專利名稱：一種檢測離散時域信號頻率的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及信號處理技術(shù)，特別涉及一種檢測離散時域信號頻率的方法
和裝置。
背景技術(shù)：
在信號處理技術(shù)中對信號頻率進(jìn)行檢測是常用的需求之一，隨著數(shù)字化 進(jìn)程的加快，對離散時域信號進(jìn)行頻率檢測漸漸成為常用技術(shù)，現(xiàn)有技術(shù)中
主要存在以下三種檢測離散時域信號頻率的方法
第一種方法通過計算離散時域信號的過零率來確定信號頻率。即針對 要檢測的離散時域信號計算由正到負(fù)以及由負(fù)到正的變化次數(shù)，根據(jù)該變化 次數(shù)確定信號頻率。顯然這種方法僅適用于單頻率周期信號，對于諸如雙音 多頻(DTMF， Dual Tone Multi-Frequency)等多頻率信號則無法計算信號頻 率，并且當(dāng)出現(xiàn)干擾時，該方法計算出的信號頻率準(zhǔn)確性較差。
第二種方法設(shè)置包含多個濾波器的濾波器組，各濾波器對應(yīng)不同的中 心頻率，該濾波器組對離散時域信號進(jìn)行濾波后獲取各頻率的幅度值，查找 最大幅度值對應(yīng)的頻率作為該離散時域信號的頻率。雖然這種方式適用于多 頻率信號的頻率檢測，但是需要保存大量的濾波器系數(shù)、頻率值等，計算量 很大，實現(xiàn)也比較麻煩。
第三種方法首先對離散時域信號進(jìn)行傅立葉變換(FT),計算FT后 信號各特征頻率對應(yīng)的能量值，然后查找最大能量值對應(yīng)的特征頻率作為信 號頻率。雖然這種方式適用于多頻率信號的頻率檢測，且無需設(shè)置大量的濾 波器，實現(xiàn)比較簡單，但是，在檢測的頻率精度滿足精度要求時，要求較多 的FT的點數(shù)，例如，當(dāng)該要檢測的離散時域信號的采樣率fs為8000Hz，頻率精度要求小于lHz，則需要FT點數(shù)N至少為8192,顯然需要較大的計 算量，并且由于需要的FT點數(shù)較大，要求輸入和處理的離散時域信號較長， 會造成較大的處理延遲。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明提供了一種檢測離散時域信號頻率的方法和裝置，以 便于采用較少的FT點數(shù)來滿足精度要求，且減小離散時域信號的處理延遲。 一種檢測離散時域信號頻率的方法，其特征在于，該方法包括
A、 對要檢測的離散時域信號進(jìn)行傅立葉變換得到離散頻域信號；
B、 確定對所述離散頻域信號進(jìn)行內(nèi)插處理后得到的信號中最高幅度值 所對應(yīng)的頻率值，將該確定的頻率值作為所述要檢測的離散時域信號的頻率 值。
一種檢測離散時域信號頻率的裝置，該裝置包括時頻變換單元和頻率 確定單元；
所述時頻變換單元，用于對要檢測的離散時域信號進(jìn)行傅立葉變換得到 離散頻域信號；
所述頻率確定單元，用于確定所述離散頻域信號進(jìn)行內(nèi)插處理后得到的 信號中最高幅度值所對應(yīng)的頻率值，將該確定的頻率值作為所述要檢測的離 散時域信號的頻率值。
由以上技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明所提供的方法和裝置在對要^^測的離散 時域信號進(jìn)行傅立葉變換得到離散頻域信號后，確定對所述離散頻域信號進(jìn)行 內(nèi)插處理后得到的信號中最高幅度值所對應(yīng)的頻率值，將該確定的頻率值作為 要檢測的離散時域信號的頻率值。其相比較直接利用傅立葉變換得到的離散頻 域信號中最高幅度值所對應(yīng)的頻率值作為要檢測的離散時域信號的頻率值，更 加精確，也就是說，在達(dá)到相同精度的情況下，所需要的傅立葉變換點數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn) 'J、于現(xiàn)有技術(shù)，大大減小了頻率檢測過程中的計算量。


圖l為連續(xù)信號、離散信號、時域信號和頻域信號的變換關(guān)系； 圖2為本發(fā)明實施例提供的第一種方法流程圖3為本發(fā)明實施例提供的對各特征頻率分量與內(nèi)插函數(shù)sinc做巻積運 算的示意圖4為本發(fā)明實施例提供的離散頻域信號與連續(xù)頻域信號之間的轉(zhuǎn)換 關(guān)系圖5為離散正弦信號在時域和頻域之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系示意圖6為離散正弦信號與sine函數(shù)曲線的對應(yīng)關(guān)系示意圖7為本發(fā)明實施例提供的fc ^ fo時各特征頻點在sine曲線上的位置
圖8為本發(fā)明實施例提供的fc 2fo時各特征頻點在sine曲線上的位置
圖9為本發(fā)明實施例提供的第二實施例的誤差函數(shù)曲線圖10為本發(fā)明實施例提供的第二種方法流程圖11為本發(fā)明實施例提供的a、 (3與A的對應(yīng)關(guān)系圖12為本發(fā)明實施例提供的err與a的關(guān)系曲線轉(zhuǎn)換成折線的示意圖13為本發(fā)明實施例提供的建立誤差查詢表的對應(yīng)關(guān)系圖14為本發(fā)明實施例提供的裝置結(jié)構(gòu)圖。
