一、模拟頻率和數字頻率間關系
以MATLAB參考代碼為例:
% test with Matlab
close all; clear;
fig_fname = 'sine_1_tone.jpg';
fs = E3; % 采樣率
N = ; % 向量長度
% 信号頻率、幅度、初相位
f1 = ; Amp1 = ; phy1 = ;
f2 = ; Amp2 = ; phy2 = ;
% 原信号
x1 = Amp1*sin(*pi*f1*t + phy1);
x2 = Amp2*sin(*pi*f2*t + phy2);
% 信号向量的下标索引
n_idx = [:N-];
% 生成信号采樣序列向量
x1 = Amp1*sin(*pi*f1/fs*n_idx + phy1);
x2 = Amp2*sin(*pi*f2/fs*n_idx + phy2);
可以看到 f1、f2 為信号原模拟頻率。
f 的實體含義:在周期T内上下振動的次數,
模拟頻率中還有一個概念是模拟角頻率,數學符号常用Ω來表示,其機關為弧度/秒(rad/s)。
Ω=2pi*f(rad/s)
T=2pi / Ω,,, f=1 / T
數字頻率w:機關是rad。學習數字信号處理的要明白,數字頻率實際上是和采樣周期Ts聯系在一起的,離開采樣周期Ts或者采樣頻率Fs = 1/Ts單獨談數字頻率w是沒有實際價值的,因為此時它沒有任何實體意義,
數字頻率w是從機關圓上的N點等間隔采樣而來的,這個N不是别的就是數字周期,先給出數字頻率w和數字周期N之間的關系:N=(2*pi/w)*k當信号是 以N為周期的時候,要求(2*pi/w)是個有理數,w=2*pi*k/N,可見w的實體含義是相鄰的兩個采樣點之間的弧度,w = ΩT = Ω/Fs 是用Fs歸一化後的頻率。
數字周期N,N有兩種含義:
①f(n) = f(n+N)
② 周期信号 f(n)的一個周期内有0~N-1共N個采樣點。 cos(2pi*f*t) = cos(Ω *t) = cos(Ω*n*Ts) = cos(Ω*Ts*n) = cos(w*n)
數字信号大多是從模拟信号采樣而得,采樣頻率通常用fs表示。fs必須≥信号最高頻率的2倍才不會發生信号混疊,是以fs能采樣到的信号最高頻率為fs/2。數字頻率更準确的叫法應該是歸一化數字角頻率,其機關為弧度(rad),數學符号常用ω表示。即:
ω=2pi*f/fs(rad)
其實體意義是相鄰兩個采樣點之間所變化的弧度數,
歸一化頻率是将實體頻率按fs歸一化之後的結果,最高的信号頻率為fs/2對應歸一化頻率0.5,這也就是為什麼在matlab的fdtool工具中歸一化頻率為什麼最大隻到0.5的原因。
f = w*Fs/(2*pi); % 信号的真實頻率f
頻率(f) | 對應關系 |
---|---|
歸一化頻率: | -1 ———- -1/2 ———- 0 ———- 1/2 ———– 1 |
頻率f: | -Fs ——— -Fs/2 ——– 0 ———- Fs/2 ———Fs |
模拟角頻率Ω: | -Ωs ——— -Ωs/2 —— 0 ———– Ωs/2 ——– Ωs |
數值頻率w: | -2*pi ——— -pi ——— 0 ———- pi ————- 2*pi |
二、帶通采樣
![](https://img.laitimes.com/img/_0nNw4CM6IyYiwiM6ICdiwiIwczLcVmds92czlGZvwVP9EUTDZ0aRJkSwk0LcxGbpZ2LcBDM08CXlpXazRnbvZ2LcRlMMVDT2EWNvwFdu9mZvw1MZR1T5lFRPVTS6hFMG1mYw50MMBjVtJWd0ckW65UbM5WOHJWa5kHT20ESjBjUIF2LcRHelR3LcJzLctmch1mclRXY39jMxIDO1MjMxEjMyYDM4EDMy8CX0Vmbu4GZzNmLn9Gbi1yZtl2Lc9CX6MHc0RHaiojIsJye.jpg)
三、抽取和插值
書上是這麼說的:
減少抽樣率以去掉過多的資料的過程,稱為信号的抽取(decimatim);
增加抽樣率以增加資料的過程,稱為信号的插值(interpolation);
抽取、插值的使用可以實作信号抽樣率的轉換。
抽取,可以在傳輸的過程中減少傳輸的資料量,接收端進行恢複時進行插值,将信号恢複成原始抽樣率的信号。在數字信号進行中隻需要改變數字采樣率,一般是先進行插值再進行抽取,以免造成頻率混疊,同時在抽取的前先進行預濾波,在插值後進行以去鏡像濾波。
抽取:時域上
周期為 T 的 X(N) ,令 N=Mn , 每M個點抽取一個。周期延拓為MT
抽取:頻域上
抽取後對信号的影響: