DE69230788T2 - Abtastfrequenz-Umsetzer - Google Patents

Abtastfrequenz-Umsetzer

Info

Publication number
DE69230788T2
DE69230788T2 DE69230788T DE69230788T DE69230788T2 DE 69230788 T2 DE69230788 T2 DE 69230788T2 DE 69230788 T DE69230788 T DE 69230788T DE 69230788 T DE69230788 T DE 69230788T DE 69230788 T2 DE69230788 T2 DE 69230788T2
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
digital
fir filter
filter
sampling frequency
sampling
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
DE69230788T
Other languages
English (en)
Other versions
DE69230788D1 (de
Inventor
John Christopher Clayton
Trevor Nigel Scofield
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Innovision Ltd
Original Assignee
Innovision Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Innovision Ltd filed Critical Innovision Ltd
Application granted granted Critical
Publication of DE69230788D1 publication Critical patent/DE69230788D1/de
Publication of DE69230788T2 publication Critical patent/DE69230788T2/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04NPICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N19/00Methods or arrangements for coding, decoding, compressing or decompressing digital video signals
    • H04N19/80Details of filtering operations specially adapted for video compression, e.g. for pixel interpolation
    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03HIMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
    • H03H17/00Networks using digital techniques
    • H03H17/02Frequency selective networks
    • H03H17/06Non-recursive filters
    • H03H17/0621Non-recursive filters with input-sampling frequency and output-delivery frequency which differ, e.g. extrapolation; Anti-aliasing
    • H03H17/0635Non-recursive filters with input-sampling frequency and output-delivery frequency which differ, e.g. extrapolation; Anti-aliasing characterized by the ratio between the input-sampling and output-delivery frequencies
    • H03H17/065Non-recursive filters with input-sampling frequency and output-delivery frequency which differ, e.g. extrapolation; Anti-aliasing characterized by the ratio between the input-sampling and output-delivery frequencies the ratio being integer
    • H03H17/0657Non-recursive filters with input-sampling frequency and output-delivery frequency which differ, e.g. extrapolation; Anti-aliasing characterized by the ratio between the input-sampling and output-delivery frequencies the ratio being integer where the output-delivery frequency is higher than the input sampling frequency, i.e. interpolation

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Mathematical Physics (AREA)
  • Multimedia (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Filters That Use Time-Delay Elements (AREA)
  • Color Television Systems (AREA)
  • Analogue/Digital Conversion (AREA)

Description

  • Die Erfindung betrifft einen Abtastfrequenzumsetzer; ein solcher Abtastfrequenzumsetzer kann zur Durchführung einer Abtastfrequenzumsetzung zwischen den Abtastfrequenzen geeignet sein, die digitalen Videoformaten zugeordnet sind.
  • Bekanntlich werden Abtastfrequenzumsetzer auf der Grundlage der folgenden Theorie bereitgestellt. Das abgetastete Signal, dargestellt als Sequenz von Einheitsimpulsen δk = δ(t-kT), wobei k eine ganze Zahl und T die Abtastperiode ist, moduliert mit dem abzutastenden kontinuierlichen Signal x(t), kann so dargestellt sein, daß es aus unendlich vielen Wiederholungen des Spektrums von x(t) besteht, die in der Mitte von Vielfachen der Abtastfrequenz liegen (siehe Fig. 5a). Daraus folgt: Wenn das Nyquist-Kriterium erfüllt ist, so daß sich die Wiederholungsspektren nicht überlappen, wirkt sich eine geeignete Tiefpaßfilterantwort, z. B. die, die in Fig. 5b gezeigt ist, auf dieses abgetastete Signal so aus, daß nur das Basisbandspektrum durchgelassen und das ursprüngliche kontinuierliche Signal neu erzeugt wird. Dadurch ermöglicht es dieser Vorgang, daß der Momentanwert dieses ursprünglichen Signals an jedem beliebigen Punkt zwischen Abtastwerten genau bestimmt wird, wie es notwendig ist, wenn eine andere Abtastfrequenz aufgrund der Nichtübereinstimmung der Abtastzeiten innerhalb zweier Abtaststrukturen eingeführt wird. Unter Verwendung des Faltungsintegralverfahrens kann die Tiefpaßfilterfunktion auf die abgetasteten Daten angewendet werden. Dieses Integral, allgemein folgendermaßen beschrieben wird:
  • y(t) = (τ) · h (t - τ) · dτ
  • ist graphisch in Fig. 6 dargestellt, wo im Falle des idealen Tiefpaßfrequenzgangs, der in Fig. 5 dargestellt ist, die entsprechende Impulsantwort h(t-τ) die gezeigte sinc(x)-Funktion ist. Mit dem Integral kann das wiederhergestellte kontinuierliche Signal y(t) für jeden beliebigen Wert von t erzeugt werden, indem das Produkt aus dem abgetasteten Signal und der symmetrischen zeitgespiegelten Impulsantwort integriert und so verschoben wird, daß es an dem Punkt t, wo y(t) wiederherzustellen ist, zentriert ist. Dieses Integral wird in dem abgetasteten Fall lediglich dadurch berechnet, daß die Produkte aus den Abtastwerten in jedem Abtastpunkt und der entsprechende Wert der Impulsantwort am gleichen Punkt summiert werden.
