Merge branch 'tw' into master
# Conflicts: # app/build.gradle # app/src/main/AndroidManifest.xml # app/src/main/java/com/example/ueberwachungssystem/MainActivity.java # app/src/main/res/layout/activity_main.xml # gradle.properties
This commit is contained in:
commit
8e47934beb
@ -0,0 +1,36 @@
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package com.example.ueberwachungssystem.Detector;
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import android.util.Log;
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import java.util.Calendar;
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/** Detection Report Class */
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public class DetectionReport {
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public String timeStamp;
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public String detectionType;
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public float detectedValue;
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public String detectorID;
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public DetectionReport(String detectorID, String detectionType, float detectedAmplitude) {
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this.timeStamp = String.valueOf(Calendar.getInstance().getTime());
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this.detectionType = detectionType;
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this.detectedValue = detectedAmplitude;
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this.detectorID = detectorID;
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}
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/** Get Detection Report in String format */
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public String toString() {
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String time = "Time: " + "[" + this.timeStamp + "]";
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String type = "Type: " + "[" + this.detectionType + "]";
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String value = "Value: " + "[" + this.detectedValue + "]";
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String id = "ID: " + "[" + this.detectorID + "]";
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return String.join("\t", time, type, value, id);
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}
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/** Debug Report */
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public void log(String tag) {
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Log.d(tag, this.toString());
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}
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}
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@ -0,0 +1,39 @@
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package com.example.ueberwachungssystem.Detector;
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import android.content.Context;
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import androidx.annotation.NonNull;
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abstract public class Detector {
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private OnDetectionListener listener;
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/** Constructor - takes context of current activity */
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public Detector(Context context) {};
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/** On Detection Listener - runs when violation is reported */
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public interface OnDetectionListener {
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void onDetection(@NonNull DetectionReport detectionReport);
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}
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public void setOnDetectionListener(@NonNull OnDetectionListener listener) {
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this.listener = listener;
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}
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/** Triggers onDetectionListener - call this to trigger violation/alarm */
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public void reportViolation(String detectorID, String detectionType, float amplitude) {
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if (listener != null) {
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DetectionReport detectionReport = new DetectionReport(detectorID, detectionType, amplitude);
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listener.onDetection(detectionReport);
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} else {
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throw new IllegalStateException("No listener set for violation reporting");
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}
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}
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/** Starts Detection (abstract method: needs to be overridden in child class) */
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public abstract void startDetection();
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/** Stops Detection (abstract method: needs to be overridden in child class) */
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public abstract void stopDetection();
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}
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@ -0,0 +1,421 @@
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package com.example.ueberwachungssystem.Detector;
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import static java.lang.Math.*;
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import android.Manifest;
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import android.app.Activity;
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import android.content.Context;
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import android.content.pm.PackageManager;
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import android.media.AudioFormat;
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import android.media.AudioRecord;
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import android.media.MediaRecorder;
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import android.os.AsyncTask;
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import android.util.Log;
