• 降采樣

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    降采樣

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    數字信號處理中,下采樣、壓縮和抽取是與多級數字信號處理系統中的重采樣過程相關的術語。下采樣和抽取可以是壓縮的同義詞,也可以描述帶寬減少(過濾)和采樣率降低的整個過程。當這個過程在一個信號或連續函數的樣本序列上進行時,它產生了一個以較低的速率(或密度,如照片)對信號進行采樣而得到的序列的近似值。

    十進制是一個術語,在歷史上意味著去除每十個一。然而,在信號處理中,十進制的系數實際上意味著只保留每十個樣本。這個系數要乘以采樣間隔,或者說,要除以采樣率。例如,如果44,100個樣本/秒的光盤音頻被提取了5/4的系數,那么得到的樣本率是35,280。執行提取的系統組件被稱為提取器。按整數因子提取也叫壓縮。

    降低采樣率的整數倍

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    降低采樣率的整數倍M可以解釋為兩步過程,并有更有效的等效實現:

    • 用數字低通濾波器降低高頻信號成分。
    • 從濾波后的信號中去除M;也就是說,只保留每一個Mth樣本。

    單獨的步驟2可能會導致高頻信號成分被數據的后續用戶誤解,這種類型的失真稱為混疊。如果有必要,步驟1可以將混疊抑制到一個可接受的水平。在這種應用中,該濾波器被稱為抗混疊濾波器,其設計將在下面討論。關于帶通函數和信號提取的信息,也請參見低采樣的信息。

    當抗混疊濾波器是一個IIR設計時,它在第二步之前依賴于從輸出到輸入的反饋。對于FIR濾波,只計算每M個輸出是一件很容易的事。第n個輸出樣本的十進制FIR濾波器的計算是一個點積。

    其中h[-]序列是脈沖響應,K是其長度。在通用處理器中,計算y[n]后最簡單的方法是將x[-]數組中的起始索引提前M,然后重新計算點積。在M=2的情況下,h[-]可以被設計成一個半帶濾波器,其中幾乎一半的系數是零,不需要包括在點乘中。

    在M的間隔內取的脈沖響應系數構成一個子序列,有M個這樣的子序列(相位)被復用在一起。點積是每個子序列與x[-]序列的相應樣本的點積之和。此外,由于M的下采樣,M個點積中任何一個所涉及的x[-]樣本流都不涉及其他的點積。因此,M個低階FIR濾波器分別對輸入流的M個復用階段中的一個進行過濾,而M個輸出則被加起來。這種觀點提供了一種不同的實現方式,在多處理器結構中可能是有利的。換句話說,輸入流被解復用,并通過M個濾波器組,其輸出被相加。當以這種方式實現時,它被稱為多相濾波器。

    為了完整起見,我們現在提到一個可能的,但不太可能的,每個階段的實現方式是在h[-]陣列的副本中用0替換其他階段的系數,以輸入速率處理原始x[-]序列(這意味著乘以0),并將輸出減少一個M的系數。它有時被用于多相方法的推導中。

    降采樣

    反混合濾波器

    讓X(f)是任何函數x(t)的傅里葉變換,其在某個區間T的樣本等于x[n]序列。那么離散時間傅里葉變換(DTFT)就是X(f)的周期性求和的傅里葉級數表示。

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    1. 降采樣
    2. 降低采樣率的整數倍
    3. 反混合濾波器

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