Bundle libsamplerate
[audio-libsamplerate.git] / libsamplerate / tests / calc_snr.c
diff --git a/libsamplerate/tests/calc_snr.c b/libsamplerate/tests/calc_snr.c
new file mode 100644 (file)
index 0000000..78ba70f
--- /dev/null
@@ -0,0 +1,241 @@
+/*
+** Copyright (c) 2002-2016, Erik de Castro Lopo <erikd@mega-nerd.com>
+** All rights reserved.
+**
+** This code is released under 2-clause BSD license. Please see the
+** file at : https://github.com/erikd/libsamplerate/blob/master/COPYING
+*/
+
+#include "config.h"
+
+#include "util.h"
+
+#if (HAVE_FFTW3 == 1)
+
+#include <stdio.h>
+#include <stdlib.h>
+#include <string.h>
+#include <math.h>
+
+#include <fftw3.h>
+
+#define        MAX_SPEC_LEN    (1<<18)
+#define        MAX_PEAKS               10
+
+static void log_mag_spectrum (double *input, int len, double *magnitude) ;
+static void smooth_mag_spectrum (double *magnitude, int len) ;
+static double find_snr (const double *magnitude, int len, int expected_peaks) ;
+
+typedef struct
+{      double  peak ;
+       int             index ;
+} PEAK_DATA ;
+
+double
+calculate_snr (float *data, int len, int expected_peaks)
+{      static double magnitude [MAX_SPEC_LEN] ;
+       static double datacopy [MAX_SPEC_LEN] ;
+
+       double snr = 200.0 ;
+       int k ;
+
+       if (len > MAX_SPEC_LEN)
+       {       printf ("%s : line %d : data length too large.\n", __FILE__, __LINE__) ;
+               exit (1) ;
+               } ;
+
+       for (k = 0 ; k < len ; k++)
+               datacopy [k] = data [k] ;
+
+       /* Pad the data just a little to speed up the FFT. */
+       while ((len & 0x1F) && len < MAX_SPEC_LEN)
+       {       datacopy [len] = 0.0 ;
+               len ++ ;
+               } ;
+
+       log_mag_spectrum (datacopy, len, magnitude) ;
+       smooth_mag_spectrum (magnitude, len / 2) ;
+
+       snr = find_snr (magnitude, len, expected_peaks) ;
+
+       return snr ;
+} /* calculate_snr */
+
+/*==============================================================================
+** There is a slight problem with trying to measure SNR with the method used
+** here; the side lobes of the windowed FFT can look like a noise/aliasing peak.
+** The solution is to smooth the magnitude spectrum by wiping out troughs
+** between adjacent peaks as done here.
+** This removes side lobe peaks without affecting noise/aliasing peaks.
+*/
+
+static void linear_smooth (double *mag, PEAK_DATA *larger, PEAK_DATA *smaller) ;
+
+static void
+smooth_mag_spectrum (double *mag, int len)
+{      PEAK_DATA peaks [2] ;
+
+       int k ;
+
+       memset (peaks, 0, sizeof (peaks)) ;
+
+       /* Find first peak. */
+       for (k = 1 ; k < len - 1 ; k++)
+       {       if (mag [k - 1] < mag [k] && mag [k] >= mag [k + 1])
+               {       peaks [0].peak = mag [k] ;
+                       peaks [0].index = k ;
+                       break ;
+                       } ;
+               } ;
+
+       /* Find subsequent peaks ans smooth between peaks. */
+       for (k = peaks [0].index + 1 ; k < len - 1 ; k++)
+       {       if (mag [k - 1] < mag [k] && mag [k] >= mag [k + 1])
+               {       peaks [1].peak = mag [k] ;
+                       peaks [1].index = k ;
+
+                       if (peaks [1].peak > peaks [0].peak)
+                               linear_smooth (mag, &peaks [1], &peaks [0]) ;
+                       else
+                               linear_smooth (mag, &peaks [0], &peaks [1]) ;
+                       peaks [0] = peaks [1] ;
+                       } ;
+               } ;
+
+} /* smooth_mag_spectrum */
+
+static void
+linear_smooth (double *mag, PEAK_DATA *larger, PEAK_DATA *smaller)
+{      int k ;
+
+       if (smaller->index < larger->index)
+       {       for (k = smaller->index + 1 ; k < larger->index ; k++)
+                       mag [k] = (mag [k] < mag [k - 1]) ? 0.999 * mag [k - 1] : mag [k] ;
+               }
+       else
+       {       for (k = smaller->index - 1 ; k >= larger->index ; k--)
+                       mag [k] = (mag [k] < mag [k + 1]) ? 0.999 * mag [k + 1] : mag [k] ;
+               } ;
+
+} /* linear_smooth */
+
+/*==============================================================================
