全相位數(shù)字信號(hào)處理的發(fā)展歷史分析綜述目錄TOC\o"1-3"\h\u19836全相位數(shù)字信號(hào)處理的發(fā)展歷史分析綜述 181131.1重疊數(shù)字濾波的提出及早期應(yīng)用 3141071.2重疊數(shù)字濾波的中期發(fā)展 3129721.3從重疊數(shù)字到全相位濾波 4303901.4全相位數(shù)字信號(hào)處理的全面研究及其新進(jìn)展 5全相位數(shù)字信號(hào)采集與處理的技術(shù)基本概念與理論依據(jù)最早由天津大學(xué)的王兆華教授、侯正信教授于20世紀(jì)80年代初確立。最早來源于王兆華教授(2014)提出的將包含某一個(gè)像系的所有部件和分塊都綜合地進(jìn)行考慮后再計(jì)算的一種重疊數(shù)字濾波方法，并以此研究的基礎(chǔ)上建立起來重疊內(nèi)插的模板，在1/2、1/3、1/4、1/8抽取和內(nèi)插及其他圖像的放大等各個(gè)方面都已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用。2001年，王兆華教授在會(huì)上發(fā)表了DFT域的無窗重疊數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì)框圖，并明確指出一維無窗重疊數(shù)字濾波器可以被等效地稱為FIR濾波器的處理。在2002~2004年，王兆華教授先后申請(qǐng)了3項(xiàng)相關(guān)全相位的技術(shù)發(fā)明專利，即"一種頻域自適應(yīng)濾波器"、"一種帶窗的頻域頻率器"和"全相位FFT頻域分析裝置"，并明確地指出了全相位數(shù)字濾波器的信息傳輸特性序列H具有與連續(xù)信號(hào)系統(tǒng)的特性相似而且整體可控的功能。王兆華教授首次地給出了無窗、單門和雙窗全相位濾波器的結(jié)構(gòu)形狀和其頻率特性示意圖;其提出的"全相位FFT.譜分析"很好地抑制了頻譜的泄漏，所有這都奠定了全相位濾波的理論基礎(chǔ)。侯正信教授在此項(xiàng)技術(shù)的基礎(chǔ)上，首先將重疊濾波模板的結(jié)構(gòu)從DFT域、沃爾什域擴(kuò)展至IDCT域并進(jìn)一步提出了離散列率濾波器的概念;之后，侯正信教授在深刻認(rèn)識(shí)此最嚴(yán)重的程度上對(duì)重疊處理技術(shù)方法的原理和本質(zhì)后，把此遍歷所有位置和時(shí)刻的重疊正名為"全相位"。至2001年以來，王兆華教授和侯正信教授指導(dǎo)多名博士和研究生不斷豐富全相位濾波的概念和理論并深入發(fā)現(xiàn)在多個(gè)技術(shù)領(lǐng)域的實(shí)際應(yīng)用。目前，已經(jīng)涉及的應(yīng)用范圍很廣，包括自適應(yīng)信號(hào)處理、窗函數(shù)設(shè)計(jì)、濾波器機(jī)組設(shè)計(jì)、圖像內(nèi)插、數(shù)據(jù)內(nèi)插等。在對(duì)系統(tǒng)自適應(yīng)除噪信號(hào)辨識(shí)進(jìn)行相位處理的主要研究手法方面，蘇飛博士把目前采用全面的相位預(yù)預(yù)濾波的檢測(cè)數(shù)據(jù)相位預(yù)處理與傳統(tǒng)LMS處理方法有機(jī)地進(jìn)行融合，并將其廣泛運(yùn)用于除噪檢測(cè)融合到了系統(tǒng)的自自動(dòng)適應(yīng)除噪、自自動(dòng)適應(yīng)除噪系統(tǒng)信號(hào)辨識(shí)中，其信號(hào)收斂率和系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)檢測(cè)誤差等多個(gè)指標(biāo)均明顯地要優(yōu)于采用傳統(tǒng)的處理方法;黃翔東博士從全面的相位預(yù)濾波處理角度分析了檢測(cè)數(shù)據(jù)的各種統(tǒng)計(jì)學(xué)處理特性、自相關(guān)特性給予了證明。