Line data    Source code

       1             : /**
       2             :  * \file RobertBristowJohnsonFilter.hxx
       3             :  */
       4             : 
       5             : #include "RobertBristowJohnsonFilter.h"
       6             : 
       7             : #include <boost/math/constants/constants.hpp>
       8             : 
       9             : namespace ATK
      10             : {
      11             :   template<typename DataType>
      12           6 :   RobertBristowJohnsonLowPassCoefficients<DataType>::RobertBristowJohnsonLowPassCoefficients(gsl::index nb_channels)
      13           6 :     :Parent(nb_channels)
      14             :   {
      15           6 :   }
      16             : 
      17             :   template <typename DataType>
      18          13 :   void RobertBristowJohnsonLowPassCoefficients<DataType>::setup()
      19             :   {
      20          13 :     Parent::setup();
      21             : 
      22          13 :     CoeffDataType w0 = 2 * boost::math::constants::pi<CoeffDataType>() * cut_frequency / input_sampling_rate;
      23          13 :     CoeffDataType cosw0 = std::cos(w0);
      24          13 :     CoeffDataType alpha = std::sin(w0) / (2 * Q);
      25             : 
      26          13 :     coefficients_in[2] = (1 - cosw0)/2 / (1 + alpha);
      27          13 :     coefficients_in[1] = (1 - cosw0) / (1 + alpha);
      28          13 :     coefficients_in[0] = (1 - cosw0) / 2 / (1 + alpha);
      29          13 :     coefficients_out[1] = 2 * cosw0 / (1 + alpha);
      30          13 :     coefficients_out[0] = (alpha - 1) / (1 + alpha);
      31          13 :   }
      32             : 
      33             :   template <typename DataType_>
      34           2 :   void RobertBristowJohnsonLowPassCoefficients<DataType_>::set_Q(CoeffDataType Q)
      35             :   {
      36           2 :     if (Q <= 0)
      37             :     {
      38           1 :       throw std::out_of_range("Q must be positive");
      39             :     }
      40           1 :     this->Q = Q;
      41           1 :     setup();
      42           1 :   }
      43             : 
      44             :   template <typename DataType_>
      45           1 :   typename RobertBristowJohnsonLowPassCoefficients<DataType_>::CoeffDataType RobertBristowJohnsonLowPassCoefficients<DataType_>::get_Q() const
      46             :   {
      47           1 :     return Q;
      48             :   }
      49             : 
      50             :   template<typename DataType>
      51           6 :   RobertBristowJohnsonHighPassCoefficients<DataType>::RobertBristowJohnsonHighPassCoefficients(gsl::index nb_channels)
      52           6 :     :Parent(nb_channels)
      53             :   {
      54           6 :   }
      55             : 
      56             :   template <typename DataType>
      57          13 :   void RobertBristowJohnsonHighPassCoefficients<DataType>::setup()
      58             :   {
      59          13 :     Parent::setup();
      60             : 
      61          13 :     CoeffDataType w0 = 2 * boost::math::constants::pi<CoeffDataType>() * cut_frequency / input_sampling_rate;
      62          13 :     CoeffDataType cosw0 = std::cos(w0);
      63          13 :     CoeffDataType alpha = std::sin(w0) / (2 * Q);
      64             : 
      65          13 :     coefficients_in[2] = (1 + cosw0) / 2 / (1 + alpha);
      66          13 :     coefficients_in[1] = -(1 + cosw0) / (1 + alpha);
      67          13 :     coefficients_in[0] = (1 + cosw0) / 2 / (1 + alpha);
      68          13 :     coefficients_out[1] = 2 * cosw0 / (1 + alpha);
      69          13 :     coefficients_out[0] = (alpha - 1) / (1 + alpha);
      70          13 :   }
      71             : 
      72             :   template <typename DataType_>
      73           2 :   void RobertBristowJohnsonHighPassCoefficients<DataType_>::set_Q(CoeffDataType Q)
      74             :   {
      75           2 :     if (Q <= 0)
      76             :     {
      77           1 :       throw std::out_of_range("Q must be positive");
      78             :     }
      79           1 :     this->Q = Q;
      80           1 :     setup();
      81           1 :   }
      82             : 
      83             :   template <typename DataType_>
      84           1 :   typename RobertBristowJohnsonHighPassCoefficients<DataType_>::CoeffDataType RobertBristowJohnsonHighPassCoefficients<DataType_>::get_Q() const
