多采样率系统在双通道音频信号中的实现

杨栩

摘要：以建立一种基于双通道音频信号的非整数倍改变采样频率的多采样率系统为目标，利用抗混叠、抗镜像滤波器防止在抽值和插值过程中产生的频谱混叠和基带频率高频镜像。提出通过抽样器系统和插值器系统级联组成多采样率系统，以任意有理数倍改变采样频率，以适应采样频率任意改变的实际应用。

关键词：多采样率系统；插值器；抽值器

中图分类號：TP273文献标志码：A

文章编号：2095-5383（2019）01-0016-04

Realization of Multirate Sampled System in Dualchannel Audio Signals

YANG Xu

（School of Physics and Engineering Technology， Chengdu Normal University ，Chengdu 611130，China）

Abstract：In this paper， a multirate sampled system based on twochannel audio signal and changes the sampling frequency by a noninteger multiple was proposed. It uses antialiasing and antimirroring filters to prevent spectrum aliasing and highfrequency mirroring of baseband frequency in the process of decimation and interpolation. This paper proposes to form a multirate sampled system by cascading the sampler system and the interpolator system. The sampling frequency can be changed by any rational multiple to adapt to the practical application of arbitrary change of sampling frequency.

Keywords： multirate sampled system； interpolator； value estimator

信号的采样和重建是信号处理重要环节之一，信号的采样频率过低会导致信号的频谱混叠，这种情况在模拟信号采样和数字信号采样中都会发生。传统的信号采样或插值都是整数倍采样或插值，从而改变采样频率，而实际应用中不同采样频率转换基本都不是整数倍变换，对于离散时间信号的音频信号要做到在不同的采样频率间自由转换而不失真，不会发生频谱混叠，比如数字录音带的驱动器采样频率为48 kHz与CD的采样频率为441 kHz之间的转换，这需要用到内插器系统与抽取器系统级联组成的多采样率系统来完成。

双通道音频信号作为典型的离散时间信号，采样频率为441 kHz，有理数倍改变采样频率，则需要用到多采样率系统来完成，在改变采样率过程中会不可避免地发生频谱混叠、频谱拉伸和压缩，需要用相应的滤波器来防止频谱混叠以及滤掉基带的高频镜像。从图1可以看出，双通道系统左右通道信号的幅度特性差别不大，相位差别较大。

1抽样器系统对音频信号的影响

2插值器系统对音频信号的影响

对离散信号进行L倍插零，即在原信号x（n）的两个采样点之间插入L-1个零，新的序列y（m）采样频率 fs提高到 fs′，采样周期从T变到T′。y（m）频谱中不仅包含基带频率，而且还包含以原始采样频率的谐波

3采样率按照A/L改变音频信号采样频率

采样率按照任意有理数A/L倍改变意味着要用插值器系统和抽值器系统组成的级联系统。由于插值不会产生频谱混叠，可以先用插值系统，插植和采样的过程如图4所示。

多采样率系统很好的改变了采样率非整数倍改变的系统，也解决了频谱混叠问题。通过仿真结果发现，抽值系统的频带最宽，插值系统的频带最窄。这3种系统均有滤波器，均不会产生频谱混叠，如图5所示。

采样率为441 kHz双通道音频信号经过多采样率系统后采样频率变为48 kHz，音频播放效果很好。时频域仿真图如图6所示。

4结论

本文以建立一种基于双通道音频信号的非整数倍改变采样频率的多采样率系统为目标，利用抗混叠、抗镜像滤波器防止在抽值和插值过程中产生的频谱混叠和基带频率高频镜像。本文提出通过抽样器系统和插值器系统级联组成多采样率系统，以任意有理数倍改变采样频率，以适应采样频率任意改变的实际需要。参考文献：

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