专利名称：一种高精度的频率估计方法
技术领域：
本发明涉及一种高精度的频率估计方法。
背景技术：
在实际应用中，常常需要对一些信号的频率进行估计，用于单频率信号的检测。例如在ITU-T制订的V.34数据传输协议的调制解调器应用时，需要对单音信号进行检测估计，并根据单音信号特征进行信道线路探测。而在实际生活中，高精度的频率估计方法可以应用于钢琴等按键乐器的调音中，对按键音采集后进行频率估计，辅助调音师进行准确调曰。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供一种高精度的频率估计方法。为实现上述发明目的，本发明所采用的技术方案是:
本发明的高精度的频 率估计方法，系统启动后，软件根据用户输入决定系统进入相应的处理�？椋庇没а≡窠肱渲媚Ｊ绞保没Э梢匝≡竦テ德使兰颇Ｊ胶吞囟üδ芘渲媚Ｊ搅街帜Ｊ�。当用户选择单频率估计模式时，用户输入参考频率或者从特定功能模式下存储的频率中选择参考频率，并存储参考频率到系统中；当用户选择特定功能配置模式时，用户输入一组参考频率和对应表示信息并存储于系统配置信息中，用户可以根据实际应用配置多组特定功能，每次开始频率估计时仅有一组特定功能起作用。当开始频率估计时，如果是单频率估计模式，将以用户输入的参考频率进行高精度频率估计；如果是特定功能频率估计模式，将以该特定功能所配置一组频率分别作为参考频率对输入信号进行频率估计，根据配置的阈值信息输出频率估计信息。优选的，频率估计信息的方法是对于输入样本将该组所有频率依次用做参考频率1，计算输入单音与各个参考频率之差iT,选输入单音与参考频率最小的估计输入单音频率。相对于现有技术，本发明的高精度的频率估计方法，具有以下有益的技术效果:
1.本发明的高精度频率估计方法，理论上可以达到任意精度。2.采用数字方式频率估计方法，需要较小的时间复杂度和空间复杂度。3.幅度无关的单音信号频率估计方法，幅度变化不会影响频率估计的精度。4.支持两种频率估计模式，包括单频率估计方式和特定功能频率估计模式(多频率同时进行估计模式)。5.支持模拟输入和数字输入两种信号输入。
图1为本发明的一种高精度的频率估计方法的一种流程示意图。
具体实施例方式以下结合附图详细描述本发明的高精度的频率估计方法的体系结构，但不构成对本发明的限制。1.高精度的频率估计方法理论基础
假设输入的单音信号频率为/p相位为￠1■，幅值为Ι，则输入单音信号~^可以表示为公式1对~||乘以互为正交的2个谐波信号得到J和g两个正交分量(见公式2和公式3)，其中Jfj为进行频率估计的参考频率，一般选取被测单音信号的理想频率。对J和g进行积化和差转换，得到公式4、5、6，其中y为输入单音与参考频率之差。对J和β正交分量进行低通滤波处理,滤除高频分量后,其输出信号％>/和βρ/如公式7、8所示。取纟=Mf,其中f是采样周期，则低通滤波器输出的正交分量信号表示为％ /( 〕和％/M,即第η个采样时刻的低通滤波器输出的正交分量，表不为公式9、10。由%/M和0| /Μ表达式可知,第η个米样时刻低通滤波器输出信号的相位#_可以表示为公式11，由公式9和10推出可以表示为公式12。根据公式11、12，可以计算相差一个周期T时间的滤波器相位差,表示为公式13、14。在实际应用中采用多次测量求平均值(数学期望)减少误差的方法，利用公式14和公式15计算出鱗塑。