DSP方法检测在当前声音中可能不是最主要的特定频率

Posted 2023-02-25

【中文标题】DSP方法检测在当前声音中可能不是最主要的特定频率

【英文标题】：DSP method to detect specific frequency which may not be the most dominant in the current sound

【发布时间】：2014-01-29 15:05:28

【问题描述】：

我正在尝试确定我想要完成的最佳 DSP 方法，如下所示：

从一组不同的预定义频率（在 1000Hz 范围内不超过 40 个不同的频率）中实时检测频率的存在。即使有其他频率（在这个集合或范围之外）更占主导地位，我也需要能够做到这一点。

据我了解，FFT 可能不是解决此问题的最佳方法，因为它会告诉您在任何给定时间最主要的频率（幅度）。这似乎不起作用，因为如果我试图检测说 1650Hz 的频率（存在），但也有 500Hz 的频率更强，那么它不会告诉我当前频率是 1650Hz .

我听说 Goertzel 算法可能更适合我正在尝试做的事情，即实时检测单个频率或一组频率，即使在具有比那些试图被发现的。

非常感谢任何指导，如果我对这些假设有误，请纠正我。谢谢！

【问题讨论】：

通信理论的一个基本定理意味着，如果有足够的噪声，您可能需要降低数据速率并使用纠错码以获得可靠的数据。

FFT 主要是关于非主频，通常是所有 N 个 FFT 结果箱中的 N-2 个。

【参考方案1】：

在模糊和有些不准确的术语中，FFT 的输出是所有 [1] 频率的幅度和相位。也就是说，您的陈述“[FFT] 告诉您在任何给定时间的最主要频率（幅度）”是不正确的。 FFT 通常用作确定最主要频率的第一步，但这不是它的作用。事实上，如果您对最主要的频率感兴趣，您需要在 FFT 之外采取额外的步骤：您获取 FFT 输出的所有频率的幅度，然后找到最大值。对应的频率就是主频。

据我了解，对于您的应用程序，FFT 是正确的算法。

Goertzel 算法与 FFT 密切相关。如果您只对一小部分频率的幅度和/或相位感兴趣，它允许对 FFT 进行一些优化。根据所讨论的频率数量，它可能是您的应用程序的正确选择，但仅作为一种优化 - 除了性能之外，它不会解决 FFT 无法解决的任何问题。因为有更多关于 FFT 的文章，我建议您从那里开始并仅在 FFT 证明不够快并且您可以确定 Goertzel 算法在您的情况下会更快时才使用 Goertzel 算法。

[1] 出于实际目的，这个陈述最不准确的地方在于频率被组合在“bins”中。分析的分辨率有限，取决于多种因素。

【讨论】：

此外，您可能需要考虑时域滤波器，但这取决于您计划如何检测频率：您是否需要非常低的延迟，潜在噪声频率与频率有多接近您正在尝试检测等。FFT 是您尝试执行的标准方法。

谢谢比约恩的解释。我已经实现了 FFT，我想要检测的频率是 18000Hz 以上的高频。我得到了幅度和主要频率，但噪声频率（例如人类语音或其他背景噪声）有时会导致对较高频率的检测受阻，因为此时较低频率更为占主导地位。关于如何为 FFT 应用滤波器以阻止低于 18000Hz 的所有频率的任何想法？

就延迟而言，我需要能够在几秒钟内检测到多达 10 到 15 个不同的频率。

听起来真正的问题是您没有真正分离信号和噪声。您可能想为信号添加一些纠错或只是一些简单的调制。我建议在 DSP.stackexchange.com 上询问，并提供有关您的信号、噪声、您用作 transievers 等的更多详细信息。

您认为创建一个过滤掉 18000hz 以下频率的高通滤波器会有所帮助吗？

【参考方案2】：

我将保留我的其他答案，因为我认为它是独立的。

根据您的 cmets 和私人电子邮件，您面临的问题很可能是这样的：主要在一个频率范围内的声音（如语音）具有延伸到更高频率范围的谐波。低质量的麦克风和电子设备会加剧这个问题，但这不是由它们引起的，即使使用完美的设备也不会消失。一旦您的信号在同一频段中混杂了噪声，您就无法以简单可靠的方式真正区分 on 和 off，因为 on 可能是由噪音引起的。您可以尝试根据其他频段中的噪声进行一些自适应阈值处理，您可能会有所收获，但这并不是构建稳健系统的方法。

有很多方法可以解决这个问题，但它们都涉及调制信号以及使用错误检测和纠正。基本上，您正在构建调制解调器和/或收音机。归根结底，我要说的是：仅靠探测器无法解决问题。您需要在信号中建立一些冗余，并且您可能需要考虑其他检测方法。我知道三种发送复杂信号的方法：

调幅，听起来就像您现在正在做的那样。 频率调制，在面对环境噪声时往往更加稳健。 （比较 FM 和 AM 收音机） 相位调制，更加微妙和棘手。

这些方法可以多种方式组合和复用。在***上阅读它们。此外，一旦您的基础信号被传输，您可以在上面添加纠错和检测。

我不是这方面的专家，但在我看来，我不确定你是否能够安静地使用 PM，而且正如你所发现的那样，AM 对噪音太敏感了，虽然它可能适用于正确的冗余。 FM 可能是您最好的选择。