专利名称：音频转采样方法及其系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及信号处理技术，特别涉及信号采样率转换技术。
背景技术：
采样率的转换是一门被广泛应用在一维信号处理系统中的技术，它的功能是将输 入信号的采样率转到另一个采样率。最常见的应用场景是音频解码和播放系统里。众所周 知，输入的解码音频信号的采样率是不固定的且多种的，主要原因在于对应编码器的设置 以及输入信号采样率的设置的不同。而在解码和播放系统里，所带的模数转换器通常仅仅 支持有限类的采样率。因此，在系统里，采取一套采样率转换器，将输入的解码音频信号的 采样率转化到模数转化器所支持的采样率上，是必要的。采样率转换的方法来源于插值算法。插值算法是根据输入和输出采样率的比例， 在原有两个采样点之间增加一个或者数个采样点(采样率增加)，或者在几个采样点内插 值出一个采样点(采样率减少)。插值的方法基本是用多项式插值。线性插值是最简单最 常用的方法，它的运算复杂度极低，缺点则是准确度很低。更复杂的插值方法则以增加运算 复杂度的代价增加插值准确度。但是，不管运用多么高阶的插值方法，都有一个频谱混叠的 问题。频谱混叠所带来的后果则是产生一些刺耳的噪音，这是听众所不可以忍受的。基于 数字信号处理的采样率转换系统有效地抑制了这个问题，此类方法的思路则是在采样率转 换之前，将可能产生混叠的频段用数字低通滤波器抑制，被称为上下采样率转换方法，它根 据采样率转换的频率比的最小有理数比例来进行插值和滤波。目前的数字滤波器通常分为 两种，一种是有限冲击响应滤波器(FIR)，一种则是无限冲击响应滤波器(IIR)。在数字滤 波器的转采样方法里，两种算法都可以使用，且各有各的优势。有限冲击响应滤波器的优点 在于它的设计方法简单，并且它有着线性相位。而无限冲击响应滤波器的优点在于它的运 算复杂度较低，但是其设计方法比较复杂，并且相位不是线性的。非线性相位所带来的坏处 则是不同的频率成分经过滤波器以后延迟不一样，导致在时间轴上会有一定的失真。现有的音频转采样方法如图1所示，即上采样_滤波_下采样。上文所述的最简 便的插值方法等效于图1的流程图中只执行了第一步上采样处理和第三步下采样处理。在 实际应用中，图1中的低通滤波起着十分关键的作用，它有效的抑制了上采样后的混叠失 真。换句话说，采用低通滤波效果越好的滤波器，所产生的混叠失真将越小。因此，在理论 上，采取足够高阶的数字滤波器，无论是有限冲击响应滤波器还是无限冲击响应滤波器，都 可以取得极小的混叠失真。关于现有的采样率转换技术也可参见专利号为“5892695”的美 国专利。然而，本发明的发明人发现，事实上，在很多实时系统里，包括很多手持设备里，运 算复杂度往往是受到限制的，即过高的运算开销是不被允许的。如果能用较低的开销完成 滤波过程并取得较好的滤波效果，对大部分受电池所限的手持设备的音频系统是十分有意 义的。因此在现有的技术中，往往采取无限冲击响应滤波器实现图1中的低通滤波处理。但 是，由于无限冲击响应滤波器有着非线性的相位，往往给不同频率的信号带来了不同的延迟，从而产生了所谓的延迟失真。如果采取有限冲击响应滤波器实现图1中的低通滤波处 理，则虽然能够避免失真的问题，但有限冲击响应滤波器所要求的计算高负责度往往是能 力受限的手持设备无法实现的。
发明内容
本发明的目的在于提供一种音频转采样方法及其系统，使得音频系统在复杂度与 相位失真之间取得一个较好的平衡，在具备较低复杂度的同时，将相位失真减少到可以被 人耳所掩蔽的程度。为解决上述技术问题，本发明的实施方式提供了一种音频转采样方法，包含以下 步骤在对经上采样处理后的音频信号进行下采样处理之前，将经上采样处理后的音频 信号进行低通滤波处理和相位补偿处理；对经低通滤波处理和相位补偿处理后的信号进行下采样处理；其中，低通滤波处理通过无限冲击响应滤波器实现。本发明的实施方式还提供了一种音频转采样系统，包含上采样模块，用于对音频信号进行上采样处理；低通滤波和相位补偿模块，用于对经上采样处理后的音频信号进行低通滤波处理 和相位补偿处理；下采样模块，用于对经低通滤波处理和相位补偿处理后的信号进行下采样处理；其中，低通滤波处理通过无限冲击响应滤波器实现。本发明实施方式与现有技术相比，主要区别及其效果在于在进行音频转采样的过程中，在对经上采样处理后的音频信号进行下采样处理之 前，将经上采样处理后的音频信号进行低通滤波处理和相位补偿处理，对经低通滤波处理 和相位补偿处理后的信号进行下采样处理。其中，低通滤波处理通过无限冲击响应滤波器 实现。由于无限冲击响应滤波器实现的低通滤波处理虽然有较低的复杂度，但由于相位不 是线性的，将导致在时间轴上会有一定的失真的问题。本发明通过在音频转采样的过程中， 进行相位补偿处理以达到在不同频率上具有相近延迟的滤波结果，从而可以将相位失真减 少到可以被人耳所掩蔽的程度。相对于传统基于无限冲击响应滤波器的转采样系统来比， 只牺牲了一定的计算复杂度完成了对相位失真的抑制。而如果和传统有限冲击响应滤波器 的转采样系统相比，极大地减少的滤波器的计算复杂度，也可以取得近似的均勻延迟性，即 线性相位。进一步地，既可以先进行低通滤波处理再进行相位补偿处理，也可以先进行相位 补偿处理再进行低通滤波处理。使得本发明的实施方式方式可灵活实现。