  • Obwohl dies in dem gezeigten Beispiel des idealen Tiefpaßfrequenzgangs eine unendliche Anzahl von Produkten mit sich bringen würde, kann eine Annäherung an das gleiche Ergebnis mit jedem notwendigen Genauigkeitsgrad unter Verwendung von Impulsantwortfunktionen finiter Länge erfolgen, wobei dies der Verwendung eines digitalen HR-Filters (Filter mit finiter Impulsantwort) mit n Abgriffen entspricht, das so ausgeführt sein kann, daß es unter Verwendung bekannter Techniken einen angemessenen Frequenzgang aufweist. Die Impulsantwortkurve wird durch die Gruppen von Amplitudenwerten definiert, die an den Abtastpunkten auftreten, wie von den Positionen des wiederherzustellenden Wertes y(t) bestimmt. Diese Gruppen von Werten können als Koeffizientenwerte gespeichert werden, die an ein Transversalfilter anzulegen sind. Fig. 7 zeigt einen Abtastfrequenzumsetzer, der auf dem oben beschriebenen Prinzip beruht. In Fig. 7 bezeichnet 30 jeweils eine Stufe eines Schieberegister, das n Stufen hat (n kann 32 sein). Das Ausgangssignal jeder Stufe 30 wird über einen digitalen Multiplizierer 31 an einen Summierer 32 übergeben. Jeder digitale Multiplizierer 31 empfängt auch einen Multiplikationskoeffizienten (der von der bestimmten Stufe 30 und der Zwischenabtastposition abhängt) von einer Speichervorrichtung, die schematisch mit 33 bezeichnet ist. Die tatsächliche Gruppe von Koeffizientenwerten, die an den Multiplizierer 31 angelegt werden, um irgendeine beliebige neue Abtastposition herzustellen, wird von Tabellenwerten abgeleitet, die in adressierbaren Speichervorrichtungen gehalten werden, wobei diese Tabellen die finite Impulsantwortfunktion definieren. Die Adresse, die an diese Vorrichtung angelegt wird, entspricht der Position des gewünschten neuen Abtastpunkts relativ zu den nächsten ursprünglichen Abtastpunkten, wobei diese relative Position aus einem Verzeichnis der neuen Abtastpunkten bezogen wird, die in Form des ursprüngliche Abtastabstands dargestellt ist. Die Anzahl der Einträge in dieser Tabelle steigt offensichtlich im Verhältnis zur Genauigkeit, mit der dieser Zwischenpunkt definiert werden muß, und auf dieser Überlegung beruht die notwendige Anzahl von Adreßbits.
  • Dieses Verfahren wird in vielen Anwendungen verwendet und bildet das bevorzugte bekannte Verfahren zur Abtastfrequenzumsetzung. Dieses Verfahren bringt jedoch allein aufgrund der Komplexität der Hardware Schwierigkeiten bei der Implementierung mit sich, wenn eine erhebliche Anzahl von Filterabgriffen erforderlich ist. Als allgemeine Regel gilt, je größer die Anzahl der Abgriffe im Filter, desto genauer kann eine Annäherung an eine gegebene Antwort erfolgen; wobei viele Anwendungen mindestens 32 Abgriffe erfordern, um eine akzeptable Interpolationsgenauigkeit zu erreichen. Obwohl bisher bereits integrierte komplexe Digitalfilterschaltungen hergestellt worden sind, sind diese im allgemeinen nur auf zwei Gruppen von vorher definierten und vorher geladenen Koeffizienten beschränkt, wobei der Vorteil der Integration nur wirklich erreicht wird, wenn die Speichervorrichtungen auf dem Filterchip integriert werden können. Dies würde eine größere Komplexität erfordern. Wenn die Anzahl der Stufen 32 (d. h. n = 32), die Anzahl der Zwischenabtastpositionen 1024 und die Anzahl der Bits, die für einen Multiplikationskoeffizienten erforderlich sind, etwa 12 ist, dann sind 32 · 1024 · 12 = 384 kBit Speicher für die Multiplikationskoeffizienten erforderlich, zusammen mit 32 Multiplizierem möglicherweise mit einer Bitgenauigkeit von 12 · 12.
