專利名稱：一種采樣率差異估計(jì)與校正系統(tǒng)及其處理方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種多通道信號(hào)處理方法，更具體的說，涉及到自適應(yīng)噪聲消除 (ANC)、盲源信號(hào)分離(BSS)等多通道信號(hào)處理應(yīng)用中的一種采樣率差異估計(jì)與校正 系統(tǒng)及其處理方法。
背景技術(shù)：
當(dāng)音頻流從一個(gè)設(shè)備傳輸?shù)搅硪粋€(gè)設(shè)備，在播放或者錄制的過程中，存在一個(gè) 問題在兩個(gè)設(shè)備的數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊中，缺乏一個(gè)共同的時(shí)鐘信號(hào)。這可能會(huì)導(dǎo)致信 號(hào)的采樣率出現(xiàn)不一致的情況。導(dǎo)致采樣率出現(xiàn)不一致現(xiàn)象的原因如下首先、產(chǎn) 生時(shí)鐘信號(hào)的晶振存在一定頻率范圍內(nèi)的容忍度，在一些商用的數(shù)字信號(hào)處理設(shè)備 中，這個(gè)容忍度可以從幾十個(gè)PPM (parts per million)到上萬(wàn)個(gè)PPM;其次，晶振 的頻率可能收到溫度的影響；另外，在一些便攜設(shè)備中，其所需要的頻率可能是從 一個(gè)更高的頻率通過分頻得到的。由于諸如以上的這些原因，例如一個(gè)標(biāo)稱為8000Hz 采樣的信號(hào)，其實(shí)際采樣率可能為8002Hz，或者其它頻率。
在一些基本應(yīng)用中，比如說VOIP，可以采用一些技巧來克服采樣率差異的影響， 例如在那些不為人耳感知的語(yǔ)音段插入一些零值樣點(diǎn)，或者在這些語(yǔ)音段刪除一些 樣點(diǎn)，來保證音頻信號(hào)流的同步。
另外，在一些更為復(fù)雜的應(yīng)用中，比如涉及到多路信號(hào)處理的應(yīng)用中，如盲源 信號(hào)分離，自適應(yīng)噪聲消除等應(yīng)用，僅僅保證信號(hào)的同步并不能滿足算法的需要。 當(dāng)音頻信號(hào)來自多個(gè)不同的采樣設(shè)備時(shí)，在經(jīng)過算法處理之前，必須保證多路信號(hào) 的采樣率是一致的。這時(shí)候必須進(jìn)行采樣率差異的估計(jì)和校正?，F(xiàn)有的信號(hào)分離或
者自適應(yīng)噪聲消除系統(tǒng)，并沒有考慮采樣率差異的影響。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決上述問題，本發(fā)明的目的在于提供一種采樣率差異估計(jì)與校正系統(tǒng)及 其處理方法。其通過一種改進(jìn)的相位變換算法，以及sinc函數(shù)內(nèi)插的精細(xì)方法，用 于估計(jì)相關(guān)信號(hào)間的采樣率差異，并利用polyphase濾波器組進(jìn)行重采樣校正。該 方法，解決了 ANC/BSS等多通道信號(hào)處理算法在實(shí)際應(yīng)用中存在的由于設(shè)備或者
7環(huán)境的原因，導(dǎo)致標(biāo)稱為同一采樣率的多通道信號(hào)出現(xiàn)采樣率不一致的問題。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的采樣率差異估計(jì)與校正系統(tǒng)，包括采樣率差異估 計(jì)模塊和采樣率校正模塊。所述采樣率差異估計(jì)模塊，通過改進(jìn)的相位變換算法 (IPHAT)，以及sinc函數(shù)內(nèi)插的精細(xì)方法，用于兩路相關(guān)信號(hào)之間的采樣率差異估 計(jì)；所述采樣率校正模塊，用于對(duì)兩路存在采樣率差異的相關(guān)信號(hào)進(jìn)行調(diào)整，利用 抽取和內(nèi)插濾波器組進(jìn)行重采樣校正，使得它們具有一致的采樣率。本發(fā)明的采樣 率差異估計(jì)與校正系統(tǒng)，首先利用采樣率差異估計(jì)模塊，對(duì)兩相關(guān)信號(hào)的采樣率差 異進(jìn)行估計(jì)，然后利用采樣率校正模塊，將兩路信號(hào)的采樣率調(diào)整為一致。
另外，本發(fā)明的采樣率差異估計(jì)與校正系統(tǒng)的處理方法，包括如下步驟