具體實施例方式
為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面結(jié)合附圖和具體 實施例對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)描述。
本發(fā)明提供的方法主要包括對要檢測的離散時域信號進(jìn)行FT;確定 FT得到的離散頻域信號進(jìn)行內(nèi)插處理后得到的信號中最高幅度值所對應(yīng)的 頻率值，將該確定的頻率值作為要檢測的離散時域信號的頻率值。
其中，確定FT得到的各特征頻率分量進(jìn)行內(nèi)插處理后得到的信號中最高幅度值所對應(yīng)的頻率值可以采用兩種方式，下面分別結(jié)合具體實施例對上 述兩種方式進(jìn)行描述。
第一實施例
由于連續(xù)信號、離散信號、時域信號和頻域信號存在如圖l所示的變換 關(guān)系，因此，在檢測離散時域信號的頻率時，可以首先將離散時域信號通過 FT轉(zhuǎn)換為離散頻域信號，再通過內(nèi)插處理轉(zhuǎn)換為連續(xù)頻域信號，這樣就可 以方1^更的進(jìn)行頻率分析。
圖2為本發(fā)明實施例提供的第一種方法流程圖，如圖2所示，該方法可 以具體包括以下步驟
步驟201:對要檢測的離散時域信號進(jìn)行FT變換，確定FT變換后各特 征頻率對應(yīng)的幅度值Vfn，通常將各特征頻率fn與幅度值Vfn的對應(yīng)關(guān)系稱 為各特征頻率分量。
其中，進(jìn)行FT變換的點數(shù)N可以根據(jù)采樣率fs和頻率精度要求d進(jìn)行
確定，N可以為l，其中，A可以為大于l的參數(shù)值。N2M,其中M為 A-d
要檢測的離散時域信號的長度。
本步驟中對要檢測的離散時域信號進(jìn)行FT變換可以得到該離散時域信 號對應(yīng)的離散頻域信號。進(jìn)行的FT變換可以是快速傅立葉變換(FFT)或 離散傅立葉變換(DFT)等。
步驟202:將各特征頻率分量與內(nèi)插函數(shù)sinc分別做巻積運算，得到各 頻率分量的連續(xù)函數(shù)Vfn(f)。
分別對各特征頻率分量與內(nèi)插函數(shù)sine做巻積運算，得到各頻率分量的 連續(xù)函數(shù)Vfn(f)的示意圖可以如圖3所示。
本實施例中選取的內(nèi)插函數(shù)sinc為sinc[kf],其中，f為自變量，k為根 據(jù)實際要檢測的離散時域信號長度和釆樣率選取的參數(shù)值。k值可以為 M-;r/fs ,即內(nèi)插函數(shù)為sinc[M-;r'f/fs]。
將各特征頻率分量與內(nèi)插函數(shù)sine分別做巻積運算后，Vfn(f) = Vfn . S(f-fn) * sine [M pi. f/fs] = Vfn -sinc[M ;r (f-fn)/fs]，其 中，fn為FT變換后的特征頻率，n為O、 1.....N-l。
步驟203:對步驟202得到的各頻率分量的連續(xù)函數(shù)Vfn(f)進(jìn)行求和， 得到要檢測的離散時域信號對應(yīng)的連續(xù)頻率曲線V(f)。
進(jìn)行求和后V(f) = VfQ(f) + Vf,(f) + Vf2(f) +. .+VfN.,(f)。
步驟202和步驟203是對進(jìn)行FT變換后的各特征分量進(jìn)行內(nèi)插處理的 過程，使得進(jìn)行FT變換后得到的離散頻域信號轉(zhuǎn)換為連續(xù)頻域信號，最終 的轉(zhuǎn)換關(guān)系可以如圖4所示。
步驟204:確定連續(xù)頻率曲線V(f)中的最大幅度值Vmax，并確定最大 幅度值Vmax對應(yīng)的頻率值fo,該確定的頻率值fo即為要檢測的離散時域 信號的頻率。
釆用該方法過程中如果進(jìn)行FT變換后得到的離散頻域信號明顯可以分 為幾個頻段，可以具體分為幾個頻段后，分別針對各個頻段執(zhí)行步驟202至 204確定各個頻段內(nèi)的信號頻率。
另外，由于內(nèi)插函數(shù)sinc的能量主要分布在[-2;r,2;r],超過此范圍后， 其他頻點影響很小，因此，在實際頻率估算中，可不計算全部頻段的連續(xù)信 號，只需要獲取局部范圍內(nèi)的連續(xù)頻域曲線即可，例如，可以只獲取距離選 取的目標(biāo)頻率不超過2fs/N范圍內(nèi)的連續(xù)頻域曲線。
實施例二
由于離散正弦信號在時域和頻域之間存在如圖5所示的轉(zhuǎn)換關(guān)系，對應(yīng) 的信號示意圖如圖6所示，可以看出離散正弦信號的頻率與離散正弦信號 FT變換后特征頻率所對應(yīng)的幅度值均在以正弦信號頻率為中心的sine函數(shù) 曲線上。因此，可以理解要檢測的離散時域信號的頻率fo與該離散時域信 號FT變換后的各特征頻率所對應(yīng)的幅度值均在以fo為中心的sine函數(shù)曲線 上，在此，內(nèi)插函數(shù)sine同樣可以選取skic[M.".f7fs]，即滿足
