1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166 167 168 169 170 171 172 173 174 175 176 177 178 179 180 181 182 183 184 185 186 187 188 189 190 191 192 193 194 195 196 197 198 199 200 201 202 203 204 205 206 207 208 209 210 211 212 213 214 215 216 217 218 219 220 221 222 223 224 225 226 227 228 229 230 231 232 233 234 235 236 237 238 239 240 241 242 243 244 245 246 247 248 249 250 251 252 253 254 255 256 257 258 259 260 261 262 263 264 265 266 267 268 269 270 271 272 273 274 275 276 277 278 279 280 281 282 283 284 285 286 287 288 289 290 291 292 293 294 295 296 297 298 299 300 301 302 303 304 305 306 307 308 309 310 311 312 313 314 315 316 317 318 319 320 321 322 323 324 325 326 327 328 329 330 331 332 333 334 335 336 337 338 339 340 341 342 343 344 345 346 347 348 349 350 351 352 353 354 355 356 357 358 359 360 361 362 363 364 365 366 367 368 369 370 371 372 373 374 375 376 377 378 379 380 381 382 383 384 385 386 387 388 389 390 391 392 393 394 395 396 397 398 399 400 401 402 403 404 405 406 407 408 409 410 411 412 413 414 415 416 417 418 419 420 421 422 423 424 425 426 427 428 429 430 431 432 433 434 435 436 437 438 439 440 441 442 443 444 445 446 447 448 449 450 451 452 453 454 455 456 457 458 459 460 461 462 463 464 465 466 467 468 469 470 471 472 473 474 475 476 477 478 479 480 481 482 483 484 485 486 487 488 489 490 491 492 493 494 495 496 497 498 499 500 501 502 503 504 505 506 507 508 509 510 511 512 513 514 515 516 517 518 519 520 521 522 523 524 525 526 527 528 529 530 531 532 533 534 535 536 537 538 539 540 541 542 543 544 545 546 547 548 549 550 551 552 553 554 555 556 557 558 559 560 561 562 563 564 565 566 567 568 569 570 571 572 573 574 575 576 577 578 579 580 581 582 583 584 585 586 587 588 589 590 591 592 593 594 595 596 597 598 599 600 601
|
/**
* Smarc
*
* Copyright (c) 2009-2011 Institut Télécom - Télécom Paristech
* Télécom ParisTech / dept. TSI
*
* Authors : Benoit Mathieu, Jacques Prado
*
* This file is part of Smarc.
*
* Smarc 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.
*
* Smarc 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 Lesser General Public License for more details.
*
* You should have received a copy of the GNU Lesser General Public License
* along with this program. If not, see <http://www.gnu.org/licenses/>.
*/
/********************************************************************************
* Adaptation de l'algorithme Parks-McClellan pour les FIR de type 1 et 2
* d'apres le livre "Theory and applications of digital signal processing" de
* L.R. Rabiner et B. Gold et le programme fortran "A computer program for
* designing optimum linear phase digital filters" de J.H. McClellan, T.W. Parks
* et L.R. Rabiner.