1) 選取來自同一源的兩路信號(hào)中的其中一路，將它從標(biāo)稱采樣率向目標(biāo)范圍內(nèi) 的采樣率重新采樣，這里認(rèn)為兩路信號(hào)的采樣率與標(biāo)稱采樣率的差異在/M以內(nèi)，即
目標(biāo)范圍為標(biāo)稱采樣率的正負(fù)/M范圍。
在本發(fā)明的方法中，兩路信號(hào)的采樣率與標(biāo)稱采樣率的差異/M的范圍/^^20Hz 的情況都能處理，例如當(dāng)/^為20Hz時(shí)，目標(biāo)范圍為標(biāo)稱采樣率的正負(fù)20Hz范圍。
2) 每次重采樣之后，與另一路信號(hào)求互相關(guān)函數(shù)，記錄每次互相關(guān)函數(shù)的最大 值，最大值對(duì)應(yīng)的目標(biāo)采樣率即為信號(hào)的真實(shí)采樣率。
這里，利用改進(jìn)的相位變換算法IPHAT,計(jì)算兩段相關(guān)信號(hào)的互相關(guān)函數(shù)的最大 值及其對(duì)應(yīng)坐標(biāo)，IPHAT算法的完整描述如下
A(咖F7T0(")) %2(w) = ,iTCy("》 G,2(w)""w)X;(w)
12、 2;r丄IG一)卩
其中，x(w)，:Kn)是等長(zhǎng)的兩段相關(guān)信號(hào)，X,(w),&(w)是對(duì)應(yīng)的頻譜，GJw)是
對(duì)應(yīng)的互相關(guān)功率譜，C7代表信號(hào)的信噪比，/l是與信噪比f(wàn)T對(duì)應(yīng)的一個(gè)比例因子，
它們之間滿足如下的關(guān)系
C7<C70
-義
—"0
II
義3) 利用IPHAT算法計(jì)算出x(n)與y(n)的互相關(guān)函數(shù)/^(w)以后，由下面的公式
計(jì)算x(n)與y(n)之間的整數(shù)點(diǎn)采樣率差異A/—int: /or △/ = -/M
及砂=xcwr(W); em/ = max((i);
采樣率差異為
△/_int = zWe;c 1;
其中，/M是采樣率差異估計(jì)的范圍，"^/7^/e是重采樣函數(shù)，表示將信號(hào)X
的采樣率調(diào)整/4//倍，；ccwr是互相關(guān)運(yùn)算函數(shù)，max是取最大值函數(shù)，/"&x表示
最大值對(duì)應(yīng)序列的坐標(biāo)，A/一int表示計(jì)算出的整數(shù)點(diǎn)采樣率差異值。
4) 在求出整數(shù)點(diǎn)的采樣率差異以后，如果需要更精確地確定兩段信號(hào)之間的采 樣率差異，進(jìn)一步采用基于sine函數(shù)內(nèi)插的方法，對(duì)IPHAT算法求出的一系列i 12(")
的最大值進(jìn)行連續(xù)時(shí)間域的重構(gòu)，通過找出重構(gòu)信號(hào)的最大值，從而確定更精確的 最大值坐標(biāo)，來找到分?jǐn)?shù)階的采樣率差異4/v^，計(jì)算公式如下
假設(shè)上述利用IPHAT算法求出的各個(gè)采樣率下，兩信號(hào)相關(guān)函數(shù)的最大值組成 的序列為^W，則
= Z d(w) sin c(f - w)
— - "o
式中，首先通過sine核函數(shù)內(nèi)插的方法，將最大值序列重構(gòu)成連續(xù)時(shí)間信號(hào)，
"。為^(n)中最大值對(duì)應(yīng)的坐標(biāo)，/mfec為連續(xù)時(shí)間信號(hào)中最大值對(duì)應(yīng)的坐標(biāo)，A/_/rac
表示分?jǐn)?shù)階的采樣率差異。
5) 將步驟3)中計(jì)算出的整數(shù)點(diǎn)的采樣率差異A/Jnt與步驟4)中計(jì)算出的分 數(shù)階采樣率差異A/—》。e相加，即得到兩路信號(hào)之間的更為精確的采樣率差異值A(chǔ)/s:int + △/—加c o
6)在計(jì)算出兩路信號(hào)之間的采樣率差異A,以后，以乂為基準(zhǔn)，對(duì)其中一路信 號(hào)進(jìn)行重采樣校正，該重采樣步驟是利用抽取和內(nèi)插濾波器實(shí)現(xiàn)，最終得到經(jīng)校正 后的信號(hào)。
在采樣率校正模塊中，首先，根據(jù)估計(jì)出來的采樣率差異值4/;，計(jì)算出內(nèi)插濾 波器和抽取濾波器中內(nèi)插因子Z和抽取因子M的大小。
其中，內(nèi)插和抽取因子的計(jì)算與采樣率差異值之間滿足如下的關(guān)系式
￡/M = (/s+4/;)//s 其中，Z、 M對(duì)應(yīng)最小的整數(shù)，例如，(乂+ 為1.2時(shí)，L=6， M=5。
