CN1768476A - 上下采样率转换器 - Google Patents
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Abstract
用于将信号的输入采样率(Fs1)转换为输出采样率(Fs4)的采样率转换器(12)配备有一个采样率适配器(3，6)，用于调节(基本思想)中间采样率(Fs2)以使得输出采样率(Fs4)大于(上采样)或小于(下采样)输入采样率(Fs1)，以降低它们的复杂度并避免分类记录和结构切换问题。采取可变采样率减小装置(3)的形式的采样率适配器(3，6)使得该采样率转换器(12)能够在要求DC－输出等于DC－输入的视频应用中使用。采取可变采样率增大装置(6)的形式的采样率适配器(3，6)使得该采样率转换器(12)能够在音频应用中使用。通过在用于以系数K增大的固定采样率增大装置(1)和用于以系数M减小的固定采样率减小装置(5)之间设置采样率适配器(3，6)，只要K和M是固定的并且L≤K，在中间的滤波器(2，4)可以与改变系数L无关地被设计。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于将信号的输入采样率转换成输出采样率的采样率转换器。
本发明还涉及一种用于将信号的输入采样率转换成输出采样率的方法，以及一种用于将信号的输入采样率转换成输出采样率的计算机程序产品，以及一种包括上述采样率转换器的设备。
采样率转换器例如被用在像唱机、记录器和/或音频和/或视频接收机的设备中，像是例如CD唱机、数字录音带播放器和/或记录器、电视接收机、数字多功能光盘播放器和/或记录器等等，和/或例如被用在如视频重现装置的设备中，例如监视器、显示器、屏幕，等等。
背景技术
现有技术的采样转换器可以从US 6,208,671B1获知，US 6,208,671B1揭示了一种采样率转换器，其包括用上采样系数U进行上采样的内插滤波器、用于重采样的目的的重采样器，以及用下采样系数D进行下采样的抽取器。如US 6,208,671B1的第9栏中所述，使用了变量插入，这包括改变上采样系数U和/或下采样系数D以确保系数D和输出采样率的乘积不等于或接近等于系数U和输入采样率的乘积。
已知的采样率转换器是不利的，尤其是，由于很复杂：重采样器必须计算系数U和输入采样率的乘积的估计量，并将这信息反馈给内插滤波器中的先进先出存储器，如US 6,208,671B1的第8栏中所述，该存储器用于根据系数U而零阶保持数据，根据系数D而重新调整数据的时间，以及补偿系数U和输入采样率的积与由重采样器所计算的这个积的估计量之间的差值。
发明内容
本发明的一个目标是特别提供一种比较不复杂的采样率转换器，其能够从上采样模式切换到下采样模式，反之亦然。
本发明的进一步目标是，特别提供一种比较不复杂的方法和一种比较不复杂的计算机程序产品以及一种包括采样率转换器的比较不复杂的设备，该方法、计算机程序产品和采样率转换器可以从上采样模式切换到下采样模式，反之亦然。
根据本发明的用于将信号的输入采样率转化为输出采样率的采样率转换器包括一个采样率适配器，用于响应具有第一值的控制信号，调节中间采样率以使得输出采样率大于输入采样率，以及响应具有第二值的控制信号，调节中间采样率以使得输出采样率小于输入采样率。
通过提供具有用于调节中间采样率的采样率适配器的采样率转换器，响应具有第一值的控制信号，将采样率转换器转换为上采样模式(输出采样率大于输入采样率)，并且响应具有第二值的控制信号，将采样率转换器切换为下采样模式(输出采样率小于输入采样率)，其中在采样率转换器中该中间采样率可以提供(定位或设置)在输入采样率和输出采样率之间。与现有技术的重采样器相比，这样的采样率适配器具有低得多的复杂度，并且现有技术的反馈回路不再是必要的了。
在根据本发明的采样率转换器的第一实施例中，采样率适配器包括一个可变采样率减小装置，用于可变地减小中间采样率。因此，正如下进一步论述的，由于这种采样率转换器解决了DC问题，该采样率转换器可以在要求DC-输出等于DC-输入的视频应用中使用。
