论文部分内容阅读
现实世界的模拟化和信号处理工具的数字化决定了采样是从模拟信源获取数字信号的必经之路。随着信息技术的飞速发展,根据信号自身的特点以及处理的需要,衍生了不同的采样率。在数字音频领域,就存在着多种采样频率,例如48kHz、44.1kHz、32kHz等。在实际应用中,经常会遇到采样率转换的问题。采样率转换是指在保证信号的频谱不变的情况下增加或减少单位时间内采样点数的过程。近20年来,采样率转换理论及其实现已经成为现代数字信号处理的重要内容,应用范围广阔。不同的音频采样率之间的转换特点不同,现有的采样率转换算法能够解决些类型的音频采样率转换在转换效果、处理速度和存储空间等方面的问题,但现有算法并不能同样高效的实现所有类型的音频采样率转换。因此,构造个结构简单、能够高效实现各个音频采样率之间转换的系统是个非常值得研究的问题。本文由此出发,研究了抽取与插值相结合的采样率转换算法和基于Farrow结构的FIR分数延迟滤波器算法。抽取与插值相结合的采样率转换算法通常适用于上采样和下采样倍数小于10的采样率转换类型,大部分音频采样率转换适用于这情况。对特殊的包含44.1kHz的音频采样率转换,采用基于Farrow结构的FIR分数延迟滤波器来实现。基于Farrow结构的FIR分数延迟滤波器存在通带范围较窄和阻带衰减有限的不足,本文采用了种改进的结构——整数倍上采样和基于Farrow结构FIR分数延迟滤波器相结合的实现方案。在此基础上,本文设计了个支持12种采样率的音频采样率转换系统。通过比较单级多相结构、单级Farrow结构、多相和Farrow结构相结合的采样率转换方案的运算复杂度和空间消耗,选择多相和Farrow结构相结合的采样率转换方案。将音频采样率转换分为两级实现,第级转换采用抽取与插值相结合的采样率转换算法,第二级转换采用Farrow结构的FIR分数延迟滤波器来实现。然后,利用Matlab来设计每级的采样率转换滤波器,计算得到滤波器系数等参数,并对整体的采样率转换系统进行仿真和验证。最后,在VC上编写程序实现所设计的音频采样率转换系统,将整个系统移植到嵌入式硬核MIPS324KEc上,并就程序的时间消耗和空间消耗两方面进行优化。主客观测试结果表明,这个系统能够实时的实现12种音频采样率之间的转换,空间消耗低,转换效果好。