r145: *** empty log message ***
[ctsim.git] / libctsim / filter.cpp
index 65163f3185b0be2de8beb7342ad643f0701ff875..d22e99f37794bd69c261865c2ea00de0f30bd757 100644 (file)
@@ -9,7 +9,7 @@
 **  This is part of the CTSim program
 **  Copyright (C) 1983-2000 Kevin Rosenberg
 **
-**  $Id: filter.cpp,v 1.15 2000/07/07 15:30:59 kevin Exp $
+**  $Id: filter.cpp,v 1.17 2000/07/13 07:03:21 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
@@ -28,6 +28,8 @@
 #include "ct.h"
 
 
+int SignalFilter::N_INTEGRAL=500;  //static member
+
 /* NAME
  *   SignalFilter::SignalFilter     Construct a signal
  *
  *   int nSignalPoints Number of points in signal
  *   double param      General input parameter to filters
  *   int domain                FREQUENCY or SPATIAL domain wanted
- *   int numint                Number if intervals for calculating discrete inverse fourier xform
- *                     for spatial domain filters.  For ANALYTIC solutions, use numint = 0
  */
 
-SignalFilter::SignalFilter (const char* filterName, const char* filterMethodName, double bw, double signalIncrement, int nSignalPoints, double param, const char* domainName, int zeropad = 0, int numIntegral = 0)
+SignalFilter::SignalFilter (const char* filterName, const char* filterMethodName, double bw, double signalIncrement, int nSignalPoints, double param, const char* domainName, int zeropad = 0, int preinterpolationFactor = 1)
 {
   m_vecFilter = NULL;
   m_vecFourierCosTable = NULL;
@@ -70,15 +70,15 @@ SignalFilter::SignalFilter (const char* filterName, const char* filterMethodName
     m_failMessage += domainName;
     return;
   }
-  init (m_idFilter, m_idFilterMethod, bw, signalIncrement, nSignalPoints, param, m_idDomain, zeropad, numIntegral);
+  init (m_idFilter, m_idFilterMethod, bw, signalIncrement, nSignalPoints, param, m_idDomain, zeropad, preinterpolationFactor);
 }
 
-SignalFilter::SignalFilter (const FilterID filterID, const FilterMethodID filterMethodID, double bw, double signalIncrement, int nSignalPoints, double param, const DomainID domainID, int zeropad = 0, int numIntegral = 0)
+SignalFilter::SignalFilter (const FilterID filterID, const FilterMethodID filterMethodID, double bw, double signalIncrement, int nSignalPoints, double param, const DomainID domainID, int zeropad = 0, int preinterpolationFactor = 1)
 {
-  init (filterID, filterMethodID, bw, signalIncrement, nSignalPoints, param, domainID, zeropad, numIntegral);
+  init (filterID, filterMethodID, bw, signalIncrement, nSignalPoints, param, domainID, zeropad, preinterpolationFactor);
 }
 
-SignalFilter::SignalFilter (const char* filterName, const char* domainName, double bw, double param, int numIntegral = 0)
+SignalFilter::SignalFilter (const char* filterName, const char* domainName, double bw, double param)
 {
   m_bw = bw;
   m_nSignalPoints = 0;
@@ -87,7 +87,6 @@ SignalFilter::SignalFilter (const char* filterName, const char* domainName, doub
   m_vecFourierCosTable = NULL;
   m_vecFourierSinTable = NULL;
   m_filterParam = param;  
-  m_numIntegral = numIntegral;
   m_idFilter = convertFilterNameToID (filterName);
   if (m_idFilter == FILTER_INVALID) {
     m_fail = true;
@@ -105,7 +104,7 @@ SignalFilter::SignalFilter (const char* filterName, const char* domainName, doub
 }
 
 void
-SignalFilter::init (const FilterID filterID, const FilterMethodID filterMethodID, double bw, double signalIncrement, int nSignalPoints, double param, const DomainID domainID, int zeropad, int numint)
+SignalFilter::init (const FilterID filterID, const FilterMethodID filterMethodID, double bw, double signalIncrement, int nSignalPoints, double filterParam, const DomainID domainID, int zeropad, int preinterpolationFactor)
 {
   m_bw = bw;
   m_idFilter = filterID;
@@ -122,8 +121,9 @@ SignalFilter::init (const FilterID filterID, const FilterMethodID filterMethodID
   m_fail = false;
   m_nSignalPoints = nSignalPoints;
   m_signalInc = signalIncrement;
-  m_filterParam = param;  
+  m_filterParam = filterParam;  
   m_zeropad = zeropad;
+  m_preinterpolationFactor = preinterpolationFactor;
 
