[發(fā)明專(zhuān)利]一種實(shí)時(shí)高效的采樣率任意變換的實(shí)現(xiàn)方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201910930738.0
• 申請(qǐng)日: 2019-09-29
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN110704792A
• 公開(kāi)（公告）日: 2020-01-17
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張海拓;方健貴
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 廣州海格通信集團(tuán)股份有限公司
• 主分類(lèi)號(hào): G06F17/10
• 分類(lèi)號(hào): G06F17/10
• 代理公司: 44245 廣州市華學(xué)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司
• 代理人: 黃磊;陳宏升

本發(fā)明公開(kāi)了一種實(shí)時(shí)高效的采樣率任意變換的實(shí)現(xiàn)方法，包括以下步驟：對(duì)采樣率為Fi的數(shù)據(jù)進(jìn)行緩存，需緩存M個(gè)采樣點(diǎn)的數(shù)據(jù)，M≥4；根據(jù)需要輸出的采樣率Fo，計(jì)算輸出采樣序列的步進(jìn)間隔，計(jì)算需要插值時(shí)刻點(diǎn)的坐標(biāo)，記為x；根據(jù)緩存的數(shù)據(jù)和插值點(diǎn)坐標(biāo)x，進(jìn)行M點(diǎn)(M?1)次拉格朗日插值計(jì)算，獲得該時(shí)刻的采樣輸出結(jié)果f(x)；重復(fù)以上步驟，獲得采樣率為Fo的數(shù)據(jù)輸出，實(shí)現(xiàn)了采樣率的任意變換。本發(fā)明采用基于四點(diǎn)三次拉格朗日插值的多項(xiàng)式內(nèi)插方法，對(duì)于變換比為M/N的分?jǐn)?shù)頻率變換，算法實(shí)現(xiàn)過(guò)程和復(fù)雜度與M和N值無(wú)關(guān)，可實(shí)現(xiàn)的采樣率變換比對(duì)M和N值無(wú)限制。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及采樣數(shù)據(jù)輸出領(lǐng)域，特別涉及一種實(shí)時(shí)高效的采樣率任意變換的實(shí)現(xiàn)方法。

背景技術(shù)

在現(xiàn)代通信系統(tǒng)中，進(jìn)行數(shù)字信息傳輸是一個(gè)重要的應(yīng)用需求，數(shù)字信號(hào)的采樣率是數(shù)據(jù)的基本特征，不同設(shè)備對(duì)采樣率有不同需要，比如音頻信號(hào)采樣率有8kHz、9.6kHz、11.025kHz、19.2kHz、32kHz、38.4kHz等。為滿(mǎn)足后級(jí)設(shè)備信號(hào)處理的需求，要求前級(jí)設(shè)備能夠輸出不同采樣率的數(shù)字信號(hào)。通常信號(hào)處理部分都采用固定采樣率設(shè)計(jì)，在輸出級(jí)插入采樣率變換模塊實(shí)現(xiàn)采樣率變換功能，如何實(shí)時(shí)高效、無(wú)失真的實(shí)現(xiàn)采樣率變換，是產(chǎn)品設(shè)計(jì)的重點(diǎn)。

現(xiàn)有技術(shù)對(duì)于采樣率變換，可采用插值或抽取的方法實(shí)現(xiàn)，其中插值實(shí)現(xiàn)整數(shù)倍的上變頻，抽取實(shí)現(xiàn)整數(shù)倍的下變頻，為避免頻域混疊，需進(jìn)行數(shù)字濾波，具體過(guò)程如圖1。由圖1可以看出，原數(shù)據(jù)采樣率為F，M倍插值輸出材料率為M×F，N倍抽取輸出采樣率為F/N，通過(guò)插值和抽取相結(jié)合的方法，可實(shí)現(xiàn)變換比為M/N的分?jǐn)?shù)倍采樣率變換。

現(xiàn)有基于抽取和內(nèi)插的采樣率變換技術(shù)，理論上可實(shí)現(xiàn)任意分?jǐn)?shù)倍采樣率變換，但是實(shí)現(xiàn)過(guò)程中存在以下問(wèn)題：

1、當(dāng)M和N較大時(shí)，實(shí)現(xiàn)的算法開(kāi)銷(xiāo)大，需要大量的乘法器、存儲(chǔ)器資源，難于實(shí)現(xiàn)。比如采樣率為32kHz的原始音頻數(shù)據(jù)，想要實(shí)現(xiàn)采樣率為11.025kHz的音頻輸出，需要實(shí)現(xiàn)的變換比為11.025k/32k＝441/1280，需要進(jìn)行441倍的內(nèi)插和1280倍的抽取，如此大的變換次數(shù)，實(shí)現(xiàn)十分困難。

2、無(wú)法進(jìn)行采樣率任意變換。一般采樣率任意變換指采樣率在一定范圍內(nèi)，以一定的頻率間隔可以任意變換。比如采樣率在8kHz～32kHz范圍內(nèi)，以1Hz步進(jìn)可任意設(shè)置。由于基于抽取和內(nèi)插的采樣率變換方法對(duì)M和N有限制，很多變換比難于實(shí)現(xiàn)，采樣率無(wú)法任意設(shè)置。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的主要目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)與不足，提供一種實(shí)時(shí)高效的采樣率任意變換的實(shí)現(xiàn)方法，本發(fā)明采用分段多項(xiàng)式內(nèi)插的方式，無(wú)需進(jìn)行大倍數(shù)的插值和抽取，簡(jiǎn)化了系統(tǒng)算法開(kāi)銷(xiāo)，可實(shí)現(xiàn)在一段頻率范圍內(nèi)的采樣率任意變換，可應(yīng)用在需進(jìn)行采樣數(shù)據(jù)輸出的電子產(chǎn)品，比如通信電臺(tái)、偵察接收機(jī)、監(jiān)測(cè)接收機(jī)、數(shù)據(jù)采集設(shè)備、音頻輸出設(shè)備等。

本發(fā)明的目的通過(guò)以下的技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

一種實(shí)時(shí)高效的采樣率任意變換的實(shí)現(xiàn)方法，包括以下步驟：

S1、對(duì)采樣率為Fi的數(shù)據(jù)進(jìn)行緩存，需緩存M個(gè)采樣點(diǎn)的數(shù)據(jù)，設(shè)采樣點(diǎn)時(shí)刻坐標(biāo)為x₀，x₁，x₂，……，x_M-1；對(duì)應(yīng)的采樣數(shù)據(jù)值為f(x₀)，f(x₁)，f(x₂)，……，f(x_M-1)；其中M≥4；

S2、根據(jù)需要輸出的采樣率Fo，計(jì)算輸出采樣序列的步進(jìn)間隔，計(jì)算需要插值時(shí)刻點(diǎn)的坐標(biāo)，記為x；

S3、根據(jù)緩存的數(shù)據(jù)和插值點(diǎn)坐標(biāo)x，進(jìn)行M點(diǎn)(M-1)次拉格朗日插值計(jì)算，獲得該時(shí)刻的采樣輸出結(jié)果f(x)；

重復(fù)以上步驟，獲得采樣率為Fo的數(shù)據(jù)輸出，實(shí)現(xiàn)了采樣率的任意變換。