接著，在計(jì)算出抽取因子L和內(nèi)插因子M以后，首先將所選的其中一路信號(hào)經(jīng) 過一個(gè)內(nèi)插濾波器，實(shí)現(xiàn)一個(gè)向上L倍的內(nèi)插，然后將內(nèi)插后的信號(hào)通過低通濾波 器，該低通濾波器的作用是避免出現(xiàn)頻率混疊，最后將低通濾波器輸出的信號(hào)通過 抽取濾波器，實(shí)現(xiàn)向下M倍的抽取，從而完成將所選的某一路信號(hào)的采樣率變化 L/M倍，得到采樣率轉(zhuǎn)換之后的信號(hào)。
本發(fā)明的采樣率差異估計(jì)與校正系統(tǒng)及其處理方法的有益效果在于通過一種 改進(jìn)的相位變換算法以及sine函數(shù)內(nèi)插的精細(xì)方法，估計(jì)相關(guān)信號(hào)間的采樣率差異， 并利用polyphase濾波器組進(jìn)行重采樣校正，能夠解決ANC/BSS等多通道信號(hào)處理 算法在實(shí)際應(yīng)用中存在的由于設(shè)備或者環(huán)境的原因?qū)е聵?biāo)稱為同一采樣率的多通道 信號(hào)出現(xiàn)采樣率不一致的問題。


圖1是本發(fā)明的采樣率差異估計(jì)與校正系統(tǒng)的構(gòu)成示意圖。
圖2是表示采樣率存在差異時(shí)的自適應(yīng)噪聲消除算法的性能表現(xiàn)，圖中，從上
至下依次為原始噪聲、采樣率差異為OHz、 lHz、 2Hz、 5Hz時(shí)的自適應(yīng)噪聲消除輸
出結(jié)果。
圖3是本發(fā)明的采樣率差異估計(jì)與校正系統(tǒng)的處理方法的流程框圖。 圖4是本發(fā)明的采樣率差異估計(jì)與校正系統(tǒng)的處理方法中的采樣率校正部分的 詳細(xì)流程圖。
圖5是利用本發(fā)明的方法對(duì)兩段采樣率差異為1Hz的信號(hào)進(jìn)行采樣率差異估計(jì) 的結(jié)果示意圖，其中，圖5(a)表示兩段相關(guān)信號(hào)， 一段的信噪比為一10dB;圖5(b) 是采樣率差異估計(jì)結(jié)果圖。
10
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的采樣率差異估計(jì)與校正系統(tǒng)及其處理方 法進(jìn)行詳細(xì)的說明。
圖1是本發(fā)明的采樣率差異估計(jì)與校正系統(tǒng)的構(gòu)成示意圖。如圖1所示，在兩 路具有采樣率差異的BSS/ANC系統(tǒng)中，兩路信號(hào)具有標(biāo)稱的同一采樣率乂，而實(shí)際 上，兩者的真實(shí)采樣率卻不是,，在這種情況下，進(jìn)行多通道信號(hào)處理的時(shí)候，算 法的性能就會(huì)受到影響。
由此，如圖1所示，本發(fā)明的采樣率差異估計(jì)與校正系統(tǒng)，包括采樣率差異 估計(jì)模塊和采樣率校正模塊。采樣率差異估計(jì)模塊完成兩路相關(guān)信號(hào)之間的采樣率 差異估計(jì)；采樣率校正模塊完成對(duì)其中一路信號(hào)的采樣率調(diào)整，使得它們具有一致 的采樣率。
圖2是表示采樣率存在差異時(shí)的自適應(yīng)噪聲消除算法的性能表現(xiàn)，其中，從上 至下依次為原始噪聲、以及采樣率差異為OHz、 lHz、 2Hz、 5Hz時(shí)的自適應(yīng)噪聲消 除輸出結(jié)果，從實(shí)驗(yàn)結(jié)果來看，當(dāng)存在采樣率差異時(shí)，自適應(yīng)算法的性能明顯受到 影響，表現(xiàn)為出現(xiàn)較大的殘余噪聲，而且，采樣率差異越大，算法表現(xiàn)越糟糕。
在采樣率差異估計(jì)中，本發(fā)明基于的原理是兩路相干信號(hào)，當(dāng)它們的采樣率 一致時(shí)，具有最大的相關(guān)性。為此，本發(fā)明采取下述策略選取兩路信號(hào)中的其中
一路，將它從標(biāo)稱的采樣率向某個(gè)范圍的采樣率重新釆樣，每次重采樣之后，與另 一路信號(hào)求互相關(guān)函數(shù)，記錄每次互相關(guān)函數(shù)的最大值。在這些最大值構(gòu)成的序列 中，最大值對(duì)應(yīng)的目標(biāo)采樣率即為信號(hào)的真實(shí)采樣率。
圖3是本發(fā)明的采樣率差異估計(jì)與校正系統(tǒng)的處理方法的流程框圖。圖3中， ;c(w)和:K")是兩相關(guān)信號(hào)，由兩個(gè)不同的設(shè)備錄制同一音源獲得，其標(biāo)稱的的采樣
率均為/"而實(shí)際的采樣率可能并不一致，而且，jc(")和;K")中還可能混入了干擾
噪聲，表達(dá)式如下式所示。
;c(w)-》(w) + ^(M) _y(w) = s2(") + "2(")
其中，A(")，^(")是同一音源到達(dá)不同設(shè)備被錄制的信號(hào)，巧(")，"2(")是到達(dá)錄 音設(shè)備的干擾信號(hào)。
由于噪聲的影響，直接計(jì)算x(n)和y(n)時(shí)域的互相關(guān)函數(shù)，其最大值往往不能準(zhǔn)確反映《(W)， ^(")的相關(guān)性，尤其在噪聲巧(n), "2(")也具有較強(qiáng)的相關(guān)性時(shí)，時(shí)域相 關(guān)函數(shù)的最大值可能反應(yīng)的是噪聲之間的相關(guān)性。
由此，如圖3所示，本發(fā)明的采樣率差異估計(jì)與校正系統(tǒng)的處理方法，包含采
樣率差異估計(jì)過程和采樣率校正過程，具體包括如下步驟
1) 選取來自同一源的兩路信號(hào)中的其中一路，將它從標(biāo)稱采樣率向目標(biāo)范圍內(nèi)
的采樣率重新采樣，兩路信號(hào)的采樣率與標(biāo)稱采樣率的差異/w的范圍為/M《20Hz。
例如，認(rèn)為兩路信號(hào)的采樣率與標(biāo)稱采樣率的差異/M在20Hz以內(nèi)，即目標(biāo)范 圍為標(biāo)稱采樣率的正負(fù)20Hz范圍。
2) 每次重采樣之后，與另一路信號(hào)求互相關(guān)函數(shù)，記錄每次互相關(guān)函數(shù)的最大 值，最大值對(duì)應(yīng)的目標(biāo)采樣率即為信號(hào)的真實(shí)采樣率。
這里，利用改進(jìn)的相位變換算法IPHAT，計(jì)算兩段相關(guān)信號(hào)的互相關(guān)函數(shù)的最大 值及其對(duì)應(yīng)坐標(biāo)，IPHAT算法的完整描述如下
x,(咖FFr(x("))
X2(w) = /^TO;(")) G,2(w)-X,(w)X;0)
物二了^LlM^ w
其中，x(w)，:KW是等長(zhǎng)的兩段相關(guān)信號(hào)，A(w),^(MO是對(duì)應(yīng)的頻譜，C^(w)是
對(duì)應(yīng)的互相關(guān)功率譜，C7代表信號(hào)的信噪比，義是與信噪比O"對(duì)應(yīng)的一個(gè)比例因子，
它們之間滿足如下的關(guān)系
-(CT-CT》+ ^ CT?！?"〈0",
3)利用IPHAT算法計(jì)算出x(n)與y(n)的互相關(guān)函數(shù)i^(")以后，由下面的公式 計(jì)算x(n)與y(n)之間的整數(shù)點(diǎn)采樣率差異A/一itit 。
12/or A/ = -/M
A 二畫msww_p/e(jc，/,州；
及砂=xcwr(x,，力；
"(A/ + /M+l) = max("; 二 max④；
整數(shù)點(diǎn)采樣率差異為
A/一int -畫zWex - /M —1;
其中，/M是采樣率差異估計(jì)的范圍，"sfl附p/e是重采樣函數(shù)，表示將信號(hào)x 的采樣率由乂調(diào)整到/， ；ccwr是互相關(guān)運(yùn)算函數(shù)，max是取最大值函數(shù)，/"A;c表 示最大值對(duì)應(yīng)序列的坐標(biāo)，A/一int表示計(jì)算出的整數(shù)點(diǎn)采樣率差異值。
這里，假設(shè)兩路信號(hào)的采樣率與標(biāo)稱采樣率的差異/A/在20Hz以內(nèi)，即目標(biāo)范 圍為標(biāo)稱采樣率的正負(fù)20Hz范圍。則x(n)與y(n)之間的整數(shù)點(diǎn)采樣率差異A/jnt為
，A/ = -20:1:20 /
A = resam—(x，/, ;
牟/ + 20 + 1) = max(&); em/ = max(d); 」nt 二 -20—1;
4)在求出整數(shù)點(diǎn)的采樣率差異以后，如果需要更精確地確定兩段信號(hào)之間的采 樣率差異，進(jìn)一步采用基于sine函數(shù)內(nèi)插的方法，對(duì)IPHAT算法求出的一系列及12(") 的最大值進(jìn)行連續(xù)時(shí)間域的重構(gòu)，通過找出重構(gòu)信號(hào)的最大值，從而確定更精確的 最大值坐標(biāo)，來找到分?jǐn)?shù)階的采樣率差異，計(jì)算公式如下
