DE4336331A1 - Umwandlung der Abtastrate unter Verwendung von mehrphasigen Filtern mit Interpolation - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft die Umwandlung der Abtast­ frequenz oder Abtastrate und insbesondere die Umwandlung der Abtastrate unter Verwendung mehrphasiger Filter mit Interpola­ tion zur Verringerung der Speichererfordernisse für Umwand­ lungen mit einer großen Anzahl von Unterphasen.

Bei vielen Anwendungen ist es wünschenswert, ein digitali­ siertes Signal gemäß den für verschiedene Geräte erforder­ lichen Formaten des Signals von einer Abtastrate in eine andere umzuwandeln. Bei Verwendung mehrphasiger Filter zur Berechnung von Datenwerten für das Signal zu anderen Zeit­ punkten als denjenigen der ursprünglichen Abtastung ist ein einzelnes Filter für jede gewünschte Abtast-Unterphase erfor­ derlich. Wird beispielsweise das Verhältnis der gewünschten Ausgangsabtastrate zur Eingangsabtastrate als ein Verhältnis kleiner ganzer Zahlen ausgedrückt, beispielsweise 33/35, dann gibt es 33 (oder 35) Unterphasen zwischen einer Rate bezüglich der anderen. Jede Unterphase erfordert einen Satz von im Speicher gespeicherten Filterkoeffizienten oder insgesamt 33 Sätze. Für Anwendungen bei Abtastratenumwandlungen, beispiels­ weise der Umwandlung der Video-Norm D2 PAL zu D1 PAL, beträgt die erforderliche Anzahl von Unterphasen zur genauen Umwand­ lung mehr als 709 000. Dies stellt eine erhebliche, wenn nicht sogar unmögliche Herausforderung bei der Verwendung des oben beschriebenen Wandlermodells dar, d. h. mehr als 709 000 Filter sind erforderlich, mit einer gleichen Anzahl von Sätzen von Filterkoeffizienten.

Es besteht daher die Aufgabe, einen Abtastratenwandler mit mehrphasigen Filtern zu suchen, der eine genaue Umwandlung erzielt, bei der das Verhältnis zwischen den Abtastraten als Verhältnis großer ganzer Zahlen ausgedrückt wird und nicht für jede Unterphase ein Filter erforderlich ist.

Als Lösung dieser Aufgabe stellt die vorliegende Erfindung einen Abtastratenwandler, der mehrphasige Filter bei der Interpolation verwendet, zur Verfügung, bei dem der Speicher­ bedarf für die Filterkoeffizienten wesentlich verringert ist.

Ein Paar mehrphasiger Filter weist Eingänge auf, die mit einer gemeinsamen Eingangssignalquelle verbunden sind, wobei ein mehrphasiges Filter mit einem Offset einer Unterphase gegen­ über dem anderen getrieben wird. Die Ausgänge der mehrphasigen Filter sind als Eingänge an eine lineare Interpolationsvor­ richtung mit ausreichender Auflösung angeschlossen, so daß bei Multiplikation mit der Auflösung der mehrphasigen Filter die Gesamtauflösungserfordernisse für das System erfüllt sind.

Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Ansprüchen und der Zeichnung.

Es zeigen

Fig. 1 ein Blockschaltbild für die allgemeine Konfiguration eines Abtastratenwandlers gemäß vorliegender Erfin­ dung;

Fig. 2 ein Blockschaltbild eines Dekodierers mit dem erfin­ dungsgemäßen Abtastratenwandler;

Fig. 3 ein Blockschaltbild eines Ratenwandlers für den erfindungsgemäßen Dekodierer gemäß Fig. 2;

Fig. 4 ein Blockschaltbild eines Luminanz-Abtastratenwand­ lers für den erfindungsgemäßen Dekodierer gemäß Fig. 2;

Fig. 5 ein Blockschaltbild eines Chrominanz-Abtastraten­ wandlers für den erfindungsgemäßen Dekodierer gemäß Fig. 2.

