ios - 有人可以解释此代码如何使用 Accelerate Framework 将音量转换为分贝吗？

Question

我正在使用 EZAudio 构建一个 iOS 应用程序。它的委托(delegate)返回一个 float** 缓冲区，其中包含指示检测到的音量的浮点值。这个委托(delegate)不断被调用，它的工作是在不同的线程中完成的。

What I am trying to do is to take the float value from EZAudio and convert it into decibels.

---

EZAudioDelegate

这是我简化的 EZAudio Delegate for getting Microphone Data :

- (void)microphone:(EZMicrophone *)microphone hasAudioReceived:(float **)buffer withBufferSize:(UInt32)bufferSize withNumberOfChannels:(UInt32)numberOfChannels {
    /*
     *  Returns a float array called buffer that contains the stereo signal data
     *  buffer[0] is the left audio channel
     *  buffer[1] is the right audio channel
     */

    // Using a separate audio thread to not block the main UI thread
    dispatch_async(dispatch_get_main_queue(), ^{

        float decibels = [self getDecibelsFromVolume:buffer withBufferSize:bufferSize];

        NSLog(@"Decibels: %f", decibels);

    });

}

---

问题

The problem is that after implementing solutions from the links below, I do not understand how it works. If someone could explain how it converts volume to decibels I would be very grateful

• How to convert audio input to DB? #85

• How to change the buffer size to increase FFT window? #50

• Changing Buffer Size #84

---

代码

该解决方案使用 Accelerate Framework 中的以下方法将音量转换为分贝:

• vDSP_vsq
• vDSP_meanv
• vDSP_vdbcon

下面是从 EZAudio Delegate 调用的方法 getDecibelsFromVolume。它从委托(delegate)中传递了 float** buffer 和 bufferSize。

- (float)getDecibelsFromVolume:(float**)buffer withBufferSize:(UInt32)bufferSize {

    // Decibel Calculation.

    float one = 1.0;
    float meanVal = 0.0;
    float tiny = 0.1;
    float lastdbValue = 0.0;

    vDSP_vsq(buffer[0], 1, buffer[0], 1, bufferSize);

    vDSP_meanv(buffer[0], 1, &meanVal, bufferSize);

    vDSP_vdbcon(&meanVal, 1, &one, &meanVal, 1, 1, 0);


    // Exponential moving average to dB level to only get continous sounds.

    float currentdb = 1.0 - (fabs(meanVal) / 100);

    if (lastdbValue == INFINITY || lastdbValue == -INFINITY || isnan(lastdbValue)) {
        lastdbValue = 0.0;
    }

    float dbValue = ((1.0 - tiny) * lastdbValue) + tiny * currentdb;

    lastdbValue = dbValue;

    return dbValue;
}

Answer 1

我将解释如何使用代码计算信号的 dB 值，然后展示它与 vDSP 示例的关系。

首先，计算一 block 数据的 RMS 总和

double sumSquared = 0;
for (int i = 0 ; i < numSamples ; i++)
{
   sumSquared += samples[i]*samples[i];
}
double rms = sumSquared/numSamples;

有关 RMS 的更多信息

接下来将RMS值转换为dB

double dBvalue = 20*log10(rms);

这与示例代码有什么关系

vDSP_vsq(buffer[0], 1, buffer[0], 1, bufferSize);

此行遍历缓冲区并计算缓冲区中所有元素的平方。如果缓冲区在调用之前包含值 [1,2,3,4]，那么在调用之后它将包含值 [1,4,9,16]

vDSP_meanv(buffer[0], 1, &meanVal, bufferSize);

这一行遍历缓冲区，对缓冲区中的值求和，然后返回总和除以元素数。因此对于输入缓冲区 [1,4,9,16] 计算总和 30，除以 4 并返回结果 7.5.

vDSP_vdbcon(&meanVal, 1, &one, &meanVal, 1, 1, 0);

此行将 meanVal 转换为分贝。在这里调用矢量化函数真的没有意义，因为它只对单个元素进行操作。然而，它所做的是将参数代入以下公式:

meanVal = n*log10(meanVal/one)

其中 n 是 10 或 20，具体取决于最后一个参数。在本例中为 10。 10 用于功率测量，20 用于幅度。我认为 20 对您来说使用起来更有意义。

最后一小段代码看起来是对结果进行一些简单的平滑处理，以降低仪表的弹性。