提高语音系统性能：抽样、滤波与多速率信号处理

在《数字通信》第三版中，作者John R. Barry和Edward A. Lee深入探讨了抽取、插值以及滤波器组在现代信号处理中的关键应用。针对语音系统这样的信号类型，其主要的能量集中在22-20kHz范围内，为了满足抽样需求，通常选择的抽样频率fs = 44kHz。然而，在抽样前，必须通过抗混迭滤波器H(jΩ)，例如使用Bessel滤波器，来消除高于22kHz的频率成分，确保无混迭失真。设计抗混迭滤波器时，目标是使其通带平滑、过渡带窄、阻带衰减大，尽可能接近线性相位特性。 传统的模拟滤波器设计在达到理想通带和阻带性能时，过渡带狭窄和线性相位的实现较为困难。通过提高抽样频率至fs = 88kHz，可以放宽抗混迭滤波器H(jΩ)的过渡带要求，便于设计实现。之后，通过对抽取后的信号nx进行二倍抽取，可以进一步消除噪声并保持信号质量。在这个过程中，数字滤波器的设计更为方便，特别是对于具有线性相位特性的滤波器。 语音系统中存在多种抽样率，例如立体声48kHz，CD和数字磁带1.44kHz，以及广播32kHz，这使得信号在不同媒介间的转换需要多抽样率处理技术。第二篇内容专门讲解信号抽取、插值、多相表示和滤波器组，强调了信号频谱变化的理解、两通道滤波器组的准确重建条件，如QMF滤波器组设计，以及Lattice结构和线性相位滤波器组的精确重建。 滤波器组作为信号处理的重要工具，通过均匀或非均匀的方式分割信号频带，不仅适用于独立的应用场景，也是实现小波变换的基础。本书还提到了与小波变换的联系，小波变换是一种强大的时频分析工具，尤其在近十年间得到了广泛应用。尽管小波变换的内容广泛，本书仅介绍基础概念、离散小波变换的多分辨率分析、实现方法、正交和双正交小波构造，以及小波包的基本原理。 本书围绕现代信号处理的核心概念和技术，包括非平稳信号的时频分析、多抽样率信号处理和小波变换，为读者提供了深入理解和实践应用所需的知识框架。同时，作者还参考了多部权威著作，确保了内容的严谨性和实用性。