本发明专利技术涉及数字信号处理技术领域，公开了一种对离散信号进行高倍内插的升采样方法及装置。通过本发明专利技术创造，提供了一种分级实现高倍内插值升采样设计的方案，即先根据为合数的内插目标倍数，确定在依次的至少两级升采样处理中各级升采样处理的内插倍数，然后对原始的离散信号进行所述至少两级升采样处理，得到信号升采样结果，如此通过内插分级设计来对高倍内插进行任务拆分，可使拆分后的各级内插倍数分别小于或等于FIR滤波器所支持的最大内插值，进而可以通过多级级联FIR滤波器的方式，解决单级FIR滤波器所存在的最大内插值受限问题，实现在高倍内插值的同时又满足通带容限和阻带容限的目的。此外在FPGA中实现时，所需消耗的可编程逻辑资源可最小。耗的可编程逻辑资源可最小。耗的可编程逻辑资源可最小。
【技术实现步骤摘要】
一种对离散信号进行高倍内插的升采样方法及装置
[0001]本专利技术属于数字信号处理
，具体地涉及一种对离散信号进行高倍内插的升采样方法及装置。
技术介绍
[0002]在数字信号处理工程应用中，特别是在嵌入式系统中需要对数据进行采集和处理。在采集数据时，往往会采用高采样率的模拟数字转换器ADC(Analog to Digital Converter)，这时就需要采用降采样(Downsampling)来降低采样率以减少信号处理的MIPS(Million Instructions Per Second，单字长定点指令平均执行速度的英文缩写，每秒处理的百万级的机器语言指令数)，或者在需要对多个信号源进行处理时，需要采用降采样(Downsampling)或者升采样(Upsampling)来将多个信号同步到相同的采样率。
[0003]在升采样设计中，通常需要对原始的离散信号进行内插(即在已知抽样序列的相邻抽样点之间等间隔地插入I
‑
1个零值点，其中，I表示内插倍数)操作，然后进行低通滤波处理，即直接的内插操作会在频谱上使周期变长，导致将原本不在一个周期频谱里的信号引入进来，称为“镜像”，为防止“镜像”，就需对插值后的信号进行低通滤波，去除原采样率信号外的信号。传统的实现方法是使用单级FIR(Finite Impulse Response，即有限长单位冲激响应滤波器，是数字信号处理系统中最基本的原件，它可以保证任意幅频特性的同时具有严格的线性相频特性，同时其单位抽样响应是有限长的，因而滤波器是稳定的系统)滤波器来设计低通滤波器，例如在Vivado(即Vivado设计套件，是FPGA厂商赛灵思公司2012年发布的集成设计环境)设计平台中，具体使用FIR IP核来实现。
[0004]但是由于FIR IP核不支持高倍内插(即内插倍数大于4000)，使得在高倍内插情况下将无法使用。针对这种高倍内插情况，可以使用CIC滤波器(在数字信号处理中，CIC滤波器是FIR滤波器中最优的一种，其由一对或多对积分
‑
梳状滤波器组成)，即使用CIC IP核来实现高倍内插，并在滤波器内部再实现低通滤波；如果要实现这样的滤波器，只有当有用信号的频带相对于采样信号的速率很小时才能设计符合要求的滤波器，这样的话在通带衰减较大的情况下也对有用信号影响较小，而有用信号的频带相对于采样信号的速率很小也就是意味着信号的采样率很高，所以，CIC滤波器适合应用在多级信号处理的前端，作为抗混叠滤波器使用，或者是作为后端的抗混叠插值滤波器。但是在实现高倍内插值升采样设计要求下，要同时满足通带容限和阻带容限的误差，CIC滤波器实现起来就比较困难，因为要想阻带衰减大，就要增大滤波器的级数，但是会导致通带容限增大。
[0005]由此在具体的高倍内插值升采样设计中，如何提供一种巧妙的设计方法来解决单级FIR滤波器所存在的最大内插值受限问题，进而实现在高倍内插值(即内插值大于4000倍)的同时又满足通带容限和阻带容限的目的，是本领域技术人员亟需研究的课题。
技术实现思路
[0006]为了解决现有升采样设计并没有充分考虑到高内插倍数的情形以及没有考虑到
FIR IP核内插倍数的限制情况和采用CIC滤波器实现高倍内插值所带来的问题，本专利技术目的在于提供一种新型的且对离散信号进行高倍内插的升采样方法及装置，可通过内插分级设计来对高倍内插进行任务拆分，使拆分后的各级内插倍数分别小于或等于FIR滤波器所支持的最大内插值，进而可以通过多级级联FIR滤波器的方式，解决单级FIR滤波器所存在的最大内插值受限问题，实现在高倍内插值的同时又满足通带容限和阻带容限的目的，便于实际应用和推广。
[0007]第一方面，本专利技术提供了一种对离散信号进行高倍内插的升采样方法，包括：
[0008]根据为合数的内插目标倍数，确定在依次的至少两级升采样处理中各级升采样处理的内插倍数，其中，所述各级升采样处理分别采用对离散信号进行先整数倍内插再低通滤波的处理方式，所述各级升采样处理的内插倍数与所述内插目标倍数满足如下关系：
[0009][0010]式中，∏表示各项连乘的运算符号，N表示所述至少两级升采样处理的总级数且有N＝Roundup(log
n
M,0)，Roundup()表示向上舍入数字的函数，M表示所述内插目标倍数且有M＞n，n表示用于判定高倍内插的预设阈值，i表示正整数，m
i
表示在所述至少两级升采样处理中第i级升采样处理的内插倍数且有m
i
≤n和m
i
∈R，R表示正整数集合；
[0011]对原始的离散信号进行所述至少两级升采样处理，得到信号升采样结果。