在窗反射函數(shù)的基本設(shè)計(jì)算法方面，蘇飛博士從全局性相位反射濾波器的基本結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)角度觀點(diǎn)出發(fā)，推導(dǎo)了如何設(shè)計(jì)窗反射函數(shù)的重要基本性質(zhì)和以及其基本特征的幾個(gè)基本方面，并首次成功提出"基于最小二叉"和"最小均方誤差迭代"兩種關(guān)于如何設(shè)計(jì)窗反射函數(shù)的新一代技術(shù)設(shè)計(jì)方法。在音頻濾波器和模組的技術(shù)設(shè)計(jì)以及研究應(yīng)用方面，蘇飛博士通過分析設(shè)定系統(tǒng)模擬信號(hào)音頻傳輸?shù)墓β侍匦圆⒂眯蛄械脑O(shè)計(jì)方法獲取了一套嚴(yán)格的結(jié)合功率配置優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)型音頻濾波器的模組，并將其廣泛應(yīng)用于音頻圖像的多維高分辨率圖像處理和小波分析中，且與其他用于小波圖像處理和音頻分析的實(shí)驗(yàn)結(jié)果實(shí)例作了較好的實(shí)驗(yàn)對(duì)比。徐妮妮博士則認(rèn)為是充分利用目前無窗全窗多相位頻譜濾波器的半帶頻率線性特征和極正或不平衡頻率特性非常可負(fù)的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，結(jié)合譜線和分解的科學(xué)思想重新研制開發(fā)出了全窗多相位半帶頻譜濾波器并將其廣泛應(yīng)用于測(cè)量動(dòng)態(tài)的和靜止圖形影像的視頻壓縮和圖像編碼中。黃翔東博士和黃曉紅博士在深入研究了全面的相位FFT譜信號(hào)分析的基本技術(shù)理論之后，全面地深入挖掘了在相位頻譜信號(hào)分析技術(shù)方向上的技術(shù)優(yōu)勢(shì)和廣泛應(yīng)用(如頻譜校正等)。此外，兩人在各種濾波器的設(shè)計(jì)和應(yīng)用方面也都取得了大量的研究成果，如間斷特性濾波器、對(duì)稱濾波器和零相位濾波器。隨著當(dāng)前我國全新多相位射頻濾波相關(guān)技術(shù)和應(yīng)用理論的不斷豐富與實(shí)際應(yīng)用的不斷擴(kuò)展，越來越多的行業(yè)專家學(xué)者已經(jīng)逐漸開始正確地理解認(rèn)識(shí)和掌握運(yùn)用全新多相位射頻濾波的技術(shù)方法。例如中國江蘇科技大學(xué)電信學(xué)院的黃凱華在《基于加窗插值全相位的諧波檢測(cè)方法》一文中把全頻多相位高頻濾波檢測(cè)理論的一種相位波動(dòng)不變諧波特性及其運(yùn)用推廣到微波電網(wǎng)的高頻諧波中極大地提高了諧波檢測(cè)電網(wǎng)諧波的特定頻率、幅度和諧波相位;例如西安交大郵電學(xué)院的王松在《基于全相位FFT的位碼捕獲研究》中詳細(xì)地深入闡述了基于全頻多相位諧波FFT(apFFT)位波設(shè)計(jì)的一種新型諧波變換器頻域全相偽碼位波捕獲檢測(cè)方法，可以很好地直接完成對(duì)高波多普勒頻高頻率精度的位波估計(jì)，并且這種檢測(cè)方法比對(duì)于傳統(tǒng)的高頻多普勒超高頻率全相位碼位波捕獲檢測(cè)方法需要具有更強(qiáng)的高頻防干擾噪聲和性能;天津大學(xué)精儀學(xué)院楊穎在《全相位譜分析在自混合干涉位移測(cè)量中的應(yīng)用》中通過應(yīng)用全相位濾波方法，得到在不增加光學(xué)器件的條件下位移測(cè)量誤差降到納米級(jí)以下的優(yōu)良結(jié)果。此外，全相位濾波理論在通信、語音和信號(hào)處理、信號(hào)重構(gòu)等領(lǐng)域也有相關(guān)的研究和應(yīng)用。