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可视电话系统中用于图像抽取与内插的FIR 滤波器设计罗虹(宁夏工业设计院有限责任公司)【摘要】实现了可视电话系统中应用于视频格式CCIR601与QCIF 相互转换的抽取与内插的FIR 数字滤波器的设计,并在已实现的H.263编解码系统中使用了这些滤波器,实验结果获得了很好的图像质量。
【关键词】抽取;内插;FIR 滤波器【Ab str act 】An implementatio n of decimatio n and interpo latio n FIR digital filters is propo sed in this paper .T hese filters can be applied into the conv ersion between CCIR601PAL and QCIF.A test has been don e in a H.263codec sy stem and the result v erifies these filters are very suitable for this v ideo format co nversio n.【Key wo r ds 】Decim ation;Interpo lation;FIR filter1.前言在可视电话H.263编解码系统[5]中,需要完成视频格式CCIR601PAL(704*576)与QCIF(176*144)的相互转换,这一过程主要是要完成图像数据采样率的转换。
在数字采样率变换方法中,提高采样率称为内插;降低采样率称为抽取。
从CCIR601变换到QC IF,需要降低采样率,因而采用抽取,相反地,从QCIF 变换到CCIR601,采用内插。
对于抽取和内插,我们分别设计了FIR 数字滤波器,实践表明,这组滤波器非常适合CCIR601与QCIF 的相互转换,可获得很好的图像质量。
图1X(!)Y(!)抽取频谱图Fig.1Figu re s o f decima tion s pe ctrumX(!)Y(!)2.抽取与内插的工作原理2.1抽取的工作原理以4:1下取样为例,设输入信号(数字序列)为x (n),输出信号为y(n),则y (n)=x (4n)n=0,1,2,…根据Fourier 变换的性质,x(n)、y (n )的频谱Y(!)、X(!)满足如下关系[1]Y(!)=14[X(!4)+X(!4-"2)+X(!4-")+X(!4-32")]图1(a)、(b)分别为X(!)、Y(!)频谱图。
抽取与内插的频谱分析工科实验班钟汇凯43咱们明白，为了幸免在抽样信号中显现混叠，抽样定理要求被抽样的信号是一个带限信号。
但是，在实际应用中，绝大多数信号都不能知足那个要求，为了减小混叠的阻碍和放宽对滤波器性能指标的要求，在实际应用中往往采取一种提高抽样率的方法，使信号的抽样率远远大于限带滤波器通带频率的两倍。
例如，在以下图中，当抽样频率略大于限带频率m 的两倍时，混叠的阻碍仍是很明显的，而当抽样频率远远大于两倍的m 时，混叠的阻碍就超级之小了。
尽管提高抽样率能够减小混叠的阻碍，可是，在对持续时刻信号进行处置的离散时刻系统中，太高的抽样率将增加系统的本钱，因为，太高的抽样率将要求离散时刻系统以较高的速度工作，而高速度器件的本钱一样都要贵于低速度的器件。
能够假想，若是能对信号的抽样率进行调整，使得在信号的抽样和恢复中利用较高的抽样率，在离散时刻处置中利用较低的抽样率，那么，上述性能和本钱的矛盾就能够够取得适当的折中，而离散时刻信号的抽取和内插确实是一种调整信号抽样率的方法。
从技术性能层面来看。
这两种方式类似于持续时刻信号的抽样和内插。
抽取离散时刻信号的抽取包括信号抽样和尺度变换两个步骤：第一，以抽样距离N 对离散时刻信号进行抽样，然后再对抽样信号进行1/ N 的尺度紧缩变换。