In Fig. 1 ist ein Abtastratenwandler 10 gemäß vorliegender Erfindung gezeigt. Zwei in ihrem Aufbau identische mehrphasige Filter 20, 30 haben jeweils N Phasen. Ein Eingangsdatensignal, das mit einer ersten Abtastrate abgetastet wird, wird beiden mehrphasigen Filtern 20, 30 eingegeben. Ein grober Befehl für eine Phasenwahl erfolgt von einer nicht dargestellten Steue­ rung und wird einem Phasenwahlanschluß eines 30 der mehrphasi­ gen Filter eingegeben. Derselbe grobe Befehl für eine Phasen­ wahl, der von einem Addierer 25 um Eins erhöht wird, liegt an dem Phasenwahlanschluß des anderen 20 der mehrphasigen Filter an. Die Ausgänge der mehrphasigen Filter 20, 30 werden ent­ sprechenden Eingängen A, B einer linearen Interpolationsvor­ richtung 40 eingegeben. Ein feiner Befehl für eine Phasenwahl von der Steuerung wird an einen Steueranschluß Z der Interpo­ lationsvorrichtung 40 gelegt. Ein Ausgangsdatensignal mit einer zweiten Abtastrate erscheint an einem Ausgangsanschluß C der Interpolationsvorrichtung. Das Ausgangsdatensignal wird gemäß folgender Gleichung bestimmt:

C = Z*A + (1-Z)*B

in welcher Z zwischen Null und Eins M Stufen macht. Die erhaltene Auflösung des Ausgangsdatensignals ist das Produkt der Anzahl von Phasen N der mehrphasigen Filter 20, 30 und der Anzahl der Abstufungen M des feinen Befehlssignals, d. h. die Auflösung ist N*M. Die lineare Interpolationsvorrichtung 40 stellt gleichmäßig beabstandete Unterphasen zwischen den Phasen der mehrphasigen Filter 20, 30 bereit.

Ein Beispiel eines Dekodierers 50, bei dem der Abtastraten­ wandler gemäß vorliegender Erfindung verwendet wird, ist in Fig. 2 dargestellt. Der Dekodierer 50 wird zur Umwandlung eines digitalen Videosignalgemisches im D2 PAL-Format in ein digitales Komponenten-Videosignal im D1 PAL-Format verwendet. Das D2 Eingangssignal mit einer Abtastrate von 177 M-Bit wird einem Seriell-Parallel-Umsetzer 52 zur Umwandlung in einen parallelen Datenstrom mit 10-Bit Datenwörtern mit einer Taktfrequenz von 17,7 MHz eingegeben. Der parallele Datenstrom wird dann einer Dekodierschaltung 54 eingegeben, um einen Y- Komponenten-Datenstrom für die Luminanz und einen C-Kompo­ nenten- (verschachtelten) Datenstrom für die Chrominanz zu erzeugen. Die Datenströme Y und C werden einer Ratenumwand­ lungsschaltung 56 zur Umwandlung der D1 Datenrate mit 27 MHz gemäß vorliegender Erfindung eingegeben. Die parallelen D1- Daten werden dann einem Parallel-Seriell-Umsetzer 58 einge­ geben, um sie in serielle Daten gemäß der EBU3267E-Norm mit einer Abtastrate von 270 M-Bit umzuwandeln.

Der Ratenumwandler 56 ist im einzelnen in Fig. 3 dargestellt, wobei die Frequenzzahlen für eine Umwandlung von D2 PAL zu D1 PAL angegeben sind. Die dekodierten Datensignale Y und C wer­ den durch entsprechende Bandbegrenzungsfilter 60, 62 in die mehrphasigen Filter 20, 30, 20′, 30′ der entsprechenden Ab­ tastratenwandler 10, 10′ getaktet. Eine Steuerung 65 erstellt Filterkoeffizientenwerte an jedes mehrphasige Filter Y, wobei die Koeffizienten denjenigen entsprechen, wie sie für die aktuelle Phase und die nächste Phase erforderlich sind, was der Zwischenschaltung des Addierers 25 gemäß Fig. 1 ent­ spricht. Die Ausgänge der mehrphasigen Filter 20, 30, 20′, 30′ werden den linearen Interpolationsvorrichtungen 40, 40′ einge­ geben. Die Ausgänge von den Interpolationsvorrichtungen 40, 40′ werden entsprechenden FIFO-Puffern 64, 66 eingegeben, die effektiv alle dritten oder vierten Abtastwerte auslassen, um die gewünschte Ausgangsfrequenz zu erzielen. Die FIFO-Puffer 64, 66 tasten die parallelen Ausgänge von den Interpolations­ vorrichtungen 40, 40′ mit der Ausgangsabtastrate ab, d. h. mit 13,5 MHz für das gegenwärtige Beispiel, um 1135 Abtastwerte pro Zeile auf 864 benachbarte Luminanzpunkte mit gepaarten Chrominanzabtastungen pro Zeile zu dezimieren. Eine Formatie­ rungseinheit 68 kombiniert die Ausgangsdatenströme Y und C, um das gewünschte Ausgangssignal zu erzeugen.

