сонограмма. </param>
/// <param name="harmFreq"> Частота выделяемой гармоники. </param>
/// <param name="harmIdx"> Индекс выделяемой гармоники. </param>
/// <param name="fftObj"> Объект FFT, для которого вызывается функция. </param>
/// <param name="sampleRate"> Частота семплирования. </param>
/// <returns> Выделенный поддиапазон сонограммы. </returns>
public static double[] HarmSlice(double[][] sonogram, double harmFreq, out int harmIdx,
ExactFFT.CFFT_Object fftObj,
int sampleRate)
{
double[] harmVector;
double[][] harmColumn;
// Выделяем ОДНУ гармонику (она размещается в одном столбце и множестве строк)...
harmColumn = SubBand(sonogram, harmFreq, harmFreq, out harmIdx, out harmIdx, fftObj, sampleRate);
// Данные вектора-столбца размещаем в векторе-строке...
harmVector = new double[harmColumn.Length];
// Работаем по всем строкам сонограммы...
Parallel.For(0, harmColumn.Length, frame =>
{
harmVector[frame] = harmColumn[frame][0];
});
//...и возвращаем результат
return(harmVector);
}
/// <summary>
/// Исследование результатов комплексного FFT (идентично CFFT из MathCAD)
/// </summary>
/// <param name="FFT_T"> Выходной набор векторов коэффициентов. </param>
/// <param name="usePolyphase"> Использовать полифазное FFT? </param>
/// <param name="isMirror"> Зеркальное отображение спектра? </param>
/// <param name="fftObj"> Объект FFT, для которого вызывается функция. </param>
/// <returns> Результат разбора выходных данных CFFT. </returns>
public static CFFT_ExploreResult ComplexExplore(double[][] FFT_T,
bool usePolyphase, bool isMirror,
ExactFFT.CFFT_Object fftObj)
{
int plotRowsCount;
CFFT_ExploreResult res;
res = new CFFT_ExploreResult();
if (FFT_T == null)
{
throw new Exception("ExactPlotter::ComplexExplore(): (FFT_T == null)");
}
// Считываем количество строк, которые имеет сонограмма...
plotRowsCount = FFT_T.Length;
// Подготавливаем выходные массивы...
res.Mag = new double[plotRowsCount][];
res.Arg = new double[plotRowsCount][];
// Работаем по всем строкам сонограммы...
Parallel.For(0, plotRowsCount, frame =>
{
// Количество гармоник равно размеру кадра FFT
res.Mag[frame] = new double[fftObj.N];
res.Arg[frame] = new double[fftObj.N];
// Извлечение данных FFT из комплексной сонограммы (режим COMPLEX)
ExactFFT.CFFT_ComplexExplore(FFT_T[frame],
res.Mag[frame], res.Arg[frame],
usePolyphase,
isMirror,
fftObj);
});
return(res);
}