V(fn)=Vfo . sinc[M ;r . (fo-fn)/fs] ( 2 )其中M為輸入數(shù)字信號長度(M^N)， Vfo為正弦信號幅度，也就是對 離散正弦信號進(jìn)行FT得到的離散頻域信號進(jìn)行內(nèi)插處理后得到的信號中最 高幅度值所對應(yīng)的頻率值，fs為采樣頻率，fn為FT變換后的特征頻率，n 為0、 1..... N-l。
對于sinc曲線主瓣，存在-;r ^ M ;r. (fo-fn)/fs ^;r
經(jīng)過變換后
-(fs/N) . (N/M) S (fn-fo) S (fs/N) . (N/M)
Sine曲線主瓣寬度為2 (fs/N) (N/M)，由于2 (fs/N) (N/M) 2 2 . (fs/N)，其中fs/N為離散特征頻率間隔大小，這表明sine曲線主瓣內(nèi)至少 有兩個離散FT特征頻率點。
在sine曲線主瓣內(nèi)FT特征頻率點越靠近fo，其幅度值越大，所以FT 特征頻率點中，幅度最大的點所對應(yīng)的特征頻率fc最靠近fo,且有l(wèi)fc-fol ^ (fs/N)/2。
考慮FT特征頻率點幅度均在sine曲線上，以及sine曲線特點，作如下 分析
U)fc^fo時，如圖7所示，c點在o點左邊，fa為fc的前一個特征 頻率點，fb為fc的后一個特征頻率點，d為ca連線上的一點，Vfd=Vfb， e 為sine曲線上一點且Vfe = Vfb,根據(jù)sine曲線特征有Vfc〉=Vfb， Vfb〉=Vfa。
由圖7可以看出，由于fa、 fb、 fc為特征頻率點，在對要檢測的離散時 域信號進(jìn)行FT變換后可以確定，只要進(jìn)一步確定e點的頻率fe,就很容易 計算o點的頻率，即fo=(fe+fb)/2,由于e點不是特征頻率點，其值不能夠 直接確定。但由于e點為ac曲線上一點，ac曲線相對平緩，可以采用ac直 線連線上的d點來代替e點，d點頻率通過ac、 dc線性比例關(guān)系可以求得， 用此方法進(jìn)行的頻率檢測法可以稱為線性估計法。
定義要檢測的離散時域信號的頻率fo與各特征頻率中最大幅度值對應(yīng) 的頻率fc之間的偏差△為△ =fc-fo,即fc=fo+ △。
特征頻率fa、 fb分別與fc間隔fs/N,有fa=fc-fs/N=fo+ △-編 fb=fc+fs/N=fo+ △ +fs/N 通過ac、 dc線性比例關(guān)系可以求得fd,即
fd=fc-(Vfc-Vfd)/(Vfc-Vfa) . (fc-fa)=fo+△-(Vfc隱Vfb)/(Vfc-Vfa) . fs/N 由于使用fd代替了 fe，所以可以將fd和fb之間連線的中點fo，近似為 實際信號頻率fo。
foafo'=(fb+fd)/2=fc+(fs/N).[(Vfb-Vfa)/(Vfc-Vfa)]/2 ( 3 )
該過程實際上是在頻率和幅度值構(gòu)成的f-V域中，經(jīng)b點且平行于f軸 的直線與直線ac相交于d點，確定d點的特征頻率fd，才艮據(jù)fd和fb確定 fo近似為(fb+fd) /2。
(2)當(dāng)fc>fo時，如圖8所示，c點在o點右邊，fa為fc的前一個特 征頻率點，fb為fc的后一個特征頻率點，d為cb連線上一點，Vd=Va, e 為sine曲線上一點且Ve = Va,根據(jù)曲線特征有Vc>Va, Va>Vb。
由圖8可以看出，由于fa、 fb、 fc為特征頻率點，在對要才全測的離散時 域信號進(jìn)行FT變換后可以確定，只要進(jìn)一步確定e點的頻率fe，就很容易 計算o點的頻率，即fo=(fe+fa)/2,由于e點不是特征頻率點，其值不能夠直 接確定。但由于e點為be曲線上一點，bc曲線相對平緩，可以采用bc直線 連線上的d點來代替e點，d點頻率通過bc、 dc線性比例關(guān)系可以求得，用 此方法進(jìn)行頻率估計。
定義要檢測的離散時域信號的頻率fo與各特征頻率中最大幅度值對應(yīng) 的頻率fc之間的偏差△為△ =fc-fo,即fc=fo+ △。 特征頻率fa、 fb點分別與fc點間隔fs/N,有 fa=fc-fs/N=fo+ △ -fs/N fb=fc+fs/N=fo+ △ +fs/N 通過ac、 dc線性比例關(guān)系可以求得fd,即
fd=fc+(Vfc-Vfd)/(Vfc-Vfb).(fb-fc)=fo+A+(Vfc-Vfa)/(Vfc-Vfb) . fs/N 由于使用fd代替了 fe，所以可以將fd和fa之間連線的中點fo，近似為實際信號頻率fo。
fo fo'=(fa+fd)/2=fc-(fs/N).[(Vfa-Vfb)/(Vfc-Vfb)]/2 ( 4 )
該過程實際上是在頻率和幅度值構(gòu)成的f-V域中，經(jīng)a點且平行于f軸
的直線與直線bc相交于e點，確定e點的特征頻率fe， 4艮據(jù)fe和fb確定fo
近似為(fe+fd) /2。
由/>式(3) 、 (4)中可以看出，通過fc、 fs、 N、 Va、 Vb、 Vc可以
求得要檢測的離散時域信號的頻率fo，其中fs、 N為確定值；fc為對離散時
域信號進(jìn)行FT后幅度最大值Vfc對應(yīng)的特征頻率，Vfa、 Vfb分別為fc前
一個特征頻率的幅度值和后一個特征頻率的幅度值。 下面分析fo的誤差狀況。
