DE19800921C2 - Dateninterpolationsfilter in Form eines digitalen Wellenfilters - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Dateninterpolationsfilter, spezieller ein solches in Form eines digitalen Wellenfilters.

Digitale Wellenfilter wurden z. B. in den Dokumenten US-PS 4 192 008 oder EP 0 234 452 A2 beschrieben. Die Druckschrift US 4 192 008 beschreibt ein Wellendigitalfilter mit gemultiplexter Architektur auf der Grundlage eines symmetrischen Lattice-Referenzfilters und dessen Wellendigitalfilter-Äquivalenz. Durch Kettenschaltung gelangt man zu Wellendigitalfiltern höherer Ordnung, deren arithmetische Einrichtungen auch Adapter genannt werden. Als Adapter sind dort arithmetische Einrichtungen mit drei digitalen Addierern und einem digitalen Multiplizierer beschrieben. In dieser Druckschrift wird vorgeschlagen, ein gewöhnliches Wellendigitalfilter 4. Ordnung mit nur einer arithmetischen Einrichtung zu realisieren, die für die vier Stufen gemultiplext verwendet wird. Ferner wird ein Wellendigitalfilter 8. Ordnung mittels zweier Wellendigitalfilter 4. Ordnung realisiert. Dabei weist ein Teilfilter einen Adapter auf, der von einem Speicher die, jeweiligen Koeffizienten erhält und Datenselektoren und Verzögerungsglieder. Das aus dieser Druckschrift bekannte Wellendigitalfilter nimmt keine Interpolation vor und verarbeitet keine Daten für voneinander verschiedene Kanäle.

Die Druckschrift EP 0 234 452 A1 beschreibt Wellendigitalfilter zur Abtastratenänderung. Die dort verwendeten Adapter besitzen nicht-veränderliche Koeffizienten.

Aus A. Fettweis, "Sampling Rate Increase and Decrease in Wave Digital Filters", IEEE Transactions on Circuits and Systems, Dezember 1982, Vol. CAS-29 No. 12, Seiten 797-805 sind Grundlagen der Abtastratenerhöhung und -erniedrigung bei Wellendigitalfiltern bekannt.

Nachfolgend werden herkömmliche Dateninterpolationsfilter unter Bezugnahme auf die Fig. 1A und 1B erläutert, die Blockdiagramme herkömmlicher derartiger Filter sind. Das herkömmliche Dateninterpolationsfilter gemäß Fig. 1 umfasst einen Nullauffüllblock 1 zum zweifachen Abtasten empfangener Daten zum Auffüllen mit Nullen zwischen den Daten, einen ersten und einen zweiten Adapter 3 und 4 zum Filtern von Daten, die im Nullauffüllblock 1 überabgetastet wurden, einen ersten Verzögerungsblock 2 zum Verzögern der im Nullauffüllblock 1 überabgetasteten Daten um eine Abtasteinheit und zum Liefern derselben an den ersten Adapter 3, einen zweiten und einen dritten Verzögerungsblock 5 und 6 zum Ver­ zögern der vom ersten und zweiten Adapter 3 und 4 rückgekop­ pelten Daten um zwei Abtasteinheiten und zum Liefern dersel­ ben an den ersten bzw. zweiten Adapter 3 bzw. 4, und einen Addierer 7 zum Addieren der im ersten und zweiten Adapter 3 und 4 gefilterten Daten. Sowohl der erste als auch der zwei­ te Adapter 3 und 4 sind mit zwei Eingangsanschlüssen und zwei Ausgangsanschlüssen versehen, und sie weisen einen Fil­ terkoeffizient auf, der für die geeignete Filtercharakteris­ tik sorgt, und sie enthalten einen Addierer und einen Multi­ plizierer.

