为音频设计一个 2x 插值滤波器

信息处理 过滤器设计 插值
2022-02-04 16:24:18

我想对以 44.1KHz 采样的音频信号执行 2x 插值,方法是在每个原始样本后添加一个零,然后使用低通滤波器对结果进行上采样,从而对信号进行上采样。

假设一个模拟椭圆滤波器(10 阶或更低)作为设计的基础。什么样的设计规范会构成一个高质量的音频内插器,可以最大限度地减少混叠?

例如,通带和阻带分别为 0.45 * Nyquist 和 0.55 * Nyquist (Nyquist = 22.05KHz),阻带衰减为 -50dB,通带纹波为 -0.1dB,这对于低成本商业 DAC 来说很常见(我很欣赏数字到模拟转换是一个稍微不同的场景)。是否有更好的价值来进行高质量的音频插值,以最大限度地减少混叠并且不会截断 22.05KHz 之前的太多高频。

例如,将阻带设置在 22.05KHz 以上进行插值是一个好主意,还是低通在 22.05KHz 之后稍微滚降一点无关紧要,什么是可以接受的?

3个回答

@Keith:这是我所看到的情况。原始信号的频谱显示在下面的面板 (a) 中。实线是光谱能量,虚线是光谱复制。在零填充(上采样 2)之后,填充序列的频谱显示在面板 (b) 中。请注意以 44.1 kHz 为中心的频谱图像,需要移除(衰减)。因此,在零填充之后,您需要实现一个数字滤波器,其通带截止频率为 0.45*22.05 kHz,阻带从 0.55*22.05 kHz 开始。(我将该滤波器显示为面板 (b) 中的虚线。)但请记住,滤波器的奈奎斯特速率是 44.1 kHz (88.2/2 kHz) 而不是 22.05 kHz。您想要的最终光谱显示在面板 (c) 中。 在此处输入图像描述

我不认为有简单的“一刀切”的答案。你需要在两者之间做出权衡

  1. 您仍然希望“平坦”的最高频率是多少
  2. 你愿意容忍多少混叠(这实际上是一个函数内容,让它变得更复杂)
  3. 可以允许多少和什么类型的时间拖尾和/或相位失真
  4. 你想在它上面花费多少计算。
  5. 延迟限制

大多数高级数字母带制作可能需要一个在通带中非常平坦的线性相位 FIR 滤波器。我认为椭圆滤波器不合格。类似以下过滤器的东西可能会起作用

b = firls(63,[0 18000*2/44100 20000*2/44100 1],[1 1 0 0],[1 10000])';

通过零填充的插值不能产生混叠的频谱分量。上采样过程生成的是光谱图像。并且必须通过低通滤波来消除(即大大衰减)这些图像。如果我了解您的情况,在您进行零填充后,您的新数据采样率将是 88.2 kHz,而您的填充时间序列将有一个以 44.1 kHz 为中心的不需要的频谱图像。因此,您需要实现一个数字滤波器,其通带截止频率为 0.45*22.05 kHz,阻带从 0.55*22.05 kHz 开始。但现在请记住,滤波器的奈奎斯特速率是 44.1 kHz (88.2/2 kHz) 而不是22.05 kHz。