使用 FFT 进行频率转换

信息处理 fft 声音的 频率
2022-02-18 03:40:37

我是 DSP 新手,我想做一个 SDR 接收器。为此,我想在频域中移动 bin,以使基带频谱的任何部分达到 0Hz(我知道还有其他方法)。我从SDR 为大众获得了这个想法第 4 页图 7

我使用连接到双通道音频发生器的立体声 192KHz 24 位音频编解码器,通道之间有 90 度相移。我使用来自Paul Bourke FFT的复数 FFT/IFFT,具有 8192 个样本长度且没有窗口。

如果我先进行 FFT 然后 IFFT,我不会注意到任何信号衰减(我用单音和音乐对其进行了测试)。但是,如果我尝试将 I 和 Q 阵列前半部分的 bin 向左旋转 100 个,而阵列的后半部分向右旋转,那么我会听到循环噪声。在这种情况下,单色调输出在两端都有一些失真(第二张图片),这与我没有移动 bin 的第一张图片相反。

在此处输入图像描述 在此处输入图像描述

此外,如果我将垃圾箱向另一个方向移动,单音频率似乎也会增加,但不会增加太多(见下文)!我究竟做错了什么?谢谢 在此处输入图像描述

void rotate_left(SAMPLE_DATA_TYPE *source, SAMPLE_DATA_TYPE *dest, unsigned short 
    int x, unsigned short int len) {
        memcpy(dest, source + x, (len - x) * sizeof(SAMPLE_DATA_TYPE));
        memcpy(dest + len - x, source, x * sizeof(SAMPLE_DATA_TYPE));
    }

void rotate_right(SAMPLE_DATA_TYPE *source, SAMPLE_DATA_TYPE *dest, unsigned short int x, unsigned short int len) {
            memcpy(dest, source + len - x, x * sizeof(SAMPLE_DATA_TYPE));
            memcpy(dest + x, source, (len - x) * sizeof(SAMPLE_DATA_TYPE));
        }

main() {

................

#define SAMPLES                 8192
#define FFT_SIZE                13
#define SAMPLE_DATA_TYPE        double
shift = 100;

while (1) {

    //Get I and Q from interleaved audio stream
    ..........

    FFT(1, FFT_SIZE, I, Q);
    //I and Q have the DC bin at first and last position. At the center is the highest frequency bin

    rotate_right(I, temp_buffer_I, shift, SAMPLES / 2);
    rotate_left(I + SAMPLES / 2, temp_buffer_I + SAMPLES / 2, shift, SAMPLES / 2);
    rotate_right(Q, temp_buffer_Q, shift, SAMPLES / 2);
    rotate_left(Q + SAMPLES / 2, temp_buffer_Q + SAMPLES / 2, shift, SAMPLES / 2);

    memcpy(I, temp_buffer_I, SAMPLES * sizeof(SAMPLE_DATA_TYPE));
    memcpy(Q, temp_buffer_Q, SAMPLES * sizeof(SAMPLE_DATA_TYPE));

    FFT(0, FFT_SIZE, I, Q);

    //Output I and Q
    ..........

}

short FFT(short int dir,long m,SAMPLE_DATA_TYPE  *x,SAMPLE_DATA_TYPE *y)
{
   long  n,i,i1,j,k,i2,l,l1,l2;
   SAMPLE_DATA_TYPE c1,c2,tx,ty,t1,t2,u1,u2,z;

   /* Calculate the number of points */
   n = 1;
   for (i=0;i<m;i++) 
      n *= 2;

   /* Do the bit reversal */
   i2 = n >> 1;
   j = 0;
   for (i=0;i<n-1;i++) {
      if (i < j) {
         tx = x[i];
         ty = y[i];
         x[i] = x[j];
         y[i] = y[j];
         x[j] = tx;
         y[j] = ty;
      }
      k = i2;
      while (k <= j) {
         j -= k;
         k >>= 1;
      }
      j += k;
   }

   /* Compute the FFT */
   c1 = -1.0; 
   c2 = 0.0;
   l2 = 1;
   for (l=0;l<m;l++) {
      l1 = l2;
      l2 <<= 1;
      u1 = 1.0; 
      u2 = 0.0;
      for (j=0;j<l1;j++) {
         for (i=j;i<n;i+=l2) {
            i1 = i + l1;
            t1 = u1 * x[i1] - u2 * y[i1];
            t2 = u1 * y[i1] + u2 * x[i1];
            x[i1] = x[i] - t1; 
            y[i1] = y[i] - t2;
            x[i] += t1;
            y[i] += t2;
         }
         z =  u1 * c1 - u2 * c2;
         u2 = u1 * c2 + u2 * c1;
         u1 = z;
      }
      c2 = sqrt((1.0 - c1) / 2.0);
      if (dir == 1) 
         c2 = -c2;
      c1 = sqrt((1.0 + c1) / 2.0);
   }

   /* Scaling for forward transform */
   if (dir == 1) {
      for (i=0;i<n;i++) {
         x[i] /= n;
         y[i] /= n;
      }
   }

   return(1);
}
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