关于多速率信号处理及应用的研究综述【文献综述】

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1、毕业论文文献综述通信工程关于多速率信号处理及应用的研究综述摘要：多速率数字信号处理是现代通信与软件无线电的重要技术，广泛用于各种音频、视频处理、通信系统及变换分析中，以改善系统性能或提高处理效率。多速率信号处理最基本的两种方法是抽取和内插。回顾了多速率信号处理的发展背景，总结了目前多速率信号处理的一些主要应用领域，并对该领域的发展及应用做出了展望。对其基础理论作了介绍并分析了它们的原理，给出了相应的滤波器组和多相滤波结构。关键词：多速率信号处理；多相滤波；抽取；内插一、引言随着数字信号处理的发展，信号的处理、编码、传输和存储等工作量越来越大。为了节省计算工作量及存储空间，在一个信号处理系统中常

2、常需要不同的采样率及其相互转换，在这种需求下，多速率数字信号处理产生并发展起来。它的应用带来许多好处，例如：可降低计算复杂度、降低传输速率、减少存储量等[1]。在信号处理领域，多速率信号处理最早于20世纪70年代提出，由其引出的多速率滤波在数学领域里基于多格算法解决了大量的微分等式。在多速率数字信号处理发展中，一个突破点是70年代两通道正交镜像滤波器组应用于语音信号的压缩。1981年CrochiereR.E.和RabinerL.R.发表了一篇著名的关于多速率信号处理系统的基本模块———内插和抽取的综述性文章[2]。随后，VaidyanathanP.P.发表了许多与多速率信号处理系统相关内容的著

3、作。从此，这一领域得到了快速的发展，特别是在多速率数字滤波器组的设计方面，涌现了多种准确重建滤波器的形式。基于上述研究的发展，从20世纪80年代初开始，多速率数字信号处理技术在工程实践中得到广泛的应用，主要用于通信系统、语音、图像压缩、数字音频系统、统计和自适应信号处理、差分方程的数值解等。多速率信号处理在基础理论和应用领域的蓬勃发展，也促进了整个数字信号处理界的发展。二、多速率的基本理论1、抽取和内插所谓多速率数字信号处理是指改变信号的采样率，多速率信号处理的基础是抽取和内插，直接在时域上进行抽取和内插会导致频域的扩展和压缩，使频谱变坏。因此，多速率信号处理的实质是通过时域上的抽取和内插，加

4、以几种典型滤波器的配合工作，以达到信号速率转换的目的[3]。4使采样率降低的采样率转换，称为抽取；使采样率升高的采样率转换，称为内插，并且可以通过MATLAB[4]软件仿真更直观的理解内插和抽取。抽取是把原始的采样数据每隔M-1个取一个，形成新的采样序列。其中M为大于1的整数，称为为抽取因子。实现这一过程的装置称为M-抽取器。如图1所示：低通滤波H降采样图1M-抽取器的表示及抽取过程框图中低通滤波的作用是抗混叠滤波，所以，也把它称为抗混叠滤波器。抽取运用于软件无线电接收机，降低了接收信号数据速率，便于数字信号处理。内插是在已知序列x(n)的相邻采样点之间等间距的插入L-1个0值点，L为大于1的

5、整数，称为内插因子。实现这一过程的系统称为L-内插器，如图2所示：内插器低通滤波图2L-内插器的表示及内插过程框图中低通滤波的作用是带外滤波（去除镜像），因为对序列进行内插，要保证序列的原始特性不变，必须要在内插后接一个低通滤波器滤除[-π/L，π/L]之外的频谱，以消除内插带来的频谱扩大。映象和混叠有着本质的差别，混叠由于频域的重叠会导致信号的失真，从而丢失有用信息；而映象则不会丢失信息。从时域考虑也很容易理解，因为内插过程没有丢失数据。内插运用于软件无线电发射机，提高了输出信号频率，便于调制发射。单独的抽取器和内插器只能实现整数倍的采样率转换，通过先内插后抽取，将抽取器和内插器级联就可以实

6、现有理数倍的采样率变换[5]。2、滤波器组多速率数字信号处理还以抽取和内插为基础，引出了滤波器的多相结构和滤波器组等理论，前者多相滤波原理，就是通过改变抽取或内插的位置来降低数字滤波器的处理速度[6]，采用多相滤波结构可以提高抽取内插器的计算效率，有利于信号的实时处理。而后者则有着更为广泛的应用。滤波器组分为分析滤波器组和综合滤波器组，分析滤波器组把信号分为M个子带信号，而综合滤波器组是通过子带信号重建出原始信号。由于分析滤波器组将原始信号分解为原信号带宽1/M的M个子带信号，因此，对每个子带信号均可作M倍的抽取，从而将采样率降低M倍。这样可以减小编码和处理的计算量，同时在硬件实现时也可以降低

7、对系统性能的要求，从而降低成本。在综合滤波组之前，再作M倍的插值，以得到和原始信号相同的采样率，进而可以恢复出原始信号。4在多速率数字信号处理中。出现了越来越多的滤波器组来解决其中出现的问题。如一些经常用到的M通道滤波器组，非均匀滤波器组等。三、多速率信号处理的应用国内关于多速率数字信号处理理论的研究比国外起步晚，基本是从20世纪90年代初期才开始系统的研究。其中具有代表性的是清华大学宗孔德教授的