crossoverFilter
Аудио перекрестный фильтр
Описание
Система crossoverFilter object™ реализует аудио перекрестный фильтр, который используется, чтобы разделить звуковой сигнал в два или больше диапазона частот. Перекрестные фильтры являются многополосными фильтрами, полная частотная характеристика значения которых является плоской.
Реализовывать аудио перекрестный фильтр:
Создайте объект
crossoverFilterи установите его свойства.Вызовите объект с аргументами, как будто это была функция.
Чтобы узнать больше, как Системные объекты работают, смотрите то, Что Системные объекты? MATLAB.
Создание
Синтаксис
crossFilt = crossoverFiltercrossFilt = crossoverFilter(nCrossovers)crossFilt = crossoverFilter(nCrossovers,xFrequencies)crossFilt = crossoverFilter(nCrossovers,xFrequencies,xSlopes)crossFilt = crossoverFilter(nCrossovers,xFrequencies,xSlopes,Fs)crossFilt = crossoverFilter(___,Name,Value)Описание
crossFilt = crossoverFilter создает Системный объект, crossFilt, который реализует аудио перекрестный фильтр.
crossFilt = crossoverFilter( устанавливает свойство NumCrossovers на nCrossovers)nCrossovers.
crossFilt = crossoverFilter( устанавливает свойство CrossoverFrequencies на nCrossovers,xFrequencies)xFrequencies.
crossFilt = crossoverFilter( устанавливает свойство CrossoverSlopes на nCrossovers,xFrequencies,xSlopes)xSlopes.
crossFilt = crossoverFilter( устанавливает свойство SampleRate на nCrossovers,xFrequencies,xSlopes,Fs)Fs.
crossFilt = crossoverFilter(___, наборы каждое свойство Name,Value)Name к заданному Value. Незаданные свойства имеют значения по умолчанию.
crossFilt = crossoverFilter(2,'CrossoverFrequencies',[100,800],'CrossoverSlopes',[6,48]) создает Системный объект, crossFilt, с двумя перекрестными соединениями, расположенными на уровне 100 Гц и 800 Гц, и перекрестными наклонами 6 дБ/октав и 48 дБ/октав, соответственно.Свойства
Использование
Для версий ранее, чем R2016b, используйте функцию step, чтобы запустить алгоритм Системного объекта. Аргументы к step являются объектом, который вы создали, сопровождаемый аргументами, показанными в этом разделе.
Например, y = step(obj,x) и y = obj(x) выполняют эквивалентные операции.
Синтаксис
[band1,...,bandN] =
crossFilt(audioIn)Описание
[band1,...,bandN] =
crossFilt(audioIn)audioIn, и возвращает отфильтрованные выходные полосы, [band1,...,bandN], где N = NumCrossovers + 1
Входные параметры
Выходные аргументы
Функции объекта
Чтобы использовать объектную функцию, задайте Системный объект как первый входной параметр. Например, чтобы выпустить системные ресурсы Системного объекта под названием obj, используйте этот синтаксис:
release(obj)
createAudioPluginClass и функции configureMIDI сопоставляют настраиваемые свойства Системного объекта crossoverFilter к стоящим с пользователем параметрам:
| Свойство | Область значений | Отображение | Модуль |
|---|---|---|---|
CrossoverFrequencies | [20, 20000] | линейный | Гц |
CrossoverSlopes | [6, 48] | линейный | дБ/октава |
Примеры
Передайте шумовой сигнал через перекрестный фильтр
Используйте Систему crossoverFilter object™, чтобы разделить Гауссов шум в три отдельных диапазона частот.
Создайте 5-секундный шумовой сигнал, который принимает частоту дискретизации на 12 000 Гц.
noise = randn(12000*5,1);
Создайте Системный объект crossoverFilter с 2 перекрестными соединениями (3 полосы), перекрестно соедините частоты на уровне 4 кГц и 8 кГц, наклон 48 дБ/октав и частоту дискретизации 24 кГц.
crossFilt = crossoverFilter(... 'NumCrossovers',2,... 'CrossoverFrequencies',[4000,8000],... 'CrossoverSlopes',48,... 'SampleRate',24000);
Визуализируйте ответ значения своего перекрестного объекта фильтра.
visualize(crossFilt)
Вызовите свой перекрестный фильтр как функция с шумовым сигналом в качестве аргумента.