+*/
+
+static int
+peak_compare (const void *vp1, const void *vp2)
+{      const PEAK_DATA *peak1, *peak2 ;
+
+       peak1 = (const PEAK_DATA*) vp1 ;
+       peak2 = (const PEAK_DATA*) vp2 ;
+
+       return (peak1->peak < peak2->peak) ? 1 : -1 ;
+} /* peak_compare */
+
+static double
+find_snr (const double *magnitude, int len, int expected_peaks)
+{      PEAK_DATA peaks [MAX_PEAKS] ;
+
+       int             k, peak_count = 0 ;
+       double  snr ;
+
+       memset (peaks, 0, sizeof (peaks)) ;
+
+       /* Find the MAX_PEAKS largest peaks. */
+       for (k = 1 ; k < len - 1 ; k++)
+       {       if (magnitude [k - 1] < magnitude [k] && magnitude [k] >= magnitude [k + 1])
+               {       if (peak_count < MAX_PEAKS)
+                       {       peaks [peak_count].peak = magnitude [k] ;
+                               peaks [peak_count].index = k ;
+                               peak_count ++ ;
+                               qsort (peaks, peak_count, sizeof (PEAK_DATA), peak_compare) ;
+                               }
+                       else if (magnitude [k] > peaks [MAX_PEAKS - 1].peak)
+                       {       peaks [MAX_PEAKS - 1].peak = magnitude [k] ;
+                               peaks [MAX_PEAKS - 1].index = k ;
+                               qsort (peaks, MAX_PEAKS, sizeof (PEAK_DATA), peak_compare) ;
+                               } ;
+                       } ;
+               } ;
+
+       if (peak_count < expected_peaks)
+       {       printf ("\n%s : line %d : bad peak_count (%d), expected %d.\n\n", __FILE__, __LINE__, peak_count, expected_peaks) ;
+               return -1.0 ;
+               } ;
+
+       /* Sort the peaks. */
+       qsort (peaks, peak_count, sizeof (PEAK_DATA), peak_compare) ;
+
+       snr = peaks [0].peak ;
+       for (k = 1 ; k < peak_count ; k++)
+               if (fabs (snr - peaks [k].peak) > 10.0)
+                       return fabs (peaks [k].peak) ;
+
+       return snr ;
+} /* find_snr */
+
+static void
+log_mag_spectrum (double *input, int len, double *magnitude)
+{      fftw_plan plan = NULL ;
+
+       double  maxval ;
+       int             k ;
+
+       if (input == NULL || magnitude == NULL)
+               return ;
+
+       plan = fftw_plan_r2r_1d (len, input, magnitude, FFTW_R2HC, FFTW_ESTIMATE | FFTW_PRESERVE_INPUT) ;
+       if (plan == NULL)
+       {       printf ("%s : line %d : create plan failed.\n", __FILE__, __LINE__) ;
+               exit (1) ;
+               } ;
+
+       fftw_execute (plan) ;
+
+       fftw_destroy_plan (plan) ;
+
+       maxval = 0.0 ;
+       for (k = 1 ; k < len / 2 ; k++)
+       {       /*
+               ** From : http://www.fftw.org/doc/Real_002dto_002dReal-Transform-Kinds.html#Real_002dto_002dReal-Transform-Kinds
+               **
+               ** FFTW_R2HC computes a real-input DFT with output in “halfcomplex” format, i.e. real and imaginary parts
+               ** for a transform of size n stored as:
+               **
+               **      r0, r1, r2, ..., rn/2, i(n+1)/2-1, ..., i2, i1
+               */
+               double re = magnitude [k] ;
+               double im = magnitude [len - k] ;
+               magnitude [k] = sqrt (re * re + im * im) ;
+               maxval = (maxval < magnitude [k]) ? magnitude [k] : maxval ;
+               } ;
+
+       memset (magnitude + len / 2, 0, len / 2 * sizeof (magnitude [0])) ;
+
+       /* Don't care about DC component. Make it zero. */
+       magnitude [0] = 0.0 ;
+
+       /* log magnitude. */
+       for (k = 0 ; k < len ; k++)
+       {       magnitude [k] = magnitude [k] / maxval ;
+               magnitude [k] = (magnitude [k] < 1e-15) ? -200.0 : 20.0 * log10 (magnitude [k]) ;
+               } ;
+
+       return ;
+} /* log_mag_spectrum */
+
+#else /* ! (HAVE_LIBFFTW && HAVE_LIBRFFTW) */
+
+double
+calculate_snr (float *data, int len, int expected_peaks)
+{      double snr = 200.0 ;
+
+       data = data ;
+       len = len ;
+       expected_peaks = expected_peaks ;
+
+       return snr ;
+} /* calculate_snr */
+
+#endif
+
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