FFT计算错误 - Swift

Question

我正在尝试快速傅里叶变换。我的计算基于Surge。我无法获得正确的结果。当我拿出1000赫兹声音的fft时，我得到的东西看起来像这样。 。当我采用相同的语气并使用python时，我得到的东西看起来更正确。 python代码如下：

import numpy as np
import scipy.io.wavfile
import numpy.fft
import matplotlib.pyplot as plt

FILENAME = 'beep.wav'

fs, data = scipy.io.wavfile.read(FILENAME)
data = data[:801]
spacing = 1 / float(fs)
freq = numpy.fft.rfft(data)
freq_power = np.abs(freq)
a = 1 / (2 * spacing)
b = (len(data) + 1) // 2
freq_axis = np.linspace(0, a, b)
plt.plot(freq_axis, freq_power)
plt.show()

swift代码看起来像

import Accelerate
public func sqrt(x: [Float]) -> [Float] {
var results = [Float](count: x.count, repeatedValue: 0.0)
vvsqrtf(&results, x, [Int32(x.count)])

return results
}

public func fft(input: [Float]) -> [Float] {
var real = [Float](input)
var imaginary = [Float](count: input.count, repeatedValue: 0.0)
var splitComplex = DSPSplitComplex(realp: &real, imagp: &imaginary)

let length = vDSP_Length(floor(log2(Float(input.count))))
let radix = FFTRadix(kFFTRadix2)
let weights = vDSP_create_fftsetup(length, radix)
println(weights)
vDSP_fft_zip(weights, &splitComplex, 1, 8, FFTDirection(FFT_FORWARD))

var magnitudes = [Float](count: input.count, repeatedValue: 0.0)
vDSP_zvmags(&splitComplex, 1, &magnitudes, 1, vDSP_Length(input.count))

var normalizedMagnitudes = [Float](count: input.count, repeatedValue: 0.0)
vDSP_vsmul(sqrt(magnitudes), 1, [2.0 / Float(input.count)], &normalizedMagnitudes, 1, vDSP_Length(input.count))
vDSP_destroy_fftsetup(weights)

return normalizedMagnitudes
}

重申一下。快速代码是给出意想不到的结果的代码。我做错了什么？

Answer 1

看起来您正在使用带有Accelerate框架的Swift Float数组，但您可能需要使用UnsafeMutablePointer<Float>类型分配向量，因为Accelerate框架是Objective C框架。以下是如何执行此操作的示例。

public func sqrt(x: [Float]) -> [Float] {
    // convert swift array to C vector
    var temp = UnsafeMutablePointer<Float>.alloc(x.count)
    for (var i=0;i<x.count;i++) {
        temp[i] = x[i];
    }
    var count = UnsafeMutablePointer<Int32>.alloc(1)
    count[0] = Int32(x.count)
    vvsqrtf(temp, temp, count)
    // convert C vector to swift array
    var results = [Float](count: x.count, repeatedValue: 0.0)
    for (var i=0;i<x.count;i++) {
        results[i] = temp[i];
    }
    // Free memory
    count.dealloc(1)
    temp.dealloc(x.count)
    return results
}

在整个代码中使用UnsafeMutablePointer<Float>类型的数据向量，而不是像在本例中那样在函数调用中来回转换，性能会更好。此外，您应该保存FFT设置并重复使用它以获得更好的性能。

由于您正在使用vDSP FFT，因此您可能还需要vDSP_zvabs API，它会根据FFT结果计算以dB为单位的幅度。

最后，请务必阅读有关Accelerate框架FFT API的数据打包和缩放的链接。 https://developer.apple.com/library/mac/documentation/Performance/Conceptual/vDSP_Programming_Guide/UsingFourierTransforms/UsingFourierTransforms.html

为了提高性能，vDSP API不会输出最明显的比例值（因为毫无疑问，无论如何都会在其他地方扩展数据），并且它们会将一些额外的数据打包到一些FFT点中。