假設(shè)上述利用IPHAT算法求出的各個(gè)采樣率下，兩信號(hào)相關(guān)函數(shù)的最大值組成 的序列為""入則d(0 = Z (w) sin c(卜w) = max(d(O) = 一 "o
式中，首先通過sinc核函數(shù)內(nèi)插的方法，將最大值序列d(w)重構(gòu)成連續(xù)時(shí)間信號(hào)， 為d(")中最大值對(duì)應(yīng)的坐標(biāo)，/mfec為連續(xù)時(shí)間信號(hào)中最大值對(duì)應(yīng)的坐標(biāo)， 表示分?jǐn)?shù)階的采樣率差異。
5) 將上述步驟3)中計(jì)算出的整數(shù)點(diǎn)的采樣率差異與步驟4)中計(jì)算出的分?jǐn)?shù)
階采樣率差異相加，即得到兩路信號(hào)之間的更為精確的采樣率差異值4/;:
A/s =A/—int + A/—>ac 。
6) 在計(jì)算出兩路信號(hào)之間的采樣率差異以后，以fs為基準(zhǔn)，對(duì)其中一路信號(hào)進(jìn) 行重采樣校正，該重采樣步驟是利用抽取和內(nèi)插濾波器實(shí)現(xiàn)，最終得到經(jīng)校正后的 信號(hào)。
在采樣率校正模塊中，首先根據(jù)估計(jì)出來的采樣率差異值4/;，計(jì)算出內(nèi)插濾波
器和抽取濾波器中內(nèi)插因子Z和抽取因子M的大小。其中，內(nèi)插和抽取因子的計(jì)算
與采樣率差異值之間滿足如下的關(guān)系式
其中，Z、 M對(duì)應(yīng)最小的整數(shù)，例如，(X+A/;)/X為1.2時(shí)，L=6， M=5。
接著，在計(jì)算出抽取因子丄和內(nèi)插因子M以后，首先將所選的其中一路信號(hào)經(jīng) 過一個(gè)內(nèi)插濾波器完成信號(hào)向上L倍的內(nèi)插，然后將內(nèi)插后的信號(hào)通過低通濾波器， 低通濾波器的作用是避免出現(xiàn)頻率混疊，最后將低通濾波器輸出的信號(hào)通過抽取濾 波器，完成向下M倍的抽取，從而完成將所選的某一路信號(hào)的采樣率變化L/M倍， 得到采樣率轉(zhuǎn)換之后的信號(hào)。
圖4是本發(fā)明的釆樣率差異估計(jì)與校正系統(tǒng)的處理方法中的采樣率校正部分的 詳細(xì)流程圖。
如圖4所示，抽取和內(nèi)插濾波器合二為一的采樣率校正系統(tǒng)圖，完成將信號(hào)x(n) 的采樣率變化L/M倍，首先，將信號(hào)經(jīng)過一個(gè)內(nèi)插濾波器，實(shí)現(xiàn)一個(gè)向上L倍的內(nèi) 插，然后，將內(nèi)插后的信號(hào)通過一個(gè)低通濾波器以防止頻率混疊，最后，將低通濾 波器的輸出信號(hào)通過一個(gè)抽取濾波器，實(shí)現(xiàn)向下M倍的抽取。其中，抽取和內(nèi)插濾 波器的實(shí)現(xiàn)采用了多相分解的方法。性能分析
在實(shí)際應(yīng)用中，兩路信號(hào)的采樣率可能都不是標(biāo)稱的采樣率々，這里假設(shè)兩個(gè)
采樣率分別為/,/2，兩者之間的采樣率差異為4/;=/2-/，以々為基準(zhǔn)，根據(jù)估 計(jì)出的采樣率差異(這里默認(rèn)估計(jì)準(zhǔn)確)，把信號(hào)x(n)進(jìn)行采樣率轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換后的采
樣率為
,=乂*鹿=/;*(,+4/;)//,
此時(shí)，重采樣之后的x(n)與y(n)之間的采樣率差異A/為
△/=/2—,'=/2—/*(/s+A/;)a =(/2—y;)/x 《/廣y;。
由此可見，經(jīng)過本發(fā)明的估計(jì)與校正系統(tǒng)的處理，最終所獲得的采樣率差異遠(yuǎn)
小于兩路信號(hào)原始的采樣率差異，從而能夠解決ANC/BSS等多通道信號(hào)處理算法在
實(shí)際應(yīng)用中存在的由于設(shè)備或者環(huán)境的原因?qū)е聵?biāo)稱為同一采樣率的多通道信號(hào)出 現(xiàn)采樣率不一致的問題。
性能試驗(yàn)
為考察本發(fā)明方法的性能，通過下述考量方法進(jìn)行了試驗(yàn)
圖5是利用本發(fā)明的方法對(duì)兩段采樣率差異為1Hz的信號(hào)進(jìn)行采樣率差異估計(jì) 的結(jié)果示意圖，其中，圖5 (a)表示用于采樣率差異估計(jì)的兩段相關(guān)信號(hào)， 一段的信 噪比為-10dB;圖5(b)是采樣率差異估計(jì)結(jié)果圖。
