多采樣率數(shù)字信號(hào)處理1

《多采樣率數(shù)字信號(hào)處理1》由會(huì)員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在教育資源-天天文庫(kù)。

1、第九章多采樣率數(shù)字信號(hào)處理9.2整數(shù)因子抽取9.3整數(shù)因子的內(nèi)插9.4按有理數(shù)因子的采樣率轉(zhuǎn)換9.5采樣率轉(zhuǎn)換濾波器的高效9.6采樣率轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的多級(jí)實(shí)現(xiàn)本章內(nèi)容：9.1引言9.1引言前面討論的信號(hào)處理的方法都是把采樣率Fs視為固定值，即在一個(gè)數(shù)字系統(tǒng)中只有一種采樣頻率。但在實(shí)際系統(tǒng)中，要求一個(gè)數(shù)字系統(tǒng)能工作在“多采樣率”狀態(tài)。例如,在數(shù)字電話系統(tǒng)中，傳輸?shù)男盘?hào)既有語音信號(hào)，又有傳真信號(hào)，可能還有視頻信號(hào)，這些信號(hào)的帶寬相差甚遠(yuǎn)。所以，該系統(tǒng)應(yīng)具有多種采樣率，并根據(jù)所傳輸?shù)男盘?hào)自動(dòng)完成采樣率轉(zhuǎn)換。返回需要多采樣率的場(chǎng)合：采樣率轉(zhuǎn)換通常分為：抽取和插值

2、采樣率轉(zhuǎn)換類型（1）整數(shù)因子抽取（2）整數(shù)因子插值（3）有理數(shù)因子采樣率轉(zhuǎn)換（4）任意因子采樣率轉(zhuǎn)換需求不同非平穩(wěn)信號(hào)的分析冗余數(shù)據(jù)的存在回到本節(jié)返回本章主要討論整數(shù)因子抽取、整數(shù)因子插值和有理數(shù)因子采樣率轉(zhuǎn)換的基本原理及其高效實(shí)現(xiàn)方案。回到本節(jié)返回n0n09.2整數(shù)因子抽取D現(xiàn)在按整數(shù)因子D對(duì)抽取。原理方框圖為返回n0序列x(n)n已抽樣序列抽取序列n抽樣序列p(n)n回到本節(jié)返回D=3原始信號(hào)v(n)脈沖串p(n)抽取后的序列y（n)時(shí)域分析回到本節(jié)返回頻譜關(guān)系令回到本節(jié)返回回到本節(jié)返回回到本節(jié)返回頻域分析D=20va(t)信號(hào)的頻譜0v(n)

3、信號(hào)的頻譜y(n)信號(hào)頻譜0回到本節(jié)返回原信號(hào)的頻譜000回到本節(jié)返回結(jié)論：（1）時(shí)域抽取得愈大，即D愈大，或抽樣率愈低，則頻域周期延拓的間隔愈近，有可能產(chǎn)生頻率響應(yīng)的混疊失真。（2）對(duì)x(n)不能隨意抽取，只有在抽取之后的抽樣率仍滿足抽樣定理要求時(shí)，才不會(huì)產(chǎn)生混疊失真?；氐奖竟?jié)返回整數(shù)因子抽取特點(diǎn)：(1)已抽樣序列x(n)和抽取序列y(n)的頻譜差別在頻率尺度上不同。(2)抽取的效果使原序列的頻譜帶寬擴(kuò)展。(3)為避免在抽取過程中發(fā)生頻率響應(yīng)的混疊失真，原序列x(n)的頻譜就不能占滿頻帶(0-π).(4)如果序列能夠抽取而又不產(chǎn)生頻率響應(yīng)的混疊失

4、真，其原來的連續(xù)時(shí)間信號(hào)是過抽樣，使原抽樣率可以減小而不發(fā)生混疊。回到本節(jié)返回9.3整數(shù)因子內(nèi)插整數(shù)因子I內(nèi)插的目的將原信號(hào)采樣頻率提高I倍采樣頻率：整數(shù)因子內(nèi)插：將x(n)的抽樣頻率增加I倍，即為I倍插值結(jié)果插值的目標(biāo)?I返回在零值內(nèi)插之后的濾波器的作用就是濾除中的鏡像譜，輸出所期望的內(nèi)插結(jié)果。稱為鏡像濾波器。理想情況下，鏡像濾波器的頻率響應(yīng)特性為式中，C為定標(biāo)系數(shù),此時(shí),輸出頻譜為定標(biāo)系數(shù)C的作用是，在時(shí)，確保輸出序列,令m=0,可以簡(jiǎn)單算出C=I.回到本節(jié)返回到按整數(shù)因子I內(nèi)插的序列,的采樣率和的采樣率相同.由于且有回到本節(jié)返回表示相應(yīng)于新采

