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[ctsim.git] / include / filter.h
index 9bbf554873cb6cad0d37eb3994075dcba5c2e4e4..6ad776792158c2f4d6d7604268a39f2baa4a67fd 100644 (file)
@@ -1,7 +1,45 @@
+/*****************************************************************************
+** FILE IDENTIFICATION
+**
+**     Name:         filter.h
+**      Purpose:      Signal filter header file
+**     Programmer:   Kevin Rosenberg
+**     Date Started: June 2000
+**
+**  This is part of the CTSim program
+**  Copyright (C) 1983-2000 Kevin Rosenberg
+**
+**  $Id: filter.h,v 1.14 2000/07/19 04:33:27 kevin Exp $
+**
+**  This program is free software; you can redistribute it and/or modify
+**  it under the terms of the GNU General Public License (version 2) as
+**  published by the Free Software Foundation.
+**
+**  This program 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 General Public License for more details.
+**
+**  You should have received a copy of the GNU General Public License
+**  along with this program; if not, write to the Free Software
+**  Foundation, Inc., 59 Temple Place, Suite 330, Boston, MA  02111-1307  USA
+******************************************************************************/
+
 #ifndef FILTER_H
 #define FILTER_H
 
 
+#ifdef HAVE_CONFIG_H
+#include "config.h"
+#endif
+#ifdef HAVE_FFTW
+#include <fftw.h>
+#include <rfftw.h>
+#endif
+
+#include <complex>
+
+
 class SignalFilter {
  public:
 
@@ -18,10 +56,22 @@ class SignalFilter {
        FILTER_ABS_COSINE,
        FILTER_SHEPP
     } FilterID;
-    
+
+    typedef enum {
+       FILTER_METHOD_INVALID,
+       FILTER_METHOD_CONVOLUTION,
+       FILTER_METHOD_FOURIER,
+       FILTER_METHOD_FOURIER_TABLE,
+       FILTER_METHOD_FFT,
+#if HAVE_FFTW
+       FILTER_METHOD_FFTW,
+       FILTER_METHOD_RFFTW,
+#endif
+    } FilterMethodID;
+
     typedef enum {
        DOMAIN_INVALID,
-       DOMAIN_FREQ,
+       DOMAIN_FREQUENCY,
        DOMAIN_SPATIAL 
     } DomainID;
     
@@ -36,25 +86,50 @@ class SignalFilter {
     static const char FILTER_HAMMING_STR[]=       "hamming";
     static const char FILTER_TRIANGLE_STR[]=      "triangle";
     
-    static const char DOMAIN_FREQ_STR[]=    "freq";
-    static const char DOMAIN_SPATIAL_STR[]= "spatial";
+    static const char FILTER_METHOD_CONVOLUTION_STR[]=  "convolution";
+    static const char FILTER_METHOD_FOURIER_STR[]=      "fourier";
+    static const char FILTER_METHOD_FOURIER_TABLE_STR[]="fourier_table";
+    static const char FILTER_METHOD_FFT_STR[]=          "fft";
+#if HAVE_FFTW
+    static const char FILTER_METHOD_FFTW_STR[]=         "fftw";
+    static const char FILTER_METHOD_RFFTW_STR[]=        "rfftw";
+#endif
+
+    static const char DOMAIN_FREQUENCY_STR[]="frequency";
+    static const char DOMAIN_SPATIAL_STR[]="spatial";
 
 
-    SignalFilter (const char* filterName, double bw, double xmin, double xmax, int n, double param, const char* domainName, const int numIntegral = 0);
+    SignalFilter (const char* filterName, const char* filterMethodName,double bw, double signalIncrement, int n, double param, const char* domainName, const int zeropad = 0, const int preinterpolationFactor = 1);
 
-    SignalFilter (const FilterID filt_type, double bw, double xmin, double xmax, int n, double param, const DomainID domain, const int numIntegral = 0);
+    SignalFilter (const FilterID filt_type, FilterMethodID filterMethodID, double bw, double signalIncrement, int n, double param, const DomainID domain, const int zeropad = 0, const int preinterpolationFactor = 1);
 
-    SignalFilter (const char* filterName, const char* domainName, double bw, double param, int numIntegral = 0);
+    SignalFilter (const char* filterName, const char* domainName, double bw, double param);
 
     ~SignalFilter (void);
 
     double* getFilter (void) const
       { return m_vecFilter; }
 
+    int getNFilterPoints (void) const
+       { return m_nFilterPoints; }
+
     double convolve (const double f[], const double dx, const int n, const int np) const;
 
     double convolve (const float f[], const double dx, const int n, const int np) const;
 