  • WO-A-9307712 (veröffentlicht am 15. April 1993) offenbart einen Abtastfrequenzumsetzer mit einem ersten digitalen Filter hoher Ordnung, das dazu dient, die Abtastfrequenz zu verdoppeln, und einem zweiten Filter niedriger Ordnung mit einer zeitveränderlichen Öffnung, die dazu dient, die Abtastfrequenz relativ zum Zwischensignal zu verringern.
  • In EP-A-0390513 ist ein Abtastfrequenzumsetzer offenbart, und zwar mit einem ersten digitalen FIR- Filter, das dazu dient, das Eingangssignal einer Überabtastung mit einem ganzzahligen Vielfachen der Eingangsabtastfrequenz zu unterziehen, einer Einrichtung zum Interpolieren des Ausgangssignals desselben, einer Einrichtung zum Dezimieren des interpolierten Signals, um ein Ausgangssignal in der gewünschten Abtastfrequenz und ein zweites digitales FIR-Signal zur Entfernung einer unerwünschten Signalkomponente aus dem Ausgangssignal zu ergeben.
  • In GB-A-2240684 ist ein Abtastfrequenzumsetzer beschrieben, der eine Kaskade von Interpolationsfilern jeweils mit einer Vielzahl von selektiv dynamisch zuweisbaren Abgriffgruppen verwendet.
  • Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Abtastfrequenzumsetzer bereitzustellen, der zum Umsetzen zwischen digitalen Videoformaten geeignet ist und der keine so komplexe Hardware erfordert wie bekannte Abtastfrequenzumsetzer, die bereits beschrieben worden sind.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung und wie in Anspruch 1 definiert, wird ein Abtastfrequenzumsetzer bereitgestellt, der ein erstes digitales (FIR-)Filter mit finiter Impulsantwort aufweist, das einen Abtastfrequenzverdopplungsvorgang bewirkt, das eine erste Anzahl von Abgriffen mit festen Koeffizienten hat und dessen Ausgang mit einem zweiten digitalen FIR-Filter mit einer zweiten Anzahl von Abgriffen mit veränderlichen Koeffizienten verbunden ist, wobei die erste Anzahl relativ zu der zweiten Anzahl groß ist, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite FR-Filter vier Abgriffe mit veränderliche Koeffizienten und einen Frequenzgang hat, der sich einer Gaußschen Funktion nähert, und daß die charakteristischen Merkmale des ersten digitalen FIR-Filters gewählt sind, um einen Frequenzgang zu ergeben, der den Frequenzgang des zweiten digitalen FIR-Filters kompensiert, um den Gesamtfrequenzgang vollständig im oberen Teil des Durchlaßbandes zu halten.
  • Im wesentlichen stellt die vorliegende Erfindung einen Abtastfrequenzumsetzer bereit, der die bereits beschriebene Grundtheorie anwendet, aber ein zweistufiges Verfahren verwendet.
  • Der Abtastfrequenzumsetzer gemäß der vorliegenden Erfindung ist in der Lage, Ergebnisse mit gleicher Genauigkeit zu erzeugen (d. h. Verzerrungsgrad) wie ein digitales FIR-Filter mit einer erheblichen Anzahl von Abgriffen mit veränderlichen Koeffizienten und viel größerer Komplexität. Der Abtastfrequenzumsetzer gemäß der vorliegenden Erfindung kann verfügbare integrierte digitale FIR- Filterschaltungen verwenden.
  • In dem Abtastfrequenzumsetzer gemäß der Erfindung ist das zweite digitale FIR-Filter effektiv ein gekürztes FR-Filter, das auf einer relativ niedrigen Anzahl von Abgriffen beruht. Es wird jedoch eine relativ große Anzahl von Zwischenabtastpositionen bereitgestellt für die relativ niedrige Anzahl von Abgriffen, die bereitgestellt werden.
  • Das erste digitale FIR-Filter kann ein einziges digitales FIR-Filter sein, kann aber auch ein digitales FIR-Filterpaar sein. In dem ersteren Fall muß die Anzahl der Abgriffe 2n sein, während im zweiten Fall ein digitales FIR-Filter, das das erste FIR-Filter bildet, n Abgriffe haben kann und die anderen n-1 Abgriffe haben können.