fcSfo時，A/(fs/N)^0,fc在fo的左邊，fe與fb關(guān)于fo對稱 存在fe=fo-(fb-fo)=fo- △畫fs/N 上述線性估計法的誤差為
err=fo-fo'=(fe-fd)/2 =- △ -(fs/N) . [(Vfb-Vfa)/(Vfc-Vfa)]/2 ( 5 )
定義a=(Vfb-Vfa)/(Vfc-Vfa)，貝寸 a=(Vfb-Vfa)/(Vfc-Vfa) =[V(fo+A+謹(jǐn))-V(fo+A陽謹(jǐn))]/[V(fo+A)-V(fo+A-謹(jǐn))] 由于V(fn)=Vfo . sinc[M ;r (fn-fo)/fs]，因此，
a= {sinc[ (M/N) .;r. (A/(fs/N)+l) ] - sinc[ (M/N) ;r. (A/(fs/N)隱l) ]}/
{ sinc[ (M/N) . ;r . A/(fs/N) ]- sinc[ (M/N) . ;r (A/(fs/N)畫l) ] } ( 6 ) 公式(6)中，M、 ；r、 fs、 N均為確定值，于是有
a=x(A/(fs/N)) ( 7 )
其中，x ()表示a與A/(fs/N))之間如式(6)所示的對應(yīng)關(guān)系。 將公式(7)代入公式(5)得
err= - △ -(fs/N) x(A/(謹(jǐn)))/2 ( 8 )
兩邊同時除以(fs/N),得
err/(fs/N)= - △ /(fs/N) - x(A/(fs/N))/2 ( 9 )其中err/(fs/N)、 △/(fs/N)分別表示估計誤差和偏移量相對于特征頻率分
辨率的相對值。
同理，fc〉fo時，0< A/(fs/N)S1/2, fc點在fo點右邊，存在
fe=fo+(fo-fa)=fo- △ +fs/N 上述線性估計法誤差為
err=fo-fo'=(fe-fd)/2=- △ +(fs/N) . [(Vfa-Vfb)/(Vfc-Vfb)]/2( 10 ) 定義(3=(Vfa-Vfb)/(Vfc-Vfb)，則
P=(Vfa-Vfb)/(Vfc-Vfb) =[V(fo+A-fs/N)-V(fo+A+fs/N)]/[V(fo+A)-V(fo+A+fs/N)] 由于V(fn)= Vfo . sinc[M . ;r. (fn-fo)/fs]，有
P= {sinc[ (M/N). TT '(A/(fs/N)-l) ] - sinc[ (M/N) .;r (A/(fs/N)+l) ]}/ { sinc[ (M/N) . ;r. A/(fs/N) ]- sinc[ (M/N) ' ;r. (A/(fs/N)+l) ] } (11) 公式(11)中，M、 7T、 fs、 N均為確定值，于是有
P=y(A/(fs/N)) (12) 其中，y ()表示卩與A/(fs/N))之間如式(11)所示的對應(yīng)關(guān)系。 將公式(12)代入公式(10)得
err= - △ +(fs/N) y (A/(fs/N))/2 ( 13 )
兩邊同時除以(fs/N),得
err/(fs/N)= - △ /(fs/N) + y(A/(fs/N))/2 ( 14 )
公式(9)和(14)表示估計誤差err/(fs/N)與偏移量A/(fs/N)的對應(yīng)關(guān) 系，當(dāng)M二N時，線性估計法的頻率估計誤差函數(shù)曲線如圖9所示。 由圖9可以看出，這種方法估算誤差小于特征頻率分辯率的1/5。
基于以上理論基礎(chǔ)，本發(fā)明第二實施例提供的方法流程可以如圖10所 示，主要包括以下步驟
步驟1001:對要檢測的離散時域信號進(jìn)行FT變換，確定FT變換后各 特征頻率對應(yīng)的幅度值Vfn,將各特征頻率fn與幅度值Vfn的對應(yīng)關(guān)系稱為各特征頻率分量。
步驟1002:在選擇的頻段內(nèi)查找各特征頻率分量中的幅度最大值Vfc, 幅度最大值對應(yīng)的fc以及fc的前一個特征頻率fa和后一個特征頻率fb的幅 度值Vfa、 Vfb。
步驟1003:利用要檢測的離散時域信號與上述Vfc、 Vfa和Vft在上述 離散頻域信號進(jìn)行內(nèi)插處理后得到的連續(xù)頻域信號上的位置關(guān)系，確定離散 時域信號對應(yīng)的連續(xù)頻域信號中最高幅度值所對應(yīng)的頻率值fo 。
本步驟中，基于以上的理論基礎(chǔ)，將步驟1001中進(jìn)行FT得到的離散頻 域信號進(jìn)行內(nèi)插處理后得到的信號中最高幅度值所對應(yīng)的頻率值fo可以分 為兩種情況近似為
Vfb>=Vfa時，fo近似取為fc+(fs/N) [(Vfb-Vfa)/(Vfc-Vfa)]/2;
Vfb〈Vfa時，fo近似耳又為fc-(fs/N) . [(Vfa-Vfb)/(Vfc-Vfb)〗/2。
另外，由圖9可以看出，err與A是有特定關(guān)系的，通過計算A,就可 以求出估計誤差err，通過補償，可以消除估計誤差，提高精度。
由于A是未知的，從前面分析公式(6)、 (11)中，可以看到cu (3與 A的對應(yīng)關(guān)系，其對應(yīng)關(guān)系曲線如圖11所示。
對于-1/2 S A/(fs/N)三0范圍內(nèi)，a與A——對應(yīng)，于是存在反函it △=X(a),代入公式(8)得