在網(wǎng)上，對(duì)全相位感興趣的學(xué)者提出了一些問題，如"對(duì)王兆華老師提出的全相位濾波器，如果要對(duì)實(shí)際采樣得到的信號(hào)進(jìn)行直接運(yùn)算的話，不能得到其真實(shí)的初始相位，但復(fù)制和頻率的校正結(jié)果還是很好的""如何對(duì)帶窗全相位數(shù)字濾波器的窗進(jìn)行歸一化"等在實(shí)際應(yīng)用中采用MATLAB編碼中遇到的具體問題。1.1重疊數(shù)字濾波的提出及早期應(yīng)用全向多相位重疊數(shù)字信號(hào)可以濾波圖像處理最早研究起源于1983年王兆華教授對(duì)現(xiàn)代圖像濾波處理技術(shù)領(lǐng)域中全向重疊數(shù)字濾波處理技術(shù)的深入研究，因而我們認(rèn)為可以說在現(xiàn)代圖像濾波處理技術(shù)領(lǐng)域本身也也就是早期的全向多相位重疊數(shù)字信號(hào)可以濾波圖像處理這株"嫩芽"所在的需要長久根植的"土壤"。當(dāng)時(shí)我們首先要這么做的也許就是為了徹底解決"方塊效應(yīng)"的復(fù)雜問題，王教授首先成功引入了將某個(gè)圖形像素的所有值為n×n的像素分塊各種情況都對(duì)此進(jìn)行了綜合考慮的"重疊數(shù)字濾波"設(shè)計(jì)方法，成功地徹底消除了目前圖像數(shù)字濾波中普遍存在的"方塊效應(yīng)"的復(fù)雜現(xiàn)象。亞奈模板影像的斷層修復(fù)技術(shù)是當(dāng)時(shí)當(dāng)前我國有線電視影像科學(xué)技術(shù)面臨發(fā)展困境中的一個(gè)大技術(shù)難題，王教授通過利用兩個(gè)重疊的內(nèi)部穿插式亞奈模板影像來修復(fù)徹底解決了這一技術(shù)困境。還針對(duì)其在PAL、NTSC制的一幀磁場(chǎng)圖像和其中一場(chǎng)在WALSH變換域、FOURIER變換域兩個(gè)頻率區(qū)間分別圖像進(jìn)行了一組高序列率(頻譜)的圖像分析。他還專門對(duì)所用的穿插重疊視頻濾波計(jì)算模板的內(nèi)部序譜構(gòu)造結(jié)構(gòu)及其特性問題做了深入的理論研究，在此理論基礎(chǔ)上，侯教授把所用重疊視頻濾波計(jì)算模板的序譜構(gòu)造從DTF域、WALSH域逐步擴(kuò)展擴(kuò)大到了IDCT域，使其在視頻圖像處理中的內(nèi)部穿插重疊濾波計(jì)算效果也因此得到了進(jìn)一步的極大改善。1.2重疊數(shù)字濾波的中期發(fā)展王教授于80年代末、90年代早期將各種重疊的數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì)理論思想與具體確定工程項(xiàng)目等級(jí)的方法理論進(jìn)行了一次系統(tǒng)而又有機(jī)地緊密結(jié)合。它的技術(shù)理論上的重大突破主要可以表現(xiàn)在兩個(gè)主要方面:二維影像抽取和內(nèi)部二維插入及其作為影像編碼放大器的模板。這一時(shí)期該技術(shù)理論的實(shí)際性與應(yīng)用技術(shù)形態(tài)也開始呈現(xiàn)出較為多元化:王教授博士作為主要的項(xiàng)目負(fù)責(zé)人，在高頻重疊數(shù)字濾波及其他技術(shù)相關(guān)應(yīng)用技術(shù)研究領(lǐng)域先后主持完成了天津國家863項(xiàng)目一項(xiàng)、國家自然科學(xué)基金支持項(xiàng)目2項(xiàng)、天津市自然科學(xué)基金2項(xiàng)及多項(xiàng)國家橫向研究項(xiàng)目，獲得1991年863優(yōu)秀研究成果獎(jiǎng)和1992年天津國家自然科學(xué)基金優(yōu)秀研究成果獎(jiǎng)。之前關(guān)于模型圖像內(nèi)板中插外接模板的技術(shù)研究主要還是局限于瑪利亞奈模型圖像的內(nèi)板外插模板上，即1/2的內(nèi)板外插，王教授已經(jīng)成功突破了這個(gè)技術(shù)局限，研究中提出1/3、1/4乃至1/8的內(nèi)板外插都是模板在圖像設(shè)計(jì)中可能存在的內(nèi)插問題，這些內(nèi)插問題都主要是通過一個(gè)重疊的數(shù)字濾波器將模板加起來可以得到有效解決。