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在连续的时间帧上应用IIR滤波器时的连续性问题

python

我想 每个 连续 1024个样本的 块/时间帧上 应用FIR或IIR滤波器(例如:低通滤波器)。

可能的应用:

  • 实时 音频处理,例如EQing。在一个精确的时间,缓冲区中只有接下来的1024个样本。下一个要处理的样本尚不可用(实时)。

  • 答案所示,通过将输入信号分成多个块来制作一个时变截止滤波器。

我在这里尝试过:

import numpy as np
from scipy.io import wavfile
from scipy.signal import butter, lfilter, filtfilt, firwin

sr, x = wavfile.read('input.wav')
x = np.float32(x)
y = np.zeros_like(x)

N  = 1024  # buffer block size = 23ms for a 44.1 Khz audio file
f = 1000  # cutoff
pos = 0  # position

while True:
    b, a = butter(2, 2.0 * f / sr, btype='low')
    y[pos:pos+N] = filtfilt(b, a, x[pos:pos+N])
    pos += N
    f -= 1   # cutoff decreases of 1 hz every 23 ms, but the issue described here also present with constant cutoff!
    print f
    if pos+N > len(x):
        break

y /= max(y)  # normalize

wavfile.write('out_fir.wav', sr, y)

我试过了:

  • 既可以使用Butterworth滤波器也可以使用FIR(用替换之前的行b, a = firwin(1000, cutoff=f, fs=sr), 1.0

  • 都与lfilterfiltfilt(后者向前和向后应用过滤器的优势,这能解决问题阶段),

但这是问题所在:

**在每个时间帧输出的边界处,存在连续性问题,这会使音频信号严重失真。

如何解决这个不连续性问题? 我考虑过windowing + OverlapAdd方法,但是肯定有一种更简单的方法。

在此处输入图片说明


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2021-01-20

共1个答案

小编典典

正如@sobek在评论中提到的那样,当然需要指定初始条件以允许连续性。这是通过的zi参数完成的lfilter

通过更改主循环可以解决此问题:

while True:
    b, a = butter(2, 2.0 * f / sr, btype='low')
    if pos == 0:
        zi = lfilter_zi(b, a)
    y[pos:pos+N], zi = lfilter(b, a, x[pos:pos+N], zi=zi)
    pos += N
    f -= 1 
    if pos+N > len(x):
        break

即使每次迭代都修改了过滤器的截止时间(并因此修改了ab),这似乎仍然有效。

2021-01-20