在根据本发明的采样率转换器的第二实施例中，采样率转换器包括一个固定采样率增大装置，用于固定地增大输入采样率以及生成一个传送到可变采样率减小装置的具有中间采样率的信号。因此，位于固定采样率增大装置和可变采样率减小装置之间的滤波器，可以单独根据固定采样增大装置来设计，而与可变采样率减小装置无关(与可调整的中间采样率无关)。与US 6,208,671 B1对比，在US 6,208,671 B1中在一个用于可变地用可变系数U(的部分)对输入采样率进行上采样的单元之后的滤波器必须根据可变系数U(的该部分)来调节，而根据本发明的在固定采样率增大装置和可变采样率减小装置之间的采样率转换器中的滤波器可以是固定的，并且不需要根据可变减小系数来调节。这是有利的。
在根据本发明的采样率转换器的第三实施例中，固定采样率增大装置以固定增大系数K来增大输入采样率，可变采样率减小装置以可变减小系数L可变地减小中间采样率，L≤K。因此，位于可变采样率减小装置之后的滤波器将与可变减小系数L无关，并且不需要根据可变减小系数L来调节。这是有利的。
在根据本发明的采样率转换器的第四实施例中，采样率转换器包括一个固定采样率减小装置，用于以固定系数M固定地减小可变地减小后的中间采样率，以及生成具有输出采样率的信号。因此，位于可变采样率减小装置和固定采样率减小装置之间的滤波器可以单独根据固定采样率减小装置来设计，而与可变采样率减小装置无关。与US 6,208,671 B1对比，其中恰好在用于可变地以可变系数D(的部分)对输出采样率进行下采样的单元之前的滤波器必须根据可变系数D(的部分)来调节，而在可变采样率减小装置和固定采样率减小装置之间根据该发明的采样率转换器中的滤波器可以是固定的，并且不需要根据可变减小系数来调节。这是有利的。
在根据本发明的采样率转换器的第五实施例中，采样率适配器包括一个可变采样率增大装置，用于可变地增大中间采样率。因此，由于这种采样率转换器不解决DC问题，该采样率转换器可以在不要求DC-输出等于DC-输入的音频应用中使用。可变增大系数L引入了可变数量的频谱图像，而DC输入信号引入了可变数量的L图像，这实际上不能够通过滤波器而得到完全抑制。因此相应于DC输入信号的输出信号将会包含干扰成分，这个问题只能通过引入更多失真的措施来加以解决。
在根据本发明的采样率转换器的第六实施例中，采样率转换器包括一个固定采样率增大装置，用于固定地增大输入采样率以及生成一个传送到可变采样率增大装置的具有中间采样率的信号。因此，位于固定采样率增大装置和可变采样率增大装置之间的滤波器可以单独根据固定采样率增大装置来设计，而有利地与可变采样率增大装置无关。
在根据本发明的采样率转换器的第七实施例中，采样率转换器包括一个固定采样率减小装置，用于固定地减小可变地增大后的中间采样率，以及生成具有输出采样率的信号。因此，位于可变采样率增大装置和固定采样率减小装置之间的滤波器可以单独根据固定采样率减小装置来设计，而有利地与可变采样率增大装置无关。
根据本发明的方法和根据该发明的计算机程序产品和根据该发明的设备的实施例与根据该发明的采样率转换器的实施例相对应。
本发明是特别以一种这样的理解作为依据的，现有技术的采样率转换器不是具有用于上采样和下采样的双重(并行)结构，就是具有包含适应性的滤波器的复杂结构，该双重(并行)结构要求分类记录并且引入了切换问题，并且该发明是特别以一种这样的基本概念作为依据的，其中，在具有非-双重(非-并行)或单(串行)结构的采样率转换器中，中间采样率既不是输入采样率也不是输出采样率，其要被调节成使得全面上采样和全面下采样是可能的。
本发明特别解决了提供比较不复杂的采样率转换器的问题，该采样率转换器能够从上采样模式切换到下采样模式，反之亦然，由于这采样率转换器具有低复杂度并且不要求任何分类记录并且没有引入任何切换问题，因而特别有利。
附图说明
参考下面描述的实施例，发明的这些和其它方面将会明显而清晰。
