如何使用 NAudio 实时计算 FFT（ASIO 输出）

Question

我正在对吉他（小提琴）英雄进行克隆编程，作为本学年的期末项目。

这个想法是从我的电小提琴中获取输入，通过 FFT 对其进行分析，进行一些逻辑和绘图，然后通过扬声器输出。也许并行线程中的一些步骤。

我已经实现了 Asio 低延迟输入输出，但在实现实时 FFT 时遇到了很大的问题。

这是设置 asioOut 和 SampleAggregator 的代码。样本聚合器应存储每次调用 AudioAvailable() 时添加的样本，并在样本数量超过 fftLength 时触发 FFT 计算。

private static int fftLength = 8192;
private SampleAggregator sampleAggregator = new SampleAggregator(fftLength);

void asioStartPlaying(object sender, EventArgs e)
{
    sampleAggregator.PerformFFT = true;
    sampleAggregator.FftCalculated += new EventHandler<FftEventArgs>(FftCalculated);
    var asioOut = new AsioOut();
    BufferedWaveProvider wavprov = new BufferedWaveProvider(new WaveFormat(48000, 1));
    asioOut.AudioAvailable += new EventHandler<AsioAudioAvailableEventArgs> (asio_DataAvailable);
    asioOut.InitRecordAndPlayback(wavprov, 1, 25);
    asioOut.Play();
}

void asio_DataAvailable(object sender, AsioAudioAvailableEventArgs e)
{
    byte[] buf = new byte[e.SamplesPerBuffer*4];

    for (int i = 0; i < e.InputBuffers.Length; i++)
    {
        Marshal.Copy(e.InputBuffers[i], buf, 0, e.SamplesPerBuffer*4);
        Marshal.Copy(buf, 0, e.OutputBuffers[i], e.SamplesPerBuffer*4);
    }

    for (int i = 0; i < buf.Length; i=i+4)
    {
        float sample32 = BitConverter.ToSingle(buf, i);
        sampleAggregator.Add(sample32);
    }

    e.WrittenToOutputBuffers = true;
}

SampleAggregator 是从 NAudio fft 结果中获取的类，给出了所有频率 C# 的强度。

Asio 以 Int32LSB 样本类型输出数据。buf 中有从 0 到 255 的值。

这是计算 fft 时应该调用的函数（从 SampleAggregator 类触发）。

void FftCalculated(object sender, FftEventArgs e)
{
    for (var i = 0; i < e.Result.Length; i++)
    {
        Debug.WriteLine("FFT output.");
        Debug.WriteLine(e.Result[i].X);
        Debug.WriteLine(e.Result[i].Y);
    }
}

但 FFT 始终输出 NaN 结果。

我认为转换为浮动有问题。

有人能指出我正确的方向吗？

EDIT_1：我将 DataAvailable() 中的循环更改为

for (int i = 0; i < e.SamplesPerBuffer * 4; i++)
{
    float sample32 = Convert.ToSingle(buf[i]);
    sampleAggregator.Add(sample32);
}

FFT 现在输出数据。但我认为他们不正确。错误肯定出在asio样本和float值之间的转换上。但我对字节操作不太适应。

e.GetAsInterleavedSamples 有什么帮助吗？

FFT 原始数据样本： X: -5,304741 Y: -0,7160959 X: 6,270798 Y: -0,4169312 X: -8,851931 Y: -0,4485725

我注意到，FFT 原始数据中的前几个和最后几个值在某种程度上比其他数据大。使幅度计算变得棘手。

Answer 1

正如我所想，问题在于来自 Asio 的样本数据（buf 数组中的一行 4 个字节）与 fft 浮点数之间的转换。BitConvertor 应该可以解决问题，但在我的例子中它以某种方式使 fft 输出 NaN 。所以我尝试了这种转换。

for (int i = 0; i < e.SamplesPerBuffer * 4; i += 4)
{
    float sample = Convert.ToSingle(buf[i] + buf[i + 1] + buf[i + 2] + buf[i + 3]);
    sampleAggregator.Add(sample);
}

而且效果很好。即使采样率为 192 000。