CN104539261A - 一种任意采样率转换的内插滤波处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种任意采样率转换的内插滤波处理方法，该方法步骤包括：(1)根据输入信号的带宽要求和滤波精度系数，产生FIR滤波器抽头系数表；(2)用NCO产生1倍数据时钟信号，并得到该时钟信号的时钟相位Phase；(3)采用1倍数据时钟信号进行信号接收；(4)根据时钟相位Phase在FIR滤波器系数表内提取相应的滤波系数；(5)将提取得到的滤波系数应用于FIR滤波器，对接收信号进行滤波处理，即可将输入信号的采样率转换到***工作频率fs，实现采样率转换的内插滤波处理；该方法中采用的插值滤波器由一个横向FIR滤波器和一个装订有滤波器系数的ROM表组成，实现简单，耗费硬件资源少，实用性强。

Description

一种任意采样率转换的内插滤波处理方法

技术领域

本发明涉及数字滤波技术领域，特别涉及一种任意采样率转换的内插滤波处理方法。

背景技术

在现有数字内插滤波器设计中，将信号采样率变到***工作时钟，为了适应数据速率可变的要求，一种方法是根据传输数据的速率，采用重新配置时钟芯片来改变DA工作时钟，这种方法受硬件平台限制；另外一种方法是针对特定几个速率采用多级滤波器进行整倍数插值滤波，这种方法滤波器级数多、结构复杂、耗费资源巨大，并且数据速率不能连续可变，实用性不强。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供了一种任意采样率转换的内插滤波处理方法，该方法中采用的插值滤波器由一个横向FIR滤波器和一个装订有滤波器系数的ROM表组成，在每个***工作时钟fs周期内，根据量化后的时钟相位phase查找内插滤波器系数表，实时更新FIR滤波器系数并进行滤波运算，得到采样率为fs的插值后的信号，该内插滤波方法实现简单，耗费硬件资源少，实用性强。

本发明的上述目的主要是通过如下技术方案予以实现的：

一种任意采样率转换的内插滤波处理方法，包括以下步骤：

1、一种任意采样率转换的内插滤波处理方法，其特征在于包括以下步骤：

(1)、根据输入信号的带宽Bw和设定的信号分辨率参数K，生成K组FIR滤波器系数，并将所述K组滤波器系数保存在FIR滤波器抽头系数表内；其中，所述信号分辨率参数K＝2^L，L为正整数；

(2)、根据输入信号的码率Rb和***时钟频率fs，采用NCO产生1倍数据时钟信号，所述数据时钟信号的频率Rs＝Rb，所述数据时钟信号的时钟相位Phase等于所述NCO累加值的高L位截取值，即所述时钟相位Phase的取值范围为0～K-1；其中，所述NCO的位宽为M且M≥L；

(3)、按照步骤(2)产生的1倍数据时钟信号对输入信号进行接收，得到接收信号；

(4)、根据信号接收时钟的时钟相位Phase的取值，在步骤(1)产生的FIR滤波器抽头系数表中提取FIR滤波器的抽头系数，其中，如果所述时钟相位Phase＝k-1，则在所述FIR滤波器抽头系数表中提取得到第k组低通FIR滤波器系数h′_k(n)，其中，k＝1,2,…,K，n＝1,2,…,N，N为所述FIR滤波器的抽头个数；

(5)、将步骤(4)提取得到的FIR滤波器系数应用于FIR滤波器中，对步骤(3)中得到的接收信号进行内插滤波处理，得到内插滤波后信号。

上述的任意采样率转换的内插滤波处理方法，在步骤(1)中，根据输入信号的带宽Bw和设定的信号分辨率参数K，生成K组FIR滤波器系数，并将所述K组滤波器系数保存在FIR滤波器抽头系数表内，具体实现过程如下：

(1a)、根据信号带宽Bw，生成一组满足所述信号带宽内滤波要求的FIR滤波器的抽头系数h(n)，其中，n＝1,2,…,N，N为所述FIR滤波器的抽头个数；

(1b)、根据设定的信号分辨率参数K得到K个比例函数，其中，第k个所述比例函数为k＝1,2,…,K，n＝1,2,…,N；

(1c)、对步骤(1a)得到的FIR滤波器抽头系数h(n)进行N点离散傅里叶变换，得到FIR滤波器响应函数H(jw)＝DFT(h(n))，其中，DFT()代表离散傅里叶变换；所述响应函数H(jw)的N个值分别为h₁,h₂,…,h_n,…,h_N；

(1d)、根据步骤(1b)得到的K个比例函数和步骤(1c)得到的响应函数H(jw)，得到K个新的响应函数，其中，第k个所述新的响应函数为H′_k(jw)，H′_k(jw)的N个值分别为h₁′,h₂′,…,h_n′,…,h_N′，其中，h_n′＝h_n×f_k(n)，k＝1,2,…,K，n＝1,2,…,N；

