从数据中获取 FFT 峰值

Question

我正在使用 Octave 从头开始​​开发语音识别系统。我试图通过检测频率差异来检测音素。目前我已读入一个 wav 文件，将值组织成块并将fft 应用于整体数据。之后，我使用plot(abs(real(fft(q)))) 绘制新数据，从而创建此图：

如何获得频率值（图表的峰值）？

Answer 1

您可以使用 octave 信号包中的 findpeaks 函数：

http://octave.sourceforge.net/signal/function/findpeaks.html

Answer 2

如果您无法访问findpeaks，其工作原理的基本前提是，对于信号中的每个点，它会搜索以该点为中心的三元素窗口，并检查中心是否这个窗口的元素大于这个窗口的左右元素。您希望能够同时找到正峰值和负峰值，因此您需要检查绝对值。

因此，您可以做两个额外的信号，将信号向左移动 1，向右移动 1。当我们这样做时，我们实际上将检查从 秒开始的峰值元素，以便为向左看腾出空间。我们一直检查到倒数第二个元素，以便为向右查找腾出空间。因此，我们实际上将检查信号的N - 2 版本的峰值，其中N 是您的信号长度。因此，当我们创建左移信号时，我们会提取信号的第一个元素直到倒数第三个元素。当我们创建右移信号时，我们从第三个元素中提取直到最后一个元素。原始信号将简单地删除其第一个和最后一个元素。

因此，通过这种方式检查峰值，我们将丢失数据的第一个和最后一个点，但这应该是合适的，因为在开始和结束时很可能不会有任何峰值。在创建所有这些信号之后，只需使用逻辑索引来查看原始信号中的对应值（不包括第一个和最后一个元素）是否大于其对应位置的其他两个信号。

因此，假设您的信号存储在f，您将执行以下操作：

f1 = abs(f(2:end-1)); %// Original signal
f2 = abs(f(1:end-2)); %// Left shift
f3 = abs(f(3:end)); %// Right shift

idx = find(f1 > f2 & f1 > f3) + 1; %// Get the locations of where we find our peaks

idx 将包含出现峰值的索引位置。请记住，我们开始在 第二 位置搜索峰值，因此您需要添加 1 以适应这种转变。如果您想找到实际的时间（或频率）值，您只需使用idx 来索引用于生成信号并找到它们的时间（或频率）数组。因此，让我们使用一个人工案例，我生成一个 0 到 3 秒、频率为 1 Hz 的正弦曲线。因此：

t = 0 : 0.01 : 3;
f = sin(2*pi*t);

现在，如果我们使用此信号运行上述代码，我们将找到峰值的位置。然后我们可以使用这些位置来索引t 和f 并绘制信号以及我们检测到峰值的位置。因此：

plot(t, f, t(idx), f(idx), 'r.')

这是我得到的：

请记住，这是一种非常简单的检测峰值的方法，但这实际上是在 findpeaks 中完成的。如果您使用上面的代码，它基本上会找到所有峰值。因此，代码会在上图中找到数十个峰值，因为在整个频谱中都有局部最大值。您可能想要确定 strong 峰的位置。人们通常做的是使用阈值来表示峰值应该有多大，然后再决定它是否是有效的峰值。因此，您可以强制执行阈值，并执行以下操作：

thresh = ... ; %// Define threshold here
idx = find(f1 > f2 & f1 > f3 & f1 > thresh) + 1; %// Get the locations of where we find our peaks

就您的图表而言，您可能需要设置此项，以便找到幅度可能大于 10 的任何峰值。

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findpeaks 还可以做很多其他事情，例如过滤掉噪声峰值和其他一些稳健的措施。如果你想使用findpeaks，你需要确保你安装了信号包。您可以简单地使用 Octave 命令提示符中的 pkg install 并安装 signal 包。具体来说，试试这个：

pkg install -forge signal

安装signal 包后，您可以通过以下方式将其加载到 Octave 环境中：

pkg load signal

如果您必须安装依赖项，它会在您尝试安装 signal 包时告诉您。查看此链接了解更多详情：https://www.gnu.org/software/octave/doc/interpreter/Installing-and-Removing-Packages.html

mkoctfile 代表制作/编译 Octave 文件。如果您没有mkoctfile，请确保您安装了最新版本的 Octave。为了简单起见，我建议您安装Homebrew 或MacPorts 并以这种方式获取Octave。一旦你安装它，那么你应该能够让mkoctfile 工作。但是，如果仍然不能，则可能需要安装兼容的编译器。简单的方法是从 Xcode 安装命令行开发工具。转到to this link，然后转到其他工具。

祝你好运！