在沒有cross-talk的情況下，定義一個(gè)變量ENR (error to noise ratio)
￡A^ = 10*logl0(^^) 五A^值反應(yīng)了殘余噪聲與初始噪聲的能量之比，上式中，e代表殘余噪聲，n代
表原始噪聲。ENR值越小，自適應(yīng)噪聲消除算法性能越好。
下表中給出針對(duì)語(yǔ)音信號(hào)，采樣率從0Hz變?yōu)?0Hz時(shí)，ENR的變化。
0Hz1Hz2Hz3Hz4Hz5Hz6Hz7Hz8Hz9Hz
E廳(dB)-37.28-16.08-11.18-8.11-6.18-3.39-2.57-2.29-1.91-1.47
ENR2(dB)-37.28-37.34-37.09-37.26-37.26-37.16-37.03-37.14-37.03-37.15
15其中，ENR1代表未進(jìn)行采樣率差異調(diào)整時(shí)的值，ENR2代表進(jìn)行采樣率差異調(diào) 整以后的值。
在實(shí)際環(huán)境中，帶有cross-talk的情況下，考査ANC算法的性能，兩路采用兩 種設(shè)備錄制， 一個(gè)為電腦聲卡， 一個(gè)為愛國(guó)者錄音筆，如圖5 (b)所示，結(jié)果如下: 校正之前ENR = -12.516dB
校正之后，ENR = -16.338dB
由此可見，采樣率差異問題確實(shí)存在于自適應(yīng)噪聲消除或者盲源分離的應(yīng)用中， 并且嚴(yán)重影響了自適應(yīng)算法的性能，而本發(fā)明所提出的相關(guān)信號(hào)間采樣率差異估計(jì) 和校正方法，則較好地解決了這一問題。
權(quán)利要求
1、一種采樣率差異估計(jì)與校正系統(tǒng)，其特征在于，包括采樣率差異估計(jì)模塊和采樣率校正模塊，所述采樣率差異估計(jì)模塊，用于通過改進(jìn)的相位變換算法IPHAT以及sinc函數(shù)內(nèi)插的精細(xì)方法估計(jì)兩路相關(guān)信號(hào)之間的采樣率差異；所述采樣率校正模塊，用于對(duì)兩路存在采樣率差異的相關(guān)信號(hào)進(jìn)行調(diào)整，利用抽取和內(nèi)插濾波器組進(jìn)行重采樣校正，使得它們具有一致的采樣率，該采樣率差異估計(jì)與校正系統(tǒng)，首先利用所述采樣率差異估計(jì)模塊，對(duì)兩相關(guān)信號(hào)的采樣率差異進(jìn)行估計(jì)，然后利用所述采樣率校正模塊，將兩路信號(hào)的采樣率調(diào)整為一致。
2、 如權(quán)利要求1所述的采樣率差異估計(jì)與校正系統(tǒng)，其特征在于，所述采樣率 差異估計(jì)模塊，是基于相關(guān)性原理，計(jì)算信號(hào)間互相關(guān)函數(shù)時(shí)，采取一種改進(jìn)的相 位變換算法IPHAT， IPHAT算法的具體過程如下Z2(w) = FiTCK")) G,2 0)-《0)X;0)'八 2;r JjG12 其中，x("),:K")是等長(zhǎng)的兩段相關(guān)信號(hào)，《(w)，^^(nO是對(duì)應(yīng)的頻譜，G"w)是對(duì)應(yīng)的互相關(guān)功率譜，C7代表信號(hào)的信噪比，；t是與信噪比^T對(duì)應(yīng)的一個(gè)比例因子， 它們之間滿足如下的關(guān)系<formula>formula see original document page 2</formula>
3、如權(quán)利要求2所述的采樣率差異估計(jì)與校正系統(tǒng)，其特征在于，所述采樣率 差異估計(jì)模塊，在利用IPHAT算法計(jì)算出x(n)與y(n)的互相關(guān)函數(shù)/^(")以后，由下面的公式計(jì)算x(n)與y(n)之間的整數(shù)點(diǎn)采樣率差異A/_int:<formula>formula see original document page 3</formula>及砂=xcwrO',力；<formula>formula see original document page 3</formula>其中，/M是采樣率差異估計(jì)的范圍，m^wp/e是重采樣函數(shù)，表示將信號(hào)x的采樣率調(diào)整/"/倍，；ccwr是互相關(guān)運(yùn)算函數(shù)，max是取最大值函數(shù)，/"&x表示最大值對(duì)應(yīng)序列的坐標(biāo)，A/—int表示計(jì)算出的整數(shù)點(diǎn)采樣率差異值；在求出整數(shù)點(diǎn)的采樣率差異之后，采用基于sine函數(shù)內(nèi)插的方法進(jìn)一步確定兩 