arduino fft和matlab ifft

Question

我們目前與Arduino合作。

我正在使用“開放音樂實驗室FFT庫”的fft庫

我的問題是兩件事。

1. Arduino代碼問題

2. Matlab中的逆fft（來自Arduino的FFT結果）

   以下代碼使用Arduino FFT庫進行FFT（快速傅立葉變換）

    /* fft_adc_serial.pde guest openmusiclabs.com 7.7.14 example sketch for testing the fft library. it takes in data on ADC0 (Analog0) and processes them with the fft. the data is sent out over the serial port at 115.2kb. */ //#define LOG_OUT 1 // use the log output function #define FFT_N 256 // set to 256 point fft void setup() { Serial.begin(115200); // use the serial port TIMSK0 = 0; // turn off timer0 for lower jitter ADCSRA = 0xe5; // set the adc to free running mode ADMUX = 0x40; // use adc0 DIDR0 = 0x01; // turn off the digital input for adc0 } void loop() { while(1) { // reduces jitter cli(); // UDRE interrupt slows this way down on arduino1.0 for (int i = 0 ; i < 512 ; i += 2) { // save 256 samples while(!(ADCSRA & 0x10)); // wait for adc to be ready ADCSRA = 0xf5; // restart adc byte m = ADCL; // fetch adc data byte j = ADCH; int k = (j << 8) | m; // form into an int k -= 0x0200; // form into a signed int k <<= 6; // form into a 16b signed int fft_input[i] = k; // put real data into even bins fft_input[i+1] = 0; // set odd bins to 0 } fft_window(); // window the data for better frequency response for (int i = 0 ; i < 512 ; i += 2) { fft_input[i] = (fft_input[i] >> 8); fft_input[i+1] = -(fft_input[i+1] >> 8); } fft_reorder(); // reorder the data before doing the fft fft_run(); // process the data in the fft //fft_mag_log(); // take the output of the fft sei(); Serial.print("start"); for (byte i = 0 ; i < FFT_N ; i+=2) { if (! ((i>=20 && i<=40) || (i>=FFT_N-40 && i<=FFT_N-20))) { fft_input[i] = 0; fft_input[i+1] = 0; } Serial.println(fft_input[i]); // send out the data } } } 

Matlab串口通訊代碼

   clear all
   clc

   arduino=serial('COM22','BaudRate',115200 );

   fopen(arduino);

   data = fread(arduino, 256);

   ifft(data , 'symmetric');

   fclose(arduino); 
   delete(instrfindall);

這段代碼是一個實驗。 但是它沒有恢復。

在Arduino上執行fft_run () ，我想在matlab中使用逆fft。

有很多問題。

我想問些什么。

更新

我已經根據SleuthEye的答案進行了更改。 但有一個問題。

-arduino代碼-

/*
fft_adc_serial.pde
guest openmusiclabs.com 7.7.14
example sketch for testing the fft library.
it takes in data on ADC0 (Analog0) and processes them
with the fft. the data is sent out over the serial
port at 115.2kb.
*/

//#define LOG_OUT 1 // use the log output function
#define FFT_N 256 // set to 256 point fft

#include <FFT.h> // include the library

void setup() {
  Serial.begin(115200); // use the serial port
  TIMSK0 = 0; // turn off timer0 for lower jitter
  ADCSRA = 0xe5; // set the adc to free running mode
  ADMUX = 0x40; // use adc0
  DIDR0 = 0x01; // turn off the digital input for adc0
}

void loop() {
  while(1) { // reduces jitter
    cli();  // UDRE interrupt slows this way down on arduino1.0
    for (int i = 0 ; i < 512 ; i += 2) { // save 256 samples
      while(!(ADCSRA & 0x10)); // wait for adc to be ready

      ADCSRA = 0xf5; // restart adc
      byte m = ADCL; // fetch adc data
      byte j = ADCH;
      int k = (j << 8) | m; // form into an int
      k -= 0x0200; // form into a signed int
      k <<= 6; // form into a 16b signed int
      fft_input[i] = k; // put real data into even bins
      fft_input[i+1] = 0; // set odd bins to 0
    }
    fft_window(); // window the data for better frequency response

    for (int i = 0 ; i < 512 ; i += 2) {
      fft_input[i] =  (fft_input[i] >> 8);
      fft_input[i+1] = -(fft_input[i+1] >> 8);
    }

    fft_reorder(); // reorder the data before doing the fft
    fft_run(); // process the data in the fft
    //  fft_mag_log(); // take the output of the fft
    sei();
    Serial.println("start");
    for (byte i = 0 ; i < FFT_N ; i+=2) { 
      Serial.write(fft_input[i]);   // send out the real part
      Serial.write(fft_input[i+1]); // send out the imaginary part
    }
  }
}

-matlab側-

clear all
clc

arduino=serial('COM22','BaudRate',115200 );

fopen(arduino);

header = fread(arduino, 5);   % skip "start" header
data   = fread(arduino, 512); % read actual data

% now rearrange the data
rearranged = data(1:2:end) + 1i * data(2:2:end);

recoverd = ifft(rearranged, 'symmetric');


fclose(arduino); 
delete(instrfindall);

我的問題是：它刪除了過濾器部分。

Arduino將數據發送到MATLAB。 來自Arduino的512數據 （FFT_N-實數256和虛數256。）

沒有確切的恢復。 在matlab中執行ifft，而不是原始數據。

數據表單有問題。

這種數據形式似乎是通信中的問題。（從arduino到matlab）

data = fread(arduino, 512); % read actual data.

但是我的猜測。 找不到確切原因。

UPDATE

感謝您的答復。

    for (int i = 0 ; i < 512 ; i += 2) {
    fft_input[i] =  (fft_input[i] >> 8);
    fft_input[i+1] = -(fft_input[i+1] >> 8);
    }

已經發現此代碼不是必需的。

    for (byte i = 0 ; i < FFT_N ; i+=2) { 
     Serial.write(fft_input[i]);   // send out the real part
     Serial.write(fft_input[i+1]); // send out the imaginary part
    }

我的困難是，執行此代碼時，OUTPUT的部分為256 REAL和256 IMAGINARY。

但，

   header = fread(arduino, 5);    % skip "start" header
   data   = fread(arduino, 1024); % read actual data sent in binary form

   % now rearrange the data
   rearranged = (data(1:4:end) + 256*data(2:4:end)) + 1i *(data(3:4:end) +     256*data(4:4:end));

   recovered = ifft(rearranged, 'symmetric');

“ SIZE * PRECISION必須小於或等於InputBufferSize。”

緩沖區大小的問題...

因此，請重試。 我不得不按照您所說的修改代碼。

    /*
    fft_adc_serial.pde
    guest openmusiclabs.com 7.7.14
    example sketch for testing the fft library.
    it takes in data on ADC0 (Analog0) and processes them
    with the fft. the data is sent out over the serial
    port at 115.2kb.
    */

    //#define LOG_OUT 1 // use the log output function
    #define FFT_N 256 // set to 256 point fft

    #include <FFT.h> // include the library

    void setup() {
    Serial.begin(115200); // use the serial port
    TIMSK0 = 0; // turn off timer0 for lower jitter
    ADCSRA = 0xe5; // set the adc to free running mode
    ADMUX = 0x40; // use adc0
    DIDR0 = 0x01; // turn off the digital input for adc0
    }

    void loop() {
    while(1) { // reduces jitter
    cli();  // UDRE interrupt slows this way down on arduino1.0
    for (int i = 0 ; i < 512 ; i += 2) { // save 256 samples
    while(!(ADCSRA & 0x10)); // wait for adc to be ready
    ADCSRA = 0xf5; // restart adc
    byte m = ADCL; // fetch adc data
    byte j = ADCH;
    int k = (j << 8) | m; // form into an int
    k -= 0x0200; // form into a signed int
    k <<= 6; // form into a 16b signed int
    fft_input[i] = k; // put real data into even bins
    fft_input[i+1] = 0; // set odd bins to 0
    }
    fft_window(); // window the data for better frequency respons
    fft_reorder(); // reorder the data before doing the fft
    fft_run(); // process the data in the fft
    //    fft_mag_log(); // take the output of the fft
    sei();
    Serial.println("start"); // header send 
    for (byte i = 0 ; i < FFT_N ; i+=2) { 
    Serial.write(fft_input[i]);   // send out the real part
    Serial.write(fft_input[i+1]); // send out the imaginary part

      }
     }
    }

你的回答讓我很忙。 使活動。 好答案。

Answer 1

我認為其他頻譜轉換是有意的，而不是您認為有問題的頻譜。 例如，您不應期望取回包含20至40的bin中的頻譜值，因為您已明確將它們歸零。 另外，代碼

for (int i = 0 ; i < 512 ; i += 2) {
  fft_input[i] =  (fft_input[i] >> 8);
  fft_input[i+1] = -(fft_input[i+1] >> 8);
}

這是使用Arduino的正向變換獲得逆變換的技巧。 由於您從時間樣本開始，因此我假設您只需要正向變換（因此不需要那部分代碼）。

現在，與Arduino的FFT示例相比 ，有一些差異可能暗示發生了什么。 第一個顯着差異來自示例發送的內容，即頻譜幅度的下半部分（128個值），不足以重建原始信號。 在您的情況下，您已正確注釋掉了fft_mag_log ，它應該允許您發送頻譜的復數值。 但是，當您遍歷fft bin時，您僅發送第二個值（因此丟失了所有虛部）。

要注意的另一件事是數據的打包。 更具體地說，您正在發送一個數據標頭（“開始”字符串），您必須在Matlab的接收端讀取該數據標頭，否則它將被混入您的實際數據中。

二進制轉移

您正在使用Serial.println以ASCII形式發送您的數字，而使用Matlab的fread讀回它們，並假設它們為二進制格式。 為了方便起見，您應該使用Serial.write以二進制形式發送數據：

for (byte i = 0 ; i < FFT_N ; i+=2) { 
  Serial.write(fft_input[i]);   // send out the real part
  Serial.write(fft_input[i+1]); // send out the imaginary part
}

然后，由於您要發送256個復雜值作為交錯的實/虛部分（總共512個值），因此您需要讀取這512個值（通常為2個字節，以小端順序），並在Matlab一側重新排列數據：

header = fread(arduino, 5);    % skip "start" header
data   = fread(arduino, 1024); % read actual data sent in binary form

% now rearrange the data
rearranged = (data(1:4:end) + 256*data(2:4:end)) + 1i *(data(3:4:end) + 256*data(4:4:end));

recovered = ifft(rearranged, 'symmetric');

ASCII傳輸

或者，您可以使用Serial.println發送數據（即，以純ASCII格式）：

for (byte i = 0 ; i < FFT_N ; i+=2) { 
  Serial.println(fft_input[i]);   // send out the real part
  Serial.println(fft_input[i+1]); // send out the imaginary part
}

並使用fscanf在matlab中以ASCII形式將其讀回：

fscanf(arduino, "start"); % skip "start" header
data = fscanf(arduino, "%d");    % read actual data sent in plain ASCII form

% now rearrange the data
rearranged = data(1:2:end) + 1i * data(2:2:end);

recovered = ifft(rearranged, 'symmetric');