一种实时高效的采样率任意变换的实现方法技术

本发明专利技术公开了一种实时高效的采样率任意变换的实现方法，包括以下步骤：对采样率为Fi的数据进行缓存，需缓存M个采样点的数据，M≥4；根据需要输出的采样率Fo，计算输出采样序列的步进间隔，计算需要插值时刻点的坐标，记为x；根据缓存的数据和插值点坐标x，进行M点(M‑1)次拉格朗日插值计算，获得该时刻的采样输出结果f(x)；重复以上步骤，获得采样率为Fo的数据输出，实现了采样率的任意变换。本发明专利技术采用基于四点三次拉格朗日插值的多项式内插方法，对于变换比为M/N的分数频率变换，算法实现过程和复杂度与M和N值无关，可实现的采样率变换比对M和N值无限制。

A real-time and efficient implementation method of arbitrary conversion of sampling rate

【技术实现步骤摘要】
一种实时高效的采样率任意变换的实现方法
本专利技术涉及采样数据输出领域，特别涉及一种实时高效的采样率任意变换的实现方法。
技术介绍
在现代通信系统中，进行数字信息传输是一个重要的应用需求，数字信号的采样率是数据的基本特征，不同设备对采样率有不同需要，比如音频信号采样率有8kHz、9.6kHz、11.025kHz、19.2kHz、32kHz、38.4kHz等。为满足后级设备信号处理的需求，要求前级设备能够输出不同采样率的数字信号。通常信号处理部分都采用固定采样率设计，在输出级插入采样率变换模块实现采样率变换功能，如何实时高效、无失真的实现采样率变换，是产品设计的重点。现有技术对于采样率变换，可采用插值或抽取的方法实现，其中插值实现整数倍的上变频，抽取实现整数倍的下变频，为避免频域混叠，需进行数字滤波，具体过程如图1。由图1可以看出，原数据采样率为F，M倍插值输出材料率为M×F，N倍抽取输出采样率为F/N，通过插值和抽取相结合的方法，可实现变换比为M/N的分数倍采样率变换。现有基于抽取和内插的采样率变换技术，理论上可实现任意分数倍采样率变换，但是实现过程中存在以下问题：1、当M和N较大时，实现的算法开销大，需要大量的乘法器、存储器资源，难于实现。比如采样率为32kHz的原始音频数据，想要实现采样率为11.025kHz的音频输出，需要实现的变换比为11.025k/32k＝441/1280，需要进行441倍的内插和1280倍的抽取，如此大的变换次数，实现十分困难。2、无法进行采样率任意变换。一般采样率任意变换指采样率在一定范围内，以一定的频率间隔可以任意变换。比如采样率在8kHz～32kHz范围内，以1Hz步进可任意设置。由于基于抽取和内插的采样率变换方法对M和N有限制，很多变换比难于实现，采样率无法任意设置。
技术实现思路
本专利技术的主要目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种实时高效的采样率任意变换的实现方法，本专利技术采用分段多项式内插的方式，无需进行大倍数的插值和抽取，简化了系统算法开销，可实现在一段频率范围内的采样率任意变换，可应用在需进行采样数据输出的电子产品，比如通信电台、侦察接收机、监测接收机、数据采集设备、音频输出设备等。本专利技术的目的通过以下的技术方案实现：一种实时高效的采样率任意变换的实现方法，包括以下步骤：S1、对采样率为Fi的数据进行缓存，需缓存M个采样点的数据，设采样点时刻坐标为x0，x1，x2，……，xM-1；对应的采样数据值为f(x0)，f(x1)，f(x2)，……，f(xM-1)；其中M≥4；S2、根据需要输出的采样率Fo，计算输出采样序列的步进间隔，计算需要插值时刻点的坐标，记为x；S3、根据缓存的数据和插值点坐标x，进行M点(M-1)次拉格朗日插值计算，获得该时刻的采样输出结果f(x)；重复以上步骤，获得采样率为Fo的数据输出，实现了采样率的任意变换。