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import androidx.core.app.ActivityCompat;
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import androidx.core.content.ContextCompat;
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import com.example.ueberwachungssystem.Detector.Signalverarbeitung.Complex;
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import com.example.ueberwachungssystem.Detector.Signalverarbeitung.FFT;
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import com.example.ueberwachungssystem.Detector.logger.Logger;
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import com.jjoe64.graphview.GraphView;
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import com.jjoe64.graphview.series.DataPoint;
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import com.jjoe64.graphview.series.LineGraphSeries;
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public class MicrophoneDetector extends Detector {
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/**
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* Constructor - takes context of current activity
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*
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|
* @param context
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*/
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private static final int RECHTEANFORDERUNG_MIKROFON = 1;
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private AufnahmeTask aufnahmeTask;
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public boolean armed = false;
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public int Schwellwert_Alarm = 100;
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private Activity MainActivityForClass;
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public MicrophoneDetector(Context context) {
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super(context);
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MainActivityForClass = (Activity) context;
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if (!istZugriffAufMikrofonErlaubt()) {
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zugriffAufMikrofonAnfordern();
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}
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}
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@Override
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public void startDetection() {
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if (!istZugriffAufMikrofonErlaubt()) {
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zugriffAufMikrofonAnfordern();
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}
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if (istZugriffAufMikrofonErlaubt()) {
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aufnahmeTask = new AufnahmeTask();
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aufnahmeTask.execute();
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}
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}
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@Override
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public void stopDetection() {
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if (aufnahmeTask != null) {
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aufnahmeTask.cancel(true);
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}
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}
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private boolean istZugriffAufMikrofonErlaubt() {
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if (ContextCompat.checkSelfPermission(MainActivityForClass, android.Manifest.permission.RECORD_AUDIO) != PackageManager.PERMISSION_GRANTED) {
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Log.d("0","Zugriff auf Mikrofon ist verboten.");
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return false;
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} else {
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Log.d("0","Zugriff auf Mikrofon ist erlaubt.");
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return true;
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}
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}
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private void zugriffAufMikrofonAnfordern() {
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ActivityCompat.requestPermissions(MainActivityForClass, new String[]{Manifest.permission.RECORD_AUDIO}, RECHTEANFORDERUNG_MIKROFON);
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}
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class AufnahmeTask extends AsyncTask<Long, Verarbeitungsergebnis, Void> {
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private AudioRecord recorder;
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private final int sampleRateInHz = 44100;
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private final int channelConfig = AudioFormat.CHANNEL_IN_MONO;
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private final int audioFormat = AudioFormat.ENCODING_PCM_16BIT;
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private int minPufferGroesseInBytes;
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private int pufferGroesseInBytes;
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private RingPuffer ringPuffer = new RingPuffer(10);
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private float kalibierWert;
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private DetectionReport detectionReport;
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AufnahmeTask() {
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minPufferGroesseInBytes = AudioRecord.getMinBufferSize(sampleRateInHz, channelConfig, audioFormat);
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pufferGroesseInBytes = minPufferGroesseInBytes * 2;
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if (ActivityCompat.checkSelfPermission(MainActivityForClass, Manifest.permission.RECORD_AUDIO) != PackageManager.PERMISSION_GRANTED) {
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// TODO: Consider calling
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// ActivityCompat#requestPermissions
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// here to request the missing permissions, and then overriding
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// public void onRequestPermissionsResult(int requestCode, String[] permissions,