联立公式13和15，可以估计出输入频率/μ和参考频率&之间的频率差^(见公式16)，进而通过公式17估计输入单音信号频率由公式I 17可知，单音信号频率Jpf的估计精度取决于的精度，即取决于Mmmn,而￥%^^取决于低通滤波器输出信号的相位^2的精度。由公式12可知，低通滤波器输出信号的相位％的精度取决于反正切函数的精度,理论上精度可以达到任意希望精度。在实际应用过程中，采用数字信号进行单音信号频率估计，与FFT相比在空间复杂度和时间复杂度上具有以下优势。1)精度 采用FFT方法 ，其频率精度为▲为采样频率，_为采样点数)，当$取8000Hz时，频
率分辨率要达到约1Hz，需要篇=8192，这将大大增加系统的时间复杂度和空间复杂度，降低实时性，而且IHz的精度并不高。选用公式I 17的方法，理论上可以达到任意高的精度，且对时间复杂度和空间复杂度影响不大。2)空间复杂度
采用FFT进行频率估计，需要存储一定数量的输入信号样本。由于其估计精度为.，存储的输入信号样本越多其估计精度越高。而采用公式I 17所述方法，仅需要存储若干个间隔为T时间的样本，即可以实现频率估计，空间复杂度远远小于FFT方法。3)时间复杂度
采用#点的FFT方法，理论上需要Jflog2Ji个复数加运算和Ilol2M复数乘运算，为了提高频率分辨率，增大N，将同时增加时间复杂度。采用公式I 17所述方法，如果选择N阶低通滤波器，其时间复杂度基本在100个乘加运算以内，远远小于FFT方法。
权利要求
1.一种高精度的频率估计方法，其特征在于，系统启动后，根据用户输入决定系统进入相应的处理�？椋庇没а≡窠肱渲媚Ｊ绞保没Э梢匝≡竦テ德使兰颇Ｊ胶吞囟üδ芘渲媚Ｊ搅街帜Ｊ�: 当用户选择单频率估计模式时，用户输入参考频率或者从特定功能模式下存储的频率中选择参考频率，并存储参考频率到系统中； 当用户选择特定功能配置模式时，用户输入一组参考频率和对应标识信息并存储于系统配置信息中，用户可以根据实际应用配置多组特定功能，每次开始频率估计时仅有一组特定功能起作用。
2.根据权利要求1所述的高精度的频率估计方法，其特征在于，当开始频率估计时，如果是单频率估计模式，将以用户输入的参考频率进行高精度频率估计；如果是特定功能频率估计模式，将以该特定功能所配置一组频率分别作为参考频率对输入信号进行频率估计，根据配置的阈值信息输出频率估计信息。
3.根据权利要求1所述的高精度的频率估计方法，其特征在于，频率估计方法是对于输入样本将该组所有频率依次用做参考频率A，计算输入单音与各个参考频率之差4T，选输入单音与参考频率最小的M估计输入单音频率。 ·
全文摘要
本发明提出了一种高精度的频率估计方法，系统启动后，根据用户输入决定系统进入相应的处理�？椋庇没а≡窠肱渲媚Ｊ绞保没Э裳≡竦テ德使兰颇Ｊ胶吞囟üδ芘渲媚Ｊ搅街帜Ｊ健５庇没а≡竦テ德使兰颇Ｊ绞保没淙氩慰计德驶蛘叽犹囟üδ苣Ｊ较麓娲⒌钠德手醒≡癫慰计德剩⒋娲⒉慰计德实较低持校坏庇没а≡裉囟üδ芘渲媚Ｊ绞保没淙胍蛔椴慰计德屎投杂Ρ晔缎畔⒉⒋娲⒂谙低撑渲眯畔⒅校没Э梢愿菔导视τ门渲枚嘧樘囟üδ埽看慰计德使兰剖苯鲇幸蛔樘囟üδ芷鹱饔�。本发明的高精度的频率估计方法，是数字方式频率估计方法，仅仅需要较小的时间复杂度和空间复杂度，实现高精度频率估计，理论上可以达到任意精度。
文档编号G01H17/00GK103234623SQ20121029492
公开日2013年8月7日 申请日期2012年8月20日 优先权日2012年8月20日
发明者胡剑凌, 邵雷, 郝业 申请人:苏州大学