  • In einem Beispiel, wo das erste digitale Filter aus einem einzigen digitalen FIR-Filter besteht, kann dies so eingerichtet sein, daß in jeder Abtastposition und in der Mitte zwischen zwei benachbarten Abtastpositionen Filtervorgang erfolgt. Das erste FIR-Filter kann 64 Abgriffe verwenden. In diesem Beispiel kann das zweite FIR-Filter einen ersten Speicher zur Aufnahme alternierender Ausgangssignale des ersten digitalen FIR-Filters und einen zweiten Speicher zur Aufnahme der anderen alternierenden Ausgangssignale des ersten digitalen FIR-Filters und vier digitale Multiplizierer haben, von denen jeder so verbunden ist, daß ein Multiplikationskoeffizient empfangen wird, wobei der erste und der zweite digitale Multiplizierer so eingerichtet sind, daß sie auf das Eingangs- bzw. Ausgangssignal des ersten Speichers ansprechen, und der dritte und vierte digitale Multiplizierer so verbunden sind, daß sie auf das Eingangs- bzw. Ausgangssignal des zweiten Speichers ansprechen.
  • In einem Beispiel, wo das erste digitale FIR-Filter aus zwei digitalen FIR-Filtern besteht, hat eines 31 Abgriffe und das andere 32 Abgriffe, und jedes hat eine Zwischenabtastposition, während das zweite digitale FR-Filter vier Abgriffe und eine Gesamtanzahl von 512 Zwischenabtastpositionen hat.
  • Eine Ausführungsform der Erfindung wird nachstehend mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, nämlich:
  • Fig. 1 ist ein Blockschaltbild eines Abtastfrequenzumsetzers gemäß der vorliegenden Erfindung;
  • Fig. 2 stellt Frequenzbereichsgänge für den Umsetzer gemäß Fig. 1 dar;
  • Fig. 3 ist ein ausführlicheres Blockschaltbild des Abtastftequenzumsetzers gemäß Fig. 1;
  • Fig. 4 besteht aus Blockschaltbildern von Teilen des Umsetzers.
  • Fig. 5 zeigt Durchlaßbandspektren von Filtern;
  • Fig. 6 stellt die Grundtheorie der digitalen FIR-Filter mit finiter Impulsantwort graphisch dar; und
  • Fig. 7 ist ein Blockschaltbild eines bekannten Abtastfrequenzumsetzers.
  • In der dargestellten Ausführungsform der Erfindung ist das mit einer Frequenz fs abgetastete Eingangssignal erst in einen ersten FIR-Filter 40 eingegeben (Fig. 1), das entweder aus einem oder aus zwei FIR-Filtern besteht, die in der Lage sind, einen Abtastfrequenzverdopplungsvorgang mit einem hohen Genauigkeitsgrad durchzuführen, während das Eingangssignal einer Frequenzgangkorrektur unterzogen wird, wie in Fig. 2 gezeigt, auf die wiederum Bezug genommen wird. Wenn man nochmals Fig. 1 betrachtet, so wird das Ausgangssignal des ersten Abtastfrequenzverdopplungs-Vorkorrektur-FIR-Filters 40 an ein Schieberegister übergeben, das aus vier Stufen 41 besteht. Das Ausgangssignal jeder Stufe 41 wird von einem digitalen Multiplizierer 42 multipliziert und an einen Summierer 43 übergeben.
  • Wie bei dem bekannten FIR-Filter, das in Fig. 7 dargestellt ist, empfängt jeder Multiplizierer 42 einen veränderlichen Multiplikationskoeffizienten (der von der bestimmten Stufe 41 und der Zwischenabtastposition abhängt) von einer Speichervorrichtung, die schematisch mit 44 bezeichnet ist. Wie bei dem bekannten FIR- Filter ist eine große Anzahl von Zwischenabtastpositionen vorhanden, und in diesem Beispiel sind es 512. Da nur vier digitale Multiplizierer 42 vorhanden sind, ist das zweite FIR-Filter in bezug auf das FIR-Filter nach dem Stand der Technik nicht so komplex, und die Größe des für alle Multiplilcationskoeffizienten erforderlichen Speichers und die erforderliche Anzahl von Multiplizierem und Addierern sind relativ klein.
  • Da nur vier Stufen im FIR-Filter vorhanden sind, das aus dem Schieberegister 41, den digitalen Multiplizierern 42 und dem Summierer 43 des zweiten HR-Filters gemäß Fig. 1 besteht, ist die Filterantwort nicht die gewünschte und wird mit einer dicken Kurve in Fig. 2c dargestellt. Diese Charakteristik ist nicht die eines idealen Tiefpaßfilters, aber durch sorgfältige Auswahl des Frequenzgangs kann sie dennoch die Anforderungen eines Interpolationsfilters erfüllen, wenn die Charakteristik des ersten Filters eine Kompensation ermöglicht. Das Filterdurchlaßband des FIR-Filters 40 ist in Fig. 2b dargestellt und führt eine Frequenzgangvorkorrektur durch. Die Filterantwort des Filters, der aus dem Schieberegister mit vier Stufen 41, den digitalen Multiplizierem 42 und dem Summierer 43 besteht, hat, wie bereits erwähnt, die Charakteristik, die in Fig. 2c gezeigt ist, und man erkennt, daß nach dem Ende des Gesamtfilterdurchlaßbandes die Filterantwort des zweiten FIR-Filters allmählich auf 0 abfällt, bevor die niedrigste Frequenz des ersten Wiederholungsspektrums erreicht ist, das bei 2fs in der Mitte liegt, wodurch die Komponente aus dem nunmehr mit 2fs abgetasteten Ausgangssignal beseitigt wird.
