如何将音频单元输出的相位移动 180 度

Posted 2023-02-23

【中文标题】如何将音频单元输出的相位移动 180 度

【英文标题】：How do you shift phase of audio unit output 180 degrees

【发布时间】：2015-10-12 16:55:03

【问题描述】：

我正在尝试从麦克风中获取音频，并将 180 相移应用于该输入流并输出。

这是我用来初始化会话和捕获音频的代码（采样率设置为 44.1 KHz）

OSStatus status = noErr;

status = AudiosessionSetActive(true);
assert(status == noErr);

UInt32 category = kAudioSessionCategory_PlayAndRecord;
status = AudioSessionSetProperty(kAudioSessionProperty_AudioCategory, sizeof(UInt32), &category);
assert(status == noErr);

float aBufferLength = 0.002902; // In seconds


status = AudioSessionSetProperty(kAudioSessionProperty_PreferredHardwareIOBufferDuration,
                                 sizeof(aBufferLength), &aBufferLength);

assert(status == noErr);

AudioComponentDescription desc;
desc.componentType = kAudioUnitType_Output;
desc.componentSubType = kAudioUnitSubType_RemoteIO;
desc.componentFlags = 0;
desc.componentFlagsMask = 0;
desc.componentManufacturer = kAudioUnitManufacturer_Apple;

// get AU component
AudioComponent inputComponent = AudioComponentFindNext(NULL, &desc);

// create audio unit by component
status = AudioComponentInstanceNew(inputComponent, &_audioState->audioUnit);
assert(status == noErr);

// record io on the input bus
UInt32 flag = 1;
status = AudioUnitSetProperty(_audioState->audioUnit,
                              kAudioOutputUnitProperty_EnableIO,
                              kAudioUnitScope_Input,
                              1, /*input*/
                              &flag,
                              sizeof(flag));
assert(status == noErr);

// play on io on the output bus
status = AudioUnitSetProperty(_audioState->audioUnit,
                              kAudioOutputUnitProperty_EnableIO,
                              kAudioUnitScope_Output,
                              0, /*output*/
                              &flag,
                              sizeof(flag));

assert(status == noErr);


// Fetch sample rate, in case we didn't get quite what we requested
Float64 achievedSampleRate;
UInt32 size = sizeof(achievedSampleRate);
status = AudioSessionGetProperty(kAudioSessionProperty_CurrentHardwareSampleRate, &size, &achievedSampleRate);
if ( achievedSampleRate != SAMPLE_RATE ) 
    NSLog(@"Hardware sample rate is %f", achievedSampleRate);
 else 
    achievedSampleRate = SAMPLE_RATE;
    NSLog(@"Hardware sample rate is %f", achievedSampleRate);



// specify stream format for recording
AudioStreamBasicDescription audioFormat;
audioFormat.mSampleRate = achievedSampleRate;
audioFormat.mFormatID = kAudioFormatLinearPCM;
audioFormat.mFormatFlags = kAudioFormatFlagIsPacked | kAudioFormatFlagIsSignedInteger;
audioFormat.mFramesPerPacket = 1;
audioFormat.mChannelsPerFrame = 1;
audioFormat.mBitsPerChannel = 16;
audioFormat.mBytesPerPacket = 2;
audioFormat.mBytesPerFrame = 2;

// set the format on the output stream
status = AudioUnitSetProperty(_audioState->audioUnit,
                              kAudioUnitProperty_StreamFormat,
                              kAudioUnitScope_Output,
                              kInputBus,
                              &audioFormat,
                              sizeof(audioFormat));

assert(status == noErr);

// set the format on the input stream
status = AudioUnitSetProperty(_audioState->audioUnit,
                              kAudioUnitProperty_StreamFormat,
                              kAudioUnitScope_Input,
                              kOutputBus,
                              &audioFormat,
                              sizeof(audioFormat));
assert(status == noErr);

AURenderCallbackStruct callbackStruct;
memset(&callbackStruct, 0, sizeof(AURenderCallbackStruct));
callbackStruct.inputProc = RenderCallback;
callbackStruct.inputProcRefCon = _audioState;

// set input callback
status = AudioUnitSetProperty(_audioState->audioUnit,
                              kAudioOutputUnitProperty_SetInputCallback,
                              kAudioUnitScope_Global,
                              kInputBus,
                              &callbackStruct,
                              sizeof(callbackStruct));
assert(status == noErr);

callbackStruct.inputProc = PlaybackCallback;
callbackStruct.inputProcRefCon = _audioState;

// set Render callback for output
status = AudioUnitSetProperty(_audioState->audioUnit,
                              kAudioUnitProperty_SetRenderCallback,
                              kAudioUnitScope_Global,
                              kOutputBus,
                              &callbackStruct,
                              sizeof(callbackStruct));
assert(status == noErr);

flag = 0;

// allocate render buffer
status = AudioUnitSetProperty(_audioState->audioUnit,
                              kAudioUnitProperty_ShouldAllocateBuffer,
                              kAudioUnitScope_Output,
                              kInputBus,
                              &flag,
                              sizeof(flag));
assert(status == noErr);

_audioState->audioBuffer.mNumberChannels = 1;
_audioState->audioBuffer.mDataByteSize = 256 * 2;
_audioState->audioBuffer.mData = malloc(256 * 2);

// initialize the audio unit
status = AudioUnitInitialize(_audioState->audioUnit);
assert(status == noErr);

有谁知道改变相位以产生破坏性正弦波的方法吗？我听说过使用 vDSP 进行带通滤波，但我不确定...

【问题讨论】：

180 度很简单。您只需要翻转输入信号的符号 - 因此值 x 的样本变为 -x，反之亦然。

您的问题标题询问如何进行 180 度相移（又名反转）。你的最后一句话说你想改变相位并创造一个破坏性的正弦波。您可以找到基频，然后找到峰值并将其与倒置的正弦波相加，但它听起来就像是混合了纯音，因为您的基频不会是正弦波。你应该通过说出你想要做什么来澄清。您是否正在尝试消除反馈、消除声音、消除背景噪音等？你想做什么，因为你的方法很奇怪？

采样频段的主动降噪。显然，我并不是一个精通核心音频/音频单元的人，并且具有与电气工程不同的计算机科学背景，我真的很想在黑暗中寻找电灯开关。

【参考方案1】：

除非您知道从麦克风到输入缓冲区的延迟、从输出缓冲区到扬声器的延迟、您想要取消的频率，并且知道这些频率在这段时间内是静止的，否则您无法可靠地为消除目的创建 180 度相移。相反，您将尝试取消发生在十几毫秒或更长时间之前的声音，如果在此期间该频率发生了变化，您最终可能会添加声音而不是取消它。此外，如果声源、扬声器声源和听者之间的距离变化了足够大的波长分数，扬声器输出最终可能会使声源的响度增加一倍，而不是抵消它。对于 1 kHz 的声音，这是 6 英寸的移动。

主动降噪需要非常准确地了解进出时滞；包括麦克风、输入滤波器和扬声器响应以及 ADC/DAC 延迟。 Apple 没有指定这些，它们很可能在 iOS 设备型号之间有所不同。

鉴于对输入到输出延迟的准确了解以及对源信号频率的准确分析（通过 FFT），在尝试消除固定源时，可能需要在每个频率上进行一些 180 度以外的相移.