********************************************************************************/
#include "remez_lp.h"
#include <math.h>
#include <stdlib.h>
#include <stdio.h>
#define GRIDDENSITY 16
#define MAXITERATIONS 250
#define min(a,b) ((a)<(b)?(a):(b))
#define max(a,b) ((a)>(b)?(a):(b))
double remlpord(double f1, double f2, double d1, double d2) {
static double A1A3[3] = {5.309e-03, 7.114e-02, -4.761e-01};
static double A4A6[3] = {-2.660e-03, -5.941e-01, -4.278e-01};
d1 = log10(d1);
d2 = log10(d2);
double lh[3] = { d1 * d1, d1, 1};
double DD1[3] = {0,0,0};
for (int i=0;i<3;i++)
DD1[i] = d2*A1A3[i] + A4A6[i];
double D = 0.0;
for (int i = 0; i < 3; i++)
D += DD1[i]*lh[i];
double fK = 11.01217 + (d1 - d2) * 0.51244;
double df = f2 - f1;
return D / df - fK * df + 1;
}
int remez_lp_order(const double* fcuts, const double* mag, const double* dev,
double* weight) {
int N = ceil(remlpord(fcuts[1], fcuts[2], dev[0], dev[1]));
double maxdev = (dev[0] > dev[1] ? dev[0] : dev[1]);
weight[0] = maxdev / dev[0];
weight[1] = maxdev / dev[1];
return N;
}
void build_grid(int lgfiltre, int nfcns, const double* bands, int nbands, int lgrid, int nodd, const double* dev, const double* weight,
double** FreqGrille, int* taillegrilledense, double** des, double** wt)
{
int np = floor(0.5+(nfcns*bands[1]) / (0.5+(bands[1]-bands[2])));
if (np==0)
np++;
int ns = nfcns+1-np;
if (ns<=1)
ns = 2;
while ((np+ns-1)*lgrid+2 <= lgfiltre)
lgrid *= 2;
*taillegrilledense = (np+ns-1)*lgrid+2;
*FreqGrille = malloc(*taillegrilledense * sizeof(double));
*des = malloc(*taillegrilledense * sizeof(double));
*wt = malloc(*taillegrilledense * sizeof(double));
double delf = 1.0 / (lgrid * np);
for (int k=0;k<np*lgrid+1;k++)
{
(*FreqGrille)[k] = k*bands[1]*delf;
(*des)[k] = dev[0];
(*wt)[k] = weight[0];
}
delf = 1.0 /((ns-1)*lgrid);
for (int k=0;k<(ns-1)*lgrid+1;k++)
{
(*FreqGrille)[(np*lgrid)+1+k] = bands[2] + k*(bands[3]-bands[2])*delf;
(*des)[(np*lgrid)+1+k] = dev[1];
(*wt)[(np*lgrid)+1+k] = weight[1];
}
// Dans les cas pair on supprime le point en 0.5 ou en 0.5-eps
if (nodd==0 && (*FreqGrille)[*taillegrilledense-1]>(0.5-delf))
(*taillegrilledense)--;
}
/**
* Coefficients pour l'interpolation de Lagrange
* fonction D du Fortran
*/
double dd(int k,int n, int m, const double* x)
{
double d=1;
double q=x[k];
for (int l=0;l<m;l++)
{
for (int ll=l;ll<n;ll+=m)
{
double xx = 2*(q -x[ll]);
if (xx!=0)
d *= xx;
}
}
return 1.0 / d;
}
/**
* fonction gee issu du Fortran
*/
double gee(const double* FreqGrille, const double* ad, const double* x, const double* y, const double* des, const double* wt,
double comp,int nut,int l, int nz, double* E)
{
double sum = 0;
double dot = 0;
for (int i=0;i<nz;i++)
{
double v = ad[i]/(cos(PI2*FreqGrille[l])-x[i]);
sum += v;
dot += v*y[i];
}
dot /= sum;
*E = (dot - des[l])*wt[l];
return nut*(*E) - comp;
}
/**
* Algorithme d'echange
* Les drapeaux flag et semaphore permmettent de remplacer les goto
* du programme original. Il y a donc plusieurs copies des memes portions
* de code pour des conditions differentes.
