如何用Python绘制ASK调制音频信号的包络图？

问题说明 #

我正在处理ASK调制音频信号，用Tkinter读取.wav文件并通过阈值完成简单滤波，已实现ASK解调与信号绘制，但尝试用Hilbert变换生成包络图时失败，需要正确的实现方法。目标是得到原始ASK信号上叠加平滑包络的可视化效果。

错误原因 #

你之前的Hilbert变换误用在了解调后的数字信号上，而包络提取必须针对原始的ASK调制音频信号：解调后的信号是0/1的离散电平，无法提取出有意义的调制包络；同时代码未导入scipy.signal模块的hilbert函数，也会导致执行失败。

修正后的完整代码 #

import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt
from scipy.io import wavfile
from scipy.signal import hilbert  # 必须导入该模块
from tkinter import Tk
from tkinter.filedialog import askopenfilename

Tk().withdraw() 
audioFileName = askopenfilename() 

# 读取ASK调制音频信号
sample_rate, audio_data = wavfile.read(audioFileName)

# 处理双声道情况（若为双声道，取单声道数据）
if len(audio_data.shape) > 1:
    audio_data = audio_data[:, 0]

# 参数设置
threshold = 16000  

# ASK解调
demodulated_signal = (audio_data > threshold).astype(int)

# 用Hilbert变换提取原始信号的包络
analytic_signal = hilbert(audio_data)
envelope = np.abs(analytic_signal)

# 生成时间轴
time_axis = np.arange(len(audio_data)) / sample_rate

# 绘图
plt.figure(figsize=(16, 9))

# 子图1：原始信号+包络
plt.subplot(3, 1, 1)
plt.plot(time_axis, audio_data, color="#AD2523", alpha=0.6, label='原始ASK信号')
plt.plot(time_axis, envelope, color="#2B77AD", linewidth=2, label='包络')
plt.title('ASK调制信号与包络')
plt.xlabel('时间 (s)')
plt.ylabel('幅度')
plt.legend()

# 子图2：解调后的数字信号
plt.subplot(3, 1, 2)
plt.plot(time_axis, demodulated_signal, color="#2B77AD")
plt.title('解调后的数字信号')
plt.xlabel('时间 (s)')
plt.ylabel('比特值')

# 子图3：包络单独展示（可选）
plt.subplot(3, 1, 3)
plt.plot(time_axis, envelope, color="#2B77AD")
plt.title('ASK信号包络')
plt.xlabel('时间 (s)')
plt.ylabel('幅度')

plt.tight_layout()
plt.show() 

关键说明 #

1. Hilbert变换的处理对象：必须对原始的ASK调制信号（audio_data）进行变换，而非解调后的0/1信号，这样才能提取出载波被调制后的幅度包络。
2. 双声道处理：部分.wav文件为双声道格式，需先转换为单声道数据，避免Hilbert变换因维度问题报错。
3. 包络可视化：将包络与原始信号叠加展示，能直观呈现调制信号的幅度变化趋势，匹配目标效果。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者Alecsander Lima