CN1273709A - 使用多项式内插法的取样率转换器 - Google Patents

Abstract

一种用于将输入信号的取样频率从第一频率转换成第二频率的取样率转换器。该取样率转换器使用了内插装置和用于接收上述第一和第二频率的相锁环。本发明提供了一种取样率转换器,它使用了一个被实现为多项式内插装置的内插装置。

Description

使用多项式内插法的取样率转换器

本发明涉及如权利要求1前序部分所述的取样率转换器。本发明还涉及在取样率转换器中使用的转换装置。

本发明还涉及如权利要求7前序部分所述的用于进行转换的方法。

在(本申请人的)美国专利US-A-4797845中描述了一种取样率转换器，这种转换器使用了高的过量取样和保持或高频的线性内插法。

在欧洲专利申请EP-A-0695032中，说明了这样一种取样率转换器，它带有一数字低通滤波器，此滤波器具有所谓的分段连续的线性赫尔曲线。

从欧洲专利申请EP-A-0512619(本申请人早先的申请)中还已知有一种使用作为噪音形成器的∑Δ调制器的取样率转换器。

上述先有技术的取样率转换器的缺点是，大多数先有技术的取样率转换器不能用软件的方式来实现。上述先有技术的取样率转换器的另一缺点是，转换器的复杂性会随所需的性能改进呈指数增长。

本发明的目的是提供不具有先有技术缺点的取样率转换器、转换装置和方法。为此，本发明的第一个方面提供了如权利要求1的取样率转换器。本发明的第二个方面提供了如权利要求6的转换装置。本发明的第三个方面提供了如权利要求7的方法。

本发明可用于异步(即系统的输入和输出时钟是不相关的)以及同步(分数)取样率转换。

本发明还可有效地用于所谓嵌入式解决方案(软件)。不需要有对照表和/或硬件加速器。

本发明的基本思想是使用高阶多项式以便计算出信号值在特定时刻的近似值。在迄今前为止的数字信号处理中，由于认为是太复杂，因此没有使用时间的高阶多项式或非线性函数。

需要信号值的时间可由用于对输入时钟与输出时钟进行比较的装置来确定，所述装置例如是一个相锁环(PLL)。多项式的阶取决于所选定的、用来确定信号在新时间瞬间的实际值的可用样本的数量。从本质上说，在输入信号中存在有作为中值的相关样本的情况下，可由无穷个sin(x)/x函数的和来确定在新时间瞬间的、唯一正确而不是近似的值。用多项式来计算信号值在特定时间的近似值。

所需的近似值的精确度将增加多项式内插法的阶。

应该注意，载于《IEE论文集：电路设备系统》1994年8月第141卷第4期第315-324页的“基于数字—模拟转换器/电源放大器的新型高精度脉冲宽度调制器”(作者为J.M.Goldberg，M.B.Sandler)说明了可提高线性度的多项式内插法，但它不是用于取样率转换器。

本发明的取样率转换器的一个实施例包括权利要求2的特征。

通过使用在多项式内插装置之前的上取样器以及低阶多项式函数，可以获得同样的分辨率。如果需要的话，也可以使用下取样器。

通过使用一种可将信号转换成是预定取样率的倍数的取样率的转换装置、然后再使用一个十取一滤波器将上述信号转换成预定取样率，可以进一步提高性能。

本发明的取样率转换器的一个实施例包括权利要求4的特征。

通过将多项式内插法与用于高阶FIR滤波器的对照表结合起来，可以综合这两者的优点，所述对照表包括一组或多组系数并且能用于输入与输出时钟之间的某些差值以及上述系数组之间的多项式内插。

本发明的取样率转换器的一个实施例包括权利要求5的特征。

利用这些公式，可在数字信号处理器中很容易地实现多项式内插。

本发明的方法的一个实施例包括权利要求8的特征。

通过将多项式内插法与对照表结合起来，能进一步提高所述方法的效率。

参照附图所示的对下述实例的说明，可以看出和了解本发明的特征以及具有可任选地实现的优点的附加特征，附图中：

图1示出了本发明取样率转换器的概略框图实例；以及

图2示出了本发明取样率转换器的详细实例。

图1示出了本发明取样率转换器SRC的概略框图实例，取样率转换器SRC接收具有取样频率fi的输入信号Si和提供具有取样频率fo的输出信号So。所述取样率转换器还包括：输入装置IM，它用于处理输入信号；以及，输出装置OM，它用于处理并提供上述输出信号。所述输入装置与转换装置CM相连，转换装置CM用于将具有输入取样频率的输入信号转换成具有输出取样频率的输出信号。由一个取决于输入与输出取样频率之差的差值信号Δt来对所述转换装置进行控制，从而，在这一实例中，可将输入与输出取样频率提供给相锁环PLL，相锁环将差值信号Δt作为控制信号提供给前述转换装置。

