fiff_tag.h

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//=============================================================================================================
 
#ifndef FIFF_TAG_H
#define FIFF_TAG_H
 
//=============================================================================================================
// DEFINES
//=============================================================================================================
 
/* NOTE:
   The architecture is now deduced from the operating system, which is
   a bit stupid way, since the same operating system can me run on various
   architectures. This may need revision later on. */
 
#if defined(DARWIN)
 
#if defined(__LITTLE_ENDIAN__)
#define INTEL_X86_ARCH
#else
#define BIG_ENDIAN_ARCH
#endif
 
#else
 
#if defined(__hpux) || defined(__Lynx__) || defined(__sun)
#define BIG_ENDIAN_ARCH
#else
#if defined(__linux) || defined(WIN32) || defined(__APPLE__)
#define INTEL_X86_ARCH
#endif
 
#endif
#endif
 
#define NATIVE_ENDIAN    FIFFV_LITTLE_ENDIAN
 
#ifdef  INTEL_X86_ARCH
#define NATIVE_ENDIAN    FIFFV_LITTLE_ENDIAN
#endif
 
#ifdef  BIG_ENDIAN_ARCH
#define NATIVE_ENDIAN    FIFFV_BIG_ENDIAN
#endif
 
//=============================================================================================================
// INCLUDES
//=============================================================================================================
 
#include "fiff_global.h"
#include "fiff_constants.h"
#include "fiff_file.h"
#include "fiff_types.h"
#include "fiff_id.h"
#include "fiff_coord_trans.h"
#include "fiff_ch_info.h"
#include "fiff_ch_pos.h"
#include "fiff_dir_entry.h"
#include "fiff_dig_point.h"
 
//=============================================================================================================
// EIGEN INCLUDES
//=============================================================================================================
 
#include <Eigen/Core>
#include <Eigen/SparseCore>
 
//=============================================================================================================
// QT INCLUDES
//=============================================================================================================
 
#include <QDebug>
#include <QByteArray>
#include <QList>
#include <QSharedPointer>
#include <QVector>
 
//=============================================================================================================
// STL INCLUDES
//=============================================================================================================
 
#include <iostream>
#include <memory>
 
//=============================================================================================================
// DEFINE NAMESPACE FIFFLIB
//=============================================================================================================
 
namespace FIFFLIB
{
 
class FiffStream;
class FiffDirNode;
 
//=============================================================================================================
// FORWARD DECLARATIONS
//=============================================================================================================
//
//   The magic hexadecimal values
//
#define IS_MATRIX               0xFFFF0000          
#define MATRIX_CODING_DENSE     0x00004000          
#define MATRIX_CODING_CCS       0x00004010          
#define MATRIX_CODING_RCS       0x00004020          
#define DATA_TYPE               0x0000FFFF          
 
//const fiff_int_t IS_MATRIX           = 4294901760; /**< Is Matrix encoding. ffff0000. */
//const fiff_int_t MATRIX_CODING_DENSE = 16384;       /**< MATRIX_CODING_DENSE encoding. 4000. */
//const fiff_int_t MATRIX_CODING_CCS   = 16400;       /**< MATRIX_CODING_CCS encoding. 4010. */
//const fiff_int_t MATRIX_CODING_RCS   = 16416;       /**< MATRIX_CODING_RCS encoding. 4020. */
//const fiff_int_t DATA_TYPE           = 65535;       /**< DATA_TYPE encoding. ffff. */
 
//=============================================================================================================
class FIFFSHARED_EXPORT FiffTag : public QByteArray
{
 
public:
    using SPtr = QSharedPointer<FiffTag>;            
    using ConstSPtr = QSharedPointer<const FiffTag>; 
    using UPtr = std::unique_ptr<FiffTag>;             
    using ConstUPtr = std::unique_ptr<const FiffTag>;  
 
    //=========================================================================================================
    FiffTag();
 
    //=========================================================================================================
    FiffTag(const FiffTag& p_FiffTag) = default;
 
    //=========================================================================================================
    FiffTag(FiffTag&& other) = default;
 
