Java中的信号处理库？ [关闭]

Posted 2023-02-14

【中文标题】Java中的信号处理库？ [关闭]

【英文标题】：Signal processing library in Java? [closed]

【发布时间】：2010-10-12 19:25:06

【问题描述】：

我想计算时间序列的功率谱密度；做一些带通、低通和高通滤波；可能还有一些其他基本的东西。

是否有一个不错的开源 Java 库来执行此操作？

我搜索了一些但没有成功（例如，谷歌搜索“功率谱密度 java”或“信号处理 java”并单击链接，查看 Apache Commons、Sourceforge、java.net 等）。

有很多小程序、书籍、教程、商业产品等，不能满足我的需求。

更新：我发现org.apache.commons.math.transform 用于傅里叶变换。这并没有实现功率谱密度，带通等，但它是一些东西。

【问题讨论】：

有没有人知道任何类似的 C/C++ 库？

首先，这个问题是关于 Java，而不是 C。:) 其次，FFTW 看起来像 FFT。带通、低通、高通滤波、功率谱密度等呢？显然，FFT 构成了基础，但不是这些操作的高级接口。

github.com/JorenSix/TarsosDSP

现在问这个问题已经六年了。我正在寻找一个可用于我的学习的数字信号处理（在我的情况下为音乐信号处理）的 java 库。 @dfrankow 您是否为您的任务找到了一个 java 库？或者您知道在您提出问题后引入的任何新的 Java 库吗？

我不明白为什么这个问题是“离题”。这似乎非常密切，并且鉴于正在进行的评论，这对其他人也很重要。是否应该重新打开这个问题以获得新的答案？

【参考方案1】：

我的第一个建议是不要在 Java 中实现 DSP。我的第二个建议是用 Java 自己实现简单的 DSP。

---

为什么不使用 Java：

在过去的 10 多年里，我有很多编写 DSP 代码的经验……而且几乎没有任何 DSP 代码是用 Java 编写的……所以当我犹豫是否读到有人想用 DSP 实现 DSP 时请原谅我Java。

如果您打算使用非平凡的 DSP，那么您不应该使用 Java。在 Java 中实现 DSP 如此痛苦的原因是因为所有好的 DSP 实现都使用低级内存管理技巧、指针（大量指针）、大型原始数据数组等。

为什么要使用 Java：

如果您正在做简单的 DSP 东西，请使用您自己的 Java 实现。像 PSD 和过滤这样的简单 DSP 东西都相对容易实现（容易实现，但它们不会很快），因为网上有很多实现示例和有据可查的理论。

在我的例子中，我曾经在 Java 中实现了一个 PSD 函数，因为我在 Java GUI 中绘制了 PSD，因此最简单的方法是在 Java 中获得性能影响，然后在 Java GUI 中计算 PSD，然后绘制它。

---

如何实现 PSD：

PSD 通常只是以 dB 为单位显示的 FFT 的幅度。有许多来自学术、商业和开源的示例，展示了如何以 dB 为单位计算 FFT 的幅度。例如Apache has a Java implementation that gives you the FFT 输出，然后您只需转换为幅度和dB。 FFT 之后的任何内容都应根据您的需要/想要进行定制。

---

如何实现低通、带通滤波：

在我看来，最简单的实现（不是计算效率最高的）是使用 FIR 滤波器并进行时域卷积。

卷积很容易实现，它是两个嵌套的 for 循环，网上有数百万的示例代码。

如果您对滤波器设计一无所知，那么 FIR 滤波器将是棘手的部分。最简单的方法是使用 Matlab 生成 FIR 滤波器，然后将系数复制到 java 中。我建议使用 Matlab 中的 firpmord() 和 firpm()。在阻带中实现 -30 到 -50 dB 衰减，在通带中实现 3 dB 纹波。

【讨论】：

我不再做这个了，但是从数字食谱开始商业应用程序是不合适的。 Apache Commons Math 有一个 FFT：commons.apache.org/math/userguide/transform.html。

@dfrankow github.com/JorenSix/TarsosDSP 应该是一个更好的开始

我想知道“不要在 Java 中这样做”的说法。 Java 有一种很好的方式来处理任何内存管理任务，包括惊人的快速内存映射文件。尽管 Java 本身无法使用原始指针，但它确实为您提供了所有高级且更安全的结构来管理内存缓冲区。简单地说，一个简单的数组可以用作循环缓冲区。只需访问数组的元素，而不是使用凌乱的指针算法来找出它实际存储在内存中的位置。

【参考方案2】：

我已经编写了一些 Java DSP 类的集合，例如IIR 过滤器：

Java DSP collection

【讨论】：

虽然例子很少，API 似乎很灵活。谢谢！

【参考方案3】：

我找到了这本书 Java Digital Signal Processing 和它的 example source code。您可以查看代码，看看它是否符合您的需求。

您也可以查看DSP Laboratory。

正如 cmets 中提到的 duffymo 和 basszero，自 Java DSP 发布以来，Java 发生了一些变化，这可能会影响一些代码示例。特别是，（相对）新的Concurrency Utilties package 可能会很有用。

【讨论】：

哇，这本书是 1997 年的复古书。我不确定我是否会推荐它。信号处理思想没有改变，但 Java 确实改变了。

您认为哪些变化会对数字信号处理产生影响？

@duffymo：从那时起，Java 中唯一的进步是一些并发原语（因为 dsp BEGS 用于多线程）。通常 dsp 是原始数组的数学运算。我和比尔在一起。

对我们来说更重要的是，一本书不太可能拥有开源许可，因此我们无法将其用于我们的工作。

抱歉，这本书的源代码有 GPL 许可！

【参考方案4】：

它看起来很稀疏。试试Signalgo 或jein 或Intel Signal Processing Library，虽然我认为最后一个只是JNI 包装器。

我看到了很多你所说的小程序。我认为您可能能够为它们获取 JAR 并使用其中的类 API。但是，由于缺乏文档，可能不得不使用 eclipse 和 jad 来反编译并弄清楚它们的作用。例如，尝试this page 上的源代码。

【讨论】：

感谢参考。老实说，我很欣赏他们。 signalgo 是“alpha（即根本没有测试！！）”jein 没有我能找到的源代码。英特尔不会开源。

【参考方案5】：

我找到了另一个资源，虽然它不是图书馆：http://www.dickbaldwin.com/tocdsp.htm。这只是对信号处理和傅里叶变换的基本讨论，并带有一些 Java 示例。例如，请参阅教程 1478、1482、1486。不确定代码上的许可证是什么。