CN103002197B - 一种信号数据处理方法、装置及智能终端 - Google Patents

Abstract

本发明适用于信号处理领域，提供了一种信号数据处理方法、装置及智能终端。所述方法包括：采用双采样器同步采样信号的奇偶时序，获得奇采样序列和偶采样序列，并按顺序存储所述奇采样序列中的奇采样值和偶采样序列中的偶采样值；比较相邻的奇采样值和偶采样值，判断相邻的奇采样值和偶采样值的差值是否小于预设差值阈值，若是，保留所述奇采样值和偶采样值，否则，丢弃所述奇采样值和偶采样值；将保留的奇采样值和偶采样值还原为连续信号；滤除所述连续信号的高频分量；对滤除高频分量的连续信号得到的离散采样值进行内插处理，并输出内插处理后的信号。本发明实施例能够提高还原后信号的输出效果。

Description

一种信号数据处理方法、装置及智能终端

技术领域

本发明属于信号处理领域，尤其涉及一种信号数据处理方法、装置及智能终端。

背景技术

目前，智能终端输出的音频、视频、图像数据等都是以信号输出的，下面以输出图像为例进行说明，在智能终端中，其显示的图像是对连续图像进行抽样后重建的。如果对连续图像的采样频率不够高，则重建图像时将无法确定采样出来的点是低频信号的样本值，还是高频信号的样本值，且在信号重建的时候，高频信号与低频信号也会相互干扰，重叠在一起的两种波形造成图像的混叠、失真，尤其在进行比例较大的图像缩放(Scaler)处理时，造成的混叠现象更严重，因此在重建图像之前需要对图像进行抗混叠处理。

现有的信号抗混叠处理方法中，主要是通过调整采样频率实现的。但是现有的方法容易受到采样频率的影响：过大或过小的采样频率都会造成信号的混叠。比如，过大的采样频率会造成数据量加大，同时也可能造成过采样无法达到最佳的输出效果。

发明内容

本发明实施例提供了一种信号数据处理方法，旨在解决现有的方法抗混叠处理效果差的问题。

本发明实施例是这样实现的，提供了一种信号数据处理方法，所述方法包括下述步骤：

采用双采样器同步采样信号的奇偶时序，获得奇采样序列和偶采样序列，并按顺序存储所述奇采样序列中的奇采样值和偶采样序列中的偶采样值；

比较相邻的奇采样值和偶采样值，判断相邻的奇采样值和偶采样值的差值是否小于预设差值阈值，若是，保留所述奇采样值和偶采样值，否则，丢弃所述奇采样值和偶采样值；

将保留的奇采样值和偶采样值还原为连续信号；

滤除所述连续信号的高频分量；

对滤除高频分量的连续信号得到的离散采样值进行内插处理，并输出内插处理后的信号。

本发明实施例还提供了一种信号数据处理装置，所述装置包括：

采样器，用于同步采样信号的奇偶时序，获得奇采样序列和偶采样序列，并按顺序存储所述奇采样序列中的奇采样值和偶采样序列中的偶采样值；比较相邻的奇采样值和偶采样值，判断相邻的奇采样值和偶采样值的差值是否小于预设差值阈值，若是，保留所述奇采样值和偶采样值，否则，丢弃所述奇采样值和偶采样值；

信号变换单元，用于将保留的奇采样值和偶采样值还原为连续信号；

滤波单元，用于滤除所述连续信号的高频分量；

插值单元，用于对滤除高频分量的连续信号得到的离散采样值进行内插处理，并输出内插处理后的信号。

本发明实施例还提供了一种智能终端，所述智能终端包括上述的信号数据处理装置。

在本发明实施例中，由于采用了双采样器采集信号，因此能够提高采样频率，解决高频信号的采样，并且，本发明实施例还使用预先设置的巴特沃斯低通滤波器滤除采集的信号，以及采用内插处理还原滤除混叠频段的信号，因此能够降低噪声干扰，提高还原后信号的输出效果。

附图说明

图1是本发明第一实施例提供的一种信号数据处理方法的流程图；

图2是本发明第一实施例提供的双采样器硬件内部架构图；

图3（a）是本发明第一实施例提供的输入信号双采样示意图；

图3（b）是本发明第一实施例提供的采样后的离散点示意图；

图4是本发明第一实施例提供的原始信号波形、原始采样信号及插值运算后的采样信号的示意图；

图5是本发明第一实施例提供的巴特沃兹滤波器振幅平方函数示意图；

图6是本发明第二实施例提供的一种信号数据处理装置的结构图；

图7是本发明第二实施例提供的另一种信号数据处理装置的结构图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