err= - X(a)-(fs/N) . x(X(a)/(固))/2 ( 15 )
上式表明，err與a的對應(yīng)關(guān)系，其中a=(Vfb-Vfa)/(Vfc-Vfa),很容易從 FT變換結(jié)果中確定，x()為確定函數(shù)，于是，將公式(15)簡單表示成 err=E (a) (16)
即err最后可以表示成與a相關(guān)的函^:E ( a)。
此時，fo=fo' + err = fc + (fs/N) -a/2 + E (a)
=fc+(fs/N) .[(Vb-Va)/(Vc-Va)]/2 + err ( 17 )
上式中，fs、 N為確定值；fc、 a可以從FT變換后的結(jié)果中確定，E (a) 項表達(dá)式非常復(fù)雜，如果實際應(yīng)用中實時地對E (a)直接采用表達(dá)式計算顯然對系統(tǒng)的處理能力造成很大壓力，由于誤差值比較小，可以將err與a的關(guān)系曲線轉(zhuǎn)換成折線，如圖12所示，計算各段折線的橫坐標(biāo)、縱坐標(biāo)、斜率，建立誤差查詢表，對err時采用查表法計算。
在建立誤差查詢表時，可以將a在0到1范圍內(nèi)取n個值分別計算err，即分別計算err[i] = E((x[i])，并分別計算各點對應(yīng)的折線斜率k[i],如圖13所示，其中，i = 0， 1, ...， n;利用求得的各值建立誤差查詢表，包含各a[i]、k[i]和err[i]之間的對應(yīng)關(guān)系。
在實際計算中，計算出的a值如果在誤差查詢表中存在a[i]與其相同，則直接從誤差查詢表中查找其對應(yīng)的err,如果不存在a[i]與其相同，則確定誤差查詢表中小于該a值且與該a值最接近的值a[i]，并查找與該a[i]對應(yīng)k[i]和err[i]，利用公式err= err[i]+ (a-a[i]) k[i]確定誤差值。
同理，對于0< A/(fs/N)^1/2范圍內(nèi)，(3與A——對應(yīng)，其處理方法同上。
也就是說，當(dāng)Vb>=Va時，fo 二fc+(fs/N) '[(Vfb-Vfa)/(Vfc-Vfa)]/2 + err，當(dāng)Vb〈Va時，fo =fc-(fs/N)*[(Vfa-Vfb)/(Vfc-Vfb)]/2 + err,其中，err可以通過查詢預(yù)先建立的誤差查詢表計算獲得。
對于實施例二， fo的估算精度通常與FT窗口長度、信號時長、誤差曲線相關(guān)。對于fs二8000Hz， N^240時，如果估算精度達(dá)到+AlHz以內(nèi)，則只需要取N為256即可以實現(xiàn)，顯然相對于現(xiàn)有技術(shù)中N取8192大大減小了計算量，計算量大概只有1/50,卻能夠達(dá)到與現(xiàn)有技術(shù)中N取8192相同的估算精度。。
上述兩個實施例都可以估算同時存在的多個頻率信號的頻率，如DTMF信號。
上述兩個實施例中均以幅度值為例進(jìn)行描述，凡是以本發(fā)明核心思想范圍內(nèi)的所有變形都在本發(fā)明保護(hù)范圍內(nèi)，例如確定能量最大值所對應(yīng)的頻率作為要檢測的離散時域信號的頻率值，由于能量為幅度值的平方，采用能量值進(jìn)行計算時，只需要修改sine函數(shù)成sine2 ，其他估計原理、計算公式同樣適用，事實上也是采用幅度最大值所對應(yīng)的頻率，因此，該方式也在本發(fā)明所保護(hù)的范圍內(nèi)。
以上是對本發(fā)明所提供方法所進(jìn)行的描述，下面對本發(fā)明所提供的方法
進(jìn)行詳細(xì)描述。圖14為本發(fā)明實施例提供的裝置結(jié)構(gòu)圖，如圖14所示，該裝置可以包括時頻變換單元1400和頻率確定單元1410。
時頻變換單元1400,用于對要檢測的離散時域信號進(jìn)行傅立葉變換得到離散頻域信號。
頻率確定單元1410，用于確定離散頻域信號進(jìn)行內(nèi)插處理后得到的信號中最高幅度值所對應(yīng)的頻率值，將該確定的頻率值作為要檢測的離散時域信號的頻率值。
時頻變換單元1400可以對要^r測的離散時域信號進(jìn)行FFT或DFT等傅立葉變換方式得到離散頻域信號。
其中，頻率確定單元1410可以采用與方法對應(yīng)的兩種結(jié)構(gòu)，第一種結(jié)構(gòu)中，頻率確定單元1410可以具體包括巻積處理子單元1411、求和處理子單元1412和第一頻率確定子單元1413。
巻積處理子單元1411,用于將時頻變換單元1400得到的離散頻域信號的各特征頻率分量與內(nèi)插函數(shù)分別做巻積運算，得到各特征分量的連續(xù)函數(shù)。
求和處理子單元1412,用于將巻積處理子單元1411得到的各特征分量的連續(xù)函數(shù)進(jìn)行求和得到要檢測的離散時域信號對應(yīng)的連續(xù)頻域信號。
第一頻率確定子單元1413,用于確定求和處理子單元1412得到的連續(xù)頻率信號中最大幅度值對應(yīng)的頻率值，將該確定的頻率值作為要檢測的離散時域信號的頻率。