*/
int echange(int nfcns,int taillegrilledense,int* iExt,double* FreqGrille,double* des,double* wt,
double* x, double* y, double* ad)
{
double comp = 0.0;
double deltal = -1;
double delta = 0.0;
int nz = nfcns + 1;
int nzz = nz+1;
int iter = 0;
int luck = 0;
int jchnge = 1;
int jet = floor((nfcns-1)/15) + 1;
double y1 = 0.0;
double E = 0.0;
double dtemp = 0.0;
int k1 = 0;
int knz = 0;
int klow = 0;
int kup = 0;
int nu = 0;
int nut = 0;
int nut1 = 0;
int j=1;
int flag = 0;
int l=0;
while (jchnge>0)
{
iter++;
if (iter>MAXITERATIONS)
break;
for (int i=0;i<nz;i++)
x[i] = cos(PI2*FreqGrille[iExt[i]]);
// coefficients ak de l'article
for (int nn=0;nn<nz;nn++)
ad[nn] = dd(nn,nz,jet,x);
// Calcul de delta (dev dans le Fortran)
{
double dnum = 0.0;
double dden = 0.0;
int add = 1;
for (int i=0;i<nz;i++)
{
dnum += ad[i]*des[iExt[i]];
dden += add*ad[i]/wt[iExt[i]];
add = -add;
}
delta = dnum / dden;
}
nu=(delta>0? -1 : 1);
delta *= -nu;
{
int add = 1;
for (int i=0;i<nz;i++)
{
y[i] = des[iExt[i]] + nu*delta*add/wt[iExt[i]];
add = -add;
}
}
if (delta <= deltal) // OUCH
{
printf("ERROR: remez exchange algorithm do not converge\n");
printf("ERROR: Filter designed will probably be incorrect\n");
return -1;
}
deltal = delta; // etiquette 150
jchnge = 0; // on se prepare a sortir si les extrema n'ont pas change
k1 = iExt[0];
knz = iExt[nz-1];
klow = -1;
nut = -nu;
j=1;
while (j<nzz) // etiquette 200
{
kup = iExt[j];
l = iExt[j-1] + 1;
nut = -nut;
if (j==2)
y1 = comp;
comp = delta;
flag = 1; // test de bascule pour gerer les gotos
if (l<kup) // on inverse le test goto 220
{
dtemp = gee(FreqGrille,ad,x,y,des,wt,comp,nut,l,nz,&E);
if (dtemp>0) // on inverse le test goto 220
{
comp = nut*E;
l++; // etiquette 210
while (l<kup) // on inverse le test goto 215
{
dtemp = gee(FreqGrille,ad,x,y,des,wt,comp,nut,l,nz,&E);
if (dtemp<=0) // test goto 215
break;
comp = nut*E;
l++;
}
iExt[j-1] = l - 1; // etiquette 215
j++;
klow = l - 1;
jchnge++; // extrema ont change
flag = 0; // test de bascule pour le goto 200
}
}
if (flag)
{
l -= 2; // etiquette 220 et 225
while (l>klow) // on inverse le test goto 250
{
dtemp = gee(FreqGrille,ad,x,y,des,wt,comp,nut,l,nz,&E);
if (dtemp>0 || jchnge>0) // groupe les tests goto 230 et goto 225
break;
l--; // etiquette 235
}
if (l<=klow) // test goto 240
{
l = iExt[j-1] + 1; // etiquette 250
if (jchnge>0) // test goto 215
{
iExt[j-1] = l-1; // on refait 215
j++;
klow = l-1;
jchnge++; // extrema ont change
} else { // sinon on a fait l-2 au lieu de l-1 (220 et 225)
l++;
while (l<kup) // test goto 260
{
dtemp = gee(FreqGrille,ad,x,y,des,wt,comp,nut,l,nz,&E);
if (dtemp>0)
break;
l++; // sinon on a fait l-2 au lieu de l-1 (220 et 225)
}
if (l<kup && dtemp>0) // on n'est pas passe dans le while precedent
{
comp = nut*E;
l++;
while (l<kup)
{
dtemp = gee(FreqGrille,ad,x,y,des,wt,comp,nut,l,nz,&E);
if (dtemp<=0)