      85             :   {
      86           1 :     return Q;
      87             :   }
      88             : 
      89             :   template<typename DataType>
      90           5 :   RobertBristowJohnsonBandPassCoefficients<DataType>::RobertBristowJohnsonBandPassCoefficients(gsl::index nb_channels)
      91           5 :     :Parent(nb_channels)
      92             :   {
      93           5 :   }
      94             : 
      95             :   template <typename DataType>
      96          13 :   void RobertBristowJohnsonBandPassCoefficients<DataType>::setup()
      97             :   {
      98          13 :     Parent::setup();
      99             : 
     100          13 :     CoeffDataType w0 = 2 * boost::math::constants::pi<CoeffDataType>() * cut_frequency / input_sampling_rate;
     101          13 :     CoeffDataType cosw0 = std::cos(w0);
     102          13 :     CoeffDataType alpha = std::sin(w0) / (2 * Q);
     103             : 
     104          13 :     coefficients_in[2] = Q * alpha / (1 + alpha);
     105          13 :     coefficients_in[1] = 0;
     106          13 :     coefficients_in[0] = - Q * alpha / (1 + alpha);
     107          13 :     coefficients_out[1] = 2 * cosw0 / (1 + alpha);
     108          13 :     coefficients_out[0] = (alpha - 1) / (1 + alpha);
     109          13 :   }
     110             : 
     111             :   template <typename DataType_>
     112           5 :   void RobertBristowJohnsonBandPassCoefficients<DataType_>::set_Q(CoeffDataType Q)
     113             :   {
     114           5 :     if (Q <= 0)
     115             :     {
     116           1 :       throw std::out_of_range("Q must be positive");
     117             :     }
     118           4 :     this->Q = Q;
     119           4 :     setup();
     120           4 :   }
     121             : 
     122             :   template <typename DataType_>
     123           1 :   typename RobertBristowJohnsonBandPassCoefficients<DataType_>::CoeffDataType RobertBristowJohnsonBandPassCoefficients<DataType_>::get_Q() const
     124             :   {
     125           1 :     return Q;
     126             :   }
     127             : 
     128             :   template<typename DataType>
     129           5 :   RobertBristowJohnsonBandPass2Coefficients<DataType>::RobertBristowJohnsonBandPass2Coefficients(gsl::index nb_channels)
     130           5 :     :Parent(nb_channels)
     131             :   {
     132           5 :   }
     133             : 
     134             :   template <typename DataType>
     135          13 :   void RobertBristowJohnsonBandPass2Coefficients<DataType>::setup()
     136             :   {
     137          13 :     Parent::setup();
     138             : 
     139          13 :     CoeffDataType w0 = 2 * boost::math::constants::pi<CoeffDataType>() * cut_frequency / input_sampling_rate;
     140          13 :     CoeffDataType cosw0 = std::cos(w0);
     141          13 :     CoeffDataType alpha = std::sin(w0) / (2 * Q);
     142             : 
     143          13 :     coefficients_in[2] = alpha / (1 + alpha);
     144          13 :     coefficients_in[1] = 0;
     145          13 :     coefficients_in[0] = -alpha / (1 + alpha);
     146          13 :     coefficients_out[1] = 2 * cosw0 / (1 + alpha);
     147          13 :     coefficients_out[0] = (alpha - 1) / (1 + alpha);
     148          13 :   }
     149             : 
     150             :   template <typename DataType_>
     151           5 :   void RobertBristowJohnsonBandPass2Coefficients<DataType_>::set_Q(CoeffDataType Q)
     152             :   {
     153           5 :     if (Q <= 0)
     154             :     {
     155           1 :       throw std::out_of_range("Q must be positive");
     156             :     }
     157           4 :     this->Q = Q;
     158           4 :     setup();
     159           4 :   }
     160             : 
     161             :   template <typename DataType_>
     162           1 :   typename RobertBristowJohnsonBandPass2Coefficients<DataType_>::CoeffDataType RobertBristowJohnsonBandPass2Coefficients<DataType_>::get_Q() const
     163             :   {
     164           1 :     return Q;
     165             :   }
     166             :   
     167             :   template<typename DataType>
     168           5 :   RobertBristowJohnsonBandStopCoefficients<DataType>::RobertBristowJohnsonBandStopCoefficients(gsl::index nb_channels)
     169           5 :   :Parent(nb_channels)