另一種結(jié)構(gòu)中，頻率確定單元可以具體包括參數(shù)確定子單元1414和第二頻率確定子單元1415。
參數(shù)確定子單元1414，用于在選定的頻段內(nèi)查找離散頻域信號的各特征頻率分量中的幅度最大值Vfc、該幅度最大值Vfc對應(yīng)的特征頻率fc、該fc的前一個特征頻率fa的幅度值Vfa以及該fc的后一個特征頻率ft的幅度值Vfb。
第二頻率確定子單元1415,用于利用要檢測的離散時域信號的頻率值與Vfc、 Vfa和Vfb在離散頻域信號進(jìn)行內(nèi)插處理后得到的連續(xù)頻域信號上的位置關(guān)系，確定要檢測的離散時域信號對應(yīng)的連續(xù)頻域信號中最高幅度值所對應(yīng)的頻率值fo,將確定的該fo作為要檢測的離散時域信號的頻率值。
在頻率和幅度值構(gòu)成的f-V域中，參數(shù)確定子單元1414確定的特征頻率fc和幅度值Vfc對應(yīng)的點為c，特征頻率fa和幅度值Vfc對應(yīng)的點為a,特征頻率fb和幅度值Vfb對應(yīng)的點為b。
第二頻率確定子單元1415,在所述Vfb>=Vfa時，經(jīng)所述b點且平行于f軸的直線與直線ac相交于d點，確定d點的特征頻率fd,并進(jìn)一步根據(jù)fd和fb確定fo為(fb+fd) /2;在所述Vfb<Vfa時，經(jīng)所述a點且平行于f軸的直線與直線bc相交于d點，確定d點的f軸坐標(biāo)值即特征頻率fd,并進(jìn)一步根據(jù)fd和fa確定所述fo為(fa+fd ) /2。
其中，第二頻率確定子單元1415可以在Vfb>=Vfa時，確定fo為fc+(fs/N) . [(Vfb-Vfa)/(Vfc-Vfa)]/2 ; 在 Vfb〈Vfa 時，確定 fo 為fc-(fs/N) . [(Vfa-Vfb)/(Vfc-Vfb)]/2;其中，fs為采樣率，N為時頻變換單元1400進(jìn)行傅立葉變換所采用的傅立葉變換點數(shù)。
第二頻率確定子單元1415也可以在Vfb>=Vfa時，確定fo，為fc+(fs/N) . [(Vfb-Vfa)/(Vfc-Vfa)]/2，通過查找預(yù)設(shè)的第一誤差查詢表，確定(Vfb-Vfa)/(Vfc-Vfa)的值所對應(yīng)的頻率估計誤差err,確定fo為fo， + err;當(dāng)VftKVfa時，確定fo，為fc-(fs/N) [(Vfa-Vfb)/(Vfc-Vfb)]/2,通過查找預(yù)設(shè)的第二誤差查詢表，確定(Vfa-Vfb)/(Vfc-Vfb)的值所對應(yīng)的頻率估計誤差err,確定fo為fo， + err;其中，fs為釆樣率，N為步驟A中進(jìn)行傅立葉變換所釆用的傅立葉變換點數(shù)。
其中查找誤差查詢表的方法可以采用上述方法實施例中的方式，在此不再贅述。
由以上描述可以看出，本發(fā)明所提供的方法和裝置在對要;f企測的離散時域信號進(jìn)行傅立葉變換得到離散頻域信號后，確定對所述離散頻域信號進(jìn)行內(nèi)插處理后得到的信號中最高幅度值所對應(yīng)的頻率值，將該確定的頻率值作為要檢測的離散時域信號的頻率值。其相比較直接利用傅立葉變換得到的離散頻域信號中最高幅度值所對應(yīng)的頻率值作為要檢測的離散時域信號的頻率值，更加精確，也就是說，在達(dá)到相同精度的情況下，所需要的傅立葉變換點數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于現(xiàn)有技術(shù)，大大減小了頻率檢測過程中的計算量。
以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明保護(hù)的范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1、一種檢測離散時域信號頻率的方法，其特征在于，該方法包括A、對要檢測的離散時域信號進(jìn)行傅立葉變換得到離散頻域信號；B、確定對所述離散頻域信號進(jìn)行內(nèi)插處理后得到的信號中最高幅度值所對應(yīng)的頻率值，將該確定的頻率值作為所述要檢測的離散時域信號的頻率值。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述傅立葉變換包括快速 傅立葉變換FFT或者離散傅立葉變換DFT。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟B具體包括 Bll、將所述離散頻域信號的各特征頻率分量與內(nèi)插函數(shù)分別做巻積運算，得到各頻率分量的連續(xù)函數(shù)；B12、將步驟Bll得到的各頻率分量的連續(xù)函數(shù)進(jìn)行求和得到所述要檢測 的離散時域信號對應(yīng)的連續(xù)頻域信號；B13、確定步驟B12得到的連續(xù)頻域信號中最大幅度值對應(yīng)的頻率值，將 該確定的頻率值作為要檢測的離散時域信號的頻率。