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// int[] grantResults)
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// to handle the case where the user grants the permission. See the documentation
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// for ActivityCompat#requestPermissions for more details.
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|
ActivityCompat.requestPermissions(MainActivityForClass, new String[]{Manifest.permission.RECORD_AUDIO}, RECHTEANFORDERUNG_MIKROFON);
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}
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recorder = new AudioRecord(MediaRecorder.AudioSource.MIC, sampleRateInHz, channelConfig, audioFormat, pufferGroesseInBytes);
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Log.d("0","Puffergroeße: "+ minPufferGroesseInBytes + " " + pufferGroesseInBytes);
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Log.d("0","Recorder (SR, CH): "+ recorder.getSampleRate() + " " + recorder.getChannelCount());
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int anzahlBytesProAbtastwert;
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String s;
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switch (recorder.getAudioFormat()) {
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case AudioFormat.ENCODING_PCM_8BIT:
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s = "8 Bit PCM ";
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anzahlBytesProAbtastwert = 1;
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break;
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case AudioFormat.ENCODING_PCM_16BIT:
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s = "16 Bit PCM";
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|
anzahlBytesProAbtastwert = 2;
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|
break;
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||||||
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case AudioFormat.ENCODING_PCM_FLOAT:
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|
s = "Float PCM";
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||||||
|
anzahlBytesProAbtastwert = 4;
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|
break;
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||||||
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default:
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|
throw new IllegalArgumentException();
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|
}
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|
switch (recorder.getChannelConfiguration()) {
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|
case AudioFormat.CHANNEL_IN_MONO:
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|
s = "Mono";
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||||||
|
break;
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||||||
|
case AudioFormat.CHANNEL_IN_STEREO:
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||||||
|
s = "Stereo";
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||||||
|
anzahlBytesProAbtastwert *= 2;
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||||||
|
break;
|
||||||
|
case AudioFormat.CHANNEL_INVALID:
|
||||||
|
s = "ungültig";
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|
break;
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||||||
|
default:
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||||||
|
throw new IllegalArgumentException();
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|
}
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|
Log.d("0","Konfiguration: "+ s);
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int pufferGroesseInAnzahlAbtastwerten = pufferGroesseInBytes / anzahlBytesProAbtastwert;
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|
int pufferGroesseInMillisekunden = 1000 * pufferGroesseInAnzahlAbtastwerten / recorder.getSampleRate();
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}
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|
@Override
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|
protected Void doInBackground(Long... params) {
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|
recorder.startRecording();
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||||||
|
short[] puffer = new short[pufferGroesseInBytes / 2];
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long lastTime = System.currentTimeMillis();
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|
float verarbeitungsrate = 0;
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final int maxZaehlerZeitMessung = 10;
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int zaehlerZeitMessung = 0;
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|
int anzahlVerarbeitet = 0;
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|
GleitenderMittelwert gleitenderMittelwert = new GleitenderMittelwert(0.3f);
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||||||
|
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||||||
|
//Kalibrierung
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try {
|
||||||
|
Thread.sleep(3000); // Time to lay down the phone
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||||||
|
} catch (InterruptedException e) {
|
||||||
|
e.printStackTrace();
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||||||
|
}
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|
int i = 0;
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||||||
|
for (i = 0; i < 20; i++) {
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|
int n = recorder.read(puffer, 0, puffer.length);
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||||||
|
Verarbeitungsergebnis kalibrierErgebnis = verarbeiten(puffer, n);
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||||||
|
kalibierWert += kalibrierErgebnis.maxAmp;
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||||||
|
try {
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||||||
|
Thread.sleep(50);
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||||||
|
} catch (InterruptedException e) {
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||||||
|
e.printStackTrace();
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|
}
|
||||||
|
}
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||||||
|
kalibierWert = kalibierWert/i;
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||||||
|
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|
// __Part of FFT__
