音頻采樣率轉(zhuǎn)換算法研究及應(yīng)用.pdf

1、現(xiàn)實(shí)世界的模擬化和信號(hào)處理工具的數(shù)字化決定了采樣是從模擬信源獲取數(shù)字信號(hào)的必經(jīng)之路。隨著信息技術(shù)的飛速發(fā)展,根據(jù)信號(hào)自身的特點(diǎn)以及處理的需要,衍生了不同的采樣率。在數(shù)字音頻領(lǐng)域,就存在著多種采樣頻率,例如48kHz、44.1kHz、32kHz等。在實(shí)際應(yīng)用中,經(jīng)常會(huì)遇到采樣率轉(zhuǎn)換的問題。采樣率轉(zhuǎn)換是指在保證信號(hào)的頻譜不變的情況下增加或減少單位時(shí)間內(nèi)采樣點(diǎn)數(shù)的過程。近20年來,采樣率轉(zhuǎn)換理論及其實(shí)現(xiàn)已經(jīng)成為現(xiàn)代數(shù)字信號(hào)處理的重要內(nèi)容,應(yīng)用

2、范圍廣闊。不同的音頻采樣率之間的轉(zhuǎn)換特點(diǎn)不同,現(xiàn)有的采樣率轉(zhuǎn)換算法能夠解決一些類型的音頻采樣率轉(zhuǎn)換在轉(zhuǎn)換效果、處理速度和存儲(chǔ)空間等方面的問題,但現(xiàn)有算法并不能同樣高效的實(shí)現(xiàn)所有類型的音頻采樣率轉(zhuǎn)換。因此,構(gòu)造一個(gè)結(jié)構(gòu)簡單、能夠高效實(shí)現(xiàn)各個(gè)音頻采樣率之間轉(zhuǎn)換的系統(tǒng)是一個(gè)非常值得研究的問題。
　　本文由此出發(fā),研究了抽取與插值相結(jié)合的采樣率轉(zhuǎn)換算法和基于Farrow結(jié)構(gòu)的FIR分?jǐn)?shù)延遲濾波器算法。抽取與插值相結(jié)合的采樣率轉(zhuǎn)換算法通常適

3、用于上采樣和下采樣倍數(shù)小于10的采樣率轉(zhuǎn)換類型,大部分音頻采樣率轉(zhuǎn)換適用于這一情況。對(duì)特殊的包含44.1kHz的音頻采樣率轉(zhuǎn)換,采用基于Farrow結(jié)構(gòu)的FIR分?jǐn)?shù)延遲濾波器來實(shí)現(xiàn)。基于Farrow結(jié)構(gòu)的FIR分?jǐn)?shù)延遲濾波器存在通帶范圍較窄和阻帶衰減有限的不足,本文采用了一種改進(jìn)的結(jié)構(gòu)——整數(shù)倍上采樣和基于Farrow結(jié)構(gòu)FIR分?jǐn)?shù)延遲濾波器相結(jié)合的實(shí)現(xiàn)方案。
　　在此基礎(chǔ)上,本文設(shè)計(jì)了一個(gè)支持12種采樣率的音頻采樣率轉(zhuǎn)換系統(tǒng)。通

4、過比較單級(jí)多相結(jié)構(gòu)、單級(jí)Farrow結(jié)構(gòu)、多相和Farrow結(jié)構(gòu)相結(jié)合的采樣率轉(zhuǎn)換方案的運(yùn)算復(fù)雜度和空間消耗,選擇多相和Farrow結(jié)構(gòu)相結(jié)合的采樣率轉(zhuǎn)換方案。將音頻采樣率轉(zhuǎn)換分為兩級(jí)實(shí)現(xiàn),第一級(jí)轉(zhuǎn)換采用抽取與插值相結(jié)合的采樣率轉(zhuǎn)換算法,第二級(jí)轉(zhuǎn)換采用Farrow結(jié)構(gòu)的FIR分?jǐn)?shù)延遲濾波器來實(shí)現(xiàn)。然后,利用Matlab來設(shè)計(jì)每一級(jí)的采樣率轉(zhuǎn)換濾波器,計(jì)算得到濾波器系數(shù)等參數(shù),并對(duì)整體的采樣率轉(zhuǎn)換系統(tǒng)進(jìn)行仿真和驗(yàn)證。
　　最后,在V