他分別通過采用了以WALSH立葉方法和傅立葉方法為例來對(duì)二維空間抽取與內(nèi)部穿插方法進(jìn)行了一些理論上的深入闡述，并且仔細(xì)比較了二者的基本差異。這些內(nèi)部穿插式設(shè)計(jì)模板在開始設(shè)計(jì)時(shí)就已經(jīng)完全具備了設(shè)計(jì)思路明晰、物理概念含義明確等諸多重要優(yōu)點(diǎn)。立葉法對(duì)二維抽取模板和內(nèi)插進(jìn)行了理論上的闡述，并且比較了它們之間的差異.這些內(nèi)插式模板在設(shè)計(jì)時(shí)都具備了思路清晰、物理學(xué)上意義明確等諸多優(yōu)點(diǎn).圖像視頻放大方法技術(shù)一直是當(dāng)時(shí)目前我國有線電視圖像信息處理技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域的一個(gè)主要技術(shù)研究點(diǎn)和熱點(diǎn)話題，常用的放大方法主要的就是通過簡單地將手機(jī)相鄰幾個(gè)像素視頻進(jìn)行重復(fù)或者平均視頻放大的一種方式使用來對(duì)其進(jìn)行放大實(shí)現(xiàn)，但這樣所使得放大的手機(jī)圖像很粗糙，沒有充分考慮涉及到圖像對(duì)人們?nèi)庋鄣囊曈X感知和人體視覺上的特征，王教授為此進(jìn)行設(shè)計(jì)并研究構(gòu)造并提出了一個(gè)非常適合我們電視進(jìn)行手機(jī)圖像視頻放大的技術(shù)模板。為了有效解決由一個(gè)N×N屏幕所連接構(gòu)成的智能電視墻在電腦設(shè)備使用中的硬件資源占用不足等技術(shù)問題，他們分別充分利用了傳統(tǒng)人眼的視覺特性，用鄰域放大像素自動(dòng)交換器的方式成功實(shí)現(xiàn)了一個(gè)N×N(N=3~8)的鄰域影像自動(dòng)放大，從而在系統(tǒng)設(shè)計(jì)上有效節(jié)約了大量的電腦硬件和設(shè)備資源，取得了新型智能電視墻的一系列技術(shù)關(guān)鍵性和技術(shù)性質(zhì)的突破。另外，王教授在1993年完成專著《計(jì)算機(jī)圖像處理方法》，這是對(duì)以往學(xué)術(shù)思想的一次總結(jié)。1.3從重疊數(shù)字到全相位濾波自90年代中后期，王教授、侯教授兩人在其學(xué)術(shù)研究的各個(gè)方向上就對(duì)于全球多相位編碼數(shù)字信號(hào)圖像處理系統(tǒng)技術(shù)的一些本質(zhì)性應(yīng)用問題已經(jīng)有了一個(gè)較為基本的概論理解。侯教授首次提出了一維高度離散的序列式頻率數(shù)字濾波器的基本概念，第一次把二維重疊數(shù)字濾波的數(shù)學(xué)理論計(jì)算思想從二維重疊圖像的數(shù)字濾波計(jì)算方法直接轉(zhuǎn)變到作為一維高度離散頻率序列的濾波，并且由此推導(dǎo)出來得出了一維高度離散的序列式頻率數(shù)字濾波器(其中即稱為FIR的濾波頻率系數(shù))的值是數(shù)學(xué)中最常見的一種通用頻率計(jì)算公式。也就是這個(gè)卷積濾波器的系數(shù)當(dāng)中涉及的卷積效率問題讓我進(jìn)行了深入研究。王教授于我國十九世紀(jì)之交初期發(fā)表并首次公布了基于DFT域的無窗高頻重疊模型數(shù)字濾波器的總體設(shè)計(jì)過程框圖，該圖的設(shè)計(jì)過程框圖很生動(dòng)地直接直觀反映給出了重疊數(shù)字濾波的設(shè)計(jì)過程，同時(shí)也為我們用戶提供應(yīng)用了頻重疊數(shù)字濾波的各種設(shè)計(jì)電路和系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)方法。1995年，侯教授對(duì)重疊數(shù)字濾波概念進(jìn)行了更深層面的探究，最后把重疊數(shù)字濾波的意義賦予了他全新的名字"全相位濾波"。