iOS FFT 绘制频谱

我读过这些问题：

使用 Apple FFT 和加速框架 https://stackoverflow.com/questions/3398753/using-the-apple-fft-and-accelerate-framework

使用 Accelerate 框架进行 FFT 时如何设置缓冲区？ https://stackoverflow.com/questions/4804119/how-do-i-set-up-a-buffer-when-doing-an-fft-using-the-accelerate-framework?rq=1

iOS FFT Accerelate.framework 在播放期间绘制频谱 https://stackoverflow.com/questions/10636134/ios-fft-accerelate-framework-draw-spectrum-during-playback

它们都描述了如何使用加速框架设置 fft。在他们的帮助下，我能够设置 fft 并获得基本的频谱分析仪。现在，我正在显示从 fft 获得的所有值。但是，我只想显示 10-15 个或可变数量的代表某些频率的条形。就像 iTunes 或 WinAmp 电平表一样。 1. 我是否需要对一系列频率的幅度值进行平均？或者他们只是向您显示特定频率条的幅度？ 2. 另外，我需要将震级值转换为 db 吗？ 3. 如何将我的数据映射到某个范围。我是否根据声音位深度的最大分贝范围进行映射？获取箱的最大值将导致跳跃最大映射值。

我的渲染回调：

static OSStatus PlaybackCallback(void *inRefCon,
                                 AudioUnitRenderActionFlags *ioActionFlags,
                                 const AudioTimeStamp *inTimeStamp,
                                 UInt32 inBusNumber,
                                 UInt32 inNumberFrames,
                                 AudioBufferList *ioData)
{
    UInt32 maxSamples = kAudioBufferNumFrames;

    UInt32 log2n = log2f(maxSamples); //bins
    UInt32 n = 1 << log2n;

    UInt32 stride = 1;
    UInt32 nOver2 = n/2;

    COMPLEX_SPLIT   A;
    float          *originalReal, *obtainedReal, *frequencyArray, *window, *in_real;

    in_real = (float *) malloc(maxSamples * sizeof(float));

    A.realp = (float *) malloc(nOver2 * sizeof(float));
    A.imagp = (float *) malloc(nOver2 * sizeof(float));
    memset(A.imagp, 0, nOver2 * sizeof(float));

    obtainedReal = (float *) malloc(n * sizeof(float));
    originalReal = (float *) malloc(n * sizeof(float));
    frequencyArray = (float *) malloc(n * sizeof(float));

    //-- window

    UInt32 windowSize = maxSamples;
    window = (float *) malloc(windowSize * sizeof(float));

    memset(window, 0, windowSize * sizeof(float));
    //    vDSP_hann_window(window, windowSize, vDSP_HANN_DENORM);

    vDSP_blkman_window(window, windowSize, 0);

    vDSP_vmul(ioBuffer, 1, window, 1, in_real, 1, maxSamples);

    //-- window

    vDSP_ctoz((COMPLEX*)in_real, 2, &A, 1, maxSamples/2);

    vDSP_fft_zrip(fftSetup, &A, stride, log2n, FFT_FORWARD);
    vDSP_fft_zrip(fftSetup, &A, stride, log2n, FFT_INVERSE);

    float scale = (float) 1.0 / (2 * n);

    vDSP_vsmul(A.realp, 1, &scale, A.realp, 1, nOver2);
    vDSP_vsmul(A.imagp, 1, &scale, A.imagp, 1, nOver2);

    vDSP_ztoc(&A, 1, (COMPLEX *) obtainedReal, 2, nOver2);
    vDSP_zvmags(&A, 1, obtainedReal, 1, nOver2);

    Float32 one = 1;
    vDSP_vdbcon(obtainedReal, 1, &one, obtainedReal, 1, nOver2, 0);

    for (int i = 0; i < nOver2; i++) {
        frequencyArray[i] = obtainedReal[i];
    }


    // Extract the maximum value
    double fftMax = 0.0;
    vDSP_maxmgvD((double *)obtainedReal, 1, &fftMax, nOver2);

    float max = sqrt(fftMax);
}

播放一些音乐，我得到的值从 -96db 到 0db。 绘制一个点：

CGPointMake(i, kMaxSpectrumHeight * (1 - frequencyArray[i]/-96.));

给了我一条相当圆润的曲线：

plot1 http://pitchmywatch.wanjaja.com/photo.PNG

如果我不转换为 db，我可以通过将数组值乘以 10000 来绘制并获得漂亮的峰值。

plot2 http://pitchmywatch.wanjaja.com/photo2.PNG

我做错了什么吗？我如何才能显示可变数量的条形图？

1. 我是否需要对一系列频率的幅度值进行平均？或者他们只是向您显示特定频率条的幅度？

是的，您肯定需要对您定义的范围内的值进行平均。只显示一个 FFT bin 是疯狂的。

2. 另外，我需要将幅度值转换为 db 吗？

是的：dB 是对数刻度。并非巧合的是，人类的听觉也（大致）以对数尺度工作。因此，如果在绘制这些值之前采用 log2() 值，这些值对人类来说看起来会更自然。

3. 如何将数据映射到特定范围。我是否根据声音位深度的最大分贝范围进行映射？获取 bin 的最大值将 导致跳跃最大映射值。

我发现最简单的事情（至少在概念上）是将您的值从任何格式转换为0..1，即“标准化和缩放”浮点值。然后，如果需要，您可以从那里转换为您需要绘制的内容。例如

SInt16 rawValue = fft[0]; // let's say this comes back as 12990

float scaledValue = rawValue/32767.; // This is MAX_INT for 16-bit;
        // dividing we get .396435438 which is much easier for most people
        // to see conceptually as 39% of our max possible value

float displayValue = log2(scaledValue);

my_fft[0] = displayValue;