     170             :   {
     171           5 :   }
     172             :   
     173             :   template <typename DataType>
     174          13 :   void RobertBristowJohnsonBandStopCoefficients<DataType>::setup()
     175             :   {
     176          13 :     Parent::setup();
     177             :     
     178          13 :     CoeffDataType w0 = 2 * boost::math::constants::pi<CoeffDataType>() * cut_frequency / input_sampling_rate;
     179          13 :     CoeffDataType cosw0 = std::cos(w0);
     180          13 :     CoeffDataType alpha = std::sin(w0) / (2 * Q);
     181             :     
     182          13 :     coefficients_in[2] = 1 / (1 + alpha);
     183          13 :     coefficients_in[1] = -2 * cosw0 / (1 + alpha);
     184          13 :     coefficients_in[0] = 1 / (1 + alpha);
     185          13 :     coefficients_out[1] = 2 * cosw0 / (1 + alpha);
     186          13 :     coefficients_out[0] = (alpha - 1) / (1 + alpha);
     187          13 :   }
     188             :   
     189             :   template <typename DataType_>
     190           5 :   void RobertBristowJohnsonBandStopCoefficients<DataType_>::set_Q(CoeffDataType Q)
     191             :   {
     192           5 :     if (Q <= 0)
     193             :     {
     194           1 :       throw std::out_of_range("Q must be positive");
     195             :     }
     196           4 :     this->Q = Q;
     197           4 :     setup();
     198           4 :   }
     199             :   
     200             :   template <typename DataType_>
     201           1 :   typename RobertBristowJohnsonBandStopCoefficients<DataType_>::CoeffDataType RobertBristowJohnsonBandStopCoefficients<DataType_>::get_Q() const
     202             :   {
     203           1 :     return Q;
     204             :   }
     205             : 
     206             :   template<typename DataType>
     207           5 :   RobertBristowJohnsonAllPassCoefficients<DataType>::RobertBristowJohnsonAllPassCoefficients(gsl::index nb_channels)
     208           5 :     :Parent(nb_channels)
     209             :   {
     210           5 :   }
     211             : 
     212             :   template <typename DataType>
     213          13 :   void RobertBristowJohnsonAllPassCoefficients<DataType>::setup()
     214             :   {
     215          13 :     Parent::setup();
     216             : 
     217          13 :     CoeffDataType w0 = 2 * boost::math::constants::pi<CoeffDataType>() * cut_frequency / input_sampling_rate;
     218          13 :     CoeffDataType cosw0 = std::cos(w0);
     219          13 :     CoeffDataType alpha = std::sin(w0) / (2 * Q);
     220             : 
     221          13 :     coefficients_in[2] = (1 - alpha) / (1 + alpha);
     222          13 :     coefficients_in[1] = -2 * cosw0 / (1 + alpha);
     223          13 :     coefficients_in[0] = 1;
     224          13 :     coefficients_out[1] = 2 * cosw0 / (1 + alpha);
     225          13 :     coefficients_out[0] = (alpha - 1) / (1 + alpha);
     226          13 :   }
     227             : 
     228             :   template <typename DataType_>
     229           5 :   void RobertBristowJohnsonAllPassCoefficients<DataType_>::set_Q(CoeffDataType Q)
     230             :   {
     231           5 :     if (Q <= 0)
     232             :     {
     233           1 :       throw std::out_of_range("Q must be positive");
     234             :     }
     235           4 :     this->Q = Q;
     236           4 :     setup();
     237           4 :   }
     238             : 
     239             :   template <typename DataType_>
     240           1 :   typename RobertBristowJohnsonAllPassCoefficients<DataType_>::CoeffDataType RobertBristowJohnsonAllPassCoefficients<DataType_>::get_Q() const
     241             :   {
     242           1 :     return Q;
     243             :   }
     244             :   
     245             :   template<typename DataType>
     246           7 :   RobertBristowJohnsonBandPassPeakCoefficients<DataType>::RobertBristowJohnsonBandPassPeakCoefficients(gsl::index nb_channels)
     247           7 :   :Parent(nb_channels)
     248             :   {
     249           7 :   }
     250             :   
     251             :   template <typename DataType>
     252          17 :   void RobertBristowJohnsonBandPassPeakCoefficients<DataType>::setup()
     253             :   {
     254          17 :     Parent::setup();
     255             :     