在本发明实施例中，将双采样器采集的奇采样序列中奇采样值与该奇采样值相邻的偶采样序列中的偶采样值比较，以判断相邻的奇采样值和偶采样值的差值是否小于预设差值阈值，并保留小于预设差值阈值的差值所对应的奇采样值和偶采样值，再滤除由保留的奇采样值和偶采样值还原得到的连续信号的高频分量，最后对滤除高频分量的连续信号得到的离散采样值进行内插处理，并输出内插处理后的信号。

为了说明本发明所述的技术方案，下面通过具体实施例来进行说明。

实施例一：

图1示出了本发明第一实施例提供的一种信号数据处理方法的流程图，详述如下：

步骤S11，采用双采样器同步采样信号的奇偶时序，获得奇采样序列和偶采样序列，并按顺序存储所述奇采样序列中的奇采样值和偶采样序列中的偶采样值。

图2示出了双采样器硬件内部架构图，在图2中，采用时序控制采样器的分时同步功能，即一个周期对信号的奇偶时序进行采样，并按顺序存储获取的奇采样序列和偶采样序列。该步骤中，使用采样得到的奇采样值和偶采样值能够还有采样之前的信号，具体原来如下：

假设函数采样前的信号函数为f(x)，f(x)的带宽为s₀,采样频率为τ₀，则当频率s超过s₀时，Shah函数采样时：F(x)=0,|s|≥s₀，采样器1和采样器2的频率都为τ，τ≥2τ₀，根据原函数f(x)得出1/τ的单位强度的冲激系列，进而得出采样器1、2的采样点，如图3(a)、图3(b)所示。函数F(x)进行双通道采样后的函数分别为g(x)和Ⅲ(x/τ)，该Ⅲ(x/τ)为shah函数。由于根据采样定理，只要满足：则时域函数f(x)和Ⅲ(x/τ)进行乘积处理等同于其对应的频域函数的卷积，即假设f(x)对应的频域函数为F(s)，Ⅲ(x/τ)对应的频域函数为τⅢ(τs)，则，f(x)*Ⅲ(x/τ)=τⅢ(τs)°F(s)。其中，“°”表示卷积的含义。因此把g（x）与形式为sin(x)=sin(x)/x的内插函数做卷积即可得出原输入函数f(x)=g(x)°2(sin(2пs₁x)/(2пs₁x))。由于采用双采样器同步采样信号数据的对奇偶时序，因此极大地保证了信号数据的完整性，同时也提高了采样频率，有效的解决了高频信号的采样。

步骤S12，比较相邻的奇采样值和偶采样值，判断相邻的奇采样值和偶采样值的差值是否小于预设差值阈值，若是，保留所述奇采样值和偶采样值，否则，丢弃所述奇采样值和偶采样值。

该步骤中，将获取的相邻的奇采样值与偶采样值进行比较，若得到的差值小于预设的差值阈值，则保留进行比较的奇采样和偶采样值，否则，丢弃进行比较的奇采样和偶采样值。例如，假设奇采样序列中各个采样值的序号分别为：1、3、5、7；偶采样序列中各个采样值的序号分别为：2、4、6、8；则比较1与2这两个序号对应的奇采样值和偶采样值，若小于预设的差值阈值，则保留1与2这两个序号对应的奇采样值和偶采样值。鉴于双采样器是对同一信号进行采集的，理论上相邻的奇采样和偶采样值的差值应该不大，因此预先设定一个差值阈值，将大于该差值阈值的差值所对应的相邻的奇采样和偶采样值丢弃，从而过滤了一部分噪声，提高了信号显示质量。

步骤S13，将保留的奇采样值和偶采样值还原为连续信号。

该步骤中，采样后获得的奇采样值和偶采样值为离散的数值，可通过傅里叶变换将离散的采样值还原为连续的信号。

步骤S14，滤除所述连续信号的高频分量。

该步骤中，由于滤除所述连续信号的高频分量，因此降低了噪声干扰，同时更好的解决了出现混叠的频段部分。

步骤S15，对滤除高频分量的连续信号得到的离散采样值进行内插处理，并输出内插处理后的信号。

该步骤中，使用采样的内插函数sin(x)/x做卷积来复原信号：f(x)=g(x)°2(sin(2пs₁x)/(2пs₁x))。如图4所示，卷积的效果可看作在每个采样点上复制一个窄的sin(x)/x函数，相互重叠的sin(x)/x函数的总和，可准确地恢复原函数。

