[发明专利]音频转采样方法及其系统

说明书

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：