4、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所述內(nèi)插函數(shù)為 sinc[M.^f/fs]，其中，M為所述要檢測的離散時域信號的長度，f為頻率自變 量，fs為所述要檢測的離散時域信號的采樣率。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟B具體包括 B21、在選定的頻段內(nèi)查找所述離散頻域信號的各特征頻率分量中的幅度最大值Vfc、該幅度最大值Vfc對應(yīng)的特征頻率fc、該fc的前一個特征頻率fa的 幅度值Vfa以及該fc的后一個特征頻率fb的幅度值Vfb;B22、利用要檢測的離散時域信號的頻率值與所述Vfc、 Vfa和Vfb在所述 離散頻域信號進(jìn)行內(nèi)插處理后得到的連續(xù)頻域信號上的位置關(guān)系，確定所述要 檢測的離散時域信號對應(yīng)的連續(xù)頻域信號中最高幅度值所對應(yīng)的頻率值fo,將 確定的該fo作為要檢測的離散時域信號的頻率值。
6、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，在頻率和幅度值構(gòu)成的f-V域中，所述步驟B21中特征頻率fc和幅度值Vfc對應(yīng)的點為c,特征頻率fa和 幅度值Vfc對應(yīng)的點為a，特征頻率fb和幅度值Vft對應(yīng)的點為b; 所述步驟B22具體包括當(dāng)所述Vfb>=Vfa時，經(jīng)所述b點且平行于f軸的直線與直線ac相交于 d點，確定d點的特征頻率fd,并進(jìn)一步^^艮據(jù)fd和fb確定所述fo為(fb+fd ) /2;當(dāng)所述VftKVfa時，經(jīng)所述a點且平行于f軸的直線與直線bc相交于d 點，確定d點的f軸坐標(biāo)值即特征頻率fd,并進(jìn)一步^^據(jù)fd和fa確定所述 fo為(fa+fd) /2。
7、 根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，所述fd根據(jù)a點、c點和d 點之間的線性比例關(guān)系確定。
8、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，所述步驟B22具體包括當(dāng) 所述Vfb>=Vfa時，確定所述fo為fc+(fs/N) [(Vfb-Vfa)/(Vfc-Vfa)]/2;當(dāng)所述Vfb〈Vfa時，確定所述fo為fc-(fs/N) [(Vfa-Vfb)/(Vfc-Vfb)]/2; 其中，所述fs為采樣率，所述N為步驟A中進(jìn)行傅立葉變換所采用的 傅立葉變換點數(shù)。
9、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，所述步驟B22具體包括 當(dāng)所述Vfb〉^Vfa時，確定fo，為fc+(fs/N) ■ [(Vfb-Vfa)/(Vfc-Vfa)]/2;通過查找預(yù)設(shè)的第 一誤差查詢表，確定(Vfb-Vfa)/(Vfc-Vfa)的值所對應(yīng)的頻率 4古i十i吳差err;石角定戶斤述fo為fo, + err;當(dāng)所述Vfb〈Vfa時，確定fo，為fc-(fs/N) [(Vfa-Vfb)/(Vfc-Vfb)]/2;通過 查找預(yù)設(shè)的第二誤差查詢表，確定(Vfa-Vfb)/(Vfc-Vfb)的值所對應(yīng)的頻率估 i十i吳差eir;石角定戶斤述fo為fo, + err;其中，所述fs為釆樣率，所述N為步驟A中進(jìn)行傅立葉變換所采用的 傅立葉變換點數(shù)。
10、 根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，所述第一誤差查詢表中 存儲多個(Vfb，Vfa)/(Vfc-Vfa)的值a在(Vfb-Vfa)/(Vfc-Vfa)與頻率估計誤差之間的對應(yīng)關(guān)系曲線上的斜率k、 a值以及頻率估計誤差err之間的對應(yīng)關(guān)系； 所述確定(Vfb-Vfa)/(Vfc-Vfa)的值所對應(yīng)的頻率估計誤差err具體為 確定小于且最接近該(Vfb-Vfa)/(Vfc-Vfa)的值的a值al,查找第 一誤差查詢 表確定該al對應(yīng)的k值kl和err值errl,所述err為errl + [(Vfb-Vfa)/(Vfc-Vfa) il].kl;或者，所述第二誤差查詢表中存儲各(Vfa-Vfb)/(Vfc-Vfb)的值(3在 (Vfa-Vfb)/(Vfc-Vfb)與頻率估計誤差之間的對應(yīng)關(guān)系曲線上的斜率k、 f3值以 及頻率估計誤差err之間的對應(yīng)關(guān)系；所述確定(Vfa-Vfb)/(Vfc-Vfb)的值所對應(yīng)的頻率估計誤差err具體為確 定小于且最接近該(Vfa-Vfb)/(Vfc-Vfb)的值的(3值p2,查找第二誤差查詢表 確定該(32對應(yīng)的k值k2和err值err2，所述err為err2 + [(Vfa-Vfb)/(Vfc-Vfb) - (32] . k2。
11、 一種檢測離散時域信號頻率的裝置，其特征在于，該裝置包括時 頻變換單元和頻率確定單元；所述時頻變換單元，用于對要檢測的離散時域信號進(jìn)行傅立葉變換得到 離散頻域信號；所述頻率確定單元，用于確定所述離散頻域信號進(jìn)行內(nèi)插處理后得到的 信號中最高幅度值所對應(yīng)的頻率值，將該確定的頻率值作為所述要檢測的離 散時域信號的頻率值。
