多采样率信号处理

1第6章多采样率信号处理2引言以前所讨论的信号处理中，都是把采样率视为固定值。但是实际系统中，经常会遇到采用率转换的问题，即要求一个数字系统能工作在“多采样率”状态下。sf3实际应用（1）在数字电视系统中，图像采集系统一般按4:4:4标准或者4:2:2标准进行采集数字电视信号，再根据不同的电视质量要求，将其转换成其他标准的数字电视信号（如：4:2:2，4:1:2，2:1:1等标准）进行处理和传输。这就要求数字电视演播室系统工作在多采样率状态。4:2:2标准含义：亮度信号采样率:R-Y信号采样率：B－Y信号采样率，即亮度信号采样率为色差信号采样率的两倍。4实际应用（2）在数字电话中，传输的信号既有语音信号，又有传真信号，甚至有视频信号，这些信号的频率成分相差甚远。所以，该系统应具有多种采样率，并根据所传输的信号自动完成采用率转换。5实际应用（3）在音频范围内，广播系统的采样率为32kHz，CD唱机的采样率为44.1kHz，数字录音带（DAT）的采样率为48kHz。这就需要设计一类数字滤波器，用于将被处理信号的采样率转换成与相应系统所要求一致的采样率。6实际应用（4）对一个非平稳的随机信号（如语音信号）作谱分析或者编码时，对不同的信号段，可根据其频率成分的不同而采用不同的采样率，以达到既满足采样定理，又最大限度地减少数据量的目的。如果以高采样率采集的数据存在冗余，这时就希望在数字信号的基础上降低采样速率。7采样率转换的形式抽取（Dacimation)降低采样率以去掉多余数据的过程。插值(Interpolation)提高采样率以增加数据的过程。86.1采样率降低——整数Ｍ倍抽取M,TTMMfMTTfss此时，0135791113151719212325n1x(n)T(a)(b)0n2y(n)T’(c)12345()xn()yn9采样率降低带来的问题—混叠0FTxa(t)0tΩ(a)0FT0tΩ(b)x(n1T1)Xa(j)ΩX(ejT)＝X(ej)Ω1ω1T1Ωc－Ωc－Ωsa1Ωsa1＝T12πΩc－Ωc0n2y(n2T2)T20ΩDΩsa2FTΩsa2＝D1Ωsa1Y(ejT)Ω210低通滤波器——抗混叠滤波器h(n)↓Mx(n)w(n)y(n)抗混叠滤波器其他,,~MeHj要求：在抽取之前，滤掉x(n)中的高频成分，保留低频成分，这样在抽取时，就不会发生混叠，从而在输出端可以完好无损地保留x(n)中的低频成分。混叠滤波器的作用：11T’0¦¸FT0n1T0FT(b)c0n2y(n)0FT(c)0n1x(n)T(a)X(ej)¦Ø1V(ej)¦Ø1Y(ej)¦Ø2w(n)12kwnhkxnkMmwmy输入输出的关系：kymhkxMmk对结构实现很重要，可以降低运算量。136.2采样率提高——整数Ｌ倍内插1TTL插零的结果L=4插零并且滤波的结果,L=4x(n)0Tn1y(n)0Tn20n2T’T’此时：ssLffw(n)14,0,,2,0,mxmLLwmL其他====()mnmnmpLpLnLWzwmzmxzLxpzXz令jjLWeXe时域内插之后是对原来频谱的L倍压缩。15低通滤波器——抗镜像滤波器16'',0,jGHeL其他结论：经过内插后，在之间引入了低频成分的镜像频谱，因此需要一个低通滤波器，以此来滤除镜像频谱。017为整数LkrxrLmhLkxkmhmyrk,kkwkmhmy输入输出的关系：186.3抽取与内插的FIR结构h(0)h(1)y(m)h(N-1)z-1z-1x(n)Mh(0)h(1)y(m)h(N-1)x(n)MMMz-1z-1(a)FIR滤波与抽取器级联(b)提高运算效率的结构10NkkMmxkhmy先滤波，再抽取先抽取，再滤波19二、内插的FIR结构h(0)h(1)y(m)h(N-1)x(n)Lz-1z-1h(0)h(1)y(m)h(N-1)x(n)LLLz-1z-1先内插，再滤波(a)内插器与FIR滤波级联(b)提高运算效率的结构先滤波，再内插