(1e)、对步骤(1d)得到的K个新的响应函数进行逆傅里叶变换得K组滤波器系数，其中，第k组所述滤波器系数为h′_k(n)＝IDFT(H′_k(jw))，IDFT代表逆离散傅里叶变换，k＝1,2,…,K；

(1f)、将步骤(1e)中得到K组滤波器系数依次存入数据表中，得到FIR滤波器抽头系数表。

上述的任意采样率转换的内插滤波处理方法，FIR滤波器抽头系数表装订在ROM表中。

本发明与现有技术相比的优点在于：

(1)、本发明由一个横向FIR滤波器和一个装订有滤波器系数的ROM构成分数倍插值滤波器，通过该分数倍插值滤波器可以实现不同速率信号的采样率由信号频率到***工作频率的的采样率转换，实现结构简单，且可以满足输入信号的连续可变要求，实用性强。

(2)本发明的分数倍插值滤波器由一个横向FIR滤波器和一个装订有滤波器系数的ROM表组成，在每个***工作时钟fs周期内，根据量化后的时钟相位phase查找内部滤波器系数表，实时更新FIR滤波器系数并进行滤波运算，得到采样率为fs的插值后的信号。该滤波器实现方法简单，所用硬件资源少，可以有效克服现有技术受硬件平台限制、本发明方法中的插值滤波器结构简单、运算量小；

(3)本发明中使用的装订滤波器系数的ROM表大小可根据输入信号分辨率的要求灵活调整，即能满足性能要求，又能节省资源，灵活性强。

附图说明

图1为本发明的内插滤波处理方法的处理流程框图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细的描述：

如图1所示的本发明处理流程框图所示，本发明的任意采样率转换的内插滤波处理方法，包括以下步骤：

(1)、根据输入信号的带宽Bw和设定的信号分辨率参数K，生成K组FIR滤波器系数，并将所述K组滤波器系数保存在FIR滤波器抽头系数表内；其中，所述信号分辨率参数K＝2^L，L为正整数；具体实现步骤如下：

(1a)、根据信号带宽Bw，生成一组满足所述信号带宽内滤波要求的FIR滤波器的抽头系数h(n)，其中，n＝1,2,…,N，N为所述FIR滤波器的抽头个数；

(1b)、根据设定的精度系数K得到K个比例函数，其中，第k个所述比例函数为k＝1,2,…,K，n＝1,2,…,N；

(1c)、对步骤(1a)得到的FIR滤波器抽头系数h(n)进行N点离散傅里叶变换，得到FIR滤波器响应函数H(jw)＝DFT(h(n))，其中，DFT()代表离散傅里叶变换；所述响应函数H(jw)的N个值分别为h₁,h₂,…,h_n,…,h_N；

(1d)、根据步骤(1b)得到的K个比例函数和步骤(1c)得到的响应函数H(jw)，得到K个新的响应函数，其中，第k个所述新的响应函数为H′_k(jw)，H′_k(jw)的N个值分别为h₁′,h₂′,…,h_n′,…,h_N′，其中，h_n′＝h_n×f_k(n)，k＝1,2,…,K，n＝1,2,…,N；

(1e)、对步骤(1d)得到的K个新的响应函数进行逆傅里叶变换得K组滤波器系数，其中，第k组所述滤波器系数为h′_k(n)＝IDFT(H′_k(jw))，IDFT代表逆离散傅里叶变换，k＝1,2,…,K；

(1f)、将步骤(1e)中得到K组滤波器系数依次存入数据表中，得到FIR滤波器抽头系数表，该FIR滤波器抽头系数表可以装订在ROM表，便于硬件实现，可以与横向FIR滤波器联合使用，实现可变采样率的插值滤波处理。

在本实施例中，FIR滤波器设定为32阶的横向滤波器，即具有32个延迟单元，共N＝33个抽头系数；且设定的信号分辨率参数K＝256，即正整数L＝8；

(2)、根据输入信号的码率Rb和***时钟频率fs，采用NCO产生1倍数据时钟信号，所述数据时钟信号的频率Rs＝Rb，所述数据时钟信号的时钟相位Phase等于所述NCO累加值的高L位截取值，即所述时钟相位Phase的取值范围为0～K-1；其中，所述NCO的位宽为M且M≥L；该NCO的工作频率为fs；

本实施例中，NCO的位宽为M＝32，在设定的输入信号分辨率参数K＝256时，时钟相位phase为NCO累加值的高8位截取值，也就是说时钟相位的取值为0～255；在本发明中，就是采用该时钟相位得到FIR滤波器系数的提取序号，实现插值滤波的系数提取。

(3)、按照步骤(2)产生的1倍数据时钟信号对输入信号进行接收，得到接收信号；即该接收信号的采样率为Rs，本发明的目的就是将该信号的采样率统一转换为***采样率，并且保证信号不失真；

