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信号与系统

多速率处理:抽取、插值与滤波次序

14 分钟

系统不必所有模块用同一采样率。抽取降低数据率,插值提高采样率;正确安排滤波可减少计算并满足不同接口。但直接每隔M点取样会让原高频混叠,直接插零又会产生谱镜像。

抽取

先低通把信号限制到新奈奎斯特频率,再保留每M个样本。滤波与降采样可用多相结构重排,只计算最终保留样本需要的部分。

插值

样本间插入L-1个零后,频谱压缩并出现镜像;插值低通保留基带并按增益规范缩放。它不创造原信号没有的真实高频细节。

有理变采样

L/M变换通常先插值再抽取,合并中间滤波并避免实际生成大量零。约分比例、带宽和过渡带决定实现成本。

半带与CIC

半带滤波器大量系数为零,适合2倍变化;CIC无乘法器、适合大倍率,但通带下垂且字长增长,需要补偿与缩放。

时延与时间戳

不同速率路径的群时延需换算到共同时间单位。多传感器融合若只按样本编号对齐,会因滤波和缓冲误配。

实现中还要跟踪样本有效标志和帧边界;倍率转换后的第一、最后样本可能受滤波器状态影响。用时间戳或已知脉冲端到端测量总延迟,不能只把各标称群时延相加。

练习:设计48 kHz到16 kHz抽取链,给抗混叠指标、滤波位置、计算量和总时延。

小纸条

抽取信号前为什么必须先做低通滤波?