     256          17 :     CoeffDataType w0 = 2 * boost::math::constants::pi<CoeffDataType>() * cut_frequency / input_sampling_rate;
     257          17 :     CoeffDataType cosw0 = std::cos(w0);
     258          17 :     CoeffDataType alpha = std::sin(w0) / (2 * Q);
     259             :     
     260          17 :     coefficients_in[2] = (1 + alpha * gain) / (1 + alpha / gain);
     261          17 :     coefficients_in[1] = -2 * cosw0 / (1 + alpha / gain);
     262          17 :     coefficients_in[0] = (1 - alpha * gain) / (1 + alpha / gain);
     263          17 :     coefficients_out[1] = 2 * cosw0 / (1 + alpha / gain);
     264          17 :     coefficients_out[0] = (alpha / gain - 1) / (1 + alpha / gain);
     265          17 :   }
     266             :   
     267             :   template <typename DataType_>
     268           5 :   void RobertBristowJohnsonBandPassPeakCoefficients<DataType_>::set_Q(CoeffDataType Q)
     269             :   {
     270           5 :     if (Q <= 0)
     271             :     {
     272           1 :       throw std::out_of_range("Q must be positive");
     273             :     }
     274           4 :     this->Q = Q;
     275           4 :     setup();
     276           4 :   }
     277             :   
     278             :   template <typename DataType_>
     279           1 :   typename RobertBristowJohnsonBandPassPeakCoefficients<DataType_>::CoeffDataType RobertBristowJohnsonBandPassPeakCoefficients<DataType_>::get_Q() const
     280             :   {
     281           1 :     return Q;
     282             :   }
     283             :   
     284             :   template <typename DataType_>
     285           5 :   void RobertBristowJohnsonBandPassPeakCoefficients<DataType_>::set_gain(CoeffDataType gain)
     286             :   {
     287           5 :     if (gain <= 0)
     288             :     {
     289           1 :       throw std::out_of_range("gain must be positive");
     290             :     }
     291           4 :     this->gain = gain;
     292           4 :     setup();
     293           4 :   }
     294             :   
     295             :   template <typename DataType_>
     296           1 :   typename RobertBristowJohnsonBandPassPeakCoefficients<DataType_>::CoeffDataType RobertBristowJohnsonBandPassPeakCoefficients<DataType_>::get_gain() const
     297             :   {
     298           1 :     return gain;
     299             :   }
     300             :   
     301             :   template<typename DataType>
     302           7 :   RobertBristowJohnsonLowShelvingCoefficients<DataType>::RobertBristowJohnsonLowShelvingCoefficients(gsl::index nb_channels)
     303           7 :   :Parent(nb_channels)
     304             :   {
     305           7 :   }
     306             :   
     307             :   template <typename DataType>
     308          14 :   void RobertBristowJohnsonLowShelvingCoefficients<DataType>::setup()
     309             :   {
     310          14 :     Parent::setup();
     311             :     
     312          14 :     CoeffDataType w0 = 2 * boost::math::constants::pi<CoeffDataType>() * cut_frequency / input_sampling_rate;
     313          14 :     CoeffDataType cosw0 = std::cos(w0);
     314          14 :     CoeffDataType alpha = std::sin(w0) / (2 * Q);
     315          14 :     CoeffDataType d = (gain + 1) + (gain - 1) * cosw0 + 2 * std::sqrt(gain) * alpha;
     316             : 
     317          14 :     coefficients_in[2] = gain * ((gain + 1) - (gain - 1) * cosw0 + 2 * sqrt(gain) * alpha) / d;
     318          14 :     coefficients_in[1] = 2 * gain * ((gain - 1) - (gain + 1) * cosw0) / d;
     319          14 :     coefficients_in[0] = gain * ((gain + 1) - (gain - 1) * cosw0 - 2 * sqrt(gain) * alpha) / d;
     320          14 :     coefficients_out[1] = 2 * ((gain - 1) + (gain + 1) * cosw0) / d;
     321          14 :     coefficients_out[0] = -((gain + 1) + (gain - 1) * cosw0 - 2 * sqrt(gain) * alpha) / d;
     322          14 :   }
     323             :   
     324             :   template <typename DataType_>
     325           2 :   void RobertBristowJohnsonLowShelvingCoefficients<DataType_>::set_Q(CoeffDataType Q)
     326             :   {
     327           2 :     if (Q <= 0)
     328             :     {
     329           1 :       throw std::out_of_range("Q must be positive");
     330             :     }
     331           1 :     this->Q = Q;
     332           1 :     setup();
     333           1 :   }