所述输入装置和输出装置均包括所谓的FIFO(先进先出)，以便分别对输出和输出信号进行缓存。

还可例如在输入装置中使用一上取样器，以便利用同样的多项式来提高分辨率。相反，还可以降低多项式的次数从而获得同样的分辨率。通过使用一上取样器，可用相邻信号值之间的信号路径来近似新的值。

在大多数情况下不需要下取样器，这是因为，不必计算出这样的一种内插样本，该样本具有(例如)是所需频率4倍的频率。但是下取样能进一步提高性能。

图2示出了供本发明取样率转换器使用的转换装置CM2的一个实例。所述转换装置包括一多项式内插部件PIP。在这一实例中，转换装置CM2还包括一频率差测定装置FDM，它用于提供差值Δt。

多项式内插部件PIP包括多项式常数求和装置PS1-PS6，它们用于根据差值信号Δt获得多项式常数p1-p6。可将这些多项式常数提供给常数乘法器M1-M6。

在上述实例中，内插多项式为： $Y\left(x\right)=\underset{i=0}{\overset{6}{\mathrm{\Σ}}}{k}_i{x}^i,m+n=6$ 上式使用了输入样本y(-m)，…y(-1)，y(0)，y(1)，…y(n)  m＝n，或m＝n-1并且Y(-m)＝y(-m)

Y(0)＝y(0)

    ·

    ·

Y(n)＝y(n) $k_i=\underset{j=0}{\overset{m=n}{\mathrm{\Σ}}}{a}_{i,j}y(j-m)$ $Y\left(x\right)=\underset{i=0}{\overset{6}{\mathrm{\Σ}}}{x}^i\underset{j=0}{\overset{m+n}{\mathrm{\Σ}}}{a}_{i,j}y(j-m);m+n=6$ 系数ai，j是通过对成组等式Y(-m)＝y(-m)…Y(0)＝y(0)…Y(n)＝y(n)求解而得到的。

将转换装置CM2的输入信号Ci提供给多项式内插部件。在乘法器PM1-PM5中倍增所说的输入信号。将乘法器PM1-PM5的输入分别提供给常数乘法器M1-M6。多项式常数求和装置PS1-PS6用上述公式来获得倍增因子p1-p6。乘法器PM5的输出与常数乘法器M6相连。

常数乘法器M1-M6的输出与求和装置SUMP相连，求和装置SUMP用于将多项式的所有分量附加至所获得总内插信号Co中。

可以将多项式转换装置与用于高阶FIR滤波器的对照表结合起来。用这种方式可综合这两者的优点，从而，可将对照表用于输入样本附近的样本，并且，可将多项式内插用于其它(较远的)样本。

在以上的说明中，业已根据详细实例说明了本发明的思想。本领域的技术人员能够充分了解属于本发明范围的多种解决方案。

如前所述，将多项式内插法与对照表结合起来能进一步改进所说的取样率转换器。

还可进一步按需增加多项式内插的次数。

本发明的核心是使用多项式，以便计算出信号值在某一特定时刻的近似值。这可用数字信号处理器或用软件来实现。异步和同步取样率转换器均可使用本发明。

Claims (8)

1.用于将输入信号的取样频率从第一频率转换成第二频率的取样率转换器，该转换器包括：输入装置，它用于接收具有第一取样频率的输入信号；输出装置，它用于提供具有第二取样频率的输出信号；转换装置，它用于利用内插装置将所述输入信号转换成输出信号；以及，相锁环，它用于接收上述第一和第二频率，以便对前述转换装置进行控制，所述转换器的特征在于，上述内插装置是多项式内插装置。

2.如权利要求1的取样率转换器，其特征在于，所述输入装置包括上取样器。

3.如权利要求2的取样率转换器，其特征在于，所述输出装置包括下取样器。

4.如权利要求1的取样率转换器，其特征在于，所述转换装置包括对照表，该表具有预先计算出的FIR系数。

5.如权利要求1的取样率转换器，其特征在于，所述多项式内插装置使用了： $Y\left(x\right)=\underset{i=0}{\overset{m+n}{\mathrm{\Σ}}}{x}^i\underset{j=0}{\overset{m+n}{\mathrm{\Σ}}}{a}_{i,j}y(j-m)$

其中，Y(x)＝内插的信号，y(j-m)＝输入的样本。

6.供权利要求1的取样率转换器使用的转换装置。

7.用于将输入信号的取样频率从第一频率转换成第二频率的方法，该方法包括下列步骤：接收具有第一取样频率的输入信号；利用内插法将所述输入信号转换成具有第二取样频率的输出信号，其中，由一个取决于第一与第二取样频率之差的信号来对这种转换进行控制；所述方法的特征在于，用多项式内插来将所述输入信号转换成输出信号。

8.如权利要求6的方法，其特征在于，所述方法将一对照表与多项式内插的组合用于转换前述输入信号。

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