    //=========================================================================================================
    FiffTag& operator=(const FiffTag& other) = default;
 
    //=========================================================================================================
    FiffTag& operator=(FiffTag&& other) = default;
 
    //=========================================================================================================
    ~FiffTag() = default;
 
    //=========================================================================================================
    fiff_int_t getMatrixCoding() const;
 
    //=========================================================================================================
    bool isMatrix() const;
 
    //=========================================================================================================
    bool getMatrixDimensions(qint32& p_ndim, QVector<qint32>& p_Dims) const;
 
    //=========================================================================================================
    fiff_int_t getType() const;
 
    //=========================================================================================================
    QString getInfo() const;
 
    //
    // Simple types
    //
    //=========================================================================================================
    inline quint8* toByte() const;
 
    //=========================================================================================================
    inline quint16* toUnsignedShort() const;
 
    //=========================================================================================================
    inline qint16* toShort() const;
 
    //=========================================================================================================
    inline quint32* toUnsignedInt() const;
 
    //=========================================================================================================
    inline qint32* toInt() const;
 
    //=========================================================================================================
    inline qint32* toJulian() const;
 
    //=========================================================================================================
    inline const float* toFloat() const;
 
    //=========================================================================================================
    inline const double* toDouble() const;
 
    //=========================================================================================================
    inline QString toString() const;
 
    //=========================================================================================================
    inline qint16* toDauPack16() const;
 
    //
    // Structures
    //
    //=========================================================================================================
    inline FiffId toFiffID() const;
 
    //=========================================================================================================
    inline FiffDigPoint toDigPoint() const;
 
    //=========================================================================================================
    inline FiffCoordTrans toCoordTrans() const;
 
    //=========================================================================================================
    inline FiffChInfo toChInfo() const;
 
//    //=========================================================================================================
//    /**
//    * to fiff OLD PACK
//    */
//    inline fiff_coord_trans_t toCoordTrans() const;
 
    //=========================================================================================================
    inline QList< QSharedPointer<FiffDirEntry> > toDirEntry() const;
 
    //
    // MATRIX
    //
    //=========================================================================================================
    inline Eigen::MatrixXi toIntMatrix() const;
 
    //=========================================================================================================
    inline Eigen::MatrixXf toFloatMatrix() const;
 
    //=========================================================================================================
    inline Eigen::SparseMatrix<double> toSparseFloatMatrix() const;
 
    //
    //from fiff_combat.c
    //
 
    //=========================================================================================================
    static void convert_ch_pos(FiffChPos* pos);
 
    /*
     * Data type conversions for the little endian systems.
     */
    static void convert_matrix_from_file_data(const FiffTag::UPtr& tag);
 
    //=========================================================================================================
    static void convert_matrix_to_file_data(const FiffTag::UPtr& tag);
 
    //
    // Data type conversions for the little endian systems.
    //
    //=========================================================================================================
    static void convert_tag_data(const FiffTag::UPtr& tag, int from_endian, int to_endian);
 
    //
    // from fiff_type_spec.c
    //
    //=========================================================================================================
    static fiff_int_t fiff_type_fundamental(fiff_int_t type);
 
    //=========================================================================================================
    static fiff_int_t fiff_type_base(fiff_int_t type);
 
    //=========================================================================================================
    static fiff_int_t fiff_type_matrix_coding(fiff_int_t type);
 
    //=========================================================================================================
    inline static qint32 storageSize();
 
public:
    fiff_int_t  kind;       
    fiff_int_t  type;       
    fiff_int_t  next;       
};
 
//=============================================================================================================
// INLINE DEFINITIONS
//=============================================================================================================
 
inline qint32 FiffTag::storageSize()
{
    // On-disk layout: kind, type, size, next (4 x fiff_int_t)
    // Note: 'size' is not a class member (QByteArray::size() is used at runtime),
    //       but it is part of the on-disk wire format.
    return sizeof(FiffTag::kind) + sizeof(FiffTag::type)
         + sizeof(fiff_int_t)    /* size field on disk */
         + sizeof(FiffTag::next);
}
 