Beim obengenannten Dateninterpolationsfilter werden die emp­ fangenen Daten im Nullauffüllblock 1 abgetastet, und sie werden an den oberen, ersten Adapter 3 sowie den unteren, zweiten Adapter 4 geliefert. Die an den oberen, ersten Adap­ ter 3 gelieferten Daten werden durch den Verzögerungsblock 2 um eine Abtasteinheit verzögert. Die an den ersten und zwei­ ten Adapter 3 und 4 gelieferten Daten werden gefiltert und im Addierer 7 addiert, und sie gelangen durch den zweiten und dritten Verzögerungsblock 5 bzw. 6 in einen Bereit­ schaftszustand für die nächste Operation.

Das in Fig. 1(b) dargestellte Dateninterpolationsfilter ist eine modifizierte Version des in Fig. 1(a) dargestellten Filters, und es umfasst einen ersten und einen zweiten Adap­ ter 8 bzw. 9 mit jeweils einem geeigneten Filterkoeffizient zum Filtern empfangener Daten, einen ersten und einen zwei­ ten Verzögerungsblock 10 bzw. 11 zum Verzögern der Daten vom ersten bzw. zweiten Adapter 8 bzw. 9 um eine Abtasteinheit und zum Rückkoppeln der verzögerten Daten an den ersten bzw. zweiten Adapter 8 bzw. 9, einen ersten Nullauffüllblock 12 zum zweifachen Abtasten der im ersten Adapter 8 gefilterten Daten, wobei dieser Block oben angeordnet ist und Nullen zwischen den Daten auffüllt, einen zweiten Nullauffüllblock 13 zum zweifachen Abtasten der im zweiten Adapter 9 gefil­ terten Daten, wobei dieser Block unten angeordnet ist und Nullen zwischen den Daten auffüllt, einen dritten Verzöge­ rungsblock 14 zum Verzögern der im ersten Nullauffüllblock 12 abgetasteten Daten um eine Abtasteinheit, und einen Ad­ dierer 15 zum Addieren der im dritten, darüberliegenden Ver­ zögerungsblock 14 verzögerten Daten sowie der Daten vom zweiten Nullauffüllblock 13.

Dieses in Fig. 1(b) dargestellte Dateninterpolationsfilter verfügt stromabwärts bezüglich der Adapter über jeweils einen Nullauffüllblock und einen Verzögerungsblock zum Ver­ ringern der Größe des Verzögerungsblocks, der die Daten vom jeweiligen Adapter rückkoppelt. Obwohl die in den Fig. 1(a) und 1(b) dargestellten Dateninterpolationsfilter im wesent­ lichen dieselbe Funktion ausüben, zeichnet sich das in Fig. 1(b) dargestellte Dateninterpolationsfilter dadurch aus, dass es weniger Flip-Flops verwendet.

Die obengenannten herkömmlichen Dateninterpolationsfilter sind hardwaremäßig kompliziert, da sowohl im oberen als auch im unteren Pfad Adapter vorhanden sind.

Auch sind diese herkömmlichen Dateninterpolationsfilter an­ gesichts des Datenflusses bei der Datenverarbeitung hin­ sichtlich der Hardware nicht wirkungsvoll, da auch dann, wenn Daten für einen Stereokanal verarbeitet werden, Hard­ ware für einen Monokanal verwendet wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Dateninterpo­ lationsfilter mit einfachem Aufbau zu schaffen. Diese Aufga­ be ist durch das Dateninterpolationsfilter gemäß dem beige­ fügten Anspruch 1 gelöst. Es zeichnet sich dadurch aus, dass zum Verarbeiten der Daten in zwei Kanälen nur ein Pfad verwendet wird, so dass die Hardware vereinfacht ist. Es wird ein einzelner Adapter mit einer oberen Einheit und einer un­ teren Einheit dazu verwendet, einen Filterkoeffizient selek­ tiv zu spezifizieren, um diese Verarbeitung der Daten aus zwei Kanälen in einem Pfad zu ermöglichen.