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|
// Complex[] zeitSignal = new Complex[puffer.length];
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||||||
|
// for (int j = 0; j < puffer.length; j++) {
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||||||
|
// zeitSignal[j] = new Complex(puffer[j], 0);
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// }
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|
// Complex[] spektrum = FFT.fft(zeitSignal);
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// double[] spektrum = calculateFFT(puffer);
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// DataPoint AddPoint;
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|
// LineGraphSeries<DataPoint> series = new LineGraphSeries<DataPoint>(new DataPoint[]{});
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// for (i = 0; i < spektrum.length; i++) {
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|
// AddPoint = new DataPoint(i, spektrum[i]);
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|
// series.appendData(AddPoint, true, spektrum.length);
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// }
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// graph.addSeries(series);
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for (; ; ) {
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if (aufnahmeTask.isCancelled()) {
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break;
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} else {
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|
int n = recorder.read(puffer, 0, puffer.length);
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|
Verarbeitungsergebnis ergebnis = verarbeiten(puffer, n);
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anzahlVerarbeitet += n;
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// __Part of FFT__
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// spektrum = calculateFFT(puffer);
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// LineGraphSeries<DataPoint> newseries = new LineGraphSeries<DataPoint>(new DataPoint[]{});
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// for (i = 0; i < spektrum.length; i++) {
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// AddPoint = new DataPoint(i, spektrum[i]);
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// newseries.appendData(AddPoint, true, spektrum.length);
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// }
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zaehlerZeitMessung++;
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|
if (zaehlerZeitMessung == maxZaehlerZeitMessung) {
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long time = System.currentTimeMillis();
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long deltaTime = time - lastTime;
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verarbeitungsrate = 1000.0f * anzahlVerarbeitet / deltaTime;
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verarbeitungsrate = gleitenderMittelwert.mittel(verarbeitungsrate);
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zaehlerZeitMessung = 0;
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anzahlVerarbeitet = 0;
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|
lastTime = time;
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}
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||||||
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ergebnis.verarbeitungsrate = (int) verarbeitungsrate;
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publishProgress(ergebnis);
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||||||
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try {
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||||||
|
Thread.sleep(10);
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||||||
|
} catch (InterruptedException e) {
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e.printStackTrace();
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|
}
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|
}
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|
}
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||||||
|
recorder.release();
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||||||
|
return null;
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|
}
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|
private Verarbeitungsergebnis verarbeiten(short[] daten, int n) {
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|
String status;
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||||||
|
short maxAmp = -1;
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||||||
|
if (n == AudioRecord.ERROR_INVALID_OPERATION) {
|
||||||
|
status = "ERROR_INVALID_OPERATION";
|
||||||
|
} else if (n == AudioRecord.ERROR_BAD_VALUE) {
|
||||||
|
status = "ERROR_BAD_VALUE";
|
||||||
|
} else {
|
||||||
|
status = "OK";
|
||||||
|
short max = 0;
|
||||||
|
for (int i = 0; i < n; i++) {
|
||||||
|
if (daten[i] > max) {
|
||||||
|
max = daten[i];
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||||||
|
}
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||||||
|
}
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||||||
|
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||||||
|
ringPuffer.hinzufuegen(max);
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||||||
|
maxAmp = ringPuffer.maximum();
|
||||||
|
if (maxAmp <= Schwellwert_Alarm+kalibierWert) {
|
||||||
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armed = true;
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||||||
|
}
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||||||
|
}
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||||||
|
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||||||
|
return new Verarbeitungsergebnis(status, maxAmp, 0);
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||||||
|
}
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||||||
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|
||||||
|
@Override
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|
protected void onProgressUpdate(Verarbeitungsergebnis... progress) {
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||||||
|
super.onProgressUpdate(progress);
|
||||||
|
float maxAmpPrint = round(20*log10(abs(progress[0].maxAmp/1.0)));
|
||||||
|
float kalibierWertPrint = round(20*log10(abs(kalibierWert)));
|
||||||
|
Log.d("0","VR, Max, Kal:" + progress[0].verarbeitungsrate + ", " + maxAmpPrint