[y1,y2,y3] = crossFilt(noise);
Визуализируйте результаты с помощью спектрограммы.
figure('Position',[100,100,800,700]); subplot(4,1,1) spectrogram(noise,120,100,6000,24000,'yaxis') title('Noise') subplot(4,1,2) spectrogram(y1,120,100,6000,24000,'yaxis') title('y1') subplot(4,1,3) spectrogram(y2,120,100,6000,24000,'yaxis') title('y2') subplot(4,1,4) spectrogram(y3,120,100,6000,24000,'yaxis') title('y3')
Разделите звуковой сигнал в три полосы
Используйте Систему crossoverFilter object™, чтобы разделить звуковой сигнал в три диапазона частот.
Создайте Системные объекты audioDeviceWriter и dsp.AudioFileReader. Используйте частоту дискретизации читателя как частота дискретизации средства записи. Вызовите setup, чтобы уменьшать загрузку вычисления инициализации в цикле аудиопотока.
samplesPerFrame = 256; fileReader = dsp.AudioFileReader( ... 'RockGuitar-16-44p1-stereo-72secs.wav', ... 'SamplesPerFrame',samplesPerFrame); deviceWriter = audioDeviceWriter( ... 'SampleRate',fileReader.SampleRate); setup(fileReader) setup(deviceWriter,ones(samplesPerFrame,2))
Создайте Системный объект crossoverFilter с 2 перекрестными соединениями (3 полосы), перекрестно соедините частоты на уровне 500 Гц и 1 кГц, и наклон 18 дБ/октав. Используйте частоту дискретизации читателя как частота дискретизации перекрестного фильтра.
crossFilt = crossoverFilter( ... 'NumCrossovers',2, ... 'CrossoverFrequencies',[500,1000], ... 'CrossoverSlopes',18, ... 'SampleRate',fileReader.SampleRate); setup(crossFilt,ones(samplesPerFrame,2))
Визуализируйте полосы перекрестного фильтра.
visualize(crossFilt)
Получите стоимость перекрестного фильтра.
cost(crossFilt)
Создайте спектр анализатор, чтобы визуализировать эффект перекрестного фильтра.
scope = dsp.SpectrumAnalyzer( ... 'SampleRate',fileReader.SampleRate, ... 'PlotAsTwoSidedSpectrum',false, ... 'FrequencyScale','Log', ... 'FrequencyResolutionMethod','WindowLength', ... 'WindowLength',samplesPerFrame, ... 'Title', ... 'Crossover Bands and Reconstructed Signal', ... 'ShowLegend',true, ... 'ChannelNames',{'Original Signal','Band 1', ... 'Band 2','Band 3','Sum'});
Проигрывайте 10 секунд звукового сигнала. Визуализируйте спектр исходного аудио, перекрестных полос и восстановленного сигнала (сумма полос).
setup(scope,ones(samplesPerFrame,5)) count = 0; while count < (fileReader.SampleRate/samplesPerFrame)*10 originalSignal = fileReader(); [band1,band2,band3] = crossFilt(originalSignal); sumOfBands = band1 + band2 + band3; scope([originalSignal(:,1), ... band1(:,1), ... band2(:,1), ... band3(:,1), ... sumOfBands(:,1)]) deviceWriter(sumOfBands); count = count+1; end release(fileReader) release(crossFilt) release(scope) release(deviceWriter)
Примените полосу разделения De-Эссинг
De-Эссинг является процессом уменьшения свистящих звуков в звуковом сигнале. Шипение относится к s, z, и звукам sh в речи, которая может быть непропорционально подчеркнута во время записи. звуки es подпадают под категорию неречевой речи со всеми согласными и имеют более высокую частоту, чем речевая речь. В этом примере вы применяете полосу разделения de-Эссинг к речевому сигналу путем разделения сигнала на высокие частоты и низкие частоты, применения расширителя, чтобы уменьшить свистящие частоты, и затем делания ремикс каналов.
Создайте Систему dsp.AudioFileReader object™ и Системный объект audioDeviceWriter, чтобы читать из звукового файла и записать в аудио устройство. Слушайте необработанный сигнал. Затем выпустите средство записи устройства и средство чтения файлов.
fileReader = dsp.AudioFileReader( ... fullfile(matlabroot,'examples','audio','Sibilance.wav')); deviceWriter = audioDeviceWriter; while ~isDone(fileReader) audioIn = fileReader(); deviceWriter(audioIn); end release(deviceWriter) release(fileReader)
Создайте Системный объект expander к de-эс звуковой сигнал. Установите частоту дискретизации расширителя к частоте дискретизации звукового файла. Создайте фильтр перекрестного соединения 2D полосы с перекрестным соединением 3 000 Гц. Шипение обычно находится в этой области значений. Установите перекрестный наклон на 12. Постройте частотную характеристику перекрестного фильтра, чтобы подтвердить ваш проект визуально.