Die Dezimierungseinheit 64 für den Datenstrom Y ist im ein­ zelnen in Fig. 4 gezeigt. Da PAL-Abtastwerte sich aufgrund des Offsets von 1HZ pro Bild der Zwischenträgerfrequenz nicht auf einem orthogonalen Raster befinden, gibt es kein passendes gemeinsames Abtastraten-Vielfaches. Daher braucht die Dezimie­ rungseinheit 64 viele Ausgangsphasen. Zur Erzielung der gewünschten Genauigkeit werden zwei FIR-Filter 70Y, 72Y ver­ wendet, von denen jedes zehn Abgriffe und verschiedene Koeffi­ zientenwerte hat. Die Ausgänge der FIR-Filter 70Y, 72Y werden einer linearen Interpolationsvorrichtung 74Y mit 64 (Interpo­ lations-) Schritten eingegeben. Der Interpolationsvorrichtung 74Y kann Zittern hinzugefügt werden, um ein Ausgangssignal zu erzielen, das weniger Bits als die von der Interpolations­ vorrichtung erzeugten hat, um die Quantisierungslinearität zu verbessern. Der Ausgang wird mit der 4fsc-Eingangsrate berech­ net, wobei für alle drei oder vier Abtastwerte ein Takt ausge­ lassen wird, um eine durchschnittliche Ausgangsabtastrate zu erhalten. Der Ausgang der Interpolationsvorrichtung 74Y wird einem Speicherpuffer 76Y eingegeben, der die Daten mit der Ausgangsabtastrate ausliest. Der Ausgangs-FIFO 76Y wird zur Zeitkorrektur für eine stabile Ausgangsabtastrate verwendet.

Wie es in Fig. 5 gezeigt ist, weist auch die Chrominanz- Datenstrom-Dezimierungseinheit 66 FIR-Filter 70C, 72C, eine lineare Interpolationsvorrichtung 74C und einen Ausgangs-FIFO 76C auf, die so betrieben werden, wie im Fall der Luminanz- Datenstrom-Dezimierungseinheit 64. Eine Sequenzeinstellschal­ tung 78 ist zwischen der Interpolationsvorrichtung 74C und den FIFO-Puffer 76C geschaltet. Die Sequenzeinstellschaltung 78 bestimmt, welche Chrominanzwerte zwischen den U- und V-Kom­ ponenten gemäß eines Eingangs-Vorspannungssignal wegfallen sollen.

Somit stellt die vorliegende Erfindung eine Abtastratenumwand­ lung unter Verwendung von mehrphasigen Filtern mit Interpola­ tion zur Verfügung, um den für die Umwandlung zwischen digita­ len Datenformaten mit einer großen Anzahl von Unterphasen erforderlichen Speicheraufwand zu verringern.

Claims (2)

1. Vorrichtung zur Umwandlung eines digitalen Signals von einer Eingangsabtastrate in eine Ausgangsabtastrate, gekennzeichnet durch
ein Paar mehrphasiger Filter (20, 30), von denen jeder das digitale Signal mit der Eingangs-Abtastrate als Eingang hat, wobei die Phasenwahl bei dem einen mehrphasigen Filter um Eins gegenüber der des anderen versetzt ist; und
eine Vorrichtung (40) zur Interpolation zwischen den Ausgängen der mehrphasigen Filter zur Erzeugung des digitalen Signals mit der Ausgangs-Abtastrate.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, weiterhin gekennzeichnet durch eine Vorrichtung (64, 66) zum Dezimieren des Ausganges der Interpolationsvorrichtung zur Verringerung der Anzahl von Abtastwerten im digitalen Signal mit der Ausgangs- Abtastrate.