Zusätzliche Merkmale und Aufgaben der Erfindung werden in der folgenden Beschreibung dargelegt und gehen teilweise aus dieser hervor, ergeben sich aber andererseits auch beim Aus­ üben der Erfindung. Die Aufgaben und andere Vorteile der Er­ findung werden durch die Maßnahmen erzielt, wie sie speziell in der Beschreibung, den Ansprüchen und den beigefügten Zeichnungen dargelegt sind.

Es ist zu beachten, dass sowohl die vorstehende allgemeine Beschreibung als auch die folgende detaillierte Beschreibung beispielhaft und erläuternd für die beanspruchte Erfindung sind.

Die Zeichnungen, die beigefügt sind, um das Verständnis der Erfindung zu fördern, veranschaulichen Ausführungsbeispiele der Erfindung und dienen zusammen mit der Beschreibung dazu, deren Prinzipien zu erläutern.

Fig. 1(a) und 1(b) sind Blockdiagramme herkömmlicher Da­ teninterpolationsfilter;

Fig. 2A und 2B sind Blockdiagramme von Dateninterpolations­ filtern gemäß bevorzugten Ausführungsbeispielen der Erfin­ dung, und sie veranschaulichen Datenverarbeitungsschritte, um Konzepte betreffend Konfigurationen von Dateninterpola­ tionsfiltern zu erläutern; und

Fig. 3 ist ein Blockdiagramm eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Systems mit erfindungsgemäßen Dateninterpolationsfiltern.

Unter Bezugnahme auf die Fig. 2A und 2B werden nun Konzepte betreffend Konfigurationen erfindungsgemäßer Dateninterpola­ tionsfilter erläutert. Dabei liegen jeweils dieselben Daten­ verarbeitungsabläufe wie in den Fig. 1(a) bzw. 1(b) vor, jedoch mit verringerter Anzahl von Adaptern.

Gemäß Fig. 2A können die in den Fig. 1(a) und 1(b) darge­ stellten Dateninterpolationsfilter so verbessert sein, dass sie über ein System verfügen, das folgendes umfasst: einen ersten und einen zweiten Adapter 20 bzw. 21 mit jeweils einem speziellen Filterkoeffizient zum Filtern von Stereo­ daten mit einem linken und einem rechten Abschnitt, einen ersten Filtersignal-Verzögerungsteil 22 zum Verzögern der im ersten Adapter 20 gefilterten Daten und zum Rückkoppeln der­ selben an diesen, einen zweiten Filtersignal-Verzögerungs­ teil 23 zum Verzögern der im zweiten Adapter 21 gefilterten Daten und zum Rückkoppeln derselben an diesen, einen ersten Nullauffüllteil 24 zum zweimaligen Abtasten der im ersten Adapter 20 interpolierten Daten, einen zweiten Nullauffüll­ teil 25 zum zweifachen Abtasten der im zweiten Adapter 21 interpolierten Daten, einen Verzögerungsteil 26 zum Verzö­ gern der im ersten Nullauffüllteil 24 abgetasteten Daten um eine Abtasteinheit, und einen Addierer 27 zum Addieren der Daten vom ersten Verzögerungsteil 26 und der Daten vom zwei­ ten Nullauffüllteil 25.

Das in Fig. 2A dargestellte Dateninterpolationsfilter kann zu dem in Fig. 2B dargestellten Dateninterpolationsfilter modifiziert werden. Die Daten, die im ersten Adapter 20 des in Fig. 2A dargestellten Dateninterpolationsfilters einer Operation unterzogen wurden, durchlaufen aufeinanderfolgend den ersten Auffüllteil 24, den Verzögerungsteil 26 und den Addierer 27, weswegen einer der zwei am Addierer 27 empfangenen Datenwerte immer den Wert Null aufweist. Daher ist er­ sichtlich, dass die Operation des Addierens der Daten, die sich in der oberen und unteren Einheit ergeben, damit über­ einstimmt, dass nur einer der sich jeweils ergebenden Daten­ werte ausgewählt wird.

