專(zhuān)利名稱(chēng)：一種高精度的頻率估計(jì)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種高精度的頻率估計(jì)方法。
背景技術(shù)：
在實(shí)際應(yīng)用中，常常需要對(duì)一些信號(hào)的頻率進(jìn)行估計(jì)，用于單頻率信號(hào)的檢測(cè)。例如在ITU-T制訂的V.34數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議的調(diào)制解調(diào)器應(yīng)用時(shí)，需要對(duì)單音信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)估計(jì)，并根據(jù)單音信號(hào)特征進(jìn)行信道線路探測(cè)。而在實(shí)際生活中，高精度的頻率估計(jì)方法可以應(yīng)用于鋼琴等按鍵樂(lè)器的調(diào)音中，對(duì)按鍵音采集后進(jìn)行頻率估計(jì)，輔助調(diào)音師進(jìn)行準(zhǔn)確調(diào)曰。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決上述問(wèn)題，本發(fā)明提供一種高精度的頻率估計(jì)方法。為實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是:
本發(fā)明的高精度的頻 率估計(jì)方法，系統(tǒng)啟動(dòng)后，軟件根據(jù)用戶(hù)輸入決定系統(tǒng)進(jìn)入相應(yīng)的處理模塊，當(dāng)用戶(hù)選擇進(jìn)入配置模式時(shí)，用戶(hù)可以選擇單頻率估計(jì)模式和特定功能配置模式兩種模式。當(dāng)用戶(hù)選擇單頻率估計(jì)模式時(shí)，用戶(hù)輸入?yún)⒖碱l率或者從特定功能模式下存儲(chǔ)的頻率中選擇參考頻率，并存儲(chǔ)參考頻率到系統(tǒng)中；當(dāng)用戶(hù)選擇特定功能配置模式時(shí)，用戶(hù)輸入一組參考頻率和對(duì)應(yīng)表示信息并存儲(chǔ)于系統(tǒng)配置信息中，用戶(hù)可以根據(jù)實(shí)際應(yīng)用配置多組特定功能，每次開(kāi)始頻率估計(jì)時(shí)僅有一組特定功能起作用。當(dāng)開(kāi)始頻率估計(jì)時(shí)，如果是單頻率估計(jì)模式，將以用戶(hù)輸入的參考頻率進(jìn)行高精度頻率估計(jì)；如果是特定功能頻率估計(jì)模式，將以該特定功能所配置一組頻率分別作為參考頻率對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行頻率估計(jì)，根據(jù)配置的閾值信息輸出頻率估計(jì)信息。優(yōu)選的，頻率估計(jì)信息的方法是對(duì)于輸入樣本將該組所有頻率依次用做參考頻率1，計(jì)算輸入單音與各個(gè)參考頻率之差iT,選輸入單音與參考頻率最小的估計(jì)輸入單音頻率。相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明的高精度的頻率估計(jì)方法，具有以下有益的技術(shù)效果:
1.本發(fā)明的高精度頻率估計(jì)方法，理論上可以達(dá)到任意精度。2.采用數(shù)字方式頻率估計(jì)方法，需要較小的時(shí)間復(fù)雜度和空間復(fù)雜度。3.幅度無(wú)關(guān)的單音信號(hào)頻率估計(jì)方法，幅度變化不會(huì)影響頻率估計(jì)的精度。4.支持兩種頻率估計(jì)模式，包括單頻率估計(jì)方式和特定功能頻率估計(jì)模式(多頻率同時(shí)進(jìn)行估計(jì)模式)。5.支持模擬輸入和數(shù)字輸入兩種信號(hào)輸入。