   m_vecFourierCosTable = NULL;
   m_vecFourierSinTable = NULL;
@@ -154,6 +154,7 @@ SignalFilter::init (const FilterID filterID, const FilterMethodID filterMethodID
       m_nFilterPoints = 1 << nextPowerOf2;
       cout << "nFilterPoints = " << m_nFilterPoints << endl;
     }
+    m_nOutputPoints = m_nFilterPoints * m_preinterpolationFactor;
     m_filterMin = -1. / (2 * m_signalInc);
     m_filterMax = 1. / (2 * m_signalInc);
     m_filterInc = (m_filterMax - m_filterMin) / m_nFilterPoints;
@@ -167,16 +168,16 @@ SignalFilter::init (const FilterID filterID, const FilterMethodID filterMethodID
 
   // precalculate sin and cosine tables for fourier transform
   if (m_idFilterMethod == FILTER_METHOD_FOURIER_TABLE) {
-    int nFourier = m_nFilterPoints * m_nFilterPoints + 1;
-    double angleIncrement = (2. * PI) / m_nFilterPoints;
-    m_vecFourierCosTable = new double[ nFourier ];
-    m_vecFourierSinTable = new double[ nFourier ];
-    double angle = 0;
-    for (int i = 0; i < nFourier; i++) {
-      m_vecFourierCosTable[i] = cos (angle);
-      m_vecFourierSinTable[i] = sin (angle);
-      angle += angleIncrement;
-    }
+      int nFourier = max(m_nFilterPoints,m_nOutputPoints) * max(m_nFilterPoints, m_nOutputPoints) + 1;
+      double angleIncrement = (2. * PI) / m_nFilterPoints;
+      m_vecFourierCosTable = new double[ nFourier ];
+      m_vecFourierSinTable = new double[ nFourier ];
+      double angle = 0;
+      for (int i = 0; i < nFourier; i++) {
+         m_vecFourierCosTable[i] = cos (angle);
+         m_vecFourierSinTable[i] = sin (angle);
+         angle += angleIncrement;
+      }
   }
 
 #if HAVE_FFTW
@@ -186,19 +187,21 @@ SignalFilter::init (const FilterID filterID, const FilterMethodID filterMethodID
   }
 
   if (m_idFilterMethod == FILTER_METHOD_RFFTW) {
-      m_complexPlanForward = m_complexPlanBackward = NULL;
       m_realPlanForward = rfftw_create_plan (m_nFilterPoints, FFTW_REAL_TO_COMPLEX, FFTW_ESTIMATE);
-      m_realPlanBackward = rfftw_create_plan (m_nFilterPoints, FFTW_COMPLEX_TO_REAL, FFTW_ESTIMATE);
+      m_realPlanBackward = rfftw_create_plan (m_nOutputPoints, FFTW_COMPLEX_TO_REAL, FFTW_ESTIMATE);
       m_vecRealFftInput = new fftw_real [ m_nFilterPoints ];
+      m_vecRealFftSignal = new fftw_real [ m_nOutputPoints ];
       for (int i = 0; i < m_nFilterPoints; i++) 
          m_vecRealFftInput[i] = 0;
   } else if (m_idFilterMethod == FILTER_METHOD_FFTW) {
-      m_realPlanForward = m_realPlanBackward = NULL;
-      m_complexPlanForward = fftw_create_plan (m_nFilterPoints, FFTW_FORWARD, FFTW_ESTIMATE);
-      m_complexPlanBackward = fftw_create_plan (m_nFilterPoints, FFTW_BACKWARD, FFTW_ESTIMATE);
+       m_complexPlanForward = fftw_create_plan (m_nFilterPoints, FFTW_FORWARD, FFTW_ESTIMATE);
+      m_complexPlanBackward = fftw_create_plan (m_nOutputPoints, FFTW_BACKWARD, FFTW_ESTIMATE);
       m_vecComplexFftInput = new fftw_complex [ m_nFilterPoints ];
+      m_vecComplexFftSignal = new fftw_complex [ m_nOutputPoints ];
       for (int i = 0; i < m_nFilterPoints; i++) 
          m_vecComplexFftInput[i].re = m_vecComplexFftInput[i].im = 0;
+      for (int i = 0; i < m_nOutputPoints; i++) 
+         m_vecComplexFftSignal[i].re = m_vecComplexFftSignal[i].im = 0;
   }
 #endif
 
