OS X 环境中的音频文件 FFT

Posted 2023-02-25

【中文标题】OS X 环境中的音频文件 FFT

【英文标题】：Audio File FFT in an OS X environment

【发布时间】：2009-12-27 02:11:17

【问题描述】：

我希望在 OS X 上对线性 PCM 音频文件（可能有多个音频通道）执行 FFT。最好的方法是什么？

多个消息来源表明我需要 Apple 的 Accelerate Framework。如果是这样，我应该如何提取和正确准备浮点数据以用于这些 FFT 函数？

【参考方案1】：

这大致就是您想要做的事情。填写自己的输入输出函数。

    // Stick new data into inData, a (float*) array
    fetchFreshData(inData); 

    // (You might want to window the signal here... )
    doSomeWindowing(inData);

    // Convert the data into a DSPSplitComplex 
    // Pardon the C++ here. Also, you should pre-allocate this, and NOT
    // make a fresh one each time you do an FFT. 
    mComplexData = new DSPSplitComplex;
    float *realpart = (float *)calloc(mNumFrequencies, sizeof(float));
    float *imagpart = (float *)calloc(mNumFrequencies, sizeof(float));
    mComplexData->realp = realpart;
    mComplexData->imagp = imagpart;

    vDSP_ctoz((DSPComplex *)inData, 2, mComplexData, 1, mNumFrequencies);

    // Calculate the FFT
    // ( I'm assuming here you've already called vDSP_create_fftsetup() )
    vDSP_fft_zrip(mFFTSetup, mComplexData, 1, log2f(mNumFrequencies), FFT_FORWARD);

    // Don't need that frequency
    mComplexData->imagp[0] = 0.0;

    // Scale the data
    float scale = (float) 1.0 / (2 * (float)mSignalLength);
    vDSP_vsmul(mComplexData->realp, 1, &scale, mComplexData->realp, 1, mNumFrequencies);
    vDSP_vsmul(mComplexData->imagp, 1, &scale, mComplexData->imagp, 1, mNumFrequencies);

    // Convert the complex data into something usable
    // spectrumData is also a (float*) of size mNumFrequencies
    vDSP_zvabs(mComplexData, 1, spectrumData, 1, mNumFrequencies);

    // All done!
    doSomethingWithYourSpectrumData(spectrumData);

希望对您有所帮助。

【讨论】：

什么是inData，你能解释一下

【参考方案2】：

对音频数据进行 FFT 时，样本应进入实部，虚部应为零。

大多数 FFT 库，包括 Apple 的 vDSP，都包含一种称为“实数 FFT”的方法，其中输入是实数（没有虚部），输出是复数。

【参考方案3】：

在我看来，您应该研究 Core Audio... 我对它不是很熟悉，但看起来它应该已经为您提供了通道解交织，并且它直接与 PCM 数据一起使用。由于我不太熟悉，所以对此持保留态度，但我会尝试将 FFT 放在音频单元中，将单通道 PCM 数据作为输入，将 FFT 的结果存储在可访问的地方，然后传递输入通过输出。

就实际执行 FFT 而言，对我而言，主要挑战似乎是将 PCM 输入强制转换为 FFT 例程想要操作的双 * 向量。通过 vDSP.h（加速框架的一部分），我看到了像 vDSP_vflt16D（将 16 位整数向量转换为双精度实数向量）之类的函数，这看起来可以解决您的问题。

Core Audio Introduction

【讨论】：

vDSP_vflt16 确实可以将这些 16 位整数转换为 32 位浮点数，但恐怕这还不够。我需要将这些值转换为 32 位浮点复数。