//=============================================================================================================
// Simple types
//=============================================================================================================
 
inline quint8* FiffTag::toByte() const
{
    if(this->isMatrix() || this->getType() != FIFFT_BYTE)
        return nullptr;
    else
        return (quint8*)this->data();
}
 
//=============================================================================================================
 
inline quint16* FiffTag::toUnsignedShort() const
{
    if(this->isMatrix() || this->getType() != FIFFT_USHORT)
        return nullptr;
    else
        return (quint16*)this->data();
}
 
//=============================================================================================================
 
inline qint16* FiffTag::toShort() const
{
    if(this->isMatrix() || this->getType() != FIFFT_SHORT)
        return nullptr;
    else
        return (qint16*)this->data();
}
 
//=============================================================================================================
 
inline quint32* FiffTag::toUnsignedInt() const
{
    if(this->isMatrix() || this->getType() != FIFFT_UINT)
        return nullptr;
    else
        return (quint32*)this->data();
}
 
//=============================================================================================================
 
inline qint32* FiffTag::toInt() const
{
    if(this->isMatrix() || this->getType() != FIFFT_INT) {
        qWarning("Expected an integer tag : %d (found data type %d instead)\n",this->kind,this->getType());
        return nullptr;
    }
    else
        return (qint32*)this->data();
}
 
//=============================================================================================================
 
inline qint32* FiffTag::toJulian() const
{
    if(this->isMatrix() || this->getType() != FIFFT_JULIAN) {
        qWarning("Expected a julian tag : %d (found data type %d instead)\n",this->kind,this->getType());
        return nullptr;
    }
    else
        return (qint32*)this->data();
}
 
//=============================================================================================================
 
inline const float* FiffTag::toFloat() const
{
    if(this->isMatrix() || this->getType() != FIFFT_FLOAT)
        return nullptr;
    else
        return reinterpret_cast<const float*>(this->data());
}
 
//=============================================================================================================
 
inline const double* FiffTag::toDouble() const
{
    if(this->isMatrix() || this->getType() != FIFFT_DOUBLE)
        return nullptr;
    else
        return reinterpret_cast<const double*>(this->data());
}
 
//=============================================================================================================
 
inline QString FiffTag::toString() const
{
    if(this->isMatrix() || this->getType() != FIFFT_STRING)
        return nullptr;
    else
        return *this;
}
 
//=============================================================================================================
 
inline qint16* FiffTag::toDauPack16() const
{
    if(this->isMatrix() || this->getType() != FIFFT_DAU_PACK16)
        return nullptr;
    else
        return (qint16*)this->data();
}
 
//=============================================================================================================
// Structures
//=============================================================================================================
 
inline FiffId FiffTag::toFiffID() const
{
    FiffId p_fiffID;
    if(this->isMatrix() || this->getType() != FIFFT_ID_STRUCT || this->data() == nullptr)
        return p_fiffID;
    else
    {
        const qint32* t_pInt32 = (qint32*)this->data();
 
        p_fiffID.version = t_pInt32[0];
        p_fiffID.machid[0] = t_pInt32[1];
        p_fiffID.machid[1] = t_pInt32[2];
        p_fiffID.time.secs = t_pInt32[3];
        p_fiffID.time.usecs = t_pInt32[4];
 
        return p_fiffID;
    }
}
 
//=============================================================================================================
 
inline FiffDigPoint FiffTag::toDigPoint() const
{
 
    FiffDigPoint t_fiffDigPoint;
    if(this->isMatrix() || this->getType() != FIFFT_DIG_POINT_STRUCT || this->data() == nullptr)
        return t_fiffDigPoint;
    else
    {
        auto *t_pInt32 = reinterpret_cast<const qint32*>(this->data());
 
        t_fiffDigPoint.kind = t_pInt32[0];
        t_fiffDigPoint.ident = t_pInt32[1];
 
