Fix up data conversion to use "real" LP filters
authorKeith Packard <keithp@keithp.com>
Fri, 26 Jun 2009 07:18:24 +0000 (00:18 -0700)
committerKeith Packard <keithp@keithp.com>
Fri, 26 Jun 2009 07:18:24 +0000 (00:18 -0700)
filter.5c [new file with mode: 0644]
kaiser-test.5c [new file with mode: 0644]
parse

diff --git a/filter.5c b/filter.5c
new file mode 100644 (file)
index 0000000..34609ee
--- /dev/null
+++ b/filter.5c
@@ -0,0 +1,133 @@
+/*
+ * Kaiser Window digital filter
+ *
+ * Copyright © 2001, Keith Packard
+ * All Rights Reserved.  See the file COPYING in this directory
+ * for licensing information.
+ */
+
+real i0(real x)
+{
+    real    ds, d, s;
+    
+    ds = 1;
+    d = 0;
+    s = 0;
+    do
+    {
+       d = d + 2;
+       ds = ds * x**2 / d**2;
+       s = s + ds;
+#      printf ("ds %g s %g dist %g\n", ds, s,
+#              ds - 0.2e-8 * s);
+    }
+    while (ds - 0.2e-8 * s > 0);
+    return s;
+}
+
+real highpass (real n, real m, real wc)
+{
+    real  alpha = m/2;
+    real  dist;
+
+    dist = n - alpha;
+    if (dist == 0)
+       return (pi/2 - wc) / pi;
+    return -sin(dist * (pi/2-wc)) / (pi * dist);
+}
+
+real lowpass (real n, real m, real wc)
+{
+    real  alpha = m/2;
+    real  dist;
+    dist = n - alpha;
+    if (dist == 0)
+       return wc / pi;
+    return sin (wc * dist) / (pi * dist);
+}
+
+real kaiser (real n, real m, real beta)
+{
+    real alpha = m / 2;
+    return i0 (beta * sqrt (1 - ((n - alpha) / alpha)**2)) / i0(beta);
+}
+
+void write_high (string filename, 
+                      real m, 
+                      real wc, 
+                      real beta, 
+                      real step)
+{
+    real    n;
+    file    f;
+
+    f = File::open (filename, "w");
+    for (n = 0; n <= m; n += step)
+       File::fprintf (f, "%g,\n", highpass (n, m, wc) * kaiser (n, m, beta));
+    File::close (f);
+}
+
+void write_low (string filename, 
+                   real m, 
+                   real wc, 
+                   real beta, 
+                   real step)
+{
+    real    n;
+    file    f;
+
+    f = File::open (filename, "w");
+    for (n = 0; n <= m; n += step)
+       File::fprintf (f, "%g,\n", lowpass (n, m, wc) * kaiser (n, m, beta));
+    File::close (f);
+}
+
+real β (real A)
+{
+    if (A > 50)
+       return 0.1102 * (A - 8.7);
+    else if (A >= 21)
+       return 0.5842 * (A - 21) ** 0.4 + 0.07886 * (A - 21);
+    else
+       return 0.0;
+}
+
+int M (real A, real Δω)
+{
+    if (A > 21)
+       return ceil ((A - 7.95) / (2.285 * Δω));
+    else
+       return ceil(5.79 / Δω);
+}
+
+typedef struct {
+    real ωpass;
+    real Δω;
+    real A;
+    real β;
+    int M;
+} filter_param_t;
+
+filter_param_t filter (real ωpass, real ωstop, real error)
+{
+    filter_param_t  p;
+    p.ωpass = ωpass;
+    p.Δω = ωstop - ωpass;
+    p.A = -20 * log10 (error);
+    p.β = β (p.A);
+    p.M = M (p.A, p.Δω);
+    if ((p.M & 1) == 1)
+       p.M++;
+    return p;
+}
+
+real[] low_pass_filter(real ωpass, real ωstop, real error)
+{
+    filter_param_t  p = filter(ωpass, ωstop, error);
+
+    return (real[p.M + 1]) {
+       [n] = lowpass(n, p.M, ωpass) * kaiser(n, p.M, p.β)
+    };
+}
+
+                      
diff --git a/kaiser-test.5c b/kaiser-test.5c
new file mode 100644 (file)
index 0000000..41fd5e5
--- /dev/null
@@ -0,0 +1,58 @@
+load "kaiser.5c"
+
+real sinc(real x) = x != 0 ? sin(x)/x : 1;
+
+real sum(real[...] x) { real s = 0; for(int i = 0; i < dim(x); i++) s += x[i]; return s; }
+
+real[...] convolve(real[...] d, real[...] e) {
+       real sample(n) = n < 0 ? d[0] : n >= dim(d) ? d[dim(d)-1] : d[n];
+       real w = floor ((dim(e) - 1) / 2);
+       real c(int center) {
+               real    v = 0;
+               real    s = 0;
+               int     start;
+               int     end;
+
+               start = center - w;
+               if (start < 0)
+                       start = 0;
+               end = center + w;
+               if (end >= dim(d))
+                       end = dim(d) - 1;
+               for (int o = start; o <= end; o++) {
+                       real    e_o = e[o - center + w];
+                       real    part = d[o] * e_o;
+                       v += part;
+                       s += e_o;
+               }
+               v /= s;
+               return v;
+       }
+       return (real[dim(d)]) { [n] = c(n) };
+}
+
+real[...] kaiser_filter(real[...] d, int half_width) {
+#      real[half_width * 2 + 1] fir = { [n] = sinc(2 * pi * n / (2 * half_width)) };
+       real M = half_width * 2 + 1;
+       real[M] fir = { [n] = kaiser(n+1, M+1, 8) };
+       return convolve(d, fir);
+}
+
+
+real[1024] square = { [n] = 2 * ((n >> 8) & 1) - 1 };
+
+real[] cut = low_pass_filter(π*1/128, π*1/64, 1e-10);
+
+real[dim(square)] filtered_square = convolve(square, cut);
+
+for (int i = 0; i < dim(filtered_square); i++)
+    printf ("%d %g %g\n", i, square[i], filtered_square[i]);
+
+exit(0);
+
+int size = 100;
+real[size] raw = { [n] = n };
+real[size] filtered = kaiser_filter(raw, 8);
+
+for (int i = 0; i < size; i++)
+       printf ("%d %g %g\n", i, raw[i], filtered[i]);
diff --git a/parse b/parse
index 7593b386d6503d5ef9fd5471f2c9755c8c25f013..eb782c62def4a7ccf52e4f9e6bd32883c3c4b2bd 100755 (executable)
--- a/parse
+++ b/parse
@@ -225,7 +225,7 @@ real sinc(real x) = x != 0 ? sin(x)/x : 1;
 
