git.gag.com Git - debian/gnuradio/blob - gnuradio-core/src/utils/gr_plot_fft_f.py

   1 #!/usr/bin/env python
   2 #
   3 # Copyright 2007 Free Software Foundation, Inc.
   4 #
   5 # This file is part of GNU Radio
   6 #
   7 # GNU Radio is free software; you can redistribute it and/or modify
   8 # it under the terms of the GNU General Public License as published by
   9 # the Free Software Foundation; either version 3, or (at your option)
  10 # any later version.
  11 #
  12 # GNU Radio is distributed in the hope that it will be useful,
  13 # but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
  14 # MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the
  15 # GNU General Public License for more details.
  16 #
  17 # You should have received a copy of the GNU General Public License
  18 # along with GNU Radio; see the file COPYING.  If not, write to
  19 # the Free Software Foundation, Inc., 51 Franklin Street,
  20 # Boston, MA 02110-1301, USA.
  21 #
  22
  23 import scipy
  24 from pylab import *
  25 from optparse import OptionParser
  26 from scipy import fftpack
  27 from math import log10
  28
  29 matplotlib.interactive(True)
  30 matplotlib.use('TkAgg')
  31
  32 class draw_fft_f:
  33     def __init__(self, filename, options):
  34         self.hfile = open(filename, "r")
  35         self.block_length = options.block
  36         self.start = options.start
  37         self.sample_rate = options.sample_rate
  38
  39         self.axis_font_size = 16
  40         self.label_font_size = 18
  41         self.title_font_size = 20
  42         self.text_size = 22
  43
  44         # Setup PLOT
  45         self.fig = figure(1, figsize=(16, 9), facecolor='w')
  46         rcParams['xtick.labelsize'] = self.axis_font_size
  47         rcParams['ytick.labelsize'] = self.axis_font_size
  48
  49         self.text_file     = figtext(0.10, 0.94, ("File: %s" % filename), weight="heavy", size=self.text_size)
  50         self.text_file_pos = figtext(0.10, 0.88, "File Position: ", weight="heavy", size=self.text_size)
  51         self.text_block    = figtext(0.40, 0.88, ("Block Size: %d" % self.block_length),
  52                                      weight="heavy", size=self.text_size)
  53         self.text_sr       = figtext(0.60, 0.88, ("Sample Rate: %.2f" % self.sample_rate),
  54                                      weight="heavy", size=self.text_size)
  55         self.make_plots()
  56
  57         self.button_left_axes = self.fig.add_axes([0.45, 0.01, 0.05, 0.05], frameon=True)
  58         self.button_left = Button(self.button_left_axes, "<")
  59         self.button_left_callback = self.button_left.on_clicked(self.button_left_click)
  60
  61         self.button_right_axes = self.fig.add_axes([0.50, 0.01, 0.05, 0.05], frameon=True)
  62         self.button_right = Button(self.button_right_axes, ">")
  63         self.button_right_callback = self.button_right.on_clicked(self.button_right_click)
  64
  65         self.xlim = self.sp_f.get_xlim()
  66
  67         self.manager = get_current_fig_manager()
  68         connect('draw_event', self.zoom)
  69         connect('key_press_event', self.click)
  70         show()
  71
  72     def get_data(self):
  73         self.text_file_pos.set_text("File Position: %d" % (self.hfile.tell()//4))
  74         self.floats = scipy.fromfile(self.hfile, dtype=scipy.float32, count=self.block_length)
  75         #print "Read in %d items" % len(self.floats)
  76         if(len(self.floats) == 0):
  77             print "End of File"
  78         else:
  79             self.f_fft = self.dofft(self.floats)
  80
  81             self.time = [i*(1/self.sample_rate) for i in range(len(self.floats))]
  82             self.freq = self.calc_freq(self.time, self.sample_rate)
  83
  84     def dofft(self, f):
  85         N = len(f)
  86         f_fft = fftpack.fftshift(scipy.fft(f))       # fft and shift axis
  87         f_dB = list()
  88         for f in f_fft:
  89             try:
  90                 f_dB.append(20*log10(abs(f/N)))  # convert to decibels, adjust power
  91             except OverflowError:                # protect against taking log(0)
  92                 f = 1e-14                        # not sure if this is the best way to do this
  93                 f_dB.append(20*log10(abs(f/N)))
  94
  95         return f_dB
  96
  97     def calc_freq(self, time, sample_rate):
  98         N = len(time)
  99         Fs = 1.0 / (max(time) - min(time))
 100         Fn = 0.5 * sample_rate
 101         freq = [-Fn + i*Fs for i in range(N)]
 102         return freq
 103
 104     def make_plots(self):
 105         # if specified on the command-line, set file pointer
 106         self.hfile.seek(16*self.start, 1)
 107
 108         self.get_data()
 109
 110         # Subplot for real and imaginary parts of signal
 111         self.sp_f = self.fig.add_subplot(2,1,1, position=[0.075, 0.2, 0.4, 0.6])
 112         self.sp_f.set_title(("Amplitude"), fontsize=self.title_font_size, fontweight="bold")
