分数延迟滤波器和截止频率

信息处理 低通滤波器 插值 奈奎斯特 重采样
2022-02-08 20:20:06

我正在尝试实现一个插值器,用于一维信号的任意采样率转换(分数延迟滤波器)。我知道插值通常是低通滤波的问题,并且脉冲响应和通带宽度成反比(对于相同的内核形状)。但是,我有点不确定如何精确地将其应用于不同插值率的分数延迟滤波器。

据我了解,插值内核的频率截止应该是 pi*low_rate/high_rate 弧度。但是对于哪类插值滤波器是这样的呢?例如,对于三次 B 样条插值(非 Nyquist(1) 分段多项式,其中 Nyquist(1) 表示当源和目标采样率相同时滤波器的脉冲响应为 delta),用于超级采样的内核纯粹基于分数位置,并且没有任何形式的截止规定,尽管可以计算内插器的脉冲响应(这似乎使内核频率依赖于前面提到的脉冲响应/通带对偶性)。对于线性(Nyquist(1),多项式)、sinc(Nyquist(1),非多项式)或高斯(非 Nyquist(1),非多项式)等其他类型的插值器呢?

此外,非 Nyquist(1) 内插器可以通过使用固定前置滤波器转换为 Nyquist(1),例如高级接收器的可变采样率转换技术中所述。如果实际上给定的内插器必须根据截止频率扩大/收缩其脉冲响应,这意味着这些非 Nyquist(1) 内插器现在有两个阶段:固定预滤波器和潜在的可变内插。在这样的系统中将在什么阶段应用截止频率的校正,它是否遵循上述相同的公式?我预计预滤波器中需要进行频率校正,但该论文似乎并未表明使用具有三次 B 样条插值的频率相关预滤波器,尽管如前所述,该插值器无法适应截止频率核心算法。

1个回答

好的,我想我已经学到了足够多的插值理论来回答这个问题。可以以两种等效的方式查看插值。最明显的是,对于您尝试计算插值的每个点,源样本的乘法/总和,插值内核以插值点为中心。或者,您可以将信号本身视为一组“隐藏”系数与相同卷积核的卷积;在这种情况下,要在样本之间进行插值,您将每个源系数乘以插值点所在的样本对应插值内核上的点。前一个模型是您实际用于插值信号的模型,但第二个模型使第一个模型中不太清楚的一些事情变得明显。

对于上采样,等效低通滤波器截止将始终处于源信号的奈奎斯特速率(至少对于理想的低通滤波器而言),这意味着无论上采样率如何,插值内核都是固定的。此外,这意味着给定插值点的系数在插值内核曲线上始终具有固定距离,这是优化的宝贵信息(例如,如果您将频率比量化为与内核 LUT 相同的分辨率,则可以安排内核 LUT,以便可以一次获取单个插值样本的所有系数,而不需要每个插值样本进行多次数组访问)。因此,前置过滤器(如果需要)也将被修复。

对于下采样,截止频率必须是目标采样率的奈奎斯特率,这意味着当应用于源样本时,插值内核和预滤波器必须按比例扩展。我不完全确定,但我认为这意味着不能直接使用内核不能扩张的插值方法(例如基于矩阵的 B 样条插值)不能直接用于下采样,在这种情况下,您必须使用这样的算法上采样到目标频率的整数倍,然后是低通滤波器和抽取(显然同时多相低通滤波器和抽取将是一种优化)。