內插函式恢復模擬訊號

2021-08-02 21:06:14 字數 2823 閱讀 4995

時域訊號的離散會導致頻域的週期延拓,只有滿足不低於訊號最高頻率兩倍的取樣率取樣,才不會導致頻域週期延拓後的混疊,才有可能不失真地恢復源訊號。

在頻域上看,恢復訊號就是用乙個理想低通濾波器與時域訊號的頻譜相乘,以得到頻域的第乙個週期,而頻域的理想低通濾波器,也就是頻域矩形窗,經過傅利葉逆變化後在時域是無限長的內插函式,是非因果的

非因果系統:系統的當前輸出只與當前或者之前的輸入有關,而與之後的輸入無關

乙個時域時域無限長的響應,系統在t = 0輸入,但系統在t<0時就開始有響應了,所以這個系統是非因果的,是物理不可實現的。

用matlab**取樣訊號的恢復,連續模擬訊號可看做取樣率無窮大的離散數碼訊號,因此,離散訊號的恢復可看做乙個插值的過程

前面提到恢復訊號可以在頻域低通濾波,頻域相乘對應著時域卷積,因此過取樣可以在時域用內插函式與源訊號卷積實現,卷積公式如下 y(

t)=∑

−∞m=

+∞xa

(m∗t

s)si

n[π(

t−m∗

ts)/

ts]π

(t−m

∗ts)

/ts

其中t的時間間隔就是過取樣後的取樣間隔,用matlab**如下

clear all;

close all;

n = 15; %取樣數量

f = 1; %訊號頻率1hz

fs = 10; %取樣頻率 10hz

ts = 0.1; %取樣間隔

t = n*ts; %取樣時長

n = 0:n-1; %時域取樣序列(n個取樣)

np = floor( (1/f)/(ts) ); %1個週期取樣點數

%為了清楚顯示波形,只畫1個週期

nts = n*ts; %時域取樣時間序列

ts = 0:ts:ts*n;

x = sin(2*pi*f*ts); %時域取樣,

subplot(311);

stem(ts,x);

title(['取樣訊號,ts=' num2str(ts)]);

%下面是為了更好地顯示出待取樣訊號的波形

ts1 = 0.001;

np1 = floor( (1/f)/(ts1) );

t1 = [0:t/ts1-1]*ts1;

f1 = sin(2*pi*t1);

hold on;

plot(t1,f1,'r-');

hold off;

%下面開始用內插法重建訊號

%取樣訊號: x(n)=f

%取樣間隔: t=ts

%原理(內插法): y(t)=σx(n)sinc((t-nts)/ts)

t1 = 0; %開始時間

t2 = 1/f; %結束時間(取訊號的1個週期)

interpfac = 10;

fs_sinc = interpfac*fs;%內插函式的取樣率,即源訊號過取樣的取樣率,預設10倍過取樣

dt = ts/interpfac;

t=t1:dt:t2;

delay = dt*0;

ta=t1:dt:ts*n;

fa = zeros(length(ta),1);

% figure,

for t = 0:length(ta)-1

%求過取樣後的每個值

for m = 0:length(nts)-1

%累加sinc與原函式對應點的積

fa(t+1) = fa(t+1) + x(m+1)*sinc((t*dt - delay - m*ts)/ts) ;

% stem(ta,sinc((ta - delay - m*ts)/ts)),

% hold on,stem(ts,x,'r'),

% hold on,plot(ta,fa,'x'),

% hold off

endend

%fa = f * sinc( fs*(ones(length(nts),1)*t - nts'*ones(1,length(t))) );

subplot(312);

% plot(t,fa);

stem(ta,fa)

title('重建訊號(內插法)');

%figure,stem(ta,sinc((ta - delay - n*ts)/ts)),hold on,stem(ta*4,f(1:41),'r')

%得到小數時延訊號

delayed_f = fa(mod(1:length(fa),interpfac)==1);%按源訊號的取樣間隔取值

% delayed_f = [fa(1),delayed_f']';

subplot(313),stem(ts,delayed_f);

% fa = f * sinc( fs*(ones(length(nts),1)*t - nts'*ones(1,length(t))) );

% subplot(212);

% % plot(t,fa);

% stem(t,fa)

% title('重建訊號(內插法)');

卷積計算如**中的迴圈部分,迴圈中注釋部分可以看到移位計算的過程,另外,插值計算可以引出分數時延濾波器,**改變delay的值可以實現簡單的分數時延

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