是否可以在 iPhone 上实时移相音频？
我有一个简单的应用程序设置，可以实时从麦克风输出音频。我想要做的是处理这个音频，即做一个相移。
我是否正确，唯一的方法是获取我的样本空间，进行 FFT，相移，然后逆 fft？
我知道 vDSP 库，但对于一项简单的任务来说，它的开销似乎太大了。
更新：我有来自 Elec Eng 的 DSP 基础，是的，我真的很想做相移。我不需要做频移或过滤，它们是单独的过程，我稍后会实施。
【问题讨论】：
标签： ios audio sdk signal-processing
是的，这是一种方法。
这个示例 C 代码显示了它：
#include <stdio.h>
#include <math.h>
#ifndef M_PI
#define M_PI 3.14159265358979324
#endif
typedef struct
{
double x, y;
} tComplex;
tComplex complexAdd(const tComplex* a, const tComplex* b)
{
tComplex c;
c.x = a->x + b->x;
c.y = a->y + b->y;
return c;
}
tComplex complexMul(const tComplex* a, const tComplex* b)
{
tComplex c;
c.x = a->x * b->x - a->y * b->y;
c.y = a->x * b->y + a->y * b->x;
return c;
}
void dft(tComplex out[], const tComplex in[], size_t n, int direction)
{
size_t k, i;
for (k = 0; k < n; k++)
{
tComplex r = { 0, 0 }, e;
for (i = 0; i < n; i++)
{
e.x = cos(-2 * direction * M_PI / n * ((double)k - n / 2) * ((double)i - n / 2));
e.y = sin(-2 * direction * M_PI / n * ((double)k - n / 2) * ((double)i - n / 2));
e = complexMul(&e, &in[i]);
r = complexAdd(&r, &e);
}
out[k] = r;
}
}
double maxAbs(const tComplex in[], size_t n)
{
double m = 0;
while (n--)
{
double a = hypot(in->x, in->y);
if (m < a) m = a;
in++;
}
return m;
}
#define SAMPLE_CNT 32
#define SAMPLE_SHIFT 3
int main(void)
{
tComplex signalIn[SAMPLE_CNT];
tComplex signalOut[SAMPLE_CNT];
tComplex tmp[SAMPLE_CNT];
int i;
// signalIn[] = square pulse
for (i = 0; i < SAMPLE_CNT; i++)
{
signalIn[i].x = ((i - SAMPLE_CNT / 2) >= 0) * ((i - SAMPLE_CNT / 2) < SAMPLE_CNT / 4);
signalIn[i].y = 0;
}
// tmp[] = DFT{signalIn[]}
dft(tmp, signalIn, SAMPLE_CNT, 1);
// tmp[] = DFT{signalIn[]} * exp(j * 2 * PI * f * TimeShift)
for (i = 0; i < SAMPLE_CNT; i++)
{
tComplex e;
e.x = cos(2 * M_PI * (i - SAMPLE_CNT / 2) * SAMPLE_SHIFT / SAMPLE_CNT);
e.y = -sin(2 * M_PI * (i - SAMPLE_CNT / 2) * SAMPLE_SHIFT / SAMPLE_CNT);
tmp[i] = complexMul(&tmp[i], &e);
}
// signalOut[] = IDFT{tmp[]}
dft(signalOut, tmp, SAMPLE_CNT, -1);
printf(" Re{In[]} . Im{In[]} |"
" |DFT{In[]}| |"
" Re{Out[]} . Im{Out[]}\n");
for (i = 0; i < SAMPLE_CNT; i++)
{
int j, s;
s = signalIn[i].x / maxAbs(signalIn, SAMPLE_CNT) * 8 + .5;
for (j = -8; j <= 8; j++) printf("%c", " *"[s == j]);
printf(".");
s = signalIn[i].y / maxAbs(signalIn, SAMPLE_CNT) * 8 + .5;
for (j = -8; j <= 8; j++) printf("%c", " *"[s == j]);
printf("|");
s = hypot(tmp[i].x, tmp[i].y) / maxAbs(tmp, SAMPLE_CNT) * 8;
for (j = -8; j <= 8; j++) printf("%c", " *"[s == j]);
printf("|");
s = signalOut[i].x / maxAbs(signalOut, SAMPLE_CNT) * 8 + .5;
for (j = -8; j <= 8; j++) printf("%c", " *"[s == j]);
printf(".");
s = signalOut[i].y / maxAbs(signalOut, SAMPLE_CNT) * 8 + .5;
for (j = -8; j <= 8; j++) printf("%c", " *"[s == j]);
printf("\n");
}
return 0;
}
输出：
Re{In[]} . Im{In[]} | |DFT{In[]}| | Re{Out[]} . Im{Out[]}
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您可以看到，输出是输入的副本，在时间上移动了SAMPLE_SHIFT 个样本（此处为 3）。
您也可以将SAMPLE_SHIFT 更改为非整数值，从而获得小数样本的移位。
SAMPLE_SHIFT 的输出 = 2.5：
Re{In[]} . Im{In[]} | |DFT{In[]}| | Re{Out[]} . Im{Out[]}
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【讨论】：
您要做的应该对应于输出是输入与内核的折叠积分。它可以作为脉冲输入的输出找到。如果可以找到，请使用适当的数值积分方法进行折叠积分。这相当于一个 fft:s 只需要完成一次，其余的应该连续完成以连续提供输出。
【讨论】：
是否可以在 iPhone 上实时移相音频？
嗯，是的，但这可能不是您真正想要做的。 （见 TJD 的评论）
我有一个简单的应用程序设置，可以实时从麦克风输出音频。我想要做的是处理这个音频，即做一个相移。
处理音频并不等同于进行相移。也许你想“过滤”？
我是否正确，唯一的方法是获取我的样本空间，进行 FFT，相移，然后逆 fft？
假设您要做的是过滤音频，那么不，我不推荐 FFT。您将遇到许多问题，例如窗口化、重叠/添加和性能。 FFT 不是设计滤波器的好方法。
我知道 vDSP 库，但对于一项简单的任务来说，它的开销似乎太大了。
我从未使用过 vDSP，但从快速检查来看，它看起来不像是正确的过滤解决方案。正确的解决方案更有可能使用简单的双二阶函数。你可以在这里阅读它们：
http://en.wikipedia.org/wiki/Digital_biquad_filter
这里有一本不错的“食谱”：
【讨论】：
应该可以在 iOS 设备上实时进行各种音频处理。有足够的处理能力。
也许你可以更详细地描述你想要做什么样的相移。严格来说，“唯一”的方法是使用 FFT，但它可能是最好的方法，至少在性能和电池寿命方面是这样。
当您说 vDSP 似乎有太多开销时，您指的是处理器性能还是工程工作量？我同意，vDSP 有一些不受欢迎的工程工作，主要是由于遗留接口需要将真实数据（例如输入信号）重新排列成奇偶分割。但是，其他方面，例如 FFT 数据的设置，是必要的；他们被 FFT 的性质所驱使。
vDSP 例程的计算性能应该非常好。如果您在处理器性能或工程方面遇到困难，请report bugs（或功能请求）。
【讨论】：
我同意其他人的观点，即（实时前向）相移不需要 DSP，因为它只是音频样本的时间偏移。当然，实时反向相移比 DSP 需要更多的努力，因为它需要时间旅行。
另一方面，我需要一种简单快速的方法来执行 iphone 麦克风音频样本的固定频移。实际上有几个频率偏移，例如 1 Hz 增量或大约。任何人都知道在 iPhone 上执行该任务的快速简便的方法吗？
【讨论】：