dRExpander = expander( ... 'Threshold',-50, ... 'AttackTime', 0.05, ... 'ReleaseTime',0.05, ... 'HoldTime',0.005, ... 'SampleRate',fileReader.SampleRate); crossFilt = crossoverFilter( ... 'NumCrossovers',1, ... 'CrossoverFrequencies',3000, ... 'CrossoverSlopes',12); visualize(crossFilt)
Создайте Системный объект dsp.TimeScope, чтобы визуализировать исходные и обработанные звуковые сигналы.
scope = dsp.TimeScope( ... 'SampleRate',fileReader.SampleRate, ... 'TimeSpanOverrunAction','Scroll', ... 'TimeSpan',4, ... 'BufferLength',44100*8, ... 'YLimits',[-1 1], ... 'ShowGrid',true, ... 'ShowLegend',true, ... 'ChannelNames',{'Original','Processed'});
В цикле аудиопотока:
Читайте в кадре звукового файла.
Разделите звуковой сигнал в две полосы.
Примените расширение динамического диапазона на верхнюю полосу.
Сделайте ремикс каналов.
Запишите обработанный звуковой сигнал в свое аудио устройство для слушания.
Визуализируйте обработанные и необработанные сигналы на осциллографе времени.
Как лучшая практика, выпустите свои объекты, однажды сделанные.
while ~isDone(fileReader) audioIn = fileReader(); [band1,band2] = crossFilt(audioIn); band2processed = dRExpander(band2); procAudio = band1 + band2processed; deviceWriter(procAudio); scope([audioIn procAudio]); end release(deviceWriter) release(fileReader) release(scope) release(crossFilt) release(dRExpander)
Уменьшите Plosives от речевого сигнала
Plosives являются совместимыми звуками, следующими из внезапного релиза потока воздуха. Они являются самыми явными в словах, начинающихся p, d, и звуках g. Plosives могут быть подчеркнуты процессом записи и часто displeasurable, чтобы услышать. В этом примере вы минимизируете plosives речевого сигнала путем применения highpass сжатия низкой полосы и фильтрации.
Создайте Систему dsp.AudioFileReader object™ и Систему audioDeviceWriter object™, чтобы считать звуковой сигнал из файла и записать звуковой сигнал в устройство. Проигрывайте необработанный сигнал. Затем выпустите средство записи устройства и средство чтения файлов.
fileReader = dsp.AudioFileReader( ... fullfile(matlabroot,'examples','audio','Plosives.wav')); deviceWriter = audioDeviceWriter; while ~isDone(fileReader) audioIn = fileReader(); deviceWriter(audioIn); end release(deviceWriter) release(fileReader)
Разработайте фильтр highpass с крутым спадом всех частот ниже 120 Гц. Используйте Системный объект dsp.BiquadFilter, чтобы реализовать проект фильтра highpass. Создайте перекрестный фильтр с одним перекрестным соединением на уровне 250 Гц. Перекрестный фильтр позволяет вам разделить представляющую интерес полосу для обработки. Создайте компрессор динамического диапазона, чтобы сжать динамический диапазон звуков plosive. Чтобы не применить усиление состава, установите MakeUpGainMode на 'Property' и используйте значение свойства MakeUpGain на 0 дБ по умолчанию. Создайте осциллограф времени, чтобы визуализировать обработанный и необработанный звуковой сигнал.
[B,A] = designVarSlopeFilter(48,120/(44100/2),'hi'); biquadFilter = dsp.BiquadFilter( ... 'SOSMatrixSource','Input port', ... 'ScaleValuesInputPort',false); crossFilt = crossoverFilter( ... 'NumCrossovers',1, ... 'CrossoverFrequencies',250, ... 'CrossoverSlopes',48); dRCompressor = compressor( ... 'Threshold',-35, ... 'Ratio',10, ... 'KneeWidth',20, ... 'AttackTime',1e-4, ... 'ReleaseTime',3e-1, ... 'MakeUpGainMode','Property', ... 'SampleRate',fileReader.SampleRate); scope = dsp.TimeScope( ... 'SampleRate',fileReader.SampleRate, ... 'TimeSpan',3, ... 'BufferLength',fileReader.SampleRate*3*2, ... 'YLimits',[-1 1], ... 'ShowGrid',true, ... 'ShowLegend',true, ... 'ChannelNames',{'Original','Processed'});
В цикле аудиопотока:
Читайте в кадре звукового файла.
