/// <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 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>
/// 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>
/// 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);
}
private static void Main(string[] args)
{
int i, j, frameWidth, polyDiv2, windowStep, N, N2, depth;
// double kaiserBeta;
double ACH_Difference, sampFreq, trueFreq, exactFreq, exactFreqDiff;
double[] FFT_S, FFT_T, MagC, MagL, MagR, ACH, ArgC, ArgL, ArgR, PhaseLR;
int FFT_S_Offset;
bool useTaperWindow, recoverAfterTaperWindow, useNorm, direction, usePolyphase, isMirror, isComplex;
ExactFFT.CFFT_Object fftObj;
ExactFFT.CFFT_SelfTestResult selfTestResult;
ExactFFT.IsDumpMode = true;
// ***************************************************
Console.WriteLine("ExactFFT TEST \"C#\" 8.40, (c) DrAF, 2016");
// ***************************************************
// * КОНСТРУКТОР
// ***************************************************
frameWidth = 4096;
//kaiserBeta = 28; // 28
polyDiv2 = 1;
windowStep = frameWidth / 3;
isComplex = false;
ExactFFT.TaperWindow taperWindow = ExactFFT.TaperWindow.BLACKMAN_HARRIS_92dbPS;
fftObj = ExactFFT.CFFT_Constructor_Cosine(frameWidth, taperWindow, polyDiv2, windowStep, isComplex);
//fftObj = ExactFFT.CFFT_Constructor_Kaiser(frameWidth, beta, polyDiv2, windowStep, isComplex);
// ***************************************************
// * САМОДИАГНОСТИКА
// ***************************************************
ACH_Difference = 1000;
selfTestResult = ExactFFT.SelfTest_RND(ACH_Difference, fftObj);
Console.WriteLine("Process & Explore: {0} ms / {1} ms", (selfTestResult.CFFT_Process_time * 1000).ToString("F4"), (selfTestResult.CFFT_Explore_time * 1000).ToString("F4"));
Console.WriteLine("Self-test result: {0}", selfTestResult.AllOK);
// Источник и приемник
FFT_S = new double[frameWidth << 1];
FFT_T = new double[frameWidth << 1];
// (Количество точек FFT / 2) - количество гармоник вместе с нулевой
N = fftObj.N;
N2 = N >> 1;
// Массивы результатов Фурье-анализа
MagC = new double[N];
MagL = new double[N2];
MagR = new double[N2];
ACH = new double[N2];
ArgC = new double[N];
ArgL = new double[N2];
ArgR = new double[N2];
PhaseLR = new double[N2];
// Читаем все данные из файла с тестовым сигналом
if (!File.Exists("3600_Hz_STEREO_36000_SampleRate_36_deg_65536.raw"))
{
Console.WriteLine("\nCan't open 3600_Hz_STEREO_36000_SampleRate_36_deg_65536.raw!");
return;
}
byte[] testSignalBytes = File.ReadAllBytes("3600_Hz_STEREO_36000_SampleRate_36_deg_65536.raw");
for (i = 0, j = 0; i < (frameWidth << 1); ++i, j += 2)
{
FFT_S[i] = (double)BitConverter.ToInt16(testSignalBytes, j);
}
DebugHelper.WriteDoubles(ExactFFT.DumpName, "FFT_S.double", FFT_S);
// Прямой прогон FFT
useTaperWindow = true;
FFT_S_Offset = 0;
recoverAfterTaperWindow = false;
useNorm = true;
direction = true;
usePolyphase = false;
isMirror = true;
ExactFFT.CFFT_Process(FFT_S, FFT_S_Offset, FFT_T, useTaperWindow,
recoverAfterTaperWindow, useNorm, direction,
usePolyphase, fftObj);
DebugHelper.WriteDoubles(ExactFFT.DumpName, "FFT_T.double", FFT_T);
ExactFFT.CFFT_Explore(FFT_T, MagL, MagR, ACH, ArgL, ArgR, PhaseLR,
usePolyphase, fftObj);
DebugHelper.WriteDoubles(ExactFFT.DumpName, "MagL.double", MagL);
DebugHelper.WriteDoubles(ExactFFT.DumpName, "MagR.double", MagR);
DebugHelper.WriteDoubles(ExactFFT.DumpName, "PhaseLR.double", PhaseLR);
ExactFFT.CFFT_ComplexExplore(FFT_T, MagC, ArgC, usePolyphase, isMirror, fftObj);
DebugHelper.WriteDoubles(ExactFFT.DumpName, "MagC.double", MagC);
DebugHelper.WriteDoubles(ExactFFT.DumpName, "ArgC.double", ArgC);
// Вычисление точной частоты
sampFreq = 36000;
trueFreq = 3600;
depth = 20;
exactFreq = ExactFFT.ExactFreqAuto(MagL, depth, sampFreq, fftObj);
exactFreqDiff = Math.Abs(exactFreq - trueFreq);
DebugHelper.WriteDouble(ExactFFT.DumpName, "exactFreq.double", exactFreq);
DebugHelper.WriteDouble(ExactFFT.DumpName, "trueFreq.double", trueFreq);
DebugHelper.WriteDouble(ExactFFT.DumpName, "exactFreqDiff.double", exactFreqDiff);
// ***************************************************
// * ДЕСТРУКТОР
// ***************************************************
FFT_S = null;
FFT_T = null;
MagC = null;
MagL = null;
MagR = null;
ACH = null;
ArgC = null;
ArgL = null;
ArgR = null;
PhaseLR = null;
ExactFFT.CFFT_Destructor(fftObj);
}