+    void filterSignal (const double input[], double output[]) const;
+    void filterSignal (const float input[], double output[]) const;
+
+    static void finiteFourierTransform (const double input[], complex<double> output[], const int n, const int direction);
+    static void finiteFourierTransform (const complex<double> input[], complex<double> output[], const int n, const int direction);
+    static void finiteFourierTransform (const complex<double> input[], double output[], const int n, const int direction);
+
+    void finiteFourierTransform (const double input[], complex<double> output[], const int direction) const;
+    void finiteFourierTransform (const complex<double> input[], complex<double> output[], const int direction) const;
+    void finiteFourierTransform (const complex<double> input[], double output[], const int direction) const;
+
+    void setTraceLevel (int traceLevel) {m_traceLevel = traceLevel; }
+
     bool fail(void) const      {return m_fail;}
     const string& failMessage(void) const {return m_failMessage;}
 
@@ -62,40 +137,68 @@ class SignalFilter {
     const string& nameDomain(void) const       { return m_nameDomain;}
     const FilterID idFilter(void) const        { return m_idFilter;}
     const DomainID idDomain(void) const        { return m_idDomain;}
+    const double getFilterMin(void) const {return m_filterMin;}
+    const double getFilterMax(void) const {return m_filterMax;}
+    const double getFilterIncrement(void) const {return m_filterInc;}
 
     double response (double x);
 
-    static double spatialResponse (FilterID fType, double bw, double x, double param, int nIntegral = 0);
+    static double spatialResponse (FilterID fType, double bw, double x, double param);
 
     static double frequencyResponse (FilterID fType, double bw, double u, double param);
 
-    static double spatialResponseCalc (FilterID fType, double bw, double x, double param, int n);
-
     static double spatialResponseAnalytic (FilterID fType, double bw, double x, double param);
 
+    static double spatialResponseCalc (FilterID fType, double bw, double x, double param, int nIntegral);
+
+    static void setNumIntegral(int nIntegral) {N_INTEGRAL = nIntegral;}
+
  private:
     double m_bw;
-    int m_nPoints;
-    double m_xmin;
-    double m_xmax;
+    int m_nFilterPoints;
+    int m_nSignalPoints;
+    double m_signalInc;
+    double m_filterMin;
+    double m_filterMax;
+    double m_filterInc;
     double* m_vecFilter;
+    double* m_vecFourierCosTable;
+    double* m_vecFourierSinTable;
+    complex<double>* m_complexVecFilter;
+#ifdef HAVE_FFTW
+    fftw_real* m_vecRealFftInput, *m_vecRealFftSignal;
+    rfftw_plan m_realPlanForward, m_realPlanBackward;
+    fftw_complex* m_vecComplexFftInput, *m_vecComplexFftSignal;
+    fftw_plan m_complexPlanForward, m_complexPlanBackward;
+#endif
+
     bool m_fail;
     string m_failMessage;
     string m_nameFilter;
+    string m_nameFilterMethod;
     string m_nameDomain;
     FilterID m_idFilter;
+    FilterMethodID m_idFilterMethod;
     DomainID m_idDomain;
     double m_filterParam;
-    int m_numIntegral;
+    int m_traceLevel;
+    int m_zeropad;
+    int m_nOutputPoints;
+    int m_preinterpolationFactor;
+
+    static int N_INTEGRAL;
 
-    static FilterID convertFilterNameToID (const char* filterName);
+    static const bool haveAnalyticSpatial (const FilterID filterID);
+    static const FilterID convertFilterNameToID (const char* filterName);
     static const char* convertFilterIDToName (const FilterID filterID);
+    static const FilterMethodID convertFilterMethodNameToID (const char* filterMethodName);
+    static const char* convertFilterMethodIDToName (const FilterMethodID filterMethodID);
     static const DomainID convertDomainNameToID (const char* domainName);
     static const char* convertDomainIDToName (const DomainID domainID);
 
-    void init (const FilterID filt_type, double bw, double xmin, double xmax, int n, double param, const DomainID domain, const int numInt);
+    void init (const FilterID filt_type, const FilterMethodID filterMethod, double bw, double signalIncrement, int n, double param, const DomainID domain, const int zeropad, const int preInterpScale);
 
-double spatialResponseCalc (double x, double param, int n) const;
+    double spatialResponseCalc (double x, double param) const;
 
     double spatialResponseAnalytic (double x, double param) const;
 
@@ -108,5 +211,4 @@ double spatialResponseCalc (double x, double param, int n) const;
 
 };
 
-
 #endif