  • Der Abtastfrequenzverdopplungsvorgang (der des Filters 40) kann entweder in zwei FIR-Filtern mit 2n Abgriffen oder mit dem gleichen Genauigkeitsgrad in einem FIR-Filter mit 2n Abgriffen erfolgen. Für die hier beschriebene, bestimmte Anwendung ist es praktisch, zwei Filter zu verwenden, einen mit 31 und den anderen mit 32 Abgriffen. Verarbeitete Abtastwerte werden alternierend von den beiden Filtern mit einer Gesamtabtastfrequenz von 2fs erzeugt, wobei der Filtervorgang der früheren Beschreibung entspricht, außer daß in jedem Filter nur eine Gruppe von Koeffizienten erforderlich ist, wobei die Verwendung von speziell entwickelten integrierten Schaltungsfiltern möglich wird. Man kann aus Fig. 6b folgendes erkennen: Um einen Abtastwert an einem Punkt in der Mitte zwischen zwei vorhandenen Abtastpunkten wiederherzustellen, muß eine symmetrische Gruppe einer geradzahligen Anzahl von Abgriffen und zugeordneten Koeffizienten verwendet werden, und um einen Abtastwert an einem Punkt zu erzeugen, der mit einem vorhandenen Abtastpunkt übereinstimmt, ist eine ungeradzahlige Anzahl von Abgriffen und Koeffizienten erforderlich. Man kann erkennen, daß die Koeffizienten in beiden Fällen Abtastwerte des Wertes der kontinuierlichen Impulsantwortfunktion h(t) sind, wobei diese Funktion in diesem Fall dem Vorkorrekturfilterfrequenzgang entspricht, der in Fig. 2b gezeigt ist.
  • Wie bereits beschrieben, wird das mit 2fs abgetastete und vorkorrigierte Signal nunmehr an das Interpolationsfilter (41, 42, 43, 44) mit vier Abgriffen mit veränderlichen Koeffizienten angelegt, das gekennzeichnet ist durch den in Fig. 2c gezeigten Frequenzgang. Dieser Frequenzgang ist eine starke Annäherung an eine Gaußsche Funktion, wobei die für diese Anwendung gewählten Frequenzgangwerte folgende sind:
  • Frequenz relativer Frequenzgang
  • 0 1,00
  • fs/2 0,61
  • fs 0,11
  • 3fs/2 und darüber 0,00
  • Die Frequenzcharakteristik ist gewählt, da sie einen vernachlässigbaren Frequenzgang bei Frequenzen innerhalb des Bandes des Wiederholungsspektrums, das bei 2fs in der Mitte liegt, und der weiteren Spektren bei 4fs, 6fs usw. aufweist.
  • Die Vorkorrektur ist geeignet, den Gesamtfrequenzgang vollständig im oberen Teil des Durchlaßbandes zu halten, indem der fallende Frequenzgang berücksichtigt wird, der der Gaußschen Kurve zugeordnet ist. Es ist festgestellt worden, daß der Gesamtfrequenzgang durch sorgfältige Auswahl der Filtercharakteristik vollständig innerhalb von +0,01 dB im Durchlaßband gehalten werden kann.
  • Die oben beschriebene Ausführungsform der Erfindung kann auf jede Abtastfrequenzumsetzung angewendet werden, ist aber besonders für diejenige geeignet, die auf dem Gebiet der digitalen Videotechnik erforderlich ist, wenn in beiden Richtungen zwischen der Norm für digitale Komponenten, die als D1 bekannt ist, mit einer Abtastung von 13,5 MHz, und der Norm für digitale Signalgemische, die als D2 bekannt ist, mit einer Abtastung der vierfachen Farbhilfsträgerfrequenz (17,734475 MHz in dem Falle der Farbfernsehnorm PAL I und 14,31818 MHz in dem Falle der Farbfernsehnorm NTSC M), umgesetzt wird.
