"""@file spectrum_demo.py
@brief Демонстрационный источник спектра для проверки вкладки без прибора.

Повторяет то, что передаёт прошивка: основной тон, несколько гармоник
и шумовая подложка. Нужен, чтобы вкладку можно было открыть и убедиться
в правильности отрисовки, не имея под рукой ни платы, ни датчика.

Источник намеренно живёт рядом с разбором потока, а не внутри вкладки:
он выдаёт те же самые строки, что и прибор, и проходит через тот же
разбор. Иначе демонстрация проверяла бы отрисовку, но не формат.
"""

from __future__ import annotations

import math
import random

from set_devices.spectrum_stream import (
    Harmonic,
    HarmonicsFrame,
    build_harmonics_line,
    build_spectrum_line,
)

#: Число элементов спектра в демонстрационном кадре.
DEMO_BINS = 128

#: Частота выборки демонстрационного источника, Гц.
DEMO_SAMPLE_RATE = 20000

#: Размер преобразования, которому соответствует спектр.
DEMO_FFT_SIZE = 512

#: Верхняя граница шкалы уровней, дБ относительно милливольта.
DEMO_TOP_DBMV = 60.0

#: Размах шкалы уровней, дБ.
DEMO_RANGE_DB = 60.0


class SpectrumDemoSource:
    """@brief Выдаёт строки спектра и гармоник, как это делал бы прибор."""

    def __init__(self, seed: int = 1) -> None:
        self._seq = 0
        self._random = random.Random(seed)
        self._phase = 0.0

    def next_lines(self) -> str:
        """@brief Формирует очередную пару строк.

        @return Строка спектра и строка гармоник, склеенные подряд.

        Основной тон медленно плывёт по частоте, чтобы на экране было
        видно движение и стало заметно, если отрисовка где-то подвисает.
        """
        self._seq += 1
        self._phase += 0.05

        fundamental_hz = 1000.0 + 200.0 * math.sin(self._phase)
        fundamental_mv = 400.0
        bin_width = (DEMO_SAMPLE_RATE / 2.0) / DEMO_BINS

        # Уровни: шумовая подложка около 3 мВ плюс узкие пики на основном
        # тоне и его гармониках.
        amplitudes = [self._random.uniform(1.5, 4.0) for _ in range(DEMO_BINS)]

        harmonics: list[Harmonic] = []
        for order in range(1, 5):
            frequency = fundamental_hz * order
            if frequency >= DEMO_SAMPLE_RATE / 2.0:
                break

            amplitude = fundamental_mv / (order * order)
            index = int(round(frequency / bin_width))
            if 0 <= index < DEMO_BINS:
                amplitudes[index] = amplitude
                # Соседние элементы приподняты: у реального окна энергия
                # тона всегда занимает несколько элементов, и совсем узкий
                # пик выглядел бы неправдоподобно.
                for neighbour in (index - 1, index + 1):
                    if 0 <= neighbour < DEMO_BINS:
                        amplitudes[neighbour] = max(
                            amplitudes[neighbour], amplitude * 0.45
                        )

            if order >= 2:
                harmonics.append(
                    Harmonic(
                        index=order,
                        frequency_hz=frequency,
                        amplitude_mv=amplitude,
                        relative_db=20.0 * math.log10(amplitude / fundamental_mv),
                    )
                )

        levels = [20.0 * math.log10(max(value, 1e-3)) for value in amplitudes]

        spectrum = build_spectrum_line(
            seq=self._seq,
            sample_rate_hz=DEMO_SAMPLE_RATE,
            fft_size=DEMO_FFT_SIZE,
            levels_db=levels,
            top_dbmv=DEMO_TOP_DBMV,
            range_db=DEMO_RANGE_DB,
        )

        total = math.sqrt(sum(h.amplitude_mv**2 for h in harmonics))
        frame = HarmonicsFrame(
            seq=self._seq,
            fundamental_hz=fundamental_hz,
            fundamental_mv=fundamental_mv,
            thd_percent=100.0 * total / fundamental_mv,
            snr_db=42.0,
            rms_mv=fundamental_mv / math.sqrt(2.0),
            harmonics=tuple(harmonics),
        )

        return spectrum + build_harmonics_line(frame)