信号处理-真实FFT输出

Question

我已经使用kiss fft库将fft实现到32ub系列ucontroller中，目前正在努力处理fft的输出。我的目的是分析来自压电扬声器的声音。目前，音响的频率是420Hz，我成功地从fft输出(与示波器交叉检查)。然而，如果我将函数生成器波形放入系统中，输出频率只是预期的一半。我怀疑是频率仓的计算公式搞错了;当前使用fft_peak_magnitude_index*采样频率/fft_size。我的输入是真实的，做的是真实的。(输出样本= N/2)在fft之前也要做iir滤波和加窗。任何建议都会有很大的帮助!

            // IIR filter calculation, n = 256 fft points       
        for (ctr=0; ctr<n; ctr++)
        {       
            // filter calculation
            y[ctr] = num_coef[0]*x[ctr];
            y[ctr] += (num_coef[1]*x[ctr-1]) - (den_coef[1]*y[ctr-1]);
            y[ctr] += (num_coef[2]*x[ctr-2]) - (den_coef[2]*y[ctr-2]);
            y1[ctr] = y[ctr] - 510; //eliminate dc offset
            // hamming window
            hamming[ctr] = (0.54-((0.46) * cos(2*M_PI*ctr/n)));
            window[ctr] = hamming[ctr]*y1[ctr];
            fft_input[ctr].r = window[ctr];
            fft_input[ctr].i = 0;
            fft_output[ctr].r = 0;
            fft_output[ctr].i = 0;
        }

        kiss_fftr_cfg fftConfig = kiss_fftr_alloc(n,0,NULL,NULL);
        kiss_fftr(fftConfig, (kiss_fft_scalar * )fft_input, fft_output);
        peak = 0;
        freq_bin = 0;       
        for (ctr=0; ctr<n1; ctr++)
            {   
                fft_mag[ctr] = 10*(sqrt((fft_output[ctr].r * fft_output[ctr].r) + (fft_output[ctr].i * fft_output[ctr].i)))/(0.5*n);
                if(fft_mag[ctr] > peak)
                {
                    peak = fft_mag[ctr];
                    freq_bin = ctr;
                }
            frequency = (freq_bin*(10989/n)); // 10989 is the sampling freq
                //************************************
                //Usart write
                char filtResult[10];
                //sprintf(filtResult, "%04d %04d %04dn", (int)peak, (int)freq_bin, (int)frequency);
                sprintf(filtResult, "%04d  %04d  %04dn", (int)x[ctr], (int)fft_mag[ctr], (int)frequency);
                char c;
                char *ptr = &filtResult[0];
                do
                {
                    c = *ptr;
                    ptr++;
                    usart_bw_write_char(&AVR32_USART2, (int)c);
                    // sendByte(c);
                } while (c != 'n');
            }

Answer 1

主要问题可能是您如何声明fft_input。根据您之前的问题，您将fft_input分配为kiss_fft_cpx数组。另一方面，函数kiss_fftr期望一个标量数组。通过使用:

将输入数组强制转换为kiss_fft_scalar

kiss_fftr(fftConfig, (kiss_fft_scalar * )fft_input, fft_output);

KissFFT本质上看到的是一个实值数据数组，其中包含每秒钟采样的零(您填充的虚部)。这实际上是原始信号的上采样版本(尽管没有插值)，即具有有效两倍采样率的信号(这在freq_bin到frequency转换中没有考虑)。为了解决这个问题，我建议您将数据打包到kiss_fft_scalar数组中:

kiss_fft_scalar fft_input[n];
...
for (ctr=0; ctr<n; ctr++)
{       
    ...
    fft_input[ctr] = window[ctr];
    ...
}
kiss_fftr_cfg fftConfig = kiss_fftr_alloc(n,0,NULL,NULL);
kiss_fftr(fftConfig, fft_input, fft_output);

还请注意，在寻找峰值大小时，您可能只对最终最大的峰值感兴趣，而不是运行最大值。因此，您可以将循环限制为只计算峰值(如果需要，在以下sprintf语句中使用freq_bin而不是ctr作为数组索引):

for (ctr=0; ctr<n1; ctr++)
{   
  fft_mag[ctr] = 10*(sqrt((fft_output[ctr].r * fft_output[ctr].r) + (fft_output[ctr].i * fft_output[ctr].i)))/(0.5*n);
  if(fft_mag[ctr] > peak)
  {
    peak = fft_mag[ctr];
    freq_bin = ctr;
  }
} // close the loop here before computing "frequency"

最后，当计算与最大幅度的bin相关的频率时，您需要确保使用浮点运算完成计算。如果我怀疑n是一个整数，那么您的公式将使用整数算术执行10989/n因子，从而导致截断。这可以简单地使用:

frequency = (freq_bin*(10989.0/n)); // 10989 is the sampling freq