  • Fig. 3 zeigt eine Ausführungsform der Erfindung, die für die oben erwähnte Abtastfrequenzumsetzung geeignet ist, die erforderlich ist, wenn die Norm für digitale Signalgemische D2 in die Norm für digitale Komponenten D1 umgesetzt wird. Diese Schaltung ist für Abtastfrequenzumsetzung einer D2-Norm, die auf irgendeiner der Farbfernsehnormen (PAL I, NTSC M, PAL M usw.) beruht, in eine Abtastfrequenz von 13,5 MHz geeignet, und eine ähnliche Konfiguration, die die gleichen Techniken und Komponenten verwendet, kann die Abtastfrequenzumsetzung in der umgekehrten Richtung von der D1-Abtastfrequenz von 13,5 MHz in die vierfache Hilfsträgerabtastfrequenz von D2 durchführen.
  • 8- oder 10-Bit-Daten, die mit vierfacher Hilfsträgerfrequenz (4fsc) abgetastet worden sind, werden an zwei parallele digitale FIR-Filter 1 und 2 übergeben, die mit dem Eingangstakt von 4fsc getaktet werden. Diese Filter können programmierbare digitale integrierte FIR-Filterschaltungen sein, z. B. M27HC68PFP, vertrieben von SGS-Thomson Microelectronics. Das FIR-Filter mit 31 Abgriffen 1 ist mit einer Öffnung programmiert, die die Impulsantwort darstellt, die dem in Fig. 2b gezeigten Frequenzgang entspricht, wobei der wiederhergestellte Abtastwert immer mit einer vorhandenen 4fsc-Abtastposition übereinstimmt. Wie in Fig. 6b gezeigt, werden die Koeffizienten bereitgestellt, indem der Ursprung der Impulsantwort auf die gewünschte neue Abtastposition gelegt wird, die in diesem Fall mit einem vorhandenen Abtastwert übereinstimmt, und die Werte der Antwort in Abtastpositionen beobachtet werden, die vom Ursprung um 0,. 1,, 2,. 3,, 4 usw. Eingangsabtastperioden verschoben sind. Im Falle des FIR-Filters mit 32 Abgriffen 2 ist die neue Abtastposition immer in der Mitte zwischen vorhandenen Abtastpositionen. Dieses ist mit der gleichen Impulsantwort programmiert, enthält aber eine symmetrische Gruppe von Koeffizienten, die der Amplitude der Impulsantwortfunktion bei Verschiebung von, 1/2, 3/2, 5/2, 7/2 usw. Eingangsabtastperioden vom Ursprung entspricht.
  • Die beiden parallelen Datenströme von den übereinstimmenden und interpolierenden FIR-Filtern werden in First-in-first-out- (FIFO-)Speichervorrichtungen 3 und 4 gespeichert, die den Eingangstakt von 4fsc verwenden. Die vom FIFO gelesenen Takte werden abgeleitet, indem ein Takt mit der verdoppelten Taktfrequenz von 13,5 MHz (27 MHz) aufgetastet wird, um zwei Taktsignale jeweils mit einer Durchschnittsfrequenz 4fsc, aber mit steigenden Taktflanken zu den Zeiten zu erzeugen, die den steigenden Flanken des Taktes von 27 MHz entsprechen. Der Takt der Auftastimpulse bestimmt, welche vier Abtastwerte, zwei von jedem der beiden Datenströme, die Vier-Abtastwerte-Öffnung bilden, aus der der neue Abtastwert mit der Abtastfrequenz von 13,5 MHz im FIR-Filter mit vier Abgriffen 11 wiederhergestellt wird. Die Ableitung dieser Auftastimpulse wird später beschrieben.
  • Die übereinstimmenden und interpolierten Abtastwerte, die von den FIFOs ausgegeben werden, werden taktgerecht unter Verwendung der oben erwähnten FIFO-Lesetakte in Register 10 und 11 gespeichert, um eine kombinierte Datenfrequenz von Bfsc herzustellen.
  • Das FR-Filter mit vier Abgriffen 11 in Fig. 3 enthält vier Multiplizierer und einen Addierer, um die Ergebnisse der Multiplikation zu summieren. Ein Beispiel einer integrierten Schaltung, die dafür geeignet ist, ist die TMC2246, vertrieben von Raytheon. Koeffizienten aus den adressierbaren Speichervorrichtungen 6, 7, 8 und 9, die mit einem Taktübergang von 13,5 MHz getaktet sind, und die vier Abtastwerte auf beiden Seiten der Register 10 und 12 mit der ankommenden Abtastfrequenz von Bfsc stellen die Eingangssignale der Multiplizierer dar. Der Zeitablauf der Lesetakte für die FIFOs ist derartig, daß entsprechende Abtastwerte rechtzeitig für den nächsten Übergang von 13,5 MHz an die Multiplizierer übergeben werden. Das Ausgangssignal des FR-Filters mit vier Abgriffen ist der wiederhergestellte Abtastwert mit einer Abtastfrequenz von 13,5 MHz.