        auto *t_pFloat = reinterpret_cast<const float*>(this->data());
        t_fiffDigPoint.r[0] = t_pFloat[2];
        t_fiffDigPoint.r[1] = t_pFloat[3];
        t_fiffDigPoint.r[2] = t_pFloat[4];
        t_fiffDigPoint.coord_frame = 0;
 
        return t_fiffDigPoint;
    }
}
 
//=============================================================================================================
 
inline FiffCoordTrans FiffTag::toCoordTrans() const
{
 
    FiffCoordTrans p_FiffCoordTrans;
    if(this->isMatrix() || this->getType() != FIFFT_COORD_TRANS_STRUCT || this->data() == nullptr)
        return p_FiffCoordTrans;
    else
    {
        auto *t_pInt32 = reinterpret_cast<const qint32*>(this->data());
        p_FiffCoordTrans.from = t_pInt32[0];
        p_FiffCoordTrans.to = t_pInt32[1];
 
        p_FiffCoordTrans.trans.setIdentity(4,4);
        auto *t_pFloat = reinterpret_cast<const float*>(this->data());
        int count = 0;
        int r, c;
        for (r = 0; r < 3; ++r) {
            p_FiffCoordTrans.trans(r,3) = t_pFloat[11+r];
            for (c = 0; c < 3; ++c) {
                p_FiffCoordTrans.trans(r,c) = t_pFloat[2+count];
                ++count;
            }
        }
 
        p_FiffCoordTrans.invtrans.setIdentity(4,4);
        count = 0;
        for (r = 0; r < 3; ++r) {
            p_FiffCoordTrans.invtrans(r,3) = t_pFloat[23+r];
            for (c = 0; c < 3; ++c) {
                p_FiffCoordTrans.invtrans(r,c) = t_pFloat[14+count];
                ++count;
            }
        }
 
        return p_FiffCoordTrans;
    }
}
 
//=========================================================================================================
inline FiffChInfo FiffTag::toChInfo() const
{
    FiffChInfo p_FiffChInfo;
 
    if(this->isMatrix() || this->getType() != FIFFT_CH_INFO_STRUCT || this->data() == nullptr)
        return p_FiffChInfo;
    else
    {
        auto *t_pInt32 = reinterpret_cast<const qint32*>(this->data());
        p_FiffChInfo.scanNo = t_pInt32[0];
        p_FiffChInfo.logNo = t_pInt32[1];
        p_FiffChInfo.kind = t_pInt32[2];
        auto *t_pFloat = reinterpret_cast<const float*>(this->data());
        p_FiffChInfo.range = t_pFloat[3];
        p_FiffChInfo.cal = t_pFloat[4];
 
        p_FiffChInfo.chpos.coil_type = t_pInt32[5];
 
        //
        //   Read the coil coordinate system definition
        //
        qint32 r;
        // r0
        for (r = 0; r < 3; ++r)
            p_FiffChInfo.chpos.r0[r] = t_pFloat[6+r];
        // ex
        for (r = 0; r < 3; ++r)
            p_FiffChInfo.chpos.ex[r] = t_pFloat[6+3+r];
        // ey
        for (r = 0; r < 3; ++r)
            p_FiffChInfo.chpos.ey[r] = t_pFloat[6+6+r];
        // ez
        for (r = 0; r < 3; ++r)
            p_FiffChInfo.chpos.ez[r] = t_pFloat[6+9+r];
 
        p_FiffChInfo.coord_frame = FIFFV_COORD_UNKNOWN;
 
        //
        //   Convert loc into a more useful format
        //
        if (p_FiffChInfo.kind == FIFFV_MEG_CH || p_FiffChInfo.kind == FIFFV_REF_MEG_CH)
        {
            p_FiffChInfo.coil_trans.setIdentity(4,4);
            // r0
            for (r = 0; r < 3; ++r)
                p_FiffChInfo.coil_trans(r,3) = p_FiffChInfo.chpos.r0[r];
            // ex
            for (r = 0; r < 3; ++r)
                p_FiffChInfo.coil_trans(r,0) = p_FiffChInfo.chpos.ex[r];
            // ey
            for (r = 0; r < 3; ++r)
                p_FiffChInfo.coil_trans(r,1) = p_FiffChInfo.chpos.ey[r];
            // ez
            for (r = 0; r < 3; ++r)
                p_FiffChInfo.coil_trans(r,2) = p_FiffChInfo.chpos.ez[r];
 