@@ -207,7 +210,6 @@ SignalFilter::init (const FilterID filterID, const FilterMethodID filterMethodID
     m_filterMin = -m_signalInc * (m_nSignalPoints - 1);
     m_filterMax = m_signalInc * (m_nSignalPoints - 1);
     m_filterInc = (m_filterMax - m_filterMin) / (m_nFilterPoints - 1);
-    m_numIntegral = numint;
     m_vecFilter = new double[ m_nFilterPoints ];
     
     if (m_idFilter == FILTER_SHEPP) {
@@ -223,15 +225,15 @@ SignalFilter::init (const FilterID filterID, const FilterMethodID filterMethodID
       double x;
       int i;
       for (x = m_filterMin, i = 0; i < m_nFilterPoints; x += m_filterInc, i++)
-       m_vecFilter[i] = frequencyResponse (x, param);
+       m_vecFilter[i] = frequencyResponse (x, m_filterParam);
     } else if (m_idDomain == DOMAIN_SPATIAL) {
       double x;
       int i;
       for (x = m_filterMin, i = 0; i < m_nFilterPoints; x += m_filterInc, i++)
-       if (numint == 0)
-         m_vecFilter[i] = spatialResponseAnalytic (x, param);
+       if (haveAnalyticSpatial(m_idFilter))
+         m_vecFilter[i] = spatialResponseAnalytic (x, m_filterParam);
        else
-         m_vecFilter[i] = spatialResponseCalc (x, param, numint);
+         m_vecFilter[i] = spatialResponseCalc (x, m_filterParam);
     } else {
       m_failMessage = "Illegal domain name ";
       m_failMessage += m_idDomain;
@@ -251,11 +253,13 @@ SignalFilter::~SignalFilter (void)
        fftw_destroy_plan(m_complexPlanForward);
        fftw_destroy_plan(m_complexPlanBackward);
        delete [] m_vecComplexFftInput;
+       delete [] m_vecComplexFftSignal;
     }
     if (m_idFilterMethod == FILTER_METHOD_RFFTW) {
        rfftw_destroy_plan(m_realPlanForward);
        rfftw_destroy_plan(m_realPlanBackward);
        delete [] m_vecRealFftInput;
+       delete [] m_vecRealFftSignal;
     }
 #endif
 }
@@ -391,7 +395,6 @@ SignalFilter::convertDomainIDToName (const DomainID domain)
   return (name);
 }
 
-
 void
 SignalFilter::filterSignal (const float input[], double output[]) const
 {
@@ -432,29 +435,31 @@ SignalFilter::filterSignal (const float input[], double output[]) const
       for (int i = 0; i < m_nSignalPoints; i++)
          m_vecRealFftInput[i] = input[i];
 
-      fftw_real out[m_nFilterPoints];
-      rfftw_one (m_realPlanForward, m_vecRealFftInput, out);
-      for (int i = 0; i < m_nFilterPoints; i++) {
-         out[i] *= m_vecFilter[i];
-      }
-      fftw_real outFiltered[m_nFilterPoints];
-      rfftw_one(m_realPlanBackward, out, outFiltered);
-      for (int i = 0; i < m_nSignalPoints; i++) 
-         output[i] = outFiltered[i];
+      fftw_real fftOutput [ m_nFilterPoints ];
+      rfftw_one (m_realPlanForward, m_vecRealFftInput, fftOutput);
+      for (int i = 0; i < m_nFilterPoints; i++)
+         m_vecRealFftSignal[i] = m_vecFilter[i] * fftOutput[i];
+      for (int i = m_nFilterPoints; i < m_nOutputPoints; i++)
+       m_vecRealFftSignal[i] = 0;
+
+      fftw_real ifftOutput [ m_nOutputPoints ];
+      rfftw_one(m_realPlanBackward, m_vecRealFftSignal, ifftOutput);
+      for (int i = 0; i < m_nSignalPoints * m_preinterpolationFactor; i++)
+         output[i] = ifftOutput[i];
   } else if (m_idFilterMethod == FILTER_METHOD_FFTW) {
       for (int i = 0; i < m_nSignalPoints; i++)
          m_vecComplexFftInput[i].re = input[i];
 