图1以框图的形式示出了一个根据该发明的采样率转换器，其包括一个采取可变采样率减小装置的形式的采样率适配器，
图2示出了一些关于固定系数K、固定系数M以及五个可变系数L的值的图1中所示采样率转换器的频谱，
图3以框图的形式示出了一个根据该发明的采样率转换器，其包括一个采取可变采样率增大装置的形式的采样率适配器，以及
图4以框图的形式示出了一个根据该发明的设备，其包括一个根据该发明的采样率转换器。
具体实施方式
图1中所示的根据该发明的采样率转换器12包括一个固定采样率增大装置1，用于固定地增大输入信号的输入采样率Fs1以及生成具有/在增大后的输入采样率或要经由第一滤波器2提供给可变采样率减小装置3的中间采样率Fs2的信号。起源于可变采样率减小装置3的、可变地减小后的中间采样率Fs3通过第二滤波器4而被提供给用于生成具有/在输出频率采样率Fs4的输出信号的固定采样率减小装置5。
由于采样率适配器3，采样率转换器12以可变的方式将输入信号的输入采样率Fs1转换成输出信号的输出采样率Fs4，其中频率适配器3响应具有第一值的控制信号CTRL，调节经由滤波器2到达的信号的中间采样率Fs2，以使得采样率转换器12执行上采样，并且，响应具有第二值的控制信号CTRL，调节中间采样率Fs2以使得采样率转换器12执行下采样。
固定采样率增大装置1以固定增大系数K来增大输入采样率Fs1，可变采样率减小装置3以可变减小系数L可变地减小中间采样率Fs2，固定采样率减小装置5以固定系数M减小可变地减小后的中间采样率Fs3。假设R＝Fs4/Fs1，R＝K/(M·L)。对于上采样来说，R＞1并且L＜K/M。在这种情况下，一个或更多的第一值是这样的：L＜K/M。对于下采样来说，R＜1并且L＞K/M。在这种情况下，一个或更多的第二值是这样的：L＞K/M。由于R1＜R＜R2并且R1＜1，R2＞1，采样率转换器12可以在两个非整数值R1和R2之间切换，因此通过改变系数L来在下采样和上采样之间切换。优选地，相对变化ΔL/L是尽可能地小。当例如小于20％的时候，相对误差较小，当例如大约50％或大约100％的时候，相对误差较大。
在K是固定的的情况下，具有滤波器特性G0(z)的第一滤波器2可以与系数L无关地被设计，在L≤K的情况下，在可变采样率减小装置3的输出信号中就将不会有混叠。这第一滤波器2包括一个用于抑制由采样率增大装置1所生成的信号中的K-1图像的低通滤波器。滤波器2的带宽是例如π/K，π对应于在采样率增大装置1的输出端的采样率的一半。
图2示出了一些K＝5、M＝2以及L＝1、2、3、4的图1中所示采样率转换器12的频谱，输入信号(输入)是可以包括它的频谱中的每一频率上的能量的任意信号。固定采样率增大装置1(K＝5)的输出信号包括输入信号和四个图像，这四个图像被第一滤波器2(G0(z))滤波。可变采样率减小装置3的输出信号(L＝1，L＝2，L＝3，L＝4，L＝5)是通过第二滤波器2(G1(z))来加以滤波的，该第二滤波器2包括一个具有例如π/M的带宽的低通滤波器。对于L＝1和L＝2，第二滤波器2可以取消。对于L＝3、L＝4以及L＝5，第二滤波器2正好使导致混叠的频率分量衰减。
对于DC输入信号，固定采样率增大装置1以输入采样频率的倍数产生了不需要的分量。由于第一滤波器1被设计成具有在这些频率上的零点，该图像得到很好地抑制。因此，DC问题被这种采样率转换器12解决了，因此该转换器适合于在视频应用中使用。
在图1中所示的采样率转换器12的实际设计中，为了按比例缩放视频序数，K＝64，M＝2并且1≤L≤64。输入信号的采样频率是Fs1，在第一滤波器2的采样频率是Fs2＝64Fs1，并且G0(z)已被设计成具有从0到0.35Fs1的通频带以及±0.5dB之间的转移，具有从0.65Fs1到32Fs1＝Fs2/2的阻带以及-46dB的阻带衰减，并且在Fs1的倍数上具有频谱零点以解决DC问题。