|
||||||
|
+ " dB, " + kalibierWertPrint + " dB");
|
||||||
|
|
||||||
|
if (progress[0].maxAmp >= Schwellwert_Alarm+kalibierWert && armed == true) {
|
||||||
|
armed = false;
|
||||||
|
detectionReport = new DetectionReport("Mic1", "Audio", maxAmpPrint);
|
||||||
|
reportViolation("Mic1", "Audio", maxAmpPrint);
|
||||||
|
Log.d("1",detectionReport.toString());
|
||||||
|
}
|
||||||
|
}
|
||||||
|
}
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|
|
||||||
|
private double[] calculateFFT(short[] zeitsignal)
|
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|
{
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||||||
|
byte signal[] = new byte[zeitsignal.length];
|
||||||
|
// loops through all the values of a Short
|
||||||
|
for (int i = 0; i < zeitsignal.length-1; i++) {
|
||||||
|
signal[i] = (byte) (zeitsignal[i]);
|
||||||
|
signal[i+1] = (byte) (zeitsignal[i] >> 8);
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
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|
final int mNumberOfFFTPoints =1024;
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|
double mMaxFFTSample;
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||||||
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double temp;
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|
Complex[] y;
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|
Complex[] complexSignal = new Complex[mNumberOfFFTPoints];
|
||||||
|
double[] absSignal = new double[mNumberOfFFTPoints/2];
|
||||||
|
|
||||||
|
for(int i = 0; i < mNumberOfFFTPoints; i++){
|
||||||
|
temp = (double)((signal[2*i] & 0xFF) | (signal[2*i+1] << 8)) / 32768.0F;
|
||||||
|
complexSignal[i] = new Complex(temp,0.0);
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
y = FFT.fft(complexSignal);
|
||||||
|
|
||||||
|
mMaxFFTSample = 0.0;
|
||||||
|
for(int i = 0; i < (mNumberOfFFTPoints/2); i++)
|
||||||
|
{
|
||||||
|
absSignal[i] = y[i].abs();
|
||||||
|
// absSignal[i] = Math.sqrt(Math.pow(y[i].re(), 2) + Math.pow(y[i].im(), 2));
|
||||||
|
// if(absSignal[i] > mMaxFFTSample)
|
||||||
|
// {
|
||||||
|
// mMaxFFTSample = absSignal[i];
|
||||||
|
// }
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
return absSignal;
|
||||||
|
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
class Verarbeitungsergebnis {
|
||||||
|
String status;
|
||||||
|
short maxAmp;
|
||||||
|
int verarbeitungsrate;
|
||||||
|
Verarbeitungsergebnis(String status, short maxAmp, int verarbeitungsrate) {
|
||||||
|
this.status = status;
|
||||||
|
this.maxAmp = maxAmp;
|
||||||
|
this.verarbeitungsrate = verarbeitungsrate;
|
||||||
|
}
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
class RingPuffer {
|
||||||
|
private short[] puffer;
|
||||||
|
private final int laenge;
|
||||||
|
private int anzahlEnthaltenerDaten;
|
||||||
|
private int position;
|
||||||
|
|
||||||
|
public RingPuffer(int n) {
|
||||||
|
laenge = n;
|
||||||
|
anzahlEnthaltenerDaten = 0;
|
||||||
|
position = 0;
|
||||||
|
puffer = new short[laenge];
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
public void hinzufuegen(short wert) {
|
||||||
|
puffer[position] = wert;
|
||||||
|
position++;
|
||||||
|
if (position >= laenge) {
|
||||||
|
position = 0;
|
||||||
|
}
|
||||||
|
if (anzahlEnthaltenerDaten < laenge) {
|
||||||
|
anzahlEnthaltenerDaten++;
|
||||||
|
}
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
public void hinzufuegen(short[] daten) {
|
||||||
|
for (short d : daten) {
|
||||||
|
puffer[position] = d;
|
||||||
|
position++;
|
||||||
|
if (position >= laenge) {
|
||||||
|
position = 0;
|
||||||
|
}
|
||||||
|
}
|
||||||
|
if (anzahlEnthaltenerDaten < laenge) {
|
||||||
|
anzahlEnthaltenerDaten += daten.length;
|
||||||
|
if (anzahlEnthaltenerDaten >= laenge) {
|
||||||
|
anzahlEnthaltenerDaten = laenge;
|
||||||
|
}
|
||||||
|
}
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
public short maximum() {
|
||||||
|
short max = 0;
|
||||||
|
for (int i = 0; i < anzahlEnthaltenerDaten; i++) {
|
||||||
|
if (puffer[i] > max) {
|
||||||
|
max = puffer[i];
|
||||||
|
}
|
||||||
|
}
|
||||||
|
return max;
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
public float mittelwert() {
|
||||||
|
float summe = 0;
|
||||||
|
for (int i = 0; i < anzahlEnthaltenerDaten; i++) {
|
||||||
|
summe += puffer[i];
|
||||||
|
}
|
||||||
|
return summe / anzahlEnthaltenerDaten;
|
||||||
|
}
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
class GleitenderMittelwert {
|
||||||
|
private final float wichtungNeuerWert;
|
||||||
|
private final float wichtungAlterWert;
|
||||||
|
private float mittelwert = 0;
|
||||||
|
private boolean istMittelwertGesetzt = false;
|
||||||
|
|
||||||
|
GleitenderMittelwert(float wichtungNeuerWert) {
|
||||||
|
this.wichtungNeuerWert = wichtungNeuerWert;
|
||||||
|
this.wichtungAlterWert = 1 - this.wichtungNeuerWert;
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
float MittelwertPuffer(short[] puffer) {
|
||||||
|
|
||||||
|
for (int i = 0; i < puffer.length; i++) {
|
||||||
|
mittelwert = Math.abs(puffer[i]);
|
||||||
|
}
|
||||||
|
mittelwert = mittelwert/puffer.length;
|
||||||
|
|
||||||
|
return mittelwert;
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
float mittel(float wert) {
|
||||||
|
if (istMittelwertGesetzt) {
|
||||||
|
mittelwert = wert * wichtungNeuerWert + mittelwert * wichtungAlterWert;
|
||||||
|
} else {
|
||||||
|
mittelwert = wert;
|
||||||
|
istMittelwertGesetzt = true;
|
||||||
|
}
|
||||||
|
return mittelwert;
|
||||||
|
}
|
||||||
|
}
|
||||||
|
}
|
||||||
@ -0,0 +1,148 @@
|
|||||||
|
package com.example.ueberwachungssystem.Detector.Signalverarbeitung;
|
||||||
|
|
||||||
|
import java.util.Objects;
|
||||||
|
|
||||||
|
public class Complex {
|
||||||
|
private final double re; // the real part
|
||||||
|
private final double im; // the imaginary part
|
||||||
|
|
||||||
|
// create a new object with the given real and imaginary parts
|
||||||
|
public Complex(double real, double imag) {
|
||||||
|
re = real;
|
||||||
|
im = imag;
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
// return a string representation of the invoking com.example.ueberwachungssystem.Detector.Signalverarbeitung.Complex object
|
||||||
|
public String toString() {
|
||||||
|
if (im == 0) return re + "";
|
||||||
|
if (re == 0) return im + "i";
|
||||||
|
if (im < 0) return re + " - " + (-im) + "i";
|
||||||
|
return re + " + " + im + "i";
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
// return abs/modulus/magnitude
