在 VST 插件中使用 FFTW "Garbled"声音

Question

我对信号处理仍然很陌生，我想使用FFTW创建一种示例VST插件(因为我在Rosetta代码上发现的FFT和IFFT似乎工作得太慢)，除了(无用地)对每个输入样本应用FFT之外什么都不做，然后将IFFT应用于此结果。目标是恢复原来的声音，但输出似乎(由于缺乏描述声音质量的更好术语的知识)"断章取义"。以下是processReplacing函数的代码:

void VST_Testing::VST_Testing::processReplacing(float **inputs, float **outputs, VstInt32 sampleFrames) {
    resume();
    time = 0;
    float *in1 = inputs[0];
    float *in2 = inputs[1];
    float *out1 = outputs[0]; //L
    float *out2 = outputs[1]; //R
    float *out3 = outputs[2]; //C
    float *out4 = outputs[3]; //RL
    float *out5 = outputs[4]; //RR
    VstInt32 initialFrames = sampleFrames;
    fftw_complex* left = (fftw_complex*)fftw_malloc(sizeof(fftw_complex)*sampleFrames);
    fftw_complex* right = (fftw_complex*)fftw_malloc(sizeof(fftw_complex)*sampleFrames);
    int i = 0;
    while (--sampleFrames >= 0)
    {
        left[i][0] = *in1++;
        left[i][1] = 0;
        right[i][0] = *in2++;
        left[i][1] = 0;
        i++;
    }
    sampleFrames = initialFrames;
    fftw_complex* l_out = (fftw_complex*)fftw_malloc(sizeof(fftw_complex)*sampleFrames);
    fftw_complex* r_out = (fftw_complex*)fftw_malloc(sizeof(fftw_complex)*sampleFrames);
    fftw_plan p_l = fftw_plan_dft_1d(sampleFrames, left, l_out, FFTW_FORWARD, FFTW_MEASURE);
    fftw_plan p_r = fftw_plan_dft_1d(sampleFrames, right, r_out, FFTW_FORWARD, FFTW_MEASURE);
    fftw_execute(p_l);
    fftw_execute(p_r);
    fftw_destroy_plan(p_l);
    fftw_destroy_plan(p_r);
    p_l = fftw_plan_dft_1d(sampleFrames, l_out, left, FFTW_BACKWARD, FFTW_MEASURE);
    p_r = fftw_plan_dft_1d(sampleFrames, r_out, right, FFTW_BACKWARD, FFTW_MEASURE);
    fftw_execute(p_l);
    fftw_execute(p_r);
    i = 0;
    while (--sampleFrames >= 0)
    {
        (*out3++) = 0.5*left[i][0] + 0.5*right[i][0];
        (*out4++) = left[i][0];
        (*out5++) = right[i][0];
        i++;
    }
    fftw_destroy_plan(p_l);
    fftw_destroy_plan(p_r);
    fftw_free(left);
    fftw_free(right);
    fftw_free(l_out);
    fftw_free(r_out);
    }
}

我的期望是，我将从in1和in2(预期使用中的左和右输入)获得几乎相同的信号，输入out4和out5(预期使用中的左后和右后输出)。是我在代码中犯了错误，还是我对FFTW行为的期望不正确?

Answer 1

除了复制-粘贴错误之外，这个问题显然是由FFTW计算非规范化转换这一事实引起的。选自《FFTW到底算什么》

FFTW计算的是一个非归一化变换，因为在DFT中求和前没有系数。换句话说，应用前向变换和后向变换将使输入乘以n。

这个问题的解决方案是将信号除以initialFrames以进行规范化:

while (--sampleFrames >= 0)
{
    (*out3++) = 0.5*(left[i][0]/initialFrames) + 0.5*(right[i][0]/initialFrames);
    (*out4++) = left[i][0]/initialFrames;
    (*out5++) = right[i][0]/initialFrames;
    i++;
}

Answer 2

来自FFTW参考:

FFTW_MEASURE告诉FFTW通过实际计算几个fft并测量它们的执行时间来找到一个优化的计划。根据您的机器，这可能需要一些时间(通常是几秒钟)。

这建议您可能应该提前运行此例程，然后使用它生成的计划，而不是在每个循环中重新创建它们。当然，这需要固定大小的框架，但无论如何，您迟早会遇到这个问题。

Answer 3

可能不是您唯一的问题，但这里有一个复制粘贴错误:

while (--sampleFrames >= 0)
{
    left[i][0] = *in1++;
    left[i][1] = 0;
    right[i][0] = *in2++;
    left[i][1] = 0;  // <<< should be right[i][1] = 0;
    i++;
}