段信號(hào)之間的采樣率差異，對(duì)IPHAT算法求出的一系列及12(")的最大值進(jìn)行連續(xù)時(shí) 間域的重構(gòu)，通過找出重構(gòu)信號(hào)的最大值，從而確定更精確的最大值坐標(biāo)，來找到 分?jǐn)?shù)階的采樣率差異，計(jì)算公式如下假設(shè)上述利用IPHAT算法求出的兩信號(hào)相關(guān)函數(shù)的最大值組成的序列為W"人 求分?jǐn)?shù)階采樣率差異A/—/rae的公式表述如下，<formula>formula see original document page 3</formula>式中，首先通過sinc核函數(shù)內(nèi)插的方法，將最大值序列d(")重構(gòu)成連續(xù)時(shí)間信號(hào)，"。為d(w)中最大值對(duì)應(yīng)的坐標(biāo)，/mtec為連續(xù)時(shí)間信號(hào)中最大值對(duì)應(yīng)的坐標(biāo)，表示分?jǐn)?shù)階的采樣率差異；然后，將上述計(jì)算出的整數(shù)點(diǎn)的采樣率差異與分?jǐn)?shù)階采樣率差異相加，獲取兩 路信號(hào)之間的更為精確的采樣率差異值A(chǔ)/s: 4^=A/_int + A/一加c 0
4、 一種采樣率差異估計(jì)與校正系統(tǒng)的處理方法，其特征在于，包括如下步驟1) 選取來自同一源的兩路信號(hào)中的其中一路，將它從標(biāo)稱采樣率向目標(biāo)范圍內(nèi) 的采樣率重新采樣，這里認(rèn)為兩路信號(hào)的采樣率與標(biāo)稱采樣率的差異在/m以內(nèi)；2) 每次重采樣之后，與另一路信號(hào)求互相關(guān)函數(shù)，記錄每次互相關(guān)函數(shù)的最大 值，在這些最大值構(gòu)成的峰值序列中，最大值對(duì)應(yīng)的目標(biāo)采樣率即為信號(hào)的真實(shí)采 樣率，這里，利用改進(jìn)的相位變換算法IPHAT，計(jì)算兩段相關(guān)信號(hào)的互相關(guān)函數(shù)的最大 值及其對(duì)應(yīng)坐標(biāo)，IPHAT算法的完整描述如下<formula>formula see original document page 0</formula>12、 2;r丄IG,)卩 其中，x(")，K")是等長(zhǎng)的兩段相關(guān)信號(hào)，《(w),X2(w)是對(duì)應(yīng)的頻譜，( 12 )是對(duì)應(yīng)的互相關(guān)功率譜，ff代表信號(hào)的信噪比，A是與信噪比cr對(duì)應(yīng)的一個(gè)比例因子，它們之間滿足如下的關(guān)系<formula>formula see original document page 0</formula>3)利用IPHAT算法計(jì)算出x(n)與y(n)的互相關(guān)函數(shù)&(")以后，由下面的公式 計(jì)算x(n)與y(n)之間的整數(shù)點(diǎn)采樣率差異A/Jnt:= ms"w/ /e(;c,/， ; "(A/ + /M+l) = max(及砂)；end[max—va/we, zWex] = max(t/); V—int = /w^x - j^ -l;其中，/M是采樣率差異估計(jì)的范圍，"^附;^是重采樣函數(shù)，表示將信號(hào)x 的采樣率調(diào)整/"/倍，jccwr是互相關(guān)運(yùn)算函數(shù)，max是取最大值函數(shù)，/mfec表示最大值對(duì)應(yīng)序列的坐標(biāo)，A/—int表示計(jì)算出的整數(shù)點(diǎn)采樣率差異值；4) 在求出整數(shù)點(diǎn)的采樣率差異之后，采用基于sinc函數(shù)內(nèi)插的方法進(jìn)一步確定 兩段信號(hào)之間的采樣率差異，對(duì)IPHAT算法求出的一系列及12(")的最大值進(jìn)行連續(xù) 時(shí)間域的重構(gòu)，通過找出重構(gòu)信號(hào)的最大值，從而確定更精確的最大值坐標(biāo)，來找 到分?jǐn)?shù)階的采樣率差異，計(jì)算公式如下假設(shè)上述利用IPHAT算法求出的兩信號(hào)相關(guān)函數(shù)的最大值組成的序列為W^， 