Das in Fig. 2B dargestellte Dateninterpolationsfilter ist ein solches, das die obengenannte Operation verwendet. Im in Fig. 2B dargestellten Dateninterpolationsfilter ist ein Ab­ tast-Halte-Teil 28 so ausgebildet, dass er Daten gesondert an die obere bzw. untere Einheit des Adapters 29 liefert, wodurch ein Dateninterpolationsfilter geschaffen ist, das in einem Pfad über zwei Datenverarbeitungskanäle verfügt, die Dateninterpolation auf dieselbe Weise wie beim in Fig. 2A dargestellten Dateninterpolationsfilter ausführen. D. h., dass das in Fig. 2B dargestellte Dateninterpolationsfilter dieselben interpolierten Daten (%%%% UAR UAL DAR DAL) wie das in Fig. 2A dargestellte Dateninterpolationsfilter lie­ fert, wenn jeweils dieselben Eingangsdaten (%%%%%% AR AL) vorliegen. Wenn das Dateninterpolationsfilter gemäß dem obengenannten Konzept aufgebaut ist, kann es nicht nur zwei­ fach, sondern öfters innerhalb einer Grenze abtasten, die durch den Systemtakt auferlegt ist.

Ein gemäß dem obengenannten Konzept der Erfindung aufgebau­ tes Dateninterpolationsfilter ist in Fig. 3 dargestellt.

Das Dateninterpolationsfilter gemäß Fig. 3, das ein bevor­ zugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung bildet, bei dem die Anzahl der Adapter dadurch auf die Hälfte verringert ist, dass ein Multiplexer für den Filtersignal-Verzögerungsteil verwendet ist, umfasst folgendes: einen Abtast-Halte-Teil 30 mit einem Multiplexer 38 zum Multiplexen von Stereodaten mit linken und rechten Teilen, wie auf ein Steuersignal S1 hin empfangen, und von dorthin durch einen Verzögerungsteil 37 zurückgeführten Daten, der um zwei Abtasteinheiten verzö­ gert, um die empfangenen Stereodaten für jeden Kanal geson­ dert abzutasten und aufrechtzuerhalten, einen Adapter 31, der so ausgebildet ist, dass er auf ein ihm zugeführtes Fil­ terkoeffizient-Spezifiziersignal SB1B2 einen ersten bzw. einen zweiten Filterkoeffizient α1 bzw. β1 aufweist, um die Daten vom Abtast-Halte-Teil 30 zu filtern und interpolierte Daten zu erzeugen, und einen Filtersignal-Verzögerungsteil 32 zum Verzögern der interpolierten Daten auf Auswählsignale SLB1, SRB1, SLB2, SRB2, SLRB1, SLRB2 hin. Der Filtersignal- Verzögerungsteil 32 verfügt über Multiplexer zum Empfangen der Auswählsignale sowie über Verzögerungsglieder zum Verzö­ gern der Signale von den Multiplexern, wobei ein an einem Ausgangsanschluss angeordneter Multiplexer so ausgebildet ist, dass er ein Steuersignal empfängt, das mit dem Filter­ koeffizient-Spezifiziersignal SB1B2 an den Adapter 31 über­ einstimmt.