12、 根據(jù)權(quán)利要求11所述的裝置，其特征在于，所述時頻變換單元對 要檢測的離散時域信號進(jìn)行快速傅立葉變換FFT或離散傅立葉變換DFT得 到離散頻域信號。
13、 根據(jù)權(quán)利要求11所述的裝置，其特征在于，所述頻率確定單元具 體包括巻積處理子單元、求和處理子單元和第一頻率確定子單元；所述巻積處理子單元，用于將所述時頻變換單元得到的離散頻域信號的 各特征頻率分量與內(nèi)插函數(shù)分別做巻積運算，得到各特征分量的連續(xù)函數(shù)； 所述求和處理子單元，用于將所述巻積處理子單元得到的各特征分量的連續(xù)函數(shù)進(jìn)行求和得到所述要檢測的離散時域信號對應(yīng)的連續(xù)頻域信號；所述第一頻率確定子單元，用于確定所述求和處理子單元得到的連續(xù)頻 率信號中最大幅度值對應(yīng)的頻率值，將該確定的頻率值作為要檢測的離散時 域信號的頻率。
14、 根據(jù)權(quán)利要求11所述的裝置，其特征在于，所述頻率確定單元具 體包括參數(shù)確定子單元和第二頻率確定子單元；所述參數(shù)確定子單元，用于在選定的頻段內(nèi)查找所述離散頻域信號的各特 征頻率分量中的幅度最大值Vfc、該幅度最大值Vfc對應(yīng)的特征頻率fc、該fc 的前一個特征頻率fa的幅度值Vfa以及該fc的后一個特征頻率fb的幅度值Vfb;所述第二頻率確定子單元，用于利用要檢測的離散時域信號的頻率值與 所述Vfc、 Vfa和Vfb在所述離散頻域信號進(jìn)行內(nèi)插處理后得到的連續(xù)頻域信號 上的位置關(guān)系，確定所述要檢測的離散時域信號對應(yīng)的連續(xù)頻域信號中最高幅 度值所對應(yīng)的頻率值fo,將確定的該fo作為要檢測的離散時域信號的頻率值。
15、 根據(jù)權(quán)利要求14所述的裝置，其特征在于，在頻率和幅度值構(gòu)成的f-V 域中，所述參數(shù)確定子單元確定的特征頻率fc和幅度值Vfc對應(yīng)的點為c,特 征頻率fa和幅度值Vfc對應(yīng)的點為a,特征頻率fb和幅度值Vfb對應(yīng)的點為b;所述第二頻率確定子單元，在所述Vfb>=Vfa時，經(jīng)所述b點且平行于f 軸的直線與直線ac相交于d點，確定d點的特征頻率fd,并進(jìn)一步^4居fd 和fb確定所述fo為(fb+fd)/2;在所述VftxVfa時，經(jīng)所述a點且平行于 f軸的直線與直線bc相交于d點，確定d點的f軸坐標(biāo)值即特征頻率fd,并 進(jìn)一步根據(jù)fd和fa確定所述fo為(fa+fd) /2。
16、 根據(jù)權(quán)利要求14所述的裝置，其特征在于，所述第二頻率確定子單元 在所述Vfb〉二Vfa時，確定所述fo為fc+(fs/N) . [(Vfb-Vfa)/(Vfc-Vfa)]/2;在 所述Vfb〈Vfa時，確定所述fo為fc-(fs/N) [(Vfa-Vfb)/(Vfc-Vfb)]/2;其中，所述fs為采樣率，所述N為所述時頻變換單元進(jìn)行傅立葉變換 所釆用的傅立葉變換點數(shù)。
17、 根據(jù)權(quán)利要求14所述的裝置，其特征在于，所述第二頻率確定子單元在所述Vfb〉-Vfa時，確定fo，為fc+(fs/N) . [(Vfb-Vfa)/(Vfc-Vfa)]/2，通過查找預(yù)設(shè)的第一誤差查詢表，確定(Vfb-Vfa)/(Vfc-Vfa)的值所對應(yīng)的頻率估計i吳差err,確定所述fo為fo， + err;當(dāng)所述VfhKVfa時，確定fo，為fc-(fs/N) [(Vfa-Vfb)/(Vfc-Vfb)]/2,通過查找預(yù)設(shè)的第二誤差查詢表，確定(Vfa-Vfb)/(Vfc-Vfb)的值所對應(yīng)的頻率估計i吳差err，確定所述fo為fo， + err;其中，所述fs為采樣率，所述N為步驟A中進(jìn)行傅立葉變換所采用的傅立葉變換點數(shù)。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種檢測離散時域信號頻率的方法和裝置，其中方法包括對要檢測的離散時域信號進(jìn)行傅立葉變換得到離散頻域信號；確定對所述離散頻域信號進(jìn)行內(nèi)插處理后得到的信號中最高幅度值所對應(yīng)的頻率值，將該確定的頻率值作為要檢測的離散時域信號的頻率值。本發(fā)明檢測出的頻率更加精確，也就是說，在達(dá)到相同精度的情況下，所需要的傅立葉變換點數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于現(xiàn)有技術(shù)，大大減小了頻率檢測過程中的計算量。
文檔編號G01R23/16GK101458280SQ20091007626
公開日2009年6月17日 申請日期2009年1月7日 優(yōu)先權(quán)日2009年1月7日
發(fā)明者洪慶春 申請人:杭州華三通信技術(shù)有限公司