在第二滤波器4的采样频率是Fs3，并且G1(z)已经被设计成具有从0到0.35Fs3的通频带以及±0.07dB之间的转移，具有从0.65Fs3到Fs3的阻带以及-50dB的阻带衰减，并且在Fs3上具有频谱零点以解决DC问题。
图3中所示的根据该发明的采样率转换器12包括相同的固定采样率增大装置1和相同的采样率减小装置5以及不同的可变采样率增大装置6，能够在不要求DC-输出等于DC-输入的音频应用中使用，这是因为这种采样率转换器不解决DC问题。可变增大系数L引入了可变数量的频谱图像，DC输入信号引入了可变数量的L图像，这实际上不能够通过滤波器而得到完全抑制。因此，对应于DC输入信号的这采样率转换器12的输出信号将包含干扰成分，这个问题只能通过引入更多失真的措施来加以解决。但是，在音频应用(K可等于例如215)中，这种DC问题是比较不重要的。
图1和3中所示的每一个固定/可变采样率增大装置/减小装置都可以包含一个或更多的(级联的)增大装置/减小装置(如果多于一个那么也许会通过一个或更多的滤波器来加以分开)。例如采样率增大装置(SRI)1(或6)具有等于T1/K(或T1/L)的在SRI1(或6)的输出端上的采样间隔T2，T1是在输入端上的采样间隔。SRI1(或6)在每两个输入样本之间插入(K-1)个零(或(L-1)个零)。如果n是K(或L)的倍数，输出信号y[nT2]就等于x[nT1/k](或x[nT1/L])，对于所有其它的n，y[nT2]等于0。采样率减小装置(SRD)3(或5)具有等于LT1(或MT1)的在SRD3(或5)的输出端上的采样间隔T2，T1是在输入端上的采样间隔。SRD3(或5)的样本x[nT1]被传输到输出端，其中对于该样本来说时刻n是整数L的倍数(这样，如果n＝iL)或整数M的倍数(这样，如果n＝iM)。所有其它样本都被抑制了。信号y[nT2]可以描述如下：y[nT2]＝x[nLT1](或y[nT2]＝x[nMT1])。现有技术的SRI和SRD在如A.W.M.van den Enden，″Efficiency in multirate andcomplex digital signal processing″，ISBN 90 6674 650 5，Waalre2001以及P.P.Vaidyanathan，″Multirate systems and filter banks，Prentice-Hall，Englewood Cliffs″，New Jersey，1993，ISBN 0-13-605718-7这样的参考资料中描述了。
图4中所示的根据该发明的设备10包括一个位于至少一个输入单元11和至少一个输出单元12之间的根据该发明的采样率转换器12，其中输入单元11用于接收输入信息，输出单元12用于生成输出信息。假设设备10是电视接收机，那么输入单元11例如对应于调谐器和/或一个或多个放大器和/或一个或多个滤波器和/或一个或多个转换器，输出单元12对应于包括一个或多个驱动器的显示器和/或屏幕。假设设备10是CD唱机，那么输入单元11例如对应于一个或多个光电转换器和/或一个或多个放大器和/或一个或多个滤波器，输出单元12对应于一个或多个放大器和/或一个或多个滤波器和/或一个或多个转换器。假设设备10是监视器，那么输入单元11例如对应于一个或多个转换器和/或一个或多个放大器和/或一个或多个滤波器，输出单元12对应于包括一个或多个驱动器的显示器和/或屏幕。假设设备10是数字打印机，那么输入单元11例如对应于一个或多个转换器和/或一个或多个放大器和/或一个或多个滤波器，输出单元12对应于一个或多个包括一个或多个驱动器的打印模块。通常，设备10会是数字处理设备。
“用于A”和“用于B”中的措辞“用于”不排斥其它功能“用于C”等等也被同时地或不同时地执行。措辞“耦合到Y的X”和“X和Y之间的耦合”以及“耦合/耦合X和Y”等等不排斥元件Z在X和Y之间。措辞“P包括Q”和“包括Q的P”等等不排斥也包括/包含元件R。
