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我见之多抽样率信号处理

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多抽样率信号处理理论采用多种采样率对信号进行处理,可以对信号的不同频段分别行处理,从而比传统信号处理方法具有更大的灵活性。在很多工程与理论领域都得到了重要的应用。其主要应用领域有:通信系统、语音及图象压缩、数字语音系统、小波理论的实现、医学器材等

 由于随着信号处理技术的发展, 工作中需要处理的数据量越来越大, 对处理速度的要求越来越高, 于是, 多抽样技术在信号处理领域里得到了迅速发展.利用多抽样技术可以便于信号的存储、传送, 减少工作量. 多抽样率技术最初用于信号的分频带编码、数字音频技术和多路通信, 后来使用滤波器组准确重建信号, 和图像数据压缩等方面.多抽样率信号处理理论是一个日渐成熟但又随时冒出闪光点的发展方向,是一门具有重要意义,值得研究的学科。

数字信号处理技术是一门不算太古老但又具有一定历史的学科,它主要是在电子计算机技术取得一定成就之后蓬勃发展起来的,在最近的多年中发展尤为迅速。总结一下近年来数字信号处理技术在各个领域的突破,主要有以下特点:从以前的单抽样率分析演变为现在的多抽样率分析:从时不变分析发展为对时变信号的自适应处理;从单纯的频域分析(指传统的Fourier分析)变为现在的时频分析;从简单的线性处理发展成为现在的非线性处理。最近几年的成果不仅对信号处理理论进行了大量的更新,而且还产生了不少新的处理工具,并在很多领域得到了广泛的应用。比如从多抽样率信号处理技术发展起来的语音/声频信号。

多抽样率滤波是多抽样率信号处理理论的核心内容之一,它专指这样一种数字滤波,即其处理过程中所牵涉数据的采样频率超过一种,如在数据抽取之前的滤波器。多抽样率滤波的概念最早于20世纪70年代在研究信号插值中提出,当时,多项式插值是数值分析领域一个非常经典的问题,这种基于线性数字滤波的插值技术显得非常引人注目。从此以后,有多位学者对抽样滤波器和插值滤波器进行了研究。在文献中提到了多抽样处理与块数字滤波(blockdigital filtering)的关系。多抽样率滤波技术还被应用于微分方程数值解问题上,只不过是以多栅格方法(Multigrid Methods)的名字出现。

1977年Esteban和Galand在研究语音信号压缩问题时发现了两通道正交镜像滤波器组,这是多抽样率信号处理的一个突破性成就。在这种思想中,原始信号先通过一组低通/高通分解数字滤波器组,然后进行隔点抽样,将抽样后的信号再进行编码,达到压缩的效果。数据的重构由内插和综合滤波器组完成,达到近似程度很好的重构结果。这一成果给多抽样率数字信号处理技术提出了比较接近的雏形。

在上述系统中,最主要的误差是由混叠引起的。引起混叠的原因是所用的分解滤波器并非理想的限带滤波器。在很多应用中,这种误差甚至可以被人的器官感觉到,故到了非消弱不可的地步。另外两种误差是幅值和相位失真,因为即使不考虑混叠和编码时的舍入误差,分解和综合过程是靠数字滤波完成的,也会有相应的幅值和相位的误差。不考虑舍入误差,一个完全重构滤波器组的特点即为:完全消除上面提到的3种误差从而实现原始信号的完全重构。