如何将波形数据转换为复数

Posted 2023-02-25

【中文标题】如何将波形数据转换为复数

【英文标题】：How to convert wave data into Complex numbers

【发布时间】：2011-07-05 10:11:19

【问题描述】：

我正在从麦克风读取原始数据并输入 FFT。我正在尝试的两个 FFT 库（AForge 和 Exocortex.DSP）将复数作为输入并给出复数作为输出。

我试图理解复数是什么。

更具体地说 - 如何将从麦克风获得的原始音频数据转换为复数以便在 FFT 中进行处理？ 以及如何将输出绘制成漂亮的频谱图（即从输出中读取频率和幅度）？

额外的好处：除了提到的两个之外，.Net 还有哪些 FFT 库？

【问题讨论】：

谁投票关闭为“离题”——伙计，我不是用鹅卵石做这个的。我使用计算机并编写程序来完成它。哈哈... :P

ILNumerics.net有基于FFTW的FFT，是一个不错的C库。

【参考方案1】：

在对真实数据执行 FFT 时，您只需将输入的虚部设置为零。 （请注意，FFT 的输出仍然会很复杂。）

绘制频谱图更复杂 - 之前有关于 SO 的帖子，但基本上您需要计算连续重叠时间窗口（典型重叠 = 50%）的功率谱，然后绘制log (dB) 这些功率谱的幅度，使用颜色或灰度强度作为幅度（通常在 X 轴上是时间，在 Y 轴上通常是频率）。计算功率谱：

应用window function输入数据（例如汉宁窗） FFT 取 FFT 输出 (re*re + im*im) 的第一个 N/2 值的幅度平方 将幅度转换为 dB 值 (10 * log10 (magnitude squared))

【讨论】：

谢谢。除了倒数第二行之外的所有内容都理解。 N/2中的N是多少？更具体地说，我该怎么做？我用大块实际数据提供 FFT，所以不需要窗口函数？

知道了...for (int i = 0; i < complexArray.Length / 2; i++) outputArray[i] = 10.0 * Math.Log10((double)(Math.Sqrt((complexArray[i].Re * complexArray[i].Re) + (complexArray[i].Im * complexArray[i].Im))));

@Tedd：看起来不错，只是您不需要 Math.Sqrt - 这已经通过使用 10.0 * log10 而不是 20.0 * log10 来处理。

非常好。删除了 Math.Sqrt，图片看起来更好。谢谢！

【参考方案2】：

用于绘制“漂亮”的频谱图：

FFT 计算与窗口变换卷积的数据的局部频谱。

如果您不在 FFT 前面使用窗口函数，则窗口函数最终会默认为 FFT 长度的矩形窗口，如果您不期望，它的变换看起来可能看起来很丑它（有人称之为光谱“泄漏”）。您可能想尝试使用其他一些窗口函数（Von Hann 等人），其中窗口化 FFT 产生的卷积可能会导致“看起来更漂亮”的频谱图。