matlab - 阻止从文件流式传输时的音频失真( Octave )

Question

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我正在设置一个简单的音频 IO 系统，它通过从已存储在内存中的文件一次调用一个 block 来模拟“实时 block 处理”。

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此刻，我有一个简单的脚本，它从文件中检索数据，然后进入 while 循环，一次提取一个 block ，并提供 600 Hz 的一阶巴特沃斯低通滤波器(用于测试的框架设置).然后将每个 block 处理并添加到另一个声明在 while 循环范围之外的数组中，以便处理后的数据可以在完成后写入 wave 文件。

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为了过滤数据，我使用 Octave signal pkg 生成系数 ( butter )，然后内置 filter应用 IIR 滤波器的函数。

问题是，如果我不应用过滤器影响，即输入 = 输出，音频听起来完全一样。但是，如果我每次调用一个 block 时都应用一个滤波器，则会产生一个振铃，使信号在数字上严重失真。

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请参阅以下设置脚本(目前仅处理单声道音频)。

# Reset
close all; clear all;

# Audio file path
fileName = 'test.wav';

# Init routines
[x,fs] = audioread(fileName);
xlen = length(x);
[dim1,dim2] = size(x);
y = zeros(dim1,dim2);
[b,a] = butter(1, (600./(fs*0.5)));    
index = 1;
blockSize = 256;

# Enter process loop
while(index + blockSize < xlen)

  # Extract one block
  audioBlock(:,1) = x(index : index + blockSize - 1, 1);

  # Do process
  outAudioBlock = filter(b,a,audioBlock);

  # Store output block
  y(index : index + blockSize - 1, 1) = outAudioBlock(:);

  # Update index 
  index += blockSize;

endwhile

# Write to outputs
audiowrite('processed.wav', y, fs);
audiowrite('processed1.wav', filter(b,a,y), fs);

第二个 audiowrite 只是一个例子，它确认在一个调用中过滤整个音频数据不会产生失真，而 block 过滤会产生明显的数字失真。

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作为旁注:

我还尝试使用不同的滤波技术，包括带窗口的频域乘法，然后 ifft 返回(使用 Octave fftfilt 并仅使用 fft)以及时域卷积并创建重叠相加方法。当应用 FIR 滤波器而不是使用 IIR 系数时，也会出现同样的效果。

我也知道这个例子忽略了最后一个 block 左右的音频，但对于这个用例，我不关心最后一个 block 的零填充。

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我不确定我错过了什么；有什么想法吗？

编辑 1:我的想法是尽可能不使用频域处理(只是时域 IIR/FIR 滤波)，但我调查了频域乘法以查看是否出现了类似的失真结果(确实如此) ).

Answer 1

这很可能是边缘效应。您将因果 IIR 滤波器应用于 audioBlock .为了计算第一个样本，状态被初始化为全零。如果我没记错的话，这相当于假设第一个样本之前的信号全为零。这可能会产生不连续性，这将影响 block 开头的一定数量的样本。因为您使用 IIR 滤波器，所以这种影响可能会持续很长时间。在这方面使用 FIR 滤波器更安全。

让我们假设 margin sample 受到影响。您可以按如下方式修改代码以将信号扩展该数量并防止失真:

while(index + blockSize < xlen)

  % Extract one block
  if index==1
    audioBlock = x(index : index + blockSize - 1);
  else
    audioBlock = x(index - margin : index + blockSize - 1);
  end

  % Do process
  outAudioBlock = filter(b,a,audioBlock);

  % Store output block
  if index==1
    y(index : index + blockSize - 1) = outAudioBlock;
  else
    y(index : index + blockSize - 1) = outAudioBlock(margin+1:end);
  end

  % Update index 
  index += blockSize;

end

(免责声明:我这里没有安装octave，而且我的MATLAB副本没有信号处理工具箱，所以我无法测试上面的代码。)

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不请自来的建议:

• 你的数据都是一维的，使用一维(线性)索引。它效率更高，输入时间更短。 (见我上面的代码。)

• 不要做audioBlock(:,1) =当提取一个新的信号位时。只需将结果分配给变量即可。它的速度多，并且如果信号大小发生变化并且您忘记重置变量也不会出现问题。

• 不要以 close all; clear all; 开头.相反，写 function <filename>在脚本的顶部。这会将脚本转换为一个函数，这意味着它有自己的工作区。这是一种更安全的工作方式，因为您不会不小心在脚本中使用现有变量，也不会不小心删除基础工作区中的任何内容。

• 我使用了 end而不是 endwhile .这是一样的，但也适用于 MATLAB。没有理由不使用最便携的选项。

• 我使用了 %而不是 # .同样，相同但便携。请注意 SO 语法突出显示如何与 % 一起使用但不是 # ! :)