            p_FiffChInfo.coord_frame = FIFFV_COORD_DEVICE;
        }
        else if (p_FiffChInfo.kind == FIFFV_EEG_CH)
        {
            if (p_FiffChInfo.chpos.ex.norm() > 0) {
                p_FiffChInfo.eeg_loc.block(0,0,3,1) = p_FiffChInfo.chpos.r0.block(0,0,3,1);
                p_FiffChInfo.eeg_loc.block(0,1,3,1) = p_FiffChInfo.chpos.ex.block(0,0,3,1);
            }
            else {
                p_FiffChInfo.eeg_loc.block(0,0,3,1) = p_FiffChInfo.chpos.r0.block(0,0,3,1);
            }
            p_FiffChInfo.coord_frame = FIFFV_COORD_HEAD;
        }
        //
        //   Unit and exponent
        //
        p_FiffChInfo.unit = t_pInt32[18];
        p_FiffChInfo.unit_mul = t_pInt32[19];
 
        //
        //   Handle the channel name
        //
        const char* orig = static_cast<const char*>(this->data());
        p_FiffChInfo.ch_name = QString::fromUtf8(orig + 80).replace(" ","");
 
        return p_FiffChInfo;
    }
}
 
//    //=========================================================================================================
//    /**
//    * to fiff OLD PACK
//    */
//    inline fiff_coord_trans_t toCoordTrans() const
//    {
 
//    }
 
//=============================================================================================================
 
inline QList< QSharedPointer<FiffDirEntry> > FiffTag::toDirEntry() const
{
//         tag.data = struct('kind',{},'type',{},'size',{},'pos',{});
    QList< QSharedPointer<FiffDirEntry> > p_ListFiffDir;
    if(this->isMatrix() || this->getType() != FIFFT_DIR_ENTRY_STRUCT || this->data() == nullptr)
        return p_ListFiffDir;
    else
    {
        QSharedPointer<FiffDirEntry> t_pFiffDirEntry;
        qint32* t_pInt32 = (qint32*)this->data();
        for (int k = 0; k < this->size()/16; ++k)
        {
            t_pFiffDirEntry = QSharedPointer<FiffDirEntry>(new FiffDirEntry);
            t_pFiffDirEntry->kind = t_pInt32[k*4];//fread(fid,1,'int32');
            t_pFiffDirEntry->type = t_pInt32[k*4+1];//fread(fid,1,'uint32');
            t_pFiffDirEntry->size = t_pInt32[k*4+2];//fread(fid,1,'int32');
            t_pFiffDirEntry->pos  = t_pInt32[k*4+3];//fread(fid,1,'int32');
            p_ListFiffDir.append(t_pFiffDirEntry);
        }
    }
    return p_ListFiffDir;
}
 
//=============================================================================================================
// MATRIX
//=============================================================================================================
 
//=============================================================================================================
 
inline Eigen::MatrixXi FiffTag::toIntMatrix() const
{
    if(!this->isMatrix() || this->getType() != FIFFT_INT || this->data() == nullptr)
        return Eigen::MatrixXi();
 
    qint32 ndim;
    QVector<qint32> dims;
    this->getMatrixDimensions(ndim, dims);
 
    if (ndim != 2)
    {
        qWarning("Only two-dimensional matrices are supported at this time");
        return Eigen::MatrixXi();
    }
 