|
||||||
|
public double abs() {
|
||||||
|
return Math.hypot(re, im);
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
// return angle/phase/argument, normalized to be between -pi and pi
|
||||||
|
public double phase() {
|
||||||
|
return Math.atan2(im, re);
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
// return a new com.example.ueberwachungssystem.Detector.Signalverarbeitung.Complex object whose value is (this + b)
|
||||||
|
public Complex plus(Complex b) {
|
||||||
|
Complex a = this; // invoking object
|
||||||
|
double real = a.re + b.re;
|
||||||
|
double imag = a.im + b.im;
|
||||||
|
return new Complex(real, imag);
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
// return a new com.example.ueberwachungssystem.Detector.Signalverarbeitung.Complex object whose value is (this - b)
|
||||||
|
public Complex minus(Complex b) {
|
||||||
|
Complex a = this;
|
||||||
|
double real = a.re - b.re;
|
||||||
|
double imag = a.im - b.im;
|
||||||
|
return new Complex(real, imag);
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
// return a new com.example.ueberwachungssystem.Detector.Signalverarbeitung.Complex object whose value is (this * b)
|
||||||
|
public Complex times(Complex b) {
|
||||||
|
Complex a = this;
|
||||||
|
double real = a.re * b.re - a.im * b.im;
|
||||||
|
double imag = a.re * b.im + a.im * b.re;
|
||||||
|
return new Complex(real, imag);
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
// return a new object whose value is (this * alpha)
|
||||||
|
public Complex scale(double alpha) {
|
||||||
|
return new Complex(alpha * re, alpha * im);
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
// return a new com.example.ueberwachungssystem.Detector.Signalverarbeitung.Complex object whose value is the conjugate of this
|
||||||
|
public Complex conjugate() {
|
||||||
|
return new Complex(re, -im);
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
// return a new com.example.ueberwachungssystem.Detector.Signalverarbeitung.Complex object whose value is the reciprocal of this
|
||||||
|
public Complex reciprocal() {
|
||||||
|
double scale = re * re + im * im;
|
||||||
|
return new Complex(re / scale, -im / scale);
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
// return the real or imaginary part
|
||||||
|
public double re() {
|
||||||
|
return re;
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
public double im() {
|
||||||
|
return im;
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
// return a / b
|
||||||
|
public Complex divides(Complex b) {
|
||||||
|
Complex a = this;
|
||||||
|
return a.times(b.reciprocal());
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
// return a new com.example.ueberwachungssystem.Detector.Signalverarbeitung.Complex object whose value is the complex exponential of this
|
||||||
|
public Complex exp() {
|
||||||
|
return new Complex(Math.exp(re) * Math.cos(im), Math.exp(re) * Math.sin(im));
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
// return a new com.example.ueberwachungssystem.Detector.Signalverarbeitung.Complex object whose value is the complex sine of this
|
||||||
|
public Complex sin() {
|
||||||
|
return new Complex(Math.sin(re) * Math.cosh(im), Math.cos(re) * Math.sinh(im));
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
// return a new com.example.ueberwachungssystem.Detector.Signalverarbeitung.Complex object whose value is the complex cosine of this
|
||||||
|
public Complex cos() {
|
||||||
|
return new Complex(Math.cos(re) * Math.cosh(im), -Math.sin(re) * Math.sinh(im));
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
// return a new com.example.ueberwachungssystem.Detector.Signalverarbeitung.Complex object whose value is the complex tangent of this
|
||||||
|
public Complex tan() {
|
||||||
|
return sin().divides(cos());
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
// a static version of plus
|
||||||
|
public static Complex plus(Complex a, Complex b) {
|
||||||
|
double real = a.re + b.re;
|
||||||
|
double imag = a.im + b.im;
|
||||||
|
Complex sum = new Complex(real, imag);
|
||||||
|
return sum;
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
// See Section 3.3.
|
||||||
|
public boolean equals(Object x) {
|
||||||
|
if (x == null) return false;
|
||||||
|
if (this.getClass() != x.getClass()) return false;
|
||||||
|
Complex that = (Complex) x;
|
||||||
|
return (this.re == that.re) && (this.im == that.im);
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
// See Section 3.3.
|
||||||
|
public int hashCode() {
|
||||||
|
return Objects.hash(re, im);
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
// sample client for testing
|
||||||
|
public static void main(String[] args) {
|
||||||
|
Complex a = new Complex(5.0, 6.0);
|
||||||
|
Complex b = new Complex(-3.0, 4.0);
|
||||||
|
|
||||||
|
System.out.println("a = " + a);
|
||||||
|
System.out.println("b = " + b);
|
||||||
|
System.out.println("Re(a) = " + a.re());
|
||||||
|
System.out.println("Im(a) = " + a.im());
|
||||||
|
System.out.println("b + a = " + b.plus(a));
|
||||||
|
System.out.println("a - b = " + a.minus(b));
|
||||||
|
System.out.println("a * b = " + a.times(b));
|
||||||
|
System.out.println("b * a = " + b.times(a));
|
||||||
|
System.out.println("a / b = " + a.divides(b));
|
||||||
|
System.out.println("(a / b) * b = " + a.divides(b).times(b));
|
||||||
|
System.out.println("conj(a) = " + a.conjugate());
|
||||||
|
System.out.println("|a| = " + a.abs());
|
||||||
|
System.out.println("tan(a) = " + a.tan());
|
||||||
|
}
|
||||||
|
}
|
||||||
@ -0,0 +1,246 @@
|
|||||||
|
package com.example.ueberwachungssystem.Detector.Signalverarbeitung;
|
||||||
|
// Source: https://introcs.cs.princeton.edu/java/97data/FFT.java.html
|
||||||
|
|
||||||
|
/******************************************************************************
|
||||||
|
* Compilation: javac FFT.java
|
||||||
|
* Execution: java FFT n
|
||||||
|
* Dependencies: com.example.ueberwachungssystem.Detector.Signalverarbeitung.Complex.java
|
||||||
|
*
|
||||||
|
* Compute the FFT and inverse FFT of a length n complex sequence
|
||||||
|
* using the radix 2 Cooley-Tukey algorithm.
|
||||||
|
* Bare bones implementation that runs in O(n log n) time and O(n)
|
||||||
|
* space. Our goal is to optimize the clarity of the code, rather
|
||||||
|
* than performance.
|
||||||
|
*
|
||||||
|
* This implementation uses the primitive root of unity w = e^(-2 pi i / n).
|
||||||
|
* Some resources use w = e^(2 pi i / n).