在本发明实施例中，将双采样器采集的奇采样序列中奇采样值与该奇采样值相邻的偶采样序列中的偶采样值比较，以判断相邻的奇采样值和偶采样值的差值是否小于预设差值阈值，并保留小于预设差值阈值的差值所对应的奇采样值和偶采样值，再使用巴特沃斯低通滤波器滤除由保留的奇采样值和偶采样值还原得到的连续信号的高频分量，最后对滤除高频分量的连续信号得到的离散采样值进行内插处理，并输出内插处理后的信号。由于本发明实施例采用双采样器采集信号，因此能够提高采样频率，解决高频信号的采样，并且，本发明实施例还滤除采集的信号，以及采用内插处理还原滤除混叠频段的信号，因此能够降低噪声干扰，提高还原后信号的输出效果。

作为一优选实施例，所述滤除所述连续信号的高频分量的步骤具体包括：A1、采用预先设置的时钟、采样频率对所述连续信号采样。A2、采用预先设置的巴特沃斯低通滤波器对确定内插的数据进行滤波，得到滤除高频分量后的采样信号。该步骤中，在滤波开始前，需要初始化相关变量，如设置时钟、采样频率等，在初始化结束后，对需要滤波的信号进行数据采样，再对采样的数据执行滤波处理。其中，该步骤根据滤波器的陡度、阶数、信号采样频率以及A/D转换器的分辨率设计该巴特沃斯低通滤波器，该双A/D采样器通过对采样周期的配置可实现增减采样，即可提高一倍的采样数据。如图5所示，“ ”为滤波器的平方幅频，“δ”为通带与过渡带角频率参数，“r”为过渡带与阻带角频率参数，“λ”为过渡带与阻带幅度参数，“g”为通带与过渡带幅度参数。该巴特沃斯低通滤波器能够在输出电平中把混叠频率分量降低，并采用巴特沃斯响应最大化滤波器的通带平坦度，使通带的信号非常接近DC信号，并慢慢衰减至频率点-3dB，最终逼近-20NdB的衰减率，该“N”为滤波器的阶数。由于采用巴特沃斯低通滤波器滤除所述连续信号的高频分量，因此降低了噪声干扰，同时更好的解决了出现混叠的频段部分。

作为一优选实施例，如上所述的巴特沃斯低通滤波器的数学形式为：

a(0)*y(n)=b(0)*x(n)+b(1)*x(n-1)+...+b(nb)*x(n-nb)-a(1)*y(n-1)-...-a(na)*y(n-na)；

其中，当a都为零时，则上述数学形式为递归型数字滤波器IIR(infiniteimpulseresponsefilter)，所述a、b提供滤波器系数，x为滤波前序列，y为滤波结果序列。

所述巴特沃斯低通滤波器的幅度平方函数为：

A（Ω^2）=|Ha(jΩ)|^2=1/(1+jΩ/(jΩc))^2N

其中，Ha为系统传递函数，Ω为信号频率，Ωc为截止频率，j为振幅平方函数的极点参数，N为滤波器的阶数。

作为一优选实施例，所述对滤除高频分量的连续信号得到的离散采样值进行内插处理的内插函数为：

2sin(2пs₁x)/(2пs₁x)

本实施例中，如果采样间隔大于1/s₀，即可将s₁设为s₀和1/τ-s₀之间，可将s₁放在中点：s₁=(s₀+(1/τ-s₀))/2=1/2τ，这样，内插函数变为(1/τ)*(sin(πx/τ))/(πx/τ)。

作为一优选实施例，在采样器采样信号的过程中，若信号缩放比例发生变化，则根据所述信号缩放比例调整采样频率进行增采样和减采样。本实施例中，根据信号缩放比例调整进行增采样或减采样，保证了信号数据的完整性。