Das obengenannte Dateninterpolationsfilter ist ein System auf Hardwarebasis zum zweifachen Abtasten. Wenn dieses Da­ teninterpolationsfilter zu einem mehrstufigen Dateninterpo­ lationsfilter erweitert wird, das erneut eine doppelte Ab­ tastung ausführt, sollte dieses System ferner folgendes auf­ weisen: einen Abtast-Halte-Teil 33 mit einem Multiplexer 40 zum Multiplexen der vom Adapter 31 auf ein Steuersignal S2 hin empfangenen Daten sowie der an ihn durch einen Verzöge­ rungsteil 39 rückgeführten Daten, der eine Verzögerung um zwei Abtasteinheiten vornimmt, um die empfangenen Daten für jeden Kanal gesondert abzutasten und zu halten, einen Ab­ tast-Halte-Teil 34 mit einem Multiplexer 42 zum Multiplexen der vom Abtast-Halte-Teil 33 auf ein Steuersignal S3 hin empfangenen Daten und von an ihn durch einen Verzögerungs­ teil 31 rückgeführten Daten, der um zwei Abtasteinheiten verzögert, um die empfangenen Daten abzutasten und zu hal­ ten, einen Adapter 35, der so ausgebildet ist, dass er auf ein ihm zugeführtes Filterkoeffizient-Spezifiziersignal SB1B2 hin einen Filterkoeffizient α2 bzw. β2 aufweist, um die Daten vom Abtast-Halte-Teil 34 zu filtern und interpo­ lierte Daten zu erzeugen, und einen Filtersignal-Verzöge­ rungsteil 36 zum Verzögern der interpolierten Daten auf Aus­ wählsignale SLB1, SRB1, SLB2, SRB2, SLRB1, SLRB2 hin.

Nun wird der Dateninterpolationsvorgang beim obengenannten Dateninterpolationsfilter gemäß dem bevorzugten Ausführungs­ beispiel der Erfindung erläutert.

Wenn Stereodaten "a" mit einem linken und einem rechten Teil am Eingangsanschluss des Multiplexers 38 im Abtast-Halte- Teil 30 empfangen werden, werden die Daten vom Multiplexer 38 auf ein Steuersignal S1 hin über den Verzögerungsteil 37 auf ihn zurückgeführt. An den Adapter 31 eines ersten digi­ talen Wellenfilters WDF1 werden abgetastete und gehaltene Daten "b" geliefert. Der zuvor im Filtersignal-Verzögerungs­ teil 32 im WDF1 abgespeicherte Datenwert wird einer Opera­ tion mit einem der Filterkoeffizienten α1 oder β1 unterzo­ gen, um einen Datenwert "c" zu erzeugen, der erneut in den Filtersignal-Verzögerungsteil 32 eingespeichert wird. Der Multiplexer im Adapter 31 wählt auf das Filterkoeffizient- Auswählsignal SB1B2 einen Filterkoeffizient aus. Dieses Fil­ terkoeffizient-Auswählsignal stimmt mit dem Auswählsignal an den abschließenden Multiplexer im Filtersignal-Verzögerungs­ teil 32 überein. Der erste Wert "c" vom WDF1 wird an den Ab­ tast-Halte-Teil 33 mit dem Multiplexer 40 und den Verzöge­ rungsteil 39 geliefert, um einen Datenwert "d" zu erzeugen, der an den Abtast-Halte-Teil 34 mit dem Multiplexer 42 und den Verzögerungsteil 41 geliefert wird. Die Abtast-Halte- Teile 33 und 34 nehmen auf die Steuersignale S2 bzw. S3 hin ein Abtasten, Halten und Rückführen empfangener Daten vor. Ein vom Adapter 35, der ein zweites digitales Wellenfilter WDF2 ist, empfangener Datenwert "e" wird einer Operation mit dem neuen Filterkoeffizient α2 oder β2 unterzogen, um einen endgültigen Datenwert "f" zu erzeugen.

Wie erläutert, weist das erfindungsgemäße Dateninterpola­ tionsfilter in Form eines digitalen Wellenfilters den Vor­ teil eines vereinfachten Hardwaresystems auf, da die Anzahl der in ihm verwendeten Adapter auf die Hälfte im Vergleich zum Fall beim Stand der Technik verringert ist.

Außerdem besteht beim erfindungsgemäßen Dateninterpolations­ filter der Vorteil, dass der Datenfluss bei der Datenverar­ beitung hardwaremäßig vereinfacht ist, da Daten in zwei Ka­ nälen unter Verwendung eines einzelnen Pfads verarbeitet werden können.

