AI人工智能 表征音频信号:转换到频域

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表征音频信号涉及将时域信号转换为频域，并通过以下方式理解其频率分量。 这是一个重要的步骤，因为它提供了关于信号的大量信息。 可以使用像傅立叶变换这样的数学工具来执行此转换。

示例

以下示例将逐步说明如何使用存储在文件中的 Python 来表征信号。 请注意，这里使用傅里叶变换数学工具将其转换为频域。

导入必要的软件包，如下所示 -


import numpy as npimport matplotlib.pyplot as pltfrom scipy.io import wavfile

现在，读取存储的音频文件。 它会返回两个值:采样频率和音频信号。 提供存储音频文件的路径，如命令所示 -


frequency_sampling, audio_signal = wavfile.read("/Users/admin/sample.wav")

在这一步中，将使用下面给出的命令显示音频信号的采样频率，信号的数据类型和持续时间等参数 -


print('\nSignal shape:', audio_signal.shape)print('Signal Datatype:', audio_signal.dtype)print('Signal duration:', round(audio_signal.shape[0] / float(frequency_sampling), 2), 'seconds')

在这一步中，我们需要对信号进行标准化，如下面的命令所示 -


audio_signal = audio_signal / np.power(2, 15)

这一步涉及提取信号的长度和半长。使用以下命令 -


length_signal = len(audio_signal)half_length = np.ceil((length_signal + 1) / 2.0).astype(np.int)

现在，需要应用数学工具来转换到频域。 这里使用傅里叶变换。


signal_frequency = np.fft.fft(audio_signal)

现在，进行频域信号的归一化并将其平方 -


signal_frequency = abs(signal_frequency[0:half_length]) / length_signalsignal_frequency **= 2

接下来，提取频率变换信号的长度和一半长度 -


len_fts = len(signal_frequency)

请注意，傅里叶变换信号必须针对奇偶情况进行调整。


if length_signal % 2:   signal_frequency[1:len_fts] *= 2else:   signal_frequency[1:len_fts-1] *= 2

现在，以分贝(dB)为单位提取功率 -


signal_power = 10 * np.log10(signal_frequency)

调整X轴的以kHz为单位的频率 -


x_axis = np.arange(0, len_half, 1) * (frequency_sampling / length_signal) / 1000.0

现在，将信号的特征可视化如下 -


plt.figure()plt.plot(x_axis, signal_power, color='black')plt.xlabel('Frequency (kHz)')plt.ylabel('Signal power (dB)')plt.show()

可以观察上面代码的输出图形，如下图所示 -

img