实施例二：

图6示出了本发明第二实施例提供的一种信号数据处理的结构图，为了便于说明，仅示出了与本实施例相关的部分。其中：

采样器61，用于同步采样信号的奇偶时序，获得奇采样序列和偶采样序列，并按顺序存储所述奇采样序列中的奇采样值和偶采样序列中的偶采样值；比较相邻的奇采样值和偶采样值，判断相邻的奇采样值和偶采样值的差值是否小于预设差值阈值，若是，保留所述奇采样值和偶采样值，否则，丢弃所述奇采样值和偶采样值。

本实施例中，使用如图2所示的采样器对输入的信号进行双采样，并保留有效的采样值。由于采用双采样器同步采样信号数据的对奇偶时序，因此极大地保证了信号数据的完整性，同时也提高了采样频率，有效的解决了高频信号的采样，降低了噪声干扰。

信号变换单元62，用于将保留的奇采样值和偶采样值还原为连续信号。

滤波单元63，用于滤除所述连续信号的高频分量。

插值单元64，用于对滤除高频分量的连续信号得到的离散采样值进行内插处理，并输出内插处理后的信号。

在本发明实施例中，由于采用双采样器采集信号，因此能够提高采样频率，解决高频信号的采样，并且，本发明实施例还滤除采集的信号，以及采用内插处理还原滤除混叠频段的信号，因此能够降低噪声干扰，提高还原后信号的输出效果。

如图7所示，作为一优选实施例，所述滤波单元63包括：

初始化模块631，用于采用预先设置的时钟、采样频率对所述连续信号采样；高频滤除模块632，用于采用预先设置的巴特沃斯低通滤波器对确定内插的数据进行滤波，得到滤除高频分量后的采样信号。

本实施例的巴特沃斯低通滤波器是根据滤波器的陡度、阶数、信号采样频率以及A/D转换器的分辨率设计。

作为一优选实施例，本发明实施例的巴特沃斯低通滤波器的数学形式为：

a(0)*y(n)=b(0)*x(n)+b(1)*x(n-1)+...+b(nb)*x(n-nb)-a(1)*y(n-1)-...-a(na)*y(n-na)；

其中，当a都为零时，则上述数学形式为递归型数字滤波器IIR(infiniteimpulseresponsefilter)，所述a、b提供滤波器系数，x为滤波前序列，y为滤波结果序列。

所述巴特沃斯低通滤波器的幅度平方函数为：

A（Ω^2）=|Ha(jΩ)|^2=1/(1+jΩ/(jΩc))^2N

其中，Ha为系统传递函数，Ω为信号频率，Ωc为截止频率，j为振幅平方函数的极点参数，N为滤波器的阶数。

作为一优选实施例，所述对滤除高频分量的连续信号得到的离散采样值进行内插处理的内插函数为：

2sin(2пs₁x)/(2пs₁x)

本实施例还提供了一种智能终端，所述智能终端包括实施例二所述的信号数据处理装置。

本领域普通技术人员可以理解，实现上述实施例信号数据处理方法的过程可以通过程序指令相关的硬件来完成，所述的程序可以存储于可读存储介质中，该程序在执行时执行上述方法中的对应步骤。所述存储介质可以入：ROM/RAM、磁碟、光盘等。

在本发明实施例中，将双采样器采集的奇采样序列中奇采样值与该奇采样值相邻的偶采样序列中的偶采样值比较，以判断相邻的奇采样值和偶采样值的差值是否小于预设差值阈值，并保留小于预设差值阈值的差值所对应的奇采样值和偶采样值，再使用巴特沃斯低通滤波器滤除由保留的奇采样值和偶采样值还原得到的连续信号的高频分量，最后对滤除高频分量的连续信号得到的离散采样值进行内插处理，并输出内插处理后的信号。由于本发明实施例采用双采样器采集信号，因此能够提高采样频率，解决高频信号的采样，并且，本发明实施例还使用预先设置的巴特沃斯低通滤波器滤除采集的信号，以及采用内插处理还原滤除混叠频段的信号，因此能够降低噪声干扰，提高还原后信号的输出效果。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种信号数据处理方法，其特征在于，所述方法包括下述步骤：

采用双采样器同步采样信号的奇偶时序，获得奇采样序列和偶采样序列，并按顺序存储所述奇采样序列中的奇采样值和偶采样序列中的偶采样值；

比较相邻的奇采样值和偶采样值，判断相邻的奇采样值和偶采样值的差值是否小于预设差值阈值，若是，保留所述奇采样值和偶采样值，否则，丢弃所述奇采样值和偶采样值；

将保留的奇采样值和偶采样值还原为连续信号；

滤除所述连续信号的高频分量；

对滤除高频分量的连续信号得到的离散采样值进行内插处理，并输出内插处理后的信号。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述滤除所述连续信号的高频分量的步骤具体包括：