  • Während im Falle der FIR-Filter mit festen Koeffizienten die Koeffizienten, die 32 oder 31 Werten entsprachen, die auf festen Verschiebungen vom Ursprung beruhten, ist im Falle des Filters mit vier Abgriffen die gesamte Impulsantwort enthalten in adressierbaren Speichervorrichtungen, und die Verschiebungen zwischen der gewünschten neuen Abtastposition und den am nächsten gelegenen Eingangsabtastpositionen in Form von Eingangsabtastperioden werden als die Adressen bereitgestellt, wobei die Quantisierungsgenauigkeit der Verschiebungen durch die Anzahl der Adreßbits definiert ist. Die Adresse wird von der Phasenregelschleife abgeleitet, die den Takt von 13,5 MHz steuert, dargestellt als Schaltung 5 in Fig. 3 und ausführlicher in Fig. 4.
  • Ein mit 13,5 MHz abgetastetes Sinussignal der Hilfsträgerfrequenz wird digital aus dem Takt von 13,5 MHz im Hilfsträgerregenerator 20 in Fig. 4 erzeugt. Dieses wird im Digital-Analog-Umsetzer (DAC) 23 in ein Analogsignal umgesetzt und die Phase mit einer Geteilt-durch-vier-Version des ankommenden 4fsc-Taktes verglichen. Das Ergebnis dieses Phasenvergleichs wird verwendet, um den spannungsgesteuerten 27-MHz- Quarzoszillator (VCXO) 26 zu steuern, von dem der Takt von 13,5 MHz abgeleitet ist, wodurch der Takt von 13,5 MHz mit dem ankommenden 4fsc-Takt synchronisiert wird.
  • Die Feinphasensteuerung des Hilfsträgerregenerators kann eine indirekte Steuerung der Systemzeilenphase bewirken. Die Zeilenphase des ankommenden Videosignals ist durch die Synchronimpulse definiert, die in Fig. 3 und 4 als "line syncs" bezeichnet sind. In Fig. 3 werden die Synchronimpulse aus dem Signalgemisch extrahiert und im Digital-Analog-Umsetzer 13 umgesetzt. Im Phasenkomparator 24 in Fig. 4 wird "line syncs" mit der Systemzeilenphase, wie sie vom internen FH-Signal definiert ist, verglichen und die Differenz verwendet, um das Feinphasensteuereingangssignal des digitalen Hilfsträgerregenerator 20 zu regulieren. Da der regenerierte Hilfsträger mit dem ankommenden 4fcs-Taktsignal synchronisiert ist, hat dies die Auswirkung, daß sich die Taktfrequenz von 13,5 MHz ändert, bis Zeilensynchronisation erreicht ist. In Systemen, die nach der Abtastfrequenzumsetzung eine weitere Verarbeitung des digitalen Videosignals durchführen, können der Impulsgenerator 21 und der Phasenkomparator 24 in Fig. 4 in die nachfolgende Schaltung integriert sein.
  • Der digital regenerierte Hilfsträger wird durch Adressierung einer programmierbaren Vorrichtung erzeugt, die eine digitale Darstellung einer Sinuswelle ist. Durch Steuerung des Adreßinkrements, das jeder 13,5-MHz-Taktperiode zugeordnet ist, wird die Frequenz der regenerierten Sinuswelle gesteuert. Dies entspricht der Abtastung einer analogen Sinuswelle mit einem 13,5-MHz-Takt, und bei jeder Sinuswellenfrequenz erzeugt jede Taktperiode ein voraussagbares Phaseninkrement in analoger Wellenform. Im Falle einer Sinuswelle, die in einer 2048 · n-Bit-Speichervorrichtung gespeichert ist, und wenn man von der Fernsehnorm PAL I ausgeht, wo die Hilfsträgerfrequenz fsc 4,43361875 MHz beträgt, würde das Adreßinkrement für jeden 13,5-MHz-Taktzyklus 672 mit einem gebrochenen Teil von 10064/16875 betragen. Dies wird in zwei Zählerstufen implementiert. Ein Modulo-16875-Zähler inkrementiert jeden Taktzyklus um 10064, bei Überlauf dieses Zählers wird eins zu der zweiten Zählerstufe, einem Modulo-2048-Zähler addiert. Wenn kein Überlauf auftritt, würde dieser Zähler bei jedem Taktzyklus um 672 inkrementieren, aber ein Überlauf aus der vorherigen Stufe bewirkt ein Inkrement von 673. Die Feinphasensteuerungseingangssignal des digitalen Hilfsträgerregenerators kann in Abhängigkeit vom Zeilenphasenfehler bis zu acht von diesem Inkrement addieren oder subtrahieren.