要注意上述实施例是举例说明该发明而不是限制该发明，本领域的技术人员将能够在不偏离所附权利要求的范围的情况下设计许多替换实施例。在权利要求中，任何放置在括号之间的参考标记都不应该被理解为限制该权利要求。动词“包括”的使用以及它的变形不排斥除在权利要求中所陈述的那些之外的元件或步骤的存在。在元件前的冠词“一个”不排斥多个这样的元件的存在。该发明可以借助于包括多个不同的元件的硬件来实现，并可以借助于适当编程的计算机来实现。在列举了几个装置的装置权利要求中，这些装置中的几个可以通过同一个硬件项目来加以具体化。仅仅这个事实：某些措施在互不相同的从属权利要求中被引用，不表明这些措施的组合不能用来产生良好效果。
Claims (11)
1.一种用于将信号的输入采样率(Fs1)转换为输出采样率(Fs4)的采样率转换器(12)：其中该采样率转换器(12)包括一个采样率适配器(3，6)，用于响应具有第一值的控制信号(CTRL)，调节中间采样率(Fs2)以使得输出采样率(Fs4)大于输入采样率(Fs1)，以及响应具有第二值的控制信号(CTRL)，调节中间采样率(Fs2)以使得输出采样率(Fs4)小于输入采样率(Fs1)。
2.如权利要求1所述的采样率转换器(12)，其中采样率适配器(3，6)包括一个用于可变地减小中间采样率(Fs2)的可变采样率减小装置(3)。
3.如权利要求2所述的采样率转换器(12)，其中该采样率转换器(12)包括一个固定采样率增大装置(1)，用于固定地增大输入采样率(Fs1)以及生成传送到可变采样率减小装置(3)的具有中间采样率(Fs2)的信号。
4.如权利要求3所述的采样率转换器(12)，其中固定采样率增大装置(1)以固定增大系数K来增大输入采样率(Fs1)，可变采样率减小装置(3)以可变减小系数L可变地减小中间采样率(Fs2)，L≤K。
5.如权利要求4所述的采样率转换器(12)，其中该采样率转换器(12)包括一个固定采样率减小装置(5)，用于固定地以固定系数M减小可变地减小后的中间采样率(Fs3)，以及输出具有输出采样率(Fs4)的信号。
6.如权利要求1所述的采样率转换器(12)，其中采样率适配器(3，6)包括一个用于可变地增大中间采样率(Fs2)的可变采样率增大装置(6)。
7.如权利要求6所述的采样率转换器(12)，其中该采样率转换器(12)包括一个固定采样率增大装置(1)，用于固定地增大输入采样率(Fs1)以及生成传送到可变采样率增大装置(6)的具有中间采样率(Fs2)的信号。
8.如权利要求7所述的采样率转换器(12)，其中该采样率转换器(12)包括一个固定采样率减小装置(5)，用于固定地减小可变地增大后的中间采样率(Fs3)以及生成具有输出采样率(Fs4)的信号。
9.一种用于将信号的输入采样率(Fs1)转换为输出采样率(Fs4)的方法，其中该方法包括如下步骤：响应具有第一值的控制信号(CTRL)，调节中间采样率(Fs2)以使得输出采样率(Fs4)大于输入采样率(Fs1)，以及响应具有第二值的控制信号(CTRL)，调节中间采样率(Fs2)以使得输出采样率(Fs4)小于输入采样率(Fs1)。
10.一种用于将信号的输入采样率(Fs1)转换为输出采样率(Fs4)的计算机程序产品，其中该计算机程序产品包括如下功能：响应具有第一值的控制信号(CTRL)，调节中间采样率(Fs2)以使得输出采样率(Fs4)大于输入采样率(Fs1)，以及响应具有第二值的控制信号(CTRL)，调节中间采样率(Fs2)以使得输出采样率(Fs4)小于输入采样率(Fs1)。
11.一种包括用于将信号的输入采样率(Fs1)转换为输出采样率(Fs4)的采样率转换器(12)的设备(10)，其中采样率转换器(12)包括一个采样率适配器(3，6)，用于响应具有第一值的控制信号(CTRL)，调节中间采样率(Fs2)以使得输出采样率(Fs4)大于输入采样率(Fs1)，以及响应具有第二值的控制信号(CTRL)，调节中间采样率(Fs2)以使得输出采样率(Fs4)小于输入采样率(Fs1)。
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