-      fftw_complex out[m_nFilterPoints];
-      fftw_one(m_complexPlanForward, m_vecComplexFftInput, out);
+      fftw_complex fftOutput [ m_nFilterPoints ];
+      fftw_one(m_complexPlanForward, m_vecComplexFftInput, fftOutput);
       for (int i = 0; i < m_nFilterPoints; i++) {
-         out[i].re *= m_vecFilter[i];
-         out[i].im *= m_vecFilter[i];
+         m_vecComplexFftSignal[i].re = m_vecFilter[i] * fftOutput[i].re;
+         m_vecComplexFftSignal[i].im = m_vecFilter[i] * fftOutput[i].im;
       }
-      fftw_complex outFiltered[m_nFilterPoints];
-      fftw_one(m_complexPlanBackward, out, outFiltered);
-      for (int i = 0; i < m_nSignalPoints; i++) 
-         output[i] = outFiltered[i].re;
+      fftw_complex ifftOutput [ m_nOutputPoints ];
+      fftw_one(m_complexPlanBackward, m_vecComplexFftSignal, ifftOutput);
+      for (int i = 0; i < m_nSignalPoints * m_preinterpolationFactor; i++) 
+         output[i] = ifftOutput[i].re;
   }
 #endif
 }
@@ -465,7 +470,7 @@ SignalFilter::response (double x)
   double response = 0;
 
   if (m_idDomain == DOMAIN_SPATIAL)
-    response = spatialResponse (m_idFilter, m_bw, x, m_filterParam, m_numIntegral);
+    response = spatialResponse (m_idFilter, m_bw, x, m_filterParam);
   else if (m_idDomain == DOMAIN_FREQUENCY)
     response = frequencyResponse (m_idFilter, m_bw, x, m_filterParam);
 
@@ -474,12 +479,12 @@ SignalFilter::response (double x)
 
 
 double 
-SignalFilter::spatialResponse (FilterID filterID, double bw, double x, double param, int nIntegral = 0)
+SignalFilter::spatialResponse (FilterID filterID, double bw, double x, double param)
 {
-  if (nIntegral == 0)
+  if (haveAnalyticSpatial(filterID))
     return spatialResponseAnalytic (filterID, bw, x, param);
   else
-    return spatialResponseCalc (filterID, bw, x, param, nIntegral);
+    return spatialResponseCalc (filterID, bw, x, param, N_INTEGRAL);
 }
 
 /* NAME
@@ -498,9 +503,9 @@ SignalFilter::spatialResponse (FilterID filterID, double bw, double x, double pa
  */
 
 double 
-SignalFilter::spatialResponseCalc (double x, double param, int nIntegral) const
+SignalFilter::spatialResponseCalc (double x, double param) const
 {
-  return (spatialResponseCalc (m_idFilter, m_bw, x, param, nIntegral));
+  return (spatialResponseCalc (m_idFilter, m_bw, x, param, N_INTEGRAL));
 }
 
 double 
@@ -632,6 +637,30 @@ SignalFilter::spatialResponseAnalytic (double x, double param) const
   return spatialResponseAnalytic (m_idFilter, m_bw, x, param);
 }
 
+const bool
+SignalFilter::haveAnalyticSpatial (FilterID filterID)
+{
+  bool haveAnalytic = false;
+
+  switch (filterID) {
+  case FILTER_BANDLIMIT:
+  case FILTER_TRIANGLE:
+  case FILTER_COSINE:
+  case FILTER_G_HAMMING:
+  case FILTER_ABS_BANDLIMIT:
+  case FILTER_ABS_COSINE:
+  case FILTER_ABS_G_HAMMING:
+  case FILTER_SHEPP:
+  case FILTER_SINC:
+    haveAnalytic = true;
+    break;
+  default:
+    break;
+  }
+
+  return (haveAnalytic);
+}
+
 double 
 SignalFilter::spatialResponseAnalytic (FilterID filterID, double bw, double x, double param)
 {