|
||||||
|
*
|
||||||
|
* Reference: https://www.cs.princeton.edu/~wayne/kleinberg-tardos/pdf/05DivideAndConquerII.pdf
|
||||||
|
*
|
||||||
|
* Limitations
|
||||||
|
* -----------
|
||||||
|
* - assumes n is a power of 2
|
||||||
|
*
|
||||||
|
* - not the most memory efficient algorithm (because it uses
|
||||||
|
* an object type for representing complex numbers and because
|
||||||
|
* it re-allocates memory for the subarray, instead of doing
|
||||||
|
* in-place or reusing a single temporary array)
|
||||||
|
*
|
||||||
|
* For an in-place radix 2 Cooley-Tukey FFT, see
|
||||||
|
* https://introcs.cs.princeton.edu/java/97data/InplaceFFT.java.html
|
||||||
|
*
|
||||||
|
******************************************************************************/
|
||||||
|
|
||||||
|
public class FFT {
|
||||||
|
|
||||||
|
// compute the FFT of x[], assuming its length n is a power of 2
|
||||||
|
public static Complex[] fft(Complex[] x) {
|
||||||
|
int n = x.length;
|
||||||
|
|
||||||
|
// base case
|
||||||
|
if (n == 1) return new Complex[]{x[0]};
|
||||||
|
|
||||||
|
// radix 2 Cooley-Tukey FFT
|
||||||
|
if (n % 2 != 0) {
|
||||||
|
throw new IllegalArgumentException("n is not a power of 2");
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
// compute FFT of even terms
|
||||||
|
Complex[] even = new Complex[n / 2];
|
||||||
|
for (int k = 0; k < n / 2; k++) {
|
||||||
|
even[k] = x[2 * k];
|
||||||
|
}
|
||||||
|
Complex[] evenFFT = fft(even);
|
||||||
|
|
||||||
|
// compute FFT of odd terms
|
||||||
|
Complex[] odd = even; // reuse the array (to avoid n log n space)
|
||||||
|
for (int k = 0; k < n / 2; k++) {
|
||||||
|
odd[k] = x[2 * k + 1];
|
||||||
|
}
|
||||||
|
Complex[] oddFFT = fft(odd);
|
||||||
|
|
||||||
|
// combine
|
||||||
|
Complex[] y = new Complex[n];
|
||||||
|
for (int k = 0; k < n / 2; k++) {
|
||||||
|
double kth = -2 * k * Math.PI / n;
|
||||||
|
Complex wk = new Complex(Math.cos(kth), Math.sin(kth));
|
||||||
|
y[k] = evenFFT[k].plus(wk.times(oddFFT[k]));
|
||||||
|
y[k + n / 2] = evenFFT[k].minus(wk.times(oddFFT[k]));
|
||||||
|
}
|
||||||
|
return y;
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
|
||||||
|
// compute the inverse FFT of x[], assuming its length n is a power of 2
|
||||||
|
public static Complex[] ifft(Complex[] x) {
|
||||||
|
int n = x.length;
|
||||||
|
Complex[] y = new Complex[n];
|
||||||
|
|
||||||
|
// take conjugate
|
||||||
|
for (int i = 0; i < n; i++) {
|
||||||
|
y[i] = x[i].conjugate();
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
// compute forward FFT
|
||||||
|
y = fft(y);
|
||||||
|
|
||||||
|
// take conjugate again
|
||||||
|
for (int i = 0; i < n; i++) {
|
||||||
|
y[i] = y[i].conjugate();
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
// divide by n
|
||||||
|
for (int i = 0; i < n; i++) {
|
||||||
|
y[i] = y[i].scale(1.0 / n);
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
return y;
|
||||||
|
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
// compute the circular convolution of x and y
|
||||||
|
public static Complex[] cconvolve(Complex[] x, Complex[] y) {
|
||||||
|
|
||||||
|
// should probably pad x and y with 0s so that they have same length
|
||||||
|
// and are powers of 2
|
||||||
|
if (x.length != y.length) {
|
||||||
|
throw new IllegalArgumentException("Dimensions don't agree");
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
int n = x.length;
|
||||||
|
|
||||||
|
// compute FFT of each sequence
|
||||||
|
Complex[] a = fft(x);
|
||||||
|
Complex[] b = fft(y);
|
||||||
|
|
||||||
|
// point-wise multiply
|
||||||
|
Complex[] c = new Complex[n];
|
||||||
|
for (int i = 0; i < n; i++) {
|
||||||
|
c[i] = a[i].times(b[i]);
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
// compute inverse FFT
|
||||||
|
return ifft(c);
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
|
||||||
|
// compute the linear convolution of x and y
|
||||||
|
public static Complex[] convolve(Complex[] x, Complex[] y) {
|
||||||
|
Complex ZERO = new Complex(0, 0);
|
||||||
|
|
||||||
|
Complex[] a = new Complex[2 * x.length];
|
||||||
|
for (int i = 0; i < x.length; i++) a[i] = x[i];
|
||||||
|
for (int i = x.length; i < 2 * x.length; i++) a[i] = ZERO;
|
||||||
|
|
||||||
|
Complex[] b = new Complex[2 * y.length];
|
||||||
|
for (int i = 0; i < y.length; i++) b[i] = y[i];
|
||||||
|
for (int i = y.length; i < 2 * y.length; i++) b[i] = ZERO;
|
||||||
|
|
||||||
|
return cconvolve(a, b);
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
// compute the DFT of x[] via brute force (n^2 time)
|
||||||
|
public static Complex[] dft(Complex[] x) {
|
||||||
|
int n = x.length;
|
||||||
|
Complex ZERO = new Complex(0, 0);
|
||||||
|
Complex[] y = new Complex[n];
|
||||||
|
for (int k = 0; k < n; k++) {
|
||||||
|
y[k] = ZERO;
|
||||||
|
for (int j = 0; j < n; j++) {
|
||||||
|
int power = (k * j) % n;