 real gaussian(real x) = exp(-(x**2)/2) / sqrt(2 * pi);
 
-load "/usr/share/nickle/examples/kaiser.5c"
+load "filter.5c"
 
 real[...] convolve(real[...] d, real[...] e) {
        real sample(n) = n < 0 ? d[0] : n >= dim(d) ? d[dim(d)-1] : d[n];
@@ -314,6 +314,10 @@ telem_record read_telem(file in) {
 }
 
 void readsamples_telem(file in) {
+       telem_record[...] telem;
+
+       setdim(telem, 0);
+
        setdim(clock, 0);
        setdim(pressure_value, 0);
        setdim(accelerometer_value, 0);
@@ -334,23 +338,32 @@ void readsamples_telem(file in) {
                accel_total += save[i].accel;
        g_base = accel_total // start;
 
-       for (int i = start; i < dim(save); i++) {
-               clock[dim(clock)] = save[i].time/100;
-               pressure_value[dim(pressure_value)] = save[i].pressure;
-               accelerometer_value[dim(accelerometer_value)] = save[i].accel;
-       }
-       
+       for (int i = start; i < dim(save); i++)
+               telem[dim(telem)] = save[i];
+
        while (!File::end(in)) {
-               telem_record t = read_telem(in);
-               int n = dim(clock);
-               real sample_time = t.time / 100 + clock_bias;
-               if (n > 0 && sample_time < clock[n-1]) {
-                       clock_bias += 65536 / 100;
-                       sample_time += 65536 / 100;
+               int n = dim(telem);
+               telem[n] = read_telem(in);
+               telem[n].time += clock_bias;
+               if (n > 0 && telem[n].time < telem[n-1].time) {
+                       clock_bias += 65536;
+                       telem[n].time += 65536;
+               }
+       }
+       int clock_start = telem[0].time;
+       int clock_end = telem[dim(telem)-1].time;
+       int samples = clock_end - clock_start;
+
+       int j = 0;
+       for (int i = 0; i < samples; i++) {
+               clock[i] = i / 100;
+               pressure_value[i] = telem[j].pressure;
+               accelerometer_value[i] = telem[j].accel;
+               if (j < dim(telem)-1) {
+                       int cur_time = clock_start + i;
+                       if (cur_time - telem[j].time > telem[j+1].time - cur_time)
+                               j++;
                }
-               clock[n] = sample_time;
-               pressure_value[dim(pressure_value)] = t.pressure;
-               accelerometer_value[dim(accelerometer_value)] = t.accel;
        }
 }
 
@@ -381,6 +394,12 @@ int[...] rebase(int[...] d, int m, int a) = (int[dim(d)]) { [n] = d[n] * m + a }
 
 int size = dim(accelerometer_value);
 
+real[...] do_low_pass(real[] data, real ωpass, real ωstop, real error) {
+       real[*] fir = low_pass_filter (ωpass, ωstop, error);
+       File::fprintf (stderr, "low pass filter is %d long\n", dim(fir));
+       return convolve(data, fir);
+}
+
 if (false) {
        accelerometer_value = rebase(accelerometer_value, -1, g_base);
        int accel_i0_base = average(accelerometer_value, 30);
@@ -406,8 +425,14 @@ if (false) {
 } else {
        real[size] accelerometer = { [n] = gravity * (count_to_g(accelerometer_value[n]) - 1.0) };
        real[size] barometer = { [n] = pressure_to_altitude(count_to_kPa(pressure_value[n] / 16) * 1000) };
-       real[size] filtered_accelerometer = kaiser_filter(accelerometer, 8);
-       real[size] filtered_barometer = kaiser_filter(barometer, 16);
+       real[size] filtered_accelerometer = do_low_pass(accelerometer,
+                                                       2 * π * 5/100,
+                                                       2 * π * 8/100,
+                                                       1e-8);
+       real[size] filtered_barometer = do_low_pass(barometer,
+                                                   2 * π * .5 / 100,
+                                                   2 * π * 1 / 100,
+                                                   1e-8);
 
        real[...] integrate(real[...] d) {
                real[dim(d)] ret;