图1是现有技术中音频转采样方法流程图；图2是根据本发明第一实施方式的音频转采样方法流程图；图3是根据本发明第二实施方式的音频转采样方法流程图；图4是根据本发明第三实施方式的音频转采样系统结构示意图。
具体实施例方式在以下的叙述中，为了使读者更好地理解本申请而提出了许多技术细节。但是，本 领域的普通技术人员可以理解，即使没有这些技术细节和基于以下各实施方式的种种变化 和修改，也可以实现本申请各权利要求所要求保护的技术方案。为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的实施 方式作进一步地详细描述。本发明第一实施方式涉及一种音频转采样方法，适用于一维的信号采样率转换， 尤其是语音和音频信号。在本实施方式中，以较少运算复杂度的代价取得相位的近似线性 的无限冲击响应滤波器，取得一个运算复杂度和滤波失真的平衡。也就是说，在通常的低通 滤波器后级联一个相位均衡无限冲击响应滤波器以构成近似的线性相位，从而将相位失真 减少到可以被人耳所掩蔽。具体流程如图2所示，在步骤210中，音频系统对音频信号进行上采样处理。本步 骤与现有的上采样处理步骤相同，在此不再赘述。接着，在步骤220中，将经上采样处理后的音频信号进行低通滤波处理。其中，为 降低复杂度，低通滤波处理通过无限冲击响应滤波器实现。具体地说，假定滤波器截止频率是它通常根据上下转采样倍数和输入信号的 采样率决定)，那么设计的低通滤波器的频率响应H(f)可以表示为
权利要求
一种音频转采样方法，其特征在于，包含以下步骤在对经上采样处理后的音频信号进行下采样处理之前，将经上采样处理后的音频信号进行低通滤波处理和相位补偿处理；对经低通滤波处理和相位补偿处理后的信号进行下采样处理；其中，所述低通滤波处理通过无限冲击响应滤波器实现。
2.根据权利要求1所述的音频转采样方法，其特征在于，所述将经上采样处理后的音 频信号进行低通滤波处理和相位补偿处理的步骤中，包含以下子步骤将经上采样处理后的音频信号先进行低通滤波处理，再将经低通滤波处理后的音频信 号进行相位补偿处理。
3.根据权利要求1所述的音频转采样方法，其特征在于，所述将经上采样处理后的音 频信号进行低通滤波处理和相位补偿处理的步骤中，包含以下子步骤将经上采样处理后的音频信号先进行相位补偿处理，再将经相位补偿处理后的音频信 号进行低通滤波处理。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的音频转采样方法，其特征在于，通过以下公式进 行所述相位补偿处理
5.根据权利要求1至3中任一项所述的音频转采样方法，其特征在于，通过以下公式进 行所述低通滤波处理
6.一种音频转采样系统，其特征在于，包含 上采样模块，用于对音频信号进行上采样处理；低通滤波和相位补偿模块，用于对经上采样处理后的音频信号进行低通滤波处理和相 位补偿处理；下采样模块，用于对经低通滤波处理和相位补偿处理后的信号进行下采样处理； 其中，所述低通滤波处理通过无限冲击响应滤波器实现。
7.根据权利要求6所述的音频转采样系统，其特征在于，所述低通滤波和相位补偿模 块包含低通滤波子模块，用于对经上采样处理后的音频信号进行低通滤波处理； 相位补偿子模块，用于对经低通滤波处理后的音频信号进行相位补偿处理。
8.根据权利要求6所述的音频转采样系统，其特征在于，所述低通滤波和相位补偿模 块包含相位补偿子模块，用于对经上采样处理后的音频信号进行相位补偿处理； 低通滤波子模块，用于对经相位补偿处理后的音频信号进行低通滤波处理。
9.根据权利要求6至8中任一项所述的音频转采样系统，其特征在于，所述低通滤波和 相位补偿模块通过以下公式进行所述相位补偿处理
10.根据权利要求6至8中任一项所述的音频转采样系统，其特征在于，所述低通滤波 和相位补偿模块通过以下公式进行所述低通滤波处理
全文摘要
本发明涉及信号处理技术，公开了一种音频转采样方法及其系统。本发明中，通过在音频转采样的过程中，进行相位补偿处理以达到在不同频率上具有相近延迟的滤波结果，从而可以将相位失真减少到可以被人耳所掩蔽的程度。相对于传统基于无限冲击响应滤波器的转采样系统来比，只牺牲了一定的计算复杂度完成了对相位失真的抑制。而如果和传统有限冲击响应滤波器的转采样系统相比，极大地减少的滤波器的计算复杂度，也可以取得近似的均匀延迟性，即线性相位。
文档编号H03H17/06GK101944890SQ20091005757
公开日2011年1月12日 申请日期2009年7月9日 优先权日2009年7月9日
发明者林福辉, 黄鹤云 申请人:展讯通信(上海)有限公司