include/filter.h

   1 /*****************************************************************************
   2 ** FILE IDENTIFICATION
   3 **
   4 **      Name:         filter.h
   5 **      Purpose:      Signal filter header file
   6 **      Programmer:   Kevin Rosenberg
   7 **      Date Started: June 2000
   8 **
   9 **  This is part of the CTSim program
  10 **  Copyright (C) 1983-2000 Kevin Rosenberg
  11 **
  12 **  $Id: filter.h,v 1.20 2000/08/19 22:59:06 kevin Exp $
  13 **
  14 **  This program is free software; you can redistribute it and/or modify
  15 **  it under the terms of the GNU General Public License (version 2) as
  16 **  published by the Free Software Foundation.
  17 **
  18 **  This program is distributed in the hope that it will be useful,
  19 **  but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
  20 **  MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the
  21 **  GNU General Public License for more details.
  22 **
  23 **  You should have received a copy of the GNU General Public License
  24 **  along with this program; if not, write to the Free Software
  25 **  Foundation, Inc., 59 Temple Place, Suite 330, Boston, MA  02111-1307  USA
  26 ******************************************************************************/
  27
  28 #ifndef FILTER_H
  29 #define FILTER_H
  30
  31
  32 #ifdef HAVE_CONFIG_H
  33 #include "config.h"
  34 #endif
  35 #ifdef HAVE_FFTW
  36 #include <fftw.h>
  37 #include <rfftw.h>
  38 #endif
  39
  40 #include <complex>
  41
  42
  43 // CLASS IDENTIFICATION
  44 //    SignalFilter       A filter used to process signals
  45 //
  46 // CONTAINS
  47 //    signal vector
  48 //
  49 //    Can create either a time/spatial waveform or a frequency signal
  50 //    Waveforms can be created either by direct calculation or by inverse fourier transform
  51
  52 class SignalFilter {
  53  public:
  54     static const int FILTER_INVALID;
  55     static const int FILTER_ABS_BANDLIMIT;      // filter times |x|
  56     static const int FILTER_ABS_SINC;
  57     static const int FILTER_ABS_G_HAMMING;
  58     static const int FILTER_ABS_COSINE;
  59     static const int FILTER_SHEPP;
  60     static const int FILTER_BANDLIMIT;
  61     static const int FILTER_SINC;
  62     static const int FILTER_G_HAMMING;
  63     static const int FILTER_COSINE;
  64     static const int FILTER_TRIANGLE;
  65
  66     static const int DOMAIN_INVALID;
  67     static const int DOMAIN_FREQUENCY;
  68     static const int DOMAIN_SPATIAL;
  69
  70     SignalFilter (const char* szFilterName, double dFilterMinimum, double dFilterMaximum, int nFilterPoints, double dBandwidth, double dFilterParam, const char* szDomainName);
  71
  72     SignalFilter (const int idFilter, double dFilterMinimum, double dFilterMaximum, int nFilterPoints, double dBandwidth, double dFilterParam, const int idDomain);
  73
  74     SignalFilter (const char* szFilterName, const char* szDomainName, double dBandwidth, double dFilterParam);
  75
  76     ~SignalFilter (void);
  77
  78     double* getFilter (void) const
  79       { return m_adFilter; }
  80
  81     bool fail(void) const       {return m_fail;}
  82     const string& failMessage(void) const {return m_failMessage;}
  83
  84     const string& nameFilter(void) const        { return m_nameFilter;}
  85     const string& nameDomain(void) const        { return m_nameDomain;}
  86     const int idFilter(void) const      { return m_idFilter;}
  87     const int idDomain(void) const      { return m_idDomain;}
  88
  89     int getNFilterPoints (void) const  { return m_nFilterPoints; }
  90     const double getFilterMin(void) const {return m_dFilterMin;}
  91     const double getFilterMax(void) const {return m_dFilterMax;}
  92     const double getFilterIncrement(void) const {return m_dFilterInc;}
  93     void copyFilterData(double *pdFilter, const int iStart, const int nPoints) const;
  94
  95     double response (double x);
  96
  97     static double spatialResponse (int fType, double bw, double x, double param);
  98
  99     static double frequencyResponse (int fType, double bw, double u, double param);
 100
 101     static double spatialResponseAnalytic (int fType, double bw, double x, double param);
 102
 103     static double spatialResponseCalc (int fType, double bw, double x, double param, int nIntegral);
 104
 105     static void setNumIntegral(int nIntegral) {N_INTEGRAL = nIntegral;}
 106
 107   static const int getFilterCount() {return s_iFilterCount;}
 108   static const char** getFilterNameArray() {return s_aszFilterName;}
 109   static const char** getFilterTitleArray() {return s_aszFilterTitle;}
 110   static int convertFilterNameToID (const char* const filterName);
 111   static const char* convertFilterIDToName (const int idFilter);
 112   static const char* convertFilterIDToTitle (const int idFilter);
 113
 114   static const int getDomainCount() {return s_iDomainCount;}
 115   static const char** getDomainNameArray() {return s_aszDomainName;}
 116   static const char** getDomainTitleArray() {return s_aszDomainTitle;}
 117   static int convertDomainNameToID (const char* const domainName);
 118   static const char* convertDomainIDToName (const int idDomain);
 119   static const char* convertDomainIDToTitle (const int idDomain);
 120
 121  private:
 122     int m_nFilterPoints;
 123     double m_dBandwidth;
 124     double m_dFilterParam;
 125     double m_dFilterInc;
 126     double m_dFilterMin;
 127     double m_dFilterMax;
 128     double* m_adFilter;
 129
 130     string m_nameFilter;
 131     string m_nameDomain;
 132     int m_idFilter;
 133     int m_idDomain;
 134
 135     bool m_fail;
 136     string m_failMessage;
 137
 138     static const char* s_aszFilterName[];
 139     static const char* s_aszFilterTitle[];
 140     static const int s_iFilterCount;
 141     static const char* s_aszDomainName[];
 142     static const char* s_aszDomainTitle[];
 143     static const int s_iDomainCount;
 144     static int N_INTEGRAL;
 145
 146     static const bool haveAnalyticSpatial (const int filterID);
 147
 148     void init (const int idFilter, double dFilterMin, double dFilterMax, int nFilterPoints, double dBandwidth, double dFilterParam, const int idDomain);
 149
 150     void createFrequencyFilter (double* x) const;
 151     void createSpatialFilter (double* x) const;
 152
 153     double spatialResponseCalc (double x) const;
 154     double spatialResponseAnalytic (double x) const;
 155     double frequencyResponse (double u) const;
 156
 157     static double sinc (double x, double mult)
 158       { return (fabs(x) > F_EPSILON ? (sin (x * mult) / x) : 1.0); }
 159     static double integral_abscos (double u, double w)
 160     { return (fabs (u) > F_EPSILON ? (cos (u * w) - 1) / (u * u) + w / u * sin (u * w) : (w * w / 2)); }
 161 };
 162
 163 #endif