     334             :   
     335             :   template <typename DataType_>
     336           1 :   typename RobertBristowJohnsonLowShelvingCoefficients<DataType_>::CoeffDataType RobertBristowJohnsonLowShelvingCoefficients<DataType_>::get_Q() const
     337             :   {
     338           1 :     return Q;
     339             :   }
     340             :   
     341             :   template <typename DataType_>
     342           5 :   void RobertBristowJohnsonLowShelvingCoefficients<DataType_>::set_gain(CoeffDataType gain)
     343             :   {
     344           5 :     if (gain <= 0)
     345             :     {
     346           1 :       throw std::out_of_range("gain must be positive");
     347             :     }
     348           4 :     this->gain = gain;
     349           4 :     setup();
     350           4 :   }
     351             :   
     352             :   template <typename DataType_>
     353           1 :   typename RobertBristowJohnsonLowShelvingCoefficients<DataType_>::CoeffDataType RobertBristowJohnsonLowShelvingCoefficients<DataType_>::get_gain() const
     354             :   {
     355           1 :     return gain;
     356             :   }
     357             :   
     358             :   template<typename DataType>
     359           7 :   RobertBristowJohnsonHighShelvingCoefficients<DataType>::RobertBristowJohnsonHighShelvingCoefficients(gsl::index nb_channels)
     360           7 :   :Parent(nb_channels)
     361             :   {
     362           7 :   }
     363             :   
     364             :   template <typename DataType>
     365          14 :   void RobertBristowJohnsonHighShelvingCoefficients<DataType>::setup()
     366             :   {
     367          14 :     Parent::setup();
     368             :     
     369          14 :     CoeffDataType w0 = 2 * boost::math::constants::pi<CoeffDataType>() * cut_frequency / input_sampling_rate;
     370          14 :     CoeffDataType cosw0 = std::cos(w0);
     371          14 :     CoeffDataType alpha = std::sin(w0) / (2 * Q);
     372          14 :     CoeffDataType d = (gain + 1) - (gain - 1) * cosw0 + 2 * std::sqrt(gain) * alpha;
     373             :     
     374          14 :     coefficients_in[2] = gain * ((gain + 1) + (gain - 1) * cosw0 + 2 * sqrt(gain) * alpha) / d;
     375          14 :     coefficients_in[1] = -2 * gain * ((gain - 1) + (gain + 1) * cosw0) / d;
     376          14 :     coefficients_in[0] = gain * ((gain + 1) + (gain - 1) * cosw0 - 2 * sqrt(gain) * alpha) / d;
     377          14 :     coefficients_out[1] = -2 * ((gain - 1) - (gain + 1) * cosw0) / d;
     378          14 :     coefficients_out[0] = -((gain + 1) - (gain - 1) * cosw0 - 2 * sqrt(gain) * alpha) / d;
     379          14 :   }
     380             :   
     381             :   template <typename DataType_>
     382           2 :   void RobertBristowJohnsonHighShelvingCoefficients<DataType_>::set_Q(CoeffDataType Q)
     383             :   {
     384           2 :     if (Q <= 0)
     385             :     {
     386           1 :       throw std::out_of_range("Q must be positive");
     387             :     }
     388           1 :     this->Q = Q;
     389           1 :     setup();
     390           1 :   }
     391             :   
     392             :   template <typename DataType_>
     393           1 :   typename RobertBristowJohnsonHighShelvingCoefficients<DataType_>::CoeffDataType RobertBristowJohnsonHighShelvingCoefficients<DataType_>::get_Q() const
     394             :   {
     395           1 :     return Q;
     396             :   }
     397             :   
     398             :   template <typename DataType_>
     399           5 :   void RobertBristowJohnsonHighShelvingCoefficients<DataType_>::set_gain(CoeffDataType gain)
     400             :   {
     401           5 :     if (gain <= 0)
     402             :     {
     403           1 :       throw std::out_of_range("gain must be positive");
     404             :     }
     405           4 :     this->gain = gain;
     406           4 :     setup();
     407           4 :   }
     408             :   
     409             :   template <typename DataType_>
     410           1 :   typename RobertBristowJohnsonHighShelvingCoefficients<DataType_>::CoeffDataType RobertBristowJohnsonHighShelvingCoefficients<DataType_>::get_gain() const
     411             :   {
     412           1 :     return gain;
     413             :   }
     414             : }