break;
comp = nut*E;
l++;
}
iExt[j-1] = l-1; // on est revenu a l >= kup
j++;
klow = l-1;
jchnge++;
} else { // if l < kup && dtemp > 0 n'est pas verifie
klow = iExt[j-1];
j++;
}
}
} else if (dtemp>0) { // ici l > klow
comp = nut*E;
l--;
while (l>klow) // tant que l > klow on fait la couble entre 200 et goto 200
{
dtemp = gee(FreqGrille,ad,x,y,des,wt,comp,nut,l,nz,&E);
if (dtemp<=0)
break;
comp = nut*E;
l--;
}
klow = iExt[j-1];
iExt[j-1] = l+1;
j++;
jchnge++;
} else {
klow = iExt[j-1];
j++;
}
}
}
while (j==nzz) // etiquette 300
{
k1 = min(k1,iExt[0]); // if k1.GT.iExt(1)
knz = max(knz,iExt[nz-1]); // if knz.LT.iExt(nz)
nut1 = nut;
nut = -nu;
l = 0;
kup = k1;
comp = comp*1.00001;
luck = 1;
flag = 1; // test de bascule pour le goto 310
while (l<kup) // on inverse le test goto 315
{
dtemp = gee(FreqGrille,ad,x,y,des,wt,comp,nut,l,nz,&E);
if (dtemp>0)
{
comp = nut*E;
j = nzz;
l++;
while (l<kup)
{
dtemp = gee(FreqGrille,ad,x,y,des,wt,comp,nut,l,nz,&E);
if (dtemp<=0)
break;
comp = nut*E;
l++;
}
iExt[j-1] = l-1;
j++;
klow = l-1;
jchnge++; // extrema ont change
flag=0; // gestion bascule
break;
}
l++;
}
if (flag) // on fait 315 si bascule == 1
{
luck = 6;
l = taillegrilledense; // etiquette 325
klow = knz;
nut = -nut1;
comp = y1*1.00001;
l--;
while (l>klow)
{
dtemp = gee(FreqGrille,ad,x,y,des,wt,comp,nut,l,nz,&E);
if (dtemp>0) // on inverse le test pour le break dans le if suivant
{
j = nzz;
comp = nut*E;
luck += 10;
l--; // etiquette 330
while (l>klow) // on inverse le test goto 340
{
dtemp = gee(FreqGrille,ad,x,y,des,wt,comp,nut,l,nz,&E);
if (dtemp<=0)
break;
comp = nut*E;
l--;
}
klow = iExt[j-1];
iExt[j-1] = l+1;
j++;
jchnge++; // extrema ont change
flag = 0; // on est passe, bascule = 0
break;
}
l--;
}
if (flag)
{
if (luck != 6) // on inverse le test en 340
{
for (int i=nfcns-1;i>0;i--)
iExt[i] = iExt[i-1];
iExt[0] = k1;
jchnge ++;
}
break;
}
}
}
if (j>nzz) // arrive-t-on en 320 ?
{
if (luck>9) // oui, et luck>9 alors goto 350
{
for (int i=0;i<nfcns;i++)
iExt[i] = iExt[i+1];
iExt[nfcns] = iExt[nz];
jchnge++; // extrema ont change
} else { // oui, et luck<9
y1 = max(y1,comp);
k1 = iExt[nzz-1];
l = taillegrilledense;
klow = knz;
nut = -nut1;
comp = y1*1.00001;
l--;
while (l>klow) // tant que l > klow, on fait ce qui est sous 330
{
dtemp = gee(FreqGrille,ad,x,y,des,wt,comp,nut,l,nz,&E);
if (dtemp>0)
{
j = nzz;
comp = nut*E;
luck += 10;
l--;
while (l > klow)
{
dtemp = gee(FreqGrille,ad,x,y,des,wt,comp,nut,l,nz,&E);
if (dtemp<=0)
break;
comp = nut*E;
l--;
}
klow = iExt[j-1];
iExt[j-1] = l+1;
j++;
jchnge++;
for (int i=0;i<nfcns;i++)
iExt[i] = iExt[i+1];
iExt[nfcns] = iExt[nz];
break;
}
l--;
}
if (luck!=6) // on arrive en 340 avec semaphore = 1
{
for (int i=nfcns;i>0;i--)
iExt[i] = iExt[i-1];
iExt[0] = k1;
jchnge ++;
}
}
}
}
return 0;
}
void build_rep_imp(int nfcns, const double* ad, double* x, const double* y, int nodd, double* h)