采用预先设置的时钟、采样频率对所述连续信号采样；

采用预先设置的巴特沃斯低通滤波器对确定内插的数据进行滤波，得到滤除高频分量后的采样信号。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，

所述巴特沃斯低通滤波器为：

a(0)*y(n)＝b(0)*x(n)+b(1)*x(n-1)+...+b(nb)*x(n-nb)-a(1)*y(n-1)-...-a(na)*y(n-na)；

其中，所述a、b提供滤波器系数，x为滤波前序列，y为滤波结果序列，x、y序列括号中涉及的n、n-1、…、n-nb以及n-na都为采样值的序号，滤波系数a括号中涉及到的0、1、…、na指滤波系数a的序号，滤波系数b括号中涉及到的0、1、…、nb指滤波系数b的序号，n为0,1….；

所述巴特沃斯低通滤波器的幅度平方函数为：

A(Ω^2)＝|Ha(jΩ)|^2＝1/(1+jΩ/(jΩc))^2N

其中，Ha为系统传递函数，Ω为信号频率，Ωc为截止频率，j为振幅平方函数的极点参数，N为滤波器的阶数。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述对滤除高频分量的连续信号得到的离散采样值进行内插处理的内插函数为：

2sin(2пs₁x)/(2пs₁x)

所述s₁为采样前的信号函数的带宽，x为原采样前的信号函数的采样点。

5.如权利要求1至4任一项所述的方法，其特征在于，在采样器采样信号的过程中，若信号的缩放比例发生变化，则根据所述信号的缩放比例调整采样频率进行增采样和减采样。

6.一种信号数据处理装置，其特征在于，所述装置包括：

采样器，用于同步采样信号的奇偶时序，获得奇采样序列和偶采样序列，并按顺序存储所述奇采样序列中的奇采样值和偶采样序列中的偶采样值；比较相邻的奇采样值和偶采样值，判断相邻的奇采样值和偶采样值的差值是否小于预设差值阈值，若是，保留所述奇采样值和偶采样值，否则，丢弃所述奇采样值和偶采样值；

信号变换单元，用于将保留的奇采样值和偶采样值还原为连续信号；

滤波单元，用于滤除所述连续信号的高频分量；

插值单元，用于对滤除高频分量的连续信号得到的离散采样值进行内插处理，并输出内插处理后的信号。

7.如权利要求6所述的装置，其特征在于，所述滤波单元包括：

初始化模块，用于采用预先设置的时钟、采样频率对所述连续信号采样；

高频滤除模块，用于采用预先设置的巴特沃斯低通滤波器对确定内插的数据进行滤波，得到滤除高频分量后的采样信号。

8.如权利要求7所述的装置，其特征在于，

所述巴特沃斯低通滤波器为：

a(0)*y(n)＝b(0)*x(n)+b(1)*x(n-1)+...+b(nb)*x(n-nb)-a(1)*y(n-1)-...-a(na)*y(n-na)；

其中，所述a、b提供滤波器系数，x为滤波前序列，y为滤波结果序列，x、y序列括号中涉及的n、n-1、…、n-nb以及n-na都为采样值的序号，滤波系数a括号中涉及到的0、1、…、na指滤波系数a的序号，滤波系数b括号中涉及到的0、1、…、nb指滤波系数b的序号，n为0,1….；

所述巴特沃斯低通滤波器的幅度平方函数为：

A(Ω^2)＝|Ha(jΩ)|^2＝1/(1+jΩ/(jΩc))^2N

其中，Ha为系统传递函数，Ω为信号频率，Ωc为截止频率，j为振幅平方函数的极点参数，N为滤波器的阶数。

9.如权利要求6所述的装置，其特征在于，所述对滤除高频分量的连续信号得到的离散采样值进行内插处理的内插函数为：

2sin(2пs₁x)/(2пs₁x)

所述s₁为采样前的信号函数的带宽，x为原采样前的信号函数的采样点。

10.一种智能终端，其特征在于，所述智能终端包括权利要求6至9任一项所述的信号数据处理装置。