求分?jǐn)?shù)階采樣率差異的公式表述如下，<formula>formula see original document page 5</formula>式中，首先通過sinc核函數(shù)內(nèi)插的方法，將最大值序列d(")重構(gòu)成連續(xù)時(shí)間信 號(hào)， 為c/(")中最大值對(duì)應(yīng)的坐標(biāo)，/mfec為連續(xù)時(shí)間信號(hào)中最大值對(duì)應(yīng)的坐標(biāo)，A/l/^表示分?jǐn)?shù)階的采樣率差異；5) 將步驟3)中計(jì)算出的整數(shù)點(diǎn)的采樣率差異與步驟4)中計(jì)算出的分?jǐn)?shù)階采樣率差異相加，即得到兩路信號(hào)之間的更為精確的采樣率差異值4/;:6) 在計(jì)算出兩路信號(hào)之間的采樣率差異A/;以后，以々為基準(zhǔn)，對(duì)其中一路信號(hào)進(jìn)行重采樣校正，該重采樣利用抽取和內(nèi)插濾波器實(shí)現(xiàn)，最終得到經(jīng)校正后的信 號(hào)。
5、 如權(quán)利要求4所示的采樣率差異估計(jì)與校正系統(tǒng)的處理方法，其特征在于， 所述兩路信號(hào)的采樣率與標(biāo)稱采樣率的差異/M^20Hz 。
6、 如權(quán)利要求4所示的采樣率差異估計(jì)與校正系統(tǒng)的處理方法，其特征在于，所述步驟6)中，首先，根據(jù)估計(jì)出來的采樣率差異值4/;,計(jì)算出內(nèi)插濾波器和抽取濾波器中內(nèi)插因子L和抽取因子M的大小，其中，內(nèi)插因子i和抽取因子M的計(jì) 算與采樣率差異值之間滿足如下的關(guān)系式其中，￡、 M對(duì)應(yīng)最小的整數(shù)；接著，在計(jì)算出抽取因子Z和抽取因子M以后，將所選的其中一路信號(hào)經(jīng)過一 個(gè)內(nèi)插濾波器，實(shí)現(xiàn)向上丄倍的內(nèi)插，然后，將內(nèi)插后的信號(hào)通過一個(gè)低通濾波器 以防止頻率混疊，最后，將低通濾波器輸出的信號(hào)通過一個(gè)抽取濾波器，實(shí)現(xiàn)向下M倍的抽取，從而完成將所選的某一路信號(hào)的采樣率變化L/M倍，得到采樣率轉(zhuǎn)換 之后的信號(hào)。
7、 如權(quán)利要求6所示的采樣率差異估計(jì)與校正系統(tǒng)的處理方法，其特征在于， 所述抽取和內(nèi)插濾波器的實(shí)現(xiàn)采用多相分解的方法。
8、 如權(quán)利要求6所示的采樣率差異估計(jì)與校正系統(tǒng)的處理方法，其特征在于， 所述用于防止頻率混疊的低通濾波器采用有限沖激響應(yīng)低通濾波器。
全文摘要
本發(fā)明提供一種采樣率差異估計(jì)與校正系統(tǒng)及其處理方法。該系統(tǒng)包括采樣率差異估計(jì)模塊和采樣率校正模塊。首先通過采樣率差異估計(jì)模塊，利用改進(jìn)的相位變換算法IPHAT，求兩路信號(hào)的互相關(guān)函數(shù)；然后，計(jì)算它們之間的整數(shù)點(diǎn)采樣率差異；接著進(jìn)一步采用基于sinc函數(shù)內(nèi)插的方法，獲得分?jǐn)?shù)階的采樣率差異；將整數(shù)點(diǎn)的采樣率差異與分?jǐn)?shù)階采樣率差異相加，即得到兩路信號(hào)之間的更為精確的采樣率差異值；在計(jì)算出兩路信號(hào)之間的采樣率差異以后，通過采樣率校正模塊，利用抽取和內(nèi)插濾波器對(duì)其中一路信號(hào)進(jìn)行重采樣校正。該方法可解決ANC/BSS等多通道信號(hào)處理算法在實(shí)際應(yīng)用中存在的由于設(shè)備或者環(huán)境的原因?qū)е聵?biāo)稱為同一采樣率的多通道信號(hào)出現(xiàn)采樣率不一致的問題。
文檔編號(hào)G10L21/00GK101645273SQ20091008873
公開日2010年2月10日 申請(qǐng)日期2009年7月10日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月10日
發(fā)明者強(qiáng) 付, 波 覃, 顏永紅 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院聲學(xué)研究所;北京中科信利技術(shù)有限公司