[0012]基于上述
技术实现思路
，提供了一种分级实现高倍内插值升采样设计的方案，即先根据为合数的内插目标倍数，确定在依次的至少两级升采样处理中各级升采样处理的内插倍数，然后对原始的离散信号进行所述至少两级升采样处理，得到信号升采样结果，如此通过内插分级设计来对高倍内插进行任务拆分，可使拆分后的各级内插倍数分别小于或等于FIR滤波器所支持的最大内插值，进而可以通过多级级联FIR滤波器的方式，解决单级FIR滤波器所存在的最大内插值受限问题，实现在高倍内插值的同时又满足通带容限和阻带容限的目的。
[0013]在一个可能的设计中，根据为合数的内插目标倍数，确定在依次的至少两级升采样处理中各级升采样处理的内插倍数，包括：
[0014]根据为合数的内插目标倍数，按照如下公式确定总级数N：
[0015]N＝Roundup(log
n
M,0)
[0016]式中，Roundup()表示向上舍入数字的函数，M表示所述内插目标倍数且有M＞n，n表示用于判定高倍内插的预设阈值；
[0017]根据所述内插目标倍数M的所有因数，得到至少一个因数组合，其中，所述至少一个因数组合中的各个因数组合分别包含有不同的N个非1正整数，所述N个非1正整数与所述内插目标倍数M满足如下关系：
[0018][0019]式中，∏表示各项连乘的运算符号，i表示正整数，表示在所述N个非1正整数中的第i个数值且有
[0020]在所述至少一个因数组合中，将位于与最小方差值对应的因数组合中的各个数值
一一对应地作为在依次的N级升采样处理中各级升采样处理的内插倍数，其中，所述各级升采样处理分别采用对离散信号进行先整数倍内插再低通滤波的处理方式。
[0021]基于上述可能设计，还可以通过使所述各级升采样处理的内插倍数接近，使得在FPGA中实现时，所需消耗的可编程逻辑资源最小，进一步具有容易实现和保障运行稳定的特点。
[0022]在一个可能的设计中，根据为合数的内插目标倍数，确定在依次的至少两级升采样处理中各级升采样处理的内插倍数，包括：
[0023]根据为合数的内插目标倍数，按照如下公式确定总级数N：
[0024]N＝Roundup(log
n
...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种对离散信号进行高倍内插的升采样方法，其特征在于，包括：根据为合数的内插目标倍数，确定在依次的至少两级升采样处理中各级升采样处理的内插倍数，其中，所述各级升采样处理分别采用对离散信号进行先整数倍内插再低通滤波的处理方式，所述各级升采样处理的内插倍数与所述内插目标倍数满足如下关系：式中，∏表示各项连乘的运算符号，N表示所述至少两级升采样处理的总级数且有N＝Roundup(log
n
M,0)，Roundup()表示向上舍入数字的函数，M表示所述内插目标倍数且有M＞n，n表示用于判定高倍内插的预设阈值，i表示正整数，m
i
表示在所述至少两级升采样处理中第i级升采样处理的内插倍数且有m
i
≤n和m
i
∈R，R表示正整数集合；对原始的离散信号进行所述至少两级升采样处理，得到信号升采样结果。2.如权利要求1所述的升采样方法，其特征在于，根据为合数的内插目标倍数，确定在依次的至少两级升采样处理中各级升采样处理的内插倍数，包括：根据为合数的内插目标倍数，按照如下公式确定总级数N：N＝Roundup(log
n
M,0)式中，Roundup()表示向上舍入数字的函数，M表示所述内插目标倍数且有M＞n，n表示用于判定高倍内插的预设阈值；根据所述内插目标倍数M的所有因数，得到至少一个因数组合，其中，所述至少一个因数组合中的各个因数组合分别包含有不同的N个非1正整数，所述N个非1正整数与所述内插目标倍数M满足如下关系：式中，∏表示各项连乘的运算符号，i表示正整数，表示在所述N个非1正整数中的第i个数值且有在所述至少一个因数组合中，将位于与最小方差值对应的因数组合中的各个数值一一对应地作为在依次的N级升采样处理中各级升采样处理的内插倍数，其中，所述各级升采样处理分别采用对离散信号进行先整数倍内插再低通滤波的处理方式。3.如权利要求1所述的升采样方法，其特征在于，根据为合数的内插目标倍数，确定在依次的至少两级升采样处理中各级升采样处理的内插倍数，包括：根据为合数的内插目标倍数，按照如下公式确定总级数N：N＝Roundup(log
n
M,0)式中，Roundup()表示向上舍入数字的函数，M表示所述内插目标倍数且有M＞n，n表示用于判定高倍内插的预设阈值；根据所述内插目标倍数M的所有因数，得到至少一个因数组合，其中，所述至少一个因数组合中的各个因数组合分别包含有不同的N个非1正整数，所述N个非1正整数与所述内插目标倍数M满足如下关系：
式中，Π表示各项连乘的运算符号，i表示正整数，表示在所述N个非1正整数中的第i个数值且有针对所述至少一个因数组合中的各个因数组合，应用实现依次的N级升采样处理的仿真程序，对离散测试信号进行仿真处理，得到对应的信号升采样仿真结果及处理时间，其中，所述N级升采样处理中的各级升...
【专利技术属性】
技术研发人员：李强，程志福，黄敬一，路海英，
申请(专利权)人：河南普大信息技术有限公司，
类型：发明
国别省市：
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