 113         self.sp_f.set_xlabel("Time (s)", fontsize=self.label_font_size, fontweight="bold")
 114         self.sp_f.set_ylabel("Amplitude (V)", fontsize=self.label_font_size, fontweight="bold")
 115         self.plot_f = plot(self.time, self.floats, 'bo-')
 116         self.sp_f.set_ylim([1.5*min(self.floats),
 117                             1.5*max(self.floats)])
 118
 119         # Subplot for constellation plot
 120         self.sp_fft = self.fig.add_subplot(2,2,1, position=[0.575, 0.2, 0.4, 0.6])
 121         self.sp_fft.set_title(("FFT"), fontsize=self.title_font_size, fontweight="bold")
 122         self.sp_fft.set_xlabel("Frequency (Hz)", fontsize=self.label_font_size, fontweight="bold")
 123         self.sp_fft.set_ylabel("Power (dBm)", fontsize=self.label_font_size, fontweight="bold")
 124         self.plot_fft = plot(self.freq, self.f_fft, '-bo')
 125         self.sp_fft.set_ylim([min(self.f_fft)-10, max(self.f_fft)+10])
 126
 127         draw()
 128
 129     def update_plots(self):
 130         self.plot_f[0].set_data([self.time, self.floats])
 131         self.sp_f.set_ylim([1.5*min(self.floats),
 132                             1.5*max(self.floats)])
 133
 134         self.plot_fft[0].set_data([self.freq, self.f_fft])
 135         self.sp_fft.set_ylim([min(self.f_fft)-10, max(self.f_fft)+10])
 136
 137         draw()
 138
 139     def zoom(self, event):
 140         newxlim = self.sp_f.get_xlim()
 141         if(newxlim != self.xlim):
 142             self.xlim = newxlim
 143             xmin = max(0, int(ceil(self.sample_rate*self.xlim[0])))
 144             xmax = min(int(ceil(self.sample_rate*self.xlim[1])), len(self.floats))
 145
 146             f = self.floats[xmin : xmax]
 147             time = self.time[xmin : xmax]
 148
 149             f_fft = self.dofft(f)
 150             freq = self.calc_freq(time, self.sample_rate)
 151
 152             self.plot_fft[0].set_data(freq, f_fft)
 153             self.sp_fft.axis([min(freq), max(freq),
 154                               min(f_fft)-10, max(f_fft)+10])
 155
 156             draw()
 157
 158     def click(self, event):
 159         forward_valid_keys = [" ", "down", "right"]
 160         backward_valid_keys = ["up", "left"]
 161
 162         if(find(event.key, forward_valid_keys)):
 163             self.step_forward()
 164
 165         elif(find(event.key, backward_valid_keys)):
 166             self.step_backward()
 167
 168     def button_left_click(self, event):
 169         self.step_backward()
 170
 171     def button_right_click(self, event):
 172         self.step_forward()
 173
 174     def step_forward(self):
 175         self.get_data()
 176         self.update_plots()
 177
 178     def step_backward(self):
 179         # Step back in file position
 180         if(self.hfile.tell() >= 8*self.block_length ):
 181             self.hfile.seek(-8*self.block_length, 1)
 182         else:
 183             self.hfile.seek(-self.hfile.tell(),1)
 184         self.get_data()
 185         self.update_plots()
 186
 187
 188
 189 #FIXME: there must be a way to do this with a Python builtin
 190 def find(item_in, list_search):
 191     for l in list_search:
 192         if item_in == l:
 193             return True
 194     return False
 195
 196 def main():
 197     usage="%prog: [options] input_filename"
 198     description = "Takes a GNU Radio floating point binary file and displays the sample data versus time as well as the frequency domain (FFT) plot. The y-axis values are plotted assuming volts as the amplitude of the I&Q streams and converted into dBm in the frequency domain (the 1/N power adjustment out of the FFT is performed internally). The script plots a certain block of data at a time, specified on the command line as -B or --block. This value defaults to 1000. The start position in the file can be set by specifying -s or --start and defaults to 0 (the start of the file). By default, the system assumes a sample rate of 1, so in time, each sample is plotted versus the sample number. To set a true time and frequency axis, set the sample rate (-R or --sample-rate) to the sample rate used when capturing the samples."
 199
 200     parser = OptionParser(conflict_handler="resolve", usage=usage, description=description)
 201     parser.add_option("-B", "--block", type="int", default=1000,
 202                       help="Specify the block size [default=%default]")
 203     parser.add_option("-s", "--start", type="int", default=0,
 204                       help="Specify where to start in the file [default=%default]")
 205     parser.add_option("-R", "--sample-rate", type="float", default=1.0,
 206                       help="Set the sampler rate of the data [default=%default]")
 207
 208     (options, args) = parser.parse_args ()
 209     if len(args) != 1:
 210         parser.print_help()
 211         raise SystemExit, 1
 212     filename = args[0]
 213
 214     dc = draw_fft_f(filename, options)
 215
 216 if __name__ == "__main__":
 217     try:
 218         main()
 219     except KeyboardInterrupt:
 220         pass
 221
 222
 223