Claims (7)

1. Dateninterpolationsfilter in Form eines digitalen Wellenfilters, das aus mindestens einer Stufe besteht, dadurch gekennzeichnet, daß eine Stufe desselben folgendes aufweist:
einen Abtast-Halte-Teil (30, 33, 34) mit einem Multiplexer (38, 40, 42), an dessen einem Eingang Stereodaten mit einem linken und einem rechten Teil anliegen und an dessen anderem Eingang die, von einem Verzögerungsteil (37, 39, 41) um zwei Abtasteinheiten verzögerten, rückgeführten Daten vom Multiplexerausgang anliegen, wobei der Multiplexer auf ein Steuersignal (S1, S2, S3) hin einen Multiplexvorgang ausführt, um selektiv abgetastete und gehaltene Daten für voneinander verschiedene Kanäle zu liefern;
einen aus mindestens einem Multiplizierer und mindestens einem Addierer bestehenden Adapter (31, 35), der so ausgebildet ist, daß er auf ein ihm zugeführtes Filterkoeffizient-Spezifiziersignal (SB1B2) verschiedene Filterkoeffizienten (α1, α2, α3, . . .; β1, β2, β3, . . .) aufweist, um die Daten vom Abtast-Halte-Teil zu filtern und interpolierte Daten zu erzeugen; und
einen Filtersignal-Verzögerungsteil (32, 36) zum Verzögern der interpolierten Daten auf Auswählsignale (SLB1, SRB1, SLB2, SRB2, SLRB1, SLRB2) hin.

2. Dateninterpolationsfilter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Filtersignal- Verzögerungsteil (32, 36) folgendes aufweist:
mindestens einen ersten Multiplexer zum Empfangen der Auswählsignale und einen weiteren Multiplexer, der am Ausgangsanschluß des mindestens einen ersten Multiplexers angeordnet ist und so ausgebildet ist, daß er ein Steuersignal empfängt, das mit dem Filterkoeffizienten-Spezifizier- Signal (SB1B2) an den Adapter (31, 35) übereinstimmt; und
Verzögerungsglieder zum Verzögern rückgeführter Signale von den Multiplexern um eine Abtasteinheit.

3. Dateninterpolationsfilter nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Stufe k + 1 desselben mindestens k + 1 in Reihe geschaltete Abtast-Halte-Teile (33, 34) aufweist, die Daten von einem Adapter (31) in der Stufe k empfangen und abgetastete und gehaltene Daten erzeugen, um Daten n-fach abzutasten und zu verarbeiten.

4. Dateninterpolationsfilter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Abtast-Halte- Teil (33, 34) für die Stufe k + 1 einen Multiplexer (40, 42) aufweist, an dessen einem Eingang entweder die von einem Adapter (31) in der Stufe k oder von einem vorangehenden Abtast-Halte- Teil (33) empfangenen Daten anliegen und an dessen anderem Eingang die, von einem Verzögerungsteil um zwei Abtasteinheiten verzögerten, rückgeführten Daten vom Multiplexerausgang anliegen, wobei der Multiplexer auf ein Steuersignal hin einen Multiplexvorgang ausführt, um selektiv abgetastete und gehaltene Daten für voneinander verschiedene Kanäle zu liefern.

5. Dateninterpolationsfilter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Multiplexer k + 1 (40, 42) in den Abtast-Halte-Teilen (33, 34) mit voneinander verschiedenen Steuersignalen (S2, S3) verzögert werden, um Daten selektiv abhängig von den Kanälen zu erzeugen.

6. Dateninterpolationsfilter nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Stufe k + 1 desselben einen Adapter (35) aufweist, der so ausgebildet ist, daß er abhängig vom Kanal auf ein ihm zugeführtes Filterkoeffizienten-Spezifiziersignal (SB1B2) hin verschiedene Filterkoeffizienten (α2, β2) aufweist, um die Daten vom letzten Abtast-Halte-Teil (34) zu filtern und um interpolierte Daten zu erzeugen.

7. Dateninterpolationsfilter nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Filterkoeffizienten der Adapter (31, 35) in der Stufe k und der Stufe k + 1 abhängig von Kanälen voneinander verschieden sind.