圖1為本發(fā)明的一種高精度的頻率估計(jì)方法的一種流程示意圖。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合附圖詳細(xì)描述本發(fā)明的高精度的頻率估計(jì)方法的體系結(jié)構(gòu)，但不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的限制。1.高精度的頻率估計(jì)方法理論基礎(chǔ)
假設(shè)輸入的單音信號(hào)頻率為/p相位為￠1■，幅值為Ι，則輸入單音信號(hào)~^可以表示為公式1對(duì)~||乘以互為正交的2個(gè)諧波信號(hào)得到J和g兩個(gè)正交分量(見(jiàn)公式2和公式3)，其中Jfj為進(jìn)行頻率估計(jì)的參考頻率，一般選取被測(cè)單音信號(hào)的理想頻率。對(duì)J和g進(jìn)行積化和差轉(zhuǎn)換，得到公式4、5、6，其中y為輸入單音與參考頻率之差。對(duì)J和β正交分量進(jìn)行低通濾波處理,濾除高頻分量后,其輸出信號(hào)％>/和βρ/如公式7、8所示。取纟=Mf,其中f是采樣周期，則低通濾波器輸出的正交分量信號(hào)表示為％ /( 〕和％/M,即第η個(gè)采樣時(shí)刻的低通濾波器輸出的正交分量，表不為公式9、10。由%/M和0| /Μ表達(dá)式可知,第η個(gè)米樣時(shí)刻低通濾波器輸出信號(hào)的相位#_可以表示為公式11，由公式9和10推出可以表示為公式12。根據(jù)公式11、12，可以計(jì)算相差一個(gè)周期T時(shí)間的濾波器相位差,表示為公式13、14。在實(shí)際應(yīng)用中采用多次測(cè)量求平均值(數(shù)學(xué)期望)減少誤差的方法，利用公式14和公式15計(jì)算出鱗塑。聯(lián)立公式13和15，可以估計(jì)出輸入頻率/μ和參考頻率&之間的頻率差^(見(jiàn)公式16)，進(jìn)而通過(guò)公式17估計(jì)輸入單音信號(hào)頻率由公式I 17可知，單音信號(hào)頻率Jpf的估計(jì)精度取決于的精度，即取決于Mmmn,而￥%^^取決于低通濾波器輸出信號(hào)的相位^2的精度。由公式12可知，低通濾波器輸出信號(hào)的相位％的精度取決于反正切函數(shù)的精度,理論上精度可以達(dá)到任意希望精度。在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，采用數(shù)字信號(hào)進(jìn)行單音信號(hào)頻率估計(jì)，與FFT相比在空間復(fù)雜度和時(shí)間復(fù)雜度上具有以下優(yōu)勢(shì)。1)精度 采用FFT方法 ，其頻率精度為▲為采樣頻率，_為采樣點(diǎn)數(shù))，當(dāng)$取8000Hz時(shí)，頻
率分辨率要達(dá)到約1Hz，需要篇=8192，這將大大增加系統(tǒng)的時(shí)間復(fù)雜度和空間復(fù)雜度，降低實(shí)時(shí)性，而且IHz的精度并不高。選用公式I 17的方法，理論上可以達(dá)到任意高的精度，且對(duì)時(shí)間復(fù)雜度和空間復(fù)雜度影響不大。2)空間復(fù)雜度
采用FFT進(jìn)行頻率估計(jì)，需要存儲(chǔ)一定數(shù)量的輸入信號(hào)樣本。由于其估計(jì)精度為.，存儲(chǔ)的輸入信號(hào)樣本越多其估計(jì)精度越高。而采用公式I 17所述方法，僅需要存儲(chǔ)若干個(gè)間隔為T(mén)時(shí)間的樣本，即可以實(shí)現(xiàn)頻率估計(jì)，空間復(fù)雜度遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于FFT方法。3)時(shí)間復(fù)雜度