Примените highpass, фильтрующий использование вашего фильтра biquad.
Разделите звуковой сигнал в две полосы.
Примените сжатие динамического диапазона к нижней полосе.
Сделайте ремикс каналов.
Запишите обработанный звуковой сигнал в свое аудио устройство для слушания.
Визуализируйте обработанные и необработанные сигналы на осциллографе времени.
Как лучшая практика, выпустите свои объекты, однажды сделанные.
while ~isDone(fileReader) audioIn = fileReader(); audioIn = biquadFilter(audioIn,B,A); [band1,band2] = crossFilt(audioIn); band1compressed = dRCompressor(band1); audioOut = band1compressed + band2; deviceWriter(audioOut); scope([audioIn audioOut]); end release(deviceWriter) release(fileReader) release(scope) release(crossFilt) release(dRCompressor)
Настройтесь перекрестное соединение фильтруют параметры
Создайте dsp.AudioFileReader, чтобы читать в покадровом аудио. Создайте audioDeviceWriter, чтобы записать аудио в вашу звуковую карту. Создайте crossoverFilter, чтобы обработать аудиоданные. Вызов визуализирует, чтобы построить частотные характеристики фильтров.
frameLength = 1024; fileReader = dsp.AudioFileReader('RockDrums-44p1-stereo-11secs.mp3', ... 'SamplesPerFrame',frameLength); deviceWriter = audioDeviceWriter('SampleRate',fileReader.SampleRate); xFilt = crossoverFilter('SampleRate',fileReader.SampleRate); visualize(xFilt)
Вызовите parameterTuner, чтобы открыть пользовательский интерфейс для настроек параметров перекрестного фильтра при потоковой передаче.
parameterTuner(xFilt)
В цикле аудиопотока:
Читайте в кадре аудио из файла.
Примените перекрестную фильтрацию.
Запишите кадр аудио к вашему аудио устройству для слушания.
В то время как потоковая передача, настройки параметров перекрестного фильтра и слушает эффект.
while ~isDone(fileReader) audioIn = fileReader(); [low,high] = xFilt(audioIn); deviceWriter([low(:,1),high(:,1)]); drawnow limitrate % required to update parameter end
Как лучшая практика, выпустите свои объекты, однажды сделанные.
release(deviceWriter) release(fileReader) release(xFilt)
Алгоритмы
Перекрестный Системный объект реализован как двоичное дерево перекрестных пар с дополнительными компенсирующими фазу разделами [1]. Перекрестные соединения нечетного порядка реализованы с Фильтрами Баттерворта, в то время как перекрестные соединения ровного порядка реализованы с каскадными Фильтрами Баттерворта (Linkwitz-раздраженные фильтры).
Пара перекрестного соединения нечетного порядка
2D полоса нечетного порядка (одно перекрестное соединение) фильтры реализована как параллельный дополнительный highpass и фильтры lowpass.
LP и HP являются Фильтры Баттерворта порядка N, реализованный, когда прямая форма Ⅱ транспонировала разделы второго порядка. Разделяемая частота среза, используемая в их проекте, соответствует перекрестному соединению получившихся полос.
Пара перекрестного соединения ровного порядка
2D полоса ровного порядка (одно перекрестное соединение) фильтры реализована как параллельный дополнительный highpass и фильтры lowpass.
LP и HP являются Фильтры Баттерворта порядка N/2, где N является порядком полного фильтра. Фильтры реализованы, когда прямая форма Ⅱ транспонировала разделы второго порядка.
Для полных фильтров порядков 2 и 6 X HI умножается на –1 внутренне так, чтобы ответвления вашей перекрестной пары были синфазными.
Три ленточных фильтра ровного порядка
Ровный порядок, с тремя полосами (два перекрестных соединения) фильтры, реализован как параллельный дополнительный highpass и фильтры lowpass, организованные в древовидной структуре.
Компенсирующий фазу раздел эквивалентен фильтру allpass.
Проект с четырьмя полосами и с пятью ленточными фильтрами (три и четыре перекрестных соединения) является расширениями шаблона, разработанного для перекрестных соединений ровного порядка и нечетного порядка и древовидной структуры, заданной для с тремя полосами (два перекрестных соединения) фильтры.
Ссылки
[1] Д'Апполито, Джозеф А. "Активная Реализация Многоканальных Систем Перекрестного соединения все-Передачи". Журнал Общества звукоинженеров. Издание 35, Выпуск 4, 1987, стр 239–245.