以下图是离散时刻信号的抽取进程，图中，x [ n ] 是离散时刻信号，xs [ n ] 是抽样信号，抽样距离N＝3，xd [ n ] 是抽取信号，它是xs [ n ] 进行1/N 尺度紧缩变换后所取得的结果。
由图可见，在抽样信号xs [ n ] 和抽取信号xd [ n ] 之间存在以下关系:(1)由于抽样信号xs [ n ] 在N 的整数倍上和离散时刻信号x [ n ] 相等，因此，式也可等效为：(2)尽管式(1)和式(2)在形式上完全相同，但二者的含义不同：式(1)的含义是，抽取信号xd [ n ] 是由抽样信号xs [ n ] 进行1/N 尺度紧缩变换的结果；而式(2)的含义是，抽取信号xd [ n ] 是从离散时刻信号x [ n ] 中每隔(N－1)个点取一个样本值所组成的一个新序列，那个进程就称为离散时刻信号的抽取。
内插滤波器原理内插滤波器原理是一种常见的信号处理方法，用于在信号处理中恢复或改变信号的特性。
内插滤波器可以在离散时间上对信号进行插值，以获得更高的频率分辨率或更准确的信号重建。
它的原理基于信号的局部特性和插值算法。
内插滤波器的基本原理是根据已知的离散信号点，通过插值算法来估计未知点的值。
插值算法可以是线性插值、多项式插值或样条插值等。
线性插值是最简单的插值算法，它通过已知点之间的线性关系来估计未知点的值。
多项式插值使用多项式函数来拟合已知点，并通过多项式函数来计算未知点的值。
而样条插值则使用分段函数来拟合已知点，并通过分段函数来计算未知点的值。
内插滤波器的具体实现可以使用数字滤波器的方法。
数字滤波器是一种通过离散时间上的运算来处理信号的滤波器。
内插滤波器可以将输入信号通过数字滤波器进行插值处理，从而获得更准确的输出信号。
数字滤波器可以是有限冲激响应（FIR）滤波器或无限冲激响应（IIR）滤波器。
FIR滤波器是一种只有有限个滤波系数的滤波器，它通过对输入信号的加权和来计算输出信号。
IIR滤波器是一种具有无限个滤波系数的滤波器，它通过对输入信号和输出信号的加权和来计算输出信号。
内插滤波器可以根据具体的需求选择合适的滤波器类型和滤波器参数。
内插滤波器在实际应用中具有广泛的应用。
例如，在音频处理中，内插滤波器可以用于音频信号的重采样和降噪。
在图像处理中，内插滤波器可以用于图像的放大和缩小。
在通信系统中，内插滤波器可以用于信号的调制和解调。
内插滤波器的应用范围广泛，不仅可以提高信号处理的效果，还可以减少信号处理的复杂度。
内插滤波器是一种常见的信号处理方法，它通过插值算法和数字滤波器来恢复或改变信号的特性。
内插滤波器在各个领域都有广泛的应用，它可以提高信号处理的效果，减少信号处理的复杂度，从而为人们提供更好的信号处理体验。
内插滤波器原理
内插滤波器原理主要涉及到数字信号处理中的采样和滤波技术。
在数字通信系统中，由于发送端和接收端的时钟不同步，接收端在采样信号时可能存在偏差，无法获取最佳采样点。
这时，内插滤波器就派上了用场。
内插滤波器通过插值算法，根据已有的采样信号和误差信号，来估计并获取最佳信号采样值。
这种插值并不是在原始数据流中增加新的信息，而是在已有的采样点之间插入额外的零点，从而提高了输出数据流的速率。
这样，带外的镜像干扰就会被推得更远，从而更容易通过滤波器将其滤除。
此外，内插滤波器的结构中，单位延迟被替换为了k-1个延迟单元，其中k称为0填充因子。
这种结构相当于在原型滤波器的系数集的系数之间插入了k-1个零，从而使得滤波器的性能得以提升。
值得注意的是，内插滤波器的最终数据输出采样率与输入数据采样率是一致的，它并不会改变数据的采样率。
在实际应用中，内插滤波器被广泛应用于数模转换电路系统、无线通信系统等场合，尤其是涉及到不同采样速率信号的接口转换。
例如，在第三代移动通信系统中，内插滤波器被用来对基带的调制信号进行成型滤波，以限制发射信号的带宽，减少对其他信道的干扰。
总的来说，内插滤波器是一种有效的数字信号处理工具，它通过插值和滤波技术，提高了信号的采样精度和滤波效果，为数字通信系统的稳定、高效运行提供了有力保障。