(4)、根据信号接收时钟的相位Phase的取值，在步骤(1)产生的FIR滤波器抽头系数表中提取FIR滤波器的抽头系数，其中，如果所述时钟相位Phase＝k-1，则在所述FIR滤波器抽头系数表中提取得到第k组低通FIR滤波器系数h′_k(n)，其中，k＝1,2,…,K，n＝1,2,…,N，N为所述FIR滤波器的抽头个数；

(5)、将步骤(4)提取得到的FIR滤波器系数应用于FIR滤波器中，对步骤(3)中得到的接收信号进行内插滤波处理，得到内插滤波后信号，该信号的采样率为fs，即经过以上处理将采样率为Rs的信号内插滤波为采样率为fs的信号，从而实现采样率的转换。

在本实施例中，本发明的插值滤波器由一个32阶横向FIR滤波器和一个装订有滤波器系数的ROM表组成。在每个***工作时钟fs周期内，根据量化后的时钟相位phase，在ROM表中查找滤波器系数，实时更新FIR滤波器系数并进行滤波运算，得到采样率为fs的插值后的信号。如果对每个滤波系数按16位进行量化，时钟相位phase按8位进行量化，则装订FIR滤波器系数的ROM表的存储量为33*16*2⁸＝135168bit。

本发明采用可变系数的分数倍插值滤波器，实现不同速率信号插值滤波，整个功能可采用FPGA实现。

以上所述，仅为本发明最佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

本发明说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知技术。

Claims (3)

1.一种任意采样率转换的内插滤波处理方法，其特征在于包括以下步骤：

(1)、根据输入信号的带宽Bw和设定的信号分辨率参数K，生成K组FIR滤波器系数，并将所述K组滤波器系数保存在FIR滤波器抽头系数表内；其中，所述信号分辨率参数K＝2^L，L为正整数；

(2)、根据输入信号的码率Rb和***时钟频率fs，采用NCO产生1倍数据时钟信号，所述数据时钟信号的频率Rs＝Rb，所述数据时钟信号的时钟相位Phase等于所述NCO累加值的高L位截取值，即所述时钟相位Phase的取值范围为0～K-1；其中，所述NCO的位宽为M且M≥L；

(3)、按照步骤(2)产生的1倍数据时钟信号对输入信号进行接收，得到接收信号；

(4)、根据信号接收时钟的时钟相位Phase的取值，在步骤(1)产生的FIR滤波器抽头系数表中提取FIR滤波器的抽头系数，其中，如果所述时钟相位Phase＝k-1，则在所述FIR滤波器抽头系数表中提取得到第k组低通FIR滤波器系数h′_k(n)，其中，k＝1,2,…,K，n＝1,2,…,N，N为所述FIR滤波器的抽头个数；

(5)、将步骤(4)提取得到的FIR滤波器系数应用于FIR滤波器中，对步骤(3)中得到的接收信号进行内插滤波处理，得到内插滤波后信号。

2.根据权利要求1所述的一种任意采样率转换的内插滤波处理方法，其特征在于：在步骤(1)中，根据输入信号的带宽Bw和设定的信号分辨率参数K，生成K组FIR滤波器系数，并将所述K组滤波器系数保存在FIR滤波器抽头系数表内，具体实现过程如下：

(1a)、根据信号带宽Bw，生成一组满足所述信号带宽内滤波要求的FIR滤波器的抽头系数h(n)，其中，n＝1,2,…,N，N为所述FIR滤波器的抽头个数；

(1b)、根据设定的信号分辨率参数K得到K个比例函数，其中，第k个所述比例函数为k＝1,2,…,K，n＝1,2,…,N；

(1c)、对步骤(1a)得到的FIR滤波器抽头系数h(n)进行N点离散傅里叶变换，得到FIR滤波器响应函数H(jw)＝DFT(h(n))，其中，DFT()代表离散傅里叶变换；所述响应函数H(jw)的N个值分别为h₁,h₂,…,h_n,…,h_N；

(1d)、根据步骤(1b)得到的K个比例函数和步骤(1c)得到的响应函数H(jw)，得到K个新的响应函数，其中，第k个所述新的响应函数为H′_k(jw)，H′_k(jw)的N个值分别为h₁′,h₂′,…,h_n′,…,h_N′，其中，h_n′＝h_n×f_k(n)，k＝1,2,…,K，n＝1,2,…,N；

(1e)、对步骤(1d)得到的K个新的响应函数进行逆傅里叶变换得K组滤波器系数，其中，第k组所述滤波器系数为h′_k(n)＝IDFT(H′_k(jw))，IDFT代表逆离散傅里叶变换，k＝1,2,…,K；

(1f)、将步骤(1e)中得到K组滤波器系数依次存入数据表中，得到FIR滤波器抽头系数表。

3.根据权利要求1所述的一种任意采样率转换的内插滤波处理方法，其特征在于：FIR滤波器抽头系数表装订在ROM表中。