1.4全相位數(shù)字信號(hào)處理的全面研究及其新進(jìn)展全部同相位離散數(shù)字信號(hào)的高頻處理濾波方法也就不同了應(yīng)該只是單純局限在對(duì)數(shù)字圖像、離散數(shù)字序列信號(hào)進(jìn)行高頻濾波。2001年至今，王教授和他的眾多博士生們對(duì)濾波頻譜信號(hào)分析、自旋相適應(yīng)濾波信號(hào)群組處理、濾波器信號(hào)群組的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、信號(hào)群組重構(gòu)等多個(gè)方面課題進(jìn)行了較為深入的學(xué)術(shù)研究。王教授于02年2月先后兩次申請(qǐng)了"一種頻域自適應(yīng)濾波器"的一項(xiàng)國家專利，于03年先后兩次申請(qǐng)了"一種帶窗的頻域?yàn)V波器"的一項(xiàng)國家專利，并于04年先后申請(qǐng)了"全相位FFT頻譜分析裝置"的一項(xiàng)國家專利，這些相關(guān)技術(shù)和應(yīng)用專利之所以能夠獲得眾多國際專利批準(zhǔn)，其最重要的一個(gè)根本原因之一是也就在于它們的技術(shù)新穎性。王教授已經(jīng)明確地闡述指出了DFT域的全新半相位頻域數(shù)字編碼濾波器已經(jīng)是一種完全具有頻域穩(wěn)定特性靈活易懂完全可變的矢量濾波器，只要是需要通過直接改變頻率特性的一個(gè)矢量濾波H就已經(jīng)完全可以直接實(shí)現(xiàn)改變頻率特性，并且已經(jīng)成功申請(qǐng)了多項(xiàng)技術(shù)發(fā)明專利;他首次公開發(fā)表了一種帶窗的全新半相位頻域窗型數(shù)字編碼濾波器總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)框圖和具有頻率線性特征可變曲線設(shè)計(jì)示意圖，指出了全新半相位頻域數(shù)字編碼濾波器主要功能具有一種無窗、單窗和雙門兩種靈活加窗的工作方式，在此基礎(chǔ)上上他建立了一種全新半相位頻域FIR濾波器的理論設(shè)計(jì)技術(shù)理念;王教授在技術(shù)報(bào)告中首次提出"全相位FFT譜分析"的新一代理論技術(shù)概念，他明確地闡述指出:作為相比目前傳統(tǒng)相位FFT譜粒子分析，全新半相位FFT譜粒子分析的主要技術(shù)成果具有更優(yōu)良的有效抑制譜粒子泄露的光學(xué)性能。本文將進(jìn)一步地研究挖掘出目前更多的基于全新多相位FFT進(jìn)行分析的常用校正的方法及其性能，并進(jìn)一步地幫助研究設(shè)計(jì)開發(fā)和提出多種基于全新多相位FFT譜進(jìn)行分析的常用校正法和方法，這些校正法和算法都應(yīng)該具有很大的實(shí)際性和應(yīng)用研究價(jià)值。在對(duì)全部分相位信號(hào)濾波和射頻光譜信號(hào)分析相關(guān)技術(shù)應(yīng)用進(jìn)行深入研究和和發(fā)展的實(shí)踐過程中，王教授首先成功提出了一種基于"重疊加權(quán)"的全部分相位信號(hào)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)預(yù)處理計(jì)算方法(該法即全部分相位信號(hào)輸入值和信號(hào)輸出數(shù)據(jù)的計(jì)算產(chǎn)生和存儲(chǔ)處理計(jì)算方法)。蘇飛博士將先進(jìn)的全新多相位視頻大數(shù)據(jù)預(yù)處理系統(tǒng)算法與目前我國應(yīng)用傳統(tǒng)經(jīng)典LMS自適應(yīng)系統(tǒng)信號(hào)降噪處理系統(tǒng)算法應(yīng)用技術(shù)相有機(jī)地進(jìn)行結(jié)合，使得我國經(jīng)典的傳統(tǒng)LMS處理算法在系統(tǒng)自適應(yīng)信號(hào)降噪、自