|
||||||
|
double kth = -2 * power * Math.PI / n;
|
||||||
|
Complex wkj = new Complex(Math.cos(kth), Math.sin(kth));
|
||||||
|
y[k] = y[k].plus(x[j].times(wkj));
|
||||||
|
}
|
||||||
|
}
|
||||||
|
return y;
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
// display an array of com.example.ueberwachungssystem.Detector.Signalverarbeitung.Complex numbers to standard output
|
||||||
|
public static void show(Complex[] x, String title) {
|
||||||
|
System.out.println(title);
|
||||||
|
System.out.println("-------------------");
|
||||||
|
for (int i = 0; i < x.length; i++) {
|
||||||
|
System.out.println(x[i]);
|
||||||
|
}
|
||||||
|
System.out.println();
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
/***************************************************************************
|
||||||
|
* Test client and sample execution
|
||||||
|
*
|
||||||
|
* % java FFT 4
|
||||||
|
* x
|
||||||
|
* -------------------
|
||||||
|
* -0.03480425839330703
|
||||||
|
* 0.07910192950176387
|
||||||
|
* 0.7233322451735928
|
||||||
|
* 0.1659819820667019
|
||||||
|
*
|
||||||
|
* y = fft(x)
|
||||||
|
* -------------------
|
||||||
|
* 0.9336118983487516
|
||||||
|
* -0.7581365035668999 + 0.08688005256493803i
|
||||||
|
* 0.44344407521182005
|
||||||
|
* -0.7581365035668999 - 0.08688005256493803i
|
||||||
|
*
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|
* z = ifft(y)
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||||||
|
* -------------------
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||||||
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* -0.03480425839330703
|
||||||
|
* 0.07910192950176387 + 2.6599344570851287E-18i
|
||||||
|
* 0.7233322451735928
|
||||||
|
* 0.1659819820667019 - 2.6599344570851287E-18i
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||||||
|
*
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||||||
|
* c = cconvolve(x, x)
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||||||
|
* -------------------
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||||||
|
* 0.5506798633981853
|
||||||
|
* 0.23461407150576394 - 4.033186818023279E-18i
|
||||||
|
* -0.016542951108772352
|
||||||
|
* 0.10288019294318276 + 4.033186818023279E-18i
|
||||||
|
*
|
||||||
|
* d = convolve(x, x)
|
||||||
|
* -------------------
|
||||||
|
* 0.001211336402308083 - 3.122502256758253E-17i
|
||||||
|
* -0.005506167987577068 - 5.058885073636224E-17i
|
||||||
|
* -0.044092969479563274 + 2.1934338938072244E-18i
|
||||||
|
* 0.10288019294318276 - 3.6147323062478115E-17i
|
||||||
|
* 0.5494685269958772 + 3.122502256758253E-17i
|
||||||
|
* 0.240120239493341 + 4.655566391833896E-17i
|
||||||
|
* 0.02755001837079092 - 2.1934338938072244E-18i
|
||||||
|
* 4.01805098805014E-17i
|
||||||
|
*
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***************************************************************************/
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public static void main(String[] args) {
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int n = Integer.parseInt(args[0]);
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Complex[] x = new Complex[n];
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// original data
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for (int i = 0; i < n; i++) {
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x[i] = new Complex(i, 0);
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}
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show(x, "x");
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// FFT of original data
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Complex[] y = fft(x);
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show(y, "y = fft(x)");
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// FFT of original data
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Complex[] y2 = dft(x);
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show(y2, "y2 = dft(x)");
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// take inverse FFT
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Complex[] z = ifft(y);
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show(z, "z = ifft(y)");
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// circular convolution of x with itself
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Complex[] c = cconvolve(x, x);
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show(c, "c = cconvolve(x, x)");
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// linear convolution of x with itself
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|
Complex[] d = convolve(x, x);
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|
show(d, "d = convolve(x, x)");
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}
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}
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