所述实时高效的采样率任意变换的实现方法，M＝4；采用用四点三次拉格朗日插值方法进行采样率变换实现，具体为：(1)对采样率为Fi的数据进行缓存，需缓4个采样点的数据，设采样点时刻坐标为x0，x1，x2，x3；对应的采样数据值为f(x0)，f(x1)，f(x2)，f(x3)；(2)根据需要输出的采样率Fo，计算输出采样序列的步进间隔，计算需要插值时刻点的坐标，记为x；(3)根据缓存的数据和插值点坐标x，进行四点三次拉格朗日插值计算，获得该时刻的采样输出结果f(x)；其中重复以上步骤，获得采样率为Fo的数据输出，实现了采样率的任意变换。M值选择主要基于插值效果和运算量考虑，需在保证效果的前提小尽量降低运算量，保证变换的实时性。若M值过小则插值效果不理想。M＝2线性插值，M＝3为二次插值，插值曲线不平滑，杂散抑制差，导致信号失真。若M值过大，则运算量急剧增加，特别是其中包含大量的乘法和除法运算，需消耗大量的运算资源，不利于信号处理的实时性。M>4的高次插值，杂散抑制与M为4的三次插值相比改善不明显，但是运算量比M＝4大很多，因此选用M＝4进行插值运算。本专利技术与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：1、本专利技术采用基于四点三次拉格朗日插值的多项式内插方法，对于变换比为M/N的分数频率变换，算法实现过程和复杂度与M和N值无关，可实现的采样率变换比对M和N值无限制；2、本专利技术的采样率变换方法，可以实现一定频率范围内的任意采样率变换；3、与传统的采样率变换方法项目，本算法实现简单，可提高硬件实现过程中的处理速度，节约逻辑和乘法运算资源的消耗。附图说明图1是现有技术采用插值或抽取的方法实现采样率变换的流程图。图2是本专利技术所述一种实时高效的采样率任意变换的实现方法的流程图。具体实施方式下面结合实施例及附图对本专利技术作进一步详细的描述，但本专利技术的实施方式不限于此。如图2，一种实时高效的采样率任意变换的实现方法，采用用四点三次拉格朗日插值方法进行采样率变换实现，具体为：(1)对采样率为Fi的数据进行缓存，需缓4个采样点的数据，设采样点时刻坐标为x0，x1，x2，x3；对应的采样数据值为f(x0)，f(x1)，f(x2)，f(x3)；(2)根据需要输出的采样率Fo，计算输出采样序列的步进间隔，计算需要插值时刻点的坐标，记为x；(3)根据缓存的数据和插值点坐标x，进行四点三次拉格朗日插值计算，获得该时刻的采样输出结果f(x)；其中重复以上步骤，获得采样率为Fo的数据输出，实现了采样率的任意变换。上述实施例为本专利技术较佳的实施方式，但本专利技术的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本专利技术的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本专利技术的保护范围之内。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种实时高效的采样率任意变换的实现方法，其特征在于，包括以下步骤：/nS1、对采样率为Fi的数据进行缓存，需缓存M个采样点的数据，设采样点时刻坐标为x

【技术特征摘要】
1.一种实时高效的采样率任意变换的实现方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、对采样率为Fi的数据进行缓存，需缓存M个采样点的数据，设采样点时刻坐标为x0，x1，x2，……，xM-1；对应的采样数据值为f(x0)，f(x1)，f(x2)，……，f(xM-1)；其中M≥4；
S2、根据需要输出的采样率Fo，计算输出采样序列的步进间隔，计算需要插值时刻点的坐标，记为x；
S3、根据缓存的数据和插值点坐标x，进行M点(M-1)次拉格朗日插值计算，获得该时刻的采样输出结果f(x)；
重复以上步骤，获得采样率为Fo的数据输出，实现了采样率的任意变换。


2.根据权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：张海拓，方健贵，
申请(专利权)人：广州海格通信集团股份有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44