采用#點(diǎn)的FFT方法，理論上需要Jflog2Ji個(gè)復(fù)數(shù)加運(yùn)算和Ilol2M復(fù)數(shù)乘運(yùn)算，為了提高頻率分辨率，增大N，將同時(shí)增加時(shí)間復(fù)雜度。采用公式I 17所述方法，如果選擇N階低通濾波器，其時(shí)間復(fù)雜度基本在100個(gè)乘加運(yùn)算以?xún)?nèi)，遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于FFT方法。
權(quán)利要求
1.一種高精度的頻率估計(jì)方法，其特征在于，系統(tǒng)啟動(dòng)后，根據(jù)用戶(hù)輸入決定系統(tǒng)進(jìn)入相應(yīng)的處理模塊，當(dāng)用戶(hù)選擇進(jìn)入配置模式時(shí)，用戶(hù)可以選擇單頻率估計(jì)模式和特定功能配置模式兩種模式: 當(dāng)用戶(hù)選擇單頻率估計(jì)模式時(shí)，用戶(hù)輸入?yún)⒖碱l率或者從特定功能模式下存儲(chǔ)的頻率中選擇參考頻率，并存儲(chǔ)參考頻率到系統(tǒng)中； 當(dāng)用戶(hù)選擇特定功能配置模式時(shí)，用戶(hù)輸入一組參考頻率和對(duì)應(yīng)標(biāo)識(shí)信息并存儲(chǔ)于系統(tǒng)配置信息中，用戶(hù)可以根據(jù)實(shí)際應(yīng)用配置多組特定功能，每次開(kāi)始頻率估計(jì)時(shí)僅有一組特定功能起作用。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高精度的頻率估計(jì)方法，其特征在于，當(dāng)開(kāi)始頻率估計(jì)時(shí)，如果是單頻率估計(jì)模式，將以用戶(hù)輸入的參考頻率進(jìn)行高精度頻率估計(jì)；如果是特定功能頻率估計(jì)模式，將以該特定功能所配置一組頻率分別作為參考頻率對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行頻率估計(jì)，根據(jù)配置的閾值信息輸出頻率估計(jì)信息。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高精度的頻率估計(jì)方法，其特征在于，頻率估計(jì)方法是對(duì)于輸入樣本將該組所有頻率依次用做參考頻率A，計(jì)算輸入單音與各個(gè)參考頻率之差4T，選輸入單音與參考頻率最小的M估計(jì)輸入單音頻率。 ·
全文摘要
本發(fā)明提出了一種高精度的頻率估計(jì)方法，系統(tǒng)啟動(dòng)后，根據(jù)用戶(hù)輸入決定系統(tǒng)進(jìn)入相應(yīng)的處理模塊，當(dāng)用戶(hù)選擇進(jìn)入配置模式時(shí)，用戶(hù)可選擇單頻率估計(jì)模式和特定功能配置模式兩種模式。當(dāng)用戶(hù)選擇單頻率估計(jì)模式時(shí)，用戶(hù)輸入?yún)⒖碱l率或者從特定功能模式下存儲(chǔ)的頻率中選擇參考頻率，并存儲(chǔ)參考頻率到系統(tǒng)中；當(dāng)用戶(hù)選擇特定功能配置模式時(shí)，用戶(hù)輸入一組參考頻率和對(duì)應(yīng)標(biāo)識(shí)信息并存儲(chǔ)于系統(tǒng)配置信息中，用戶(hù)可以根據(jù)實(shí)際應(yīng)用配置多組特定功能，每次開(kāi)始頻率估計(jì)時(shí)僅有一組特定功能起作用。本發(fā)明的高精度的頻率估計(jì)方法，是數(shù)字方式頻率估計(jì)方法，僅僅需要較小的時(shí)間復(fù)雜度和空間復(fù)雜度，實(shí)現(xiàn)高精度頻率估計(jì)，理論上可以達(dá)到任意精度。
文檔編號(hào)G01H17/00GK103234623SQ20121029492
公開(kāi)日2013年8月7日 申請(qǐng)日期2012年8月20日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月20日
發(fā)明者胡劍凌, 邵雷, 郝業(yè) 申請(qǐng)人:蘇州大學(xué)