{
// Transformee de Fourier inverse
double* a = malloc((nfcns+1)*sizeof(double));
double* alpha = malloc((nfcns+2)*sizeof(double));
int nz = nfcns+1;
int nzz = nz+1;
int nm1 = nfcns-1;
double fsh = 1.0e-6;
x[nzz-1] = -2;
double cn = 2*nfcns-1;
double delf = 1.0 / cn;
int l=0;
for (int j=0;j<nfcns;j++)
{
double ft = j*delf;
double xt = cos(PI2*ft);
double xe = x[l];
// Test apres 410
// tant que xt<=xe && (xe-xt) >= fsh
// on boucle sur l=l+1 et xe = x(l)
while ((xt <= xe) && ((xe-xt) >= fsh))
xe = x[++l];
if ((xt-xe) < fsh)
a[j] = y[l];
else {
double sum = 0;
double dot = 0;
for (int i=0;i<nz;i++)
{
double v = ad[i] / (xt-x[i]);
sum += v;
dot += v*y[i];
}
a[j] = dot / sum;
}
if (l > 1) // etiquette 430
l--;
}
double dden = PI2 / cn;
for (int j=0;j<nfcns;j++)
{
double dnum = j*dden;
if (nm1 < 1)
alpha[j] = a[0];
else {
double t = a[0];
for (int i=1;i<nfcns;i++)
t += 2*a[i]*cos(dnum*i);
alpha[j] = t;
}
}
alpha[0] /= cn;
for (int i=1;i<nfcns;i++)
alpha[i] *= 2.0 / cn;
if (nfcns <= 3)
alpha[nfcns+1] = alpha[nfcns] = 0;
// On convertit les alpha en reponse impulsionnelle
// La reponse est symetrique
if (nodd != 0)
{
for (int i=0;i<nfcns-1;i++)
h[i] = 0.5*alpha[nfcns-1-i];
h[nfcns-1] = alpha[0];
for (int i=0;i<nfcns-1;i++)
h[nfcns+i] = h[nfcns-2-i];
} else {
h[0] = 0.25*alpha[nfcns-1];
for (int i=1;i<nfcns-1;i++)
h[i] = 0.25 * (alpha[nfcns-1-i] + alpha[nfcns-i]);
h[nfcns-1] = 0.5*alpha[0]+0.25*alpha[1];
for (int i=0;i<nfcns;i++)
h[nfcns+i] = h[nfcns-1-i];
}
free(a);
free(alpha);
}
int remez_lp(double h[], int filterLen,
double bands[], double dev[], double weight[])
{
int lgrid = GRIDDENSITY;
int nbands = 2; // design lowpass filter
int nodd = filterLen%2;
int nfcns = filterLen/2;
if (nodd)
nfcns++;
double* FreqGrille = NULL;
int taillegrilledense = 0;
double* des = NULL;
double* wt = NULL;
// remplissage de la grille, des et wt
build_grid(filterLen, nfcns,bands,nbands,lgrid,nodd,dev,weight,&FreqGrille,&taillegrilledense,&des,&wt);
// ponderation par q(w)=cos(w/2) si longueur paire
if (nodd==0)
{
for (int i=0;i<taillegrilledense;i++)
{
double coeff = cos(PI * FreqGrille[i]);
des[i] /= coeff;
wt[i] *= coeff;
}
}
// Extrema initiaux
int* iExt = malloc((nfcns+2)*sizeof(int));
{
double temp = (double)(taillegrilledense-1)/nfcns;
for (int i=0;i<nfcns;i++)
iExt[i] = floor(i*temp);
iExt[nfcns] = taillegrilledense-1;
iExt[nfcns+1] = taillegrilledense;
}
// Algorithme d'echange
double* x = malloc((nfcns+2)*sizeof(double));
double* y = malloc((nfcns+1)*sizeof(double));
double* ad = malloc((nfcns+1)*sizeof(double));
int iRc = echange(nfcns,taillegrilledense,iExt,FreqGrille,des,wt,x,y,ad);
if (iRc == 0)
build_rep_imp(nfcns,ad,x,y,nodd,h);
// release memory
free(FreqGrille);
free(des);
free(wt);
free(iExt);
free(x);
free(y);
free(ad);
return iRc;
}
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