    // Use copy constructor instead --> slower performance but higher memory management reliability
    Eigen::MatrixXi p_Matrix(Eigen::Map<const Eigen::MatrixXi>(reinterpret_cast<const int*>(this->data()), dims[0], dims[1]));
 
    return p_Matrix;
}
 
//=============================================================================================================
 
inline Eigen::MatrixXf FiffTag::toFloatMatrix() const
{
    if(!this->isMatrix() || this->getType() != FIFFT_FLOAT || this->data() == nullptr)
        return Eigen::MatrixXf();//NULL;
 
    if (fiff_type_matrix_coding(this->type) != FIFFTS_MC_DENSE)
    {
        qWarning("Error in FiffTag::toFloatMatrix(): Matrix is not dense!");
        return Eigen::MatrixXf();
    }
 
    qint32 ndim;
    QVector<qint32> dims;
    this->getMatrixDimensions(ndim, dims);
 
    if (ndim != 2)
    {
        qWarning("Only two-dimensional matrices are supported at this time");
        return Eigen::MatrixXf();
    }
 
    // Use copy constructor instead --> slower performance but higher memory management reliability
    Eigen::MatrixXf p_Matrix(Eigen::Map<const Eigen::MatrixXf>(reinterpret_cast<const float*>(this->data()), dims[0], dims[1]));
 
    return p_Matrix;
}
 
//=============================================================================================================
 
inline Eigen::SparseMatrix<double> FiffTag::toSparseFloatMatrix() const
{
    if(!this->isMatrix() || this->getType() != FIFFT_FLOAT || this->data() == nullptr)
        return Eigen::SparseMatrix<double>();//NULL;
 
    if (fiff_type_matrix_coding(this->type) != FIFFTS_MC_CCS && fiff_type_matrix_coding(this->type) != FIFFTS_MC_RCS)
    {
        qCritical("Error in FiffTag::toSparseFloatMatrix(): Matrix is not sparse!\n");
        return Eigen::SparseMatrix<double>();//NULL;
    }
 
    qint32 ndim;
    QVector<qint32> dims;
    this->getMatrixDimensions(ndim, dims);
 
    if (ndim != 2)
    {
        qWarning("Only two-dimensional matrices are supported at this time");
        return Eigen::SparseMatrix<double>();
    }
 
    qint32 nnz = dims[0];
    qint32 nrow = dims[1];
    qint32 ncol = dims[2];
 
    using T = Eigen::Triplet<double>;
    std::vector<T> tripletList;
    tripletList.reserve(nnz);
 
    auto *t_pFloat = reinterpret_cast<const float*>(this->data());
    auto *t_pInt = reinterpret_cast<const int*>(this->data());
    qint32 offset1 = nnz;
    qint32 offset2 = 2*nnz;
    if (fiff_type_matrix_coding(this->type) == FIFFTS_MC_CCS)
    {
        //
        //    CCS
        //
        qWarning("Warning in FiffTag::toSparseFloatMatrix(): CCS has to be debugged - never done before.");
        qint32 p = 0;
        for(qint32 j = 0; j < ncol; ++j)
        {
            while( p < t_pInt[offset2+j+1])
            {
//                tripletList[p] = T(tripletList[p].row(), j, tripletList[p].value());
                tripletList.push_back(T(t_pInt[offset1+p], j, static_cast<double>(t_pFloat[p])));
                ++p;
            }
        }
    }
    else
    {
        //
        //    RCS
        //
        qint32 p = 0;
        for(qint32 j = 0; j < nrow; ++j)
        {
            while( p < t_pInt[offset2+j+1])
            {
//                tripletList[p] = T(j, tripletList[p].col(), tripletList[p].value());
                tripletList.push_back(T(j, t_pInt[offset1+p], static_cast<double>(t_pFloat[p])));
                ++p;
            }
        }
    }
 
//    std::cout << "Size: " << tripletList.size() << std::endl;
//    qint32 offsetTest = tripletList.size() - 10;
//    for(qint32 i = 0; i < 10; ++i)
//        std::cout << std::endl << tripletList[offsetTest + i].row() << " " << tripletList[offsetTest + i].col() << " " << tripletList[offsetTest + i].value();
 
    Eigen::SparseMatrix<double> p_Matrix(nrow, ncol);
    p_Matrix.setFromTriplets(tripletList.begin(), tripletList.end());
 
    return p_Matrix;
}
} // NAMESPACE
 
#endif // FIFF_TAG_H