5、樣頻率的數(shù)字頻率,滿足關(guān)系式同樣,表示原采樣頻率的數(shù)字頻率,且由于,所以及其頻譜和及其頻譜分別如圖9.3.2（a）和（b）所示.可見是原輸入信號(hào)頻譜的I次鏡像周期重復(fù)，周期為。根據(jù)時(shí)域采樣理論知道，按整數(shù)因子I內(nèi)插的輸出序列的頻譜應(yīng)當(dāng)以為周期.如下圖9.3.2(c)所示回到本節(jié)返回圖9.3.2按整數(shù)因子I內(nèi)插過程中的時(shí)域和頻域示意圖（I=3）回到本節(jié)返回9.4按有理數(shù)因子I/D的采樣率轉(zhuǎn)換在前兩節(jié)討論的基礎(chǔ)上,現(xiàn)在介紹按有理數(shù)因子I/D采樣率轉(zhuǎn)換一般原理,實(shí)現(xiàn)方法原理框圖如下:轉(zhuǎn)換過程:首先對(duì)輸入序列按整數(shù)因子I內(nèi)插，然后再對(duì)內(nèi)插器的輸出序列按整數(shù)

6、因子D抽取，達(dá)到按有理數(shù)因子I/D的采樣率轉(zhuǎn)換。(先內(nèi)插后抽取才能最大限度地保留輸入序列的頻譜成分)分別用和表示輸入序列和輸出圖9.4.1按有理數(shù)因子I/D的采樣率轉(zhuǎn)換方法返回序列的采樣頻率,則.圖中鏡像濾波器和抗混疊濾波器級(jí)聯(lián)，工作在相同的采樣頻率,二者可以合成為一個(gè)等效濾波器,從而得到按有理數(shù)因子I/D采樣率轉(zhuǎn)換的實(shí)用原理方框圖,如下圖9.4.2所示理想情況下，和均為理想低通濾波器，所以等效濾波器仍是理想低通濾波器，其等效帶寬應(yīng)當(dāng)是和中最小的帶寬.圖9.4.2按有理數(shù)因子I/D采樣率轉(zhuǎn)換的實(shí)用原理方框圖回到本節(jié)返回的頻率響應(yīng)為現(xiàn)在推導(dǎo)圖9.4.

7、2中輸出序列的時(shí)域表達(dá)式.零值內(nèi)插器的輸出序列為回到本節(jié)返回線性濾波器輸出序列為整數(shù)因子D抽取器最后輸出序列時(shí)域表達(dá)式為:如果線性濾波器用FIR濾波器實(shí)現(xiàn)，則可以根據(jù)上式直接計(jì)算輸出序列.回到本節(jié)返回9.5采樣率轉(zhuǎn)換濾波器的高效實(shí)現(xiàn)采樣率轉(zhuǎn)換系統(tǒng)中濾波器的高效實(shí)現(xiàn)指的是運(yùn)算量小,處理效率高.高效實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)的基本思想是：將FIR濾波器的乘法和加法運(yùn)算移到系統(tǒng)中采樣率最低處。FIR濾波器絕對(duì)穩(wěn)定,容易實(shí)現(xiàn)線性相位特性,特別是容易實(shí)現(xiàn)高效結(jié)構(gòu).下面分別介紹直接型FIR濾波器的高效實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)和多級(jí)實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)。返回9.5.1整數(shù)因子D抽取系統(tǒng)的直接型FIR結(jié)構(gòu)9.

8、5.2．整數(shù)因子I內(nèi)插直接型FIR濾波器結(jié)構(gòu)本章主要講述:D9.5.1整數(shù)因子D抽取系統(tǒng)的直接型FIR結(jié)構(gòu)1-z1-z1-