  • Eine Multipliziert-mit-acht-Version der inkrementierenden Adresse des Hilfsträgerregenerators definiert die Beziehung zwischen der Abtastposition von 13,5 MHz und den frequenzverdoppelten (Bfsc) ankommenden Abtastpositionen und wird verwendet, um eine Distanzadresse für die Koeffizientenspeichervorrichtungen 6, 7, 8 und 9 bereitzustellen. Wenn es sich bei dem Eingabesignal um eine PAL I-Version von D2 handelt, ist die Beziehung zwischen der 8fsc-Abtastfrequenz und 13,5 MHz annähernd 2,627 : 1, so daß die Multipliziert-mit-acht-Version der inkrementierenden Adresse des Hilfsträgerregenerators bei jedem 13,5-MHz-Abtastwert um annähernd 2,627 Eingangsabtastwerte inkrementiert wird.
  • Die Auftastimpulse, die verwendet werden, um die FIFO-Lesetakte zu steuern, werden auch von der - Hilfsträgerregeneratoradresse abgeleitet. Das niedrigstwertige nichtgebrochene Bit dieser Multipliziert-mit-acht- Adresse bestimmt, ob der erste Abtastwert der Vier-Abtastwerte-Öffnungen aus einem übereinstimmenden oder interpolierten Verlauf stammt. Änderungen des Zustands dieser Bits werden verwendet, um zu ermöglichen, daß Extrataktflanken von 27 MHz in den FIFO-Lesetakten entweder übereinstimmender oder interpolierter Abtastwerte die am nächsten gelegenen vier Eingangsabtastwerte an die gewünschte Ausgangsabtastwertposition übergeben und den Verlauf zu ändern, der den ersten der vier Eingangsabtastungen enthält.

Claims (7)

1. Abtastfrequenzumsetzer, der ein erstes digitales (FIR-)Filter mit finiter Impulsantwort (40) aufweist, das einen Abtastfrequenzverdopplungsvorgang bewirkt, das eine erste Anzahl von Abgriffen mit festen Koeffizienten hat und dessen Ausgang mit einem zweiten digitalen FIR-Filter (41, 42, 43, 44) mit einer zweiten Anzahl von Abgriffen mit veränderlichen Koeffizienten verbunden ist, wobei die erste Anzahl relativ zu der zweiten Anzahl groß ist, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite FR-Filter vier Abgriffe mit veränderlichen Koeffizienten und einen Frequenzgang hat, der sich einer Gaußschen Funktion nähert, und daß die charakteristischen Merkmale des ersten digitalen FIR-Filters (40) gewählt sind, um einen Frequenzgang zu ergeben, der den Frequenzgang des zweiten digitalen FIR-Filters (41, 42, 43, 44) kompensiert, um den Gesamtfrequenzgang vollständig im oberen Teil des Durchlaßbandes zu halten.
2. Abtastfrequenzumsetzer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das erste digitale FIR-Filter aus einem einzelnen digitalen FIR-Filter (40) besteht, das so eingerichtet ist, daß ein Filtervorgang in jeder Abtastposition und in der Mitte zwischen zwei benachbarten Abtastpositionen erfolgt.
3. Abtastfrequenzumsetzer nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das erste digitale FIR-Filter (40) 64 Abgriffe verwendet.
4. Abtastfrequenzumsetzer nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite digitale FIR-Filter aufweist: einen ersten Speicher (10) zum Empfangen von alternierenden Ausgangssignalen des ersten digitalen FIR-Filters (40) und einen zweiten Speicher (12) zum Empfangen der anderen alternierenden Ausgangssignale des ersten digitalen FIR-Filters und vier digitale Multiplizierer, von denen jeder so verbunden ist, daß ein Multiplikationskoeffizient empfangen wird, wobei der erste und der zweite digitale Multiplizierer so eingerichtet sind, daß sie auf das Eingangs- bzw. Ausgangssignal des ersten Speichers (10) ansprechen, und der dritte und der vierte digitale Multiplizierer so verbunden sind, daß sie auf das Eingangs- bzw. Ausgangssignal des zweiten Speichers (12) ansprechen.
5. Abtastfrequenzumsetzer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das erste digitale FR-Filter ein Paar digitale FIR-Filter (1, 2) parallel aufweist, wobei das erste (1) von dem Paar von digitalen FR-Filtern so eingerichtet ist, daß ein FIR-Filtervorgang in der Abtastposition erfolgt, und das zweite (2) von dem Paar von digitalen FIR-Filtern so eingerichtet ist, daß ein Filtervorgang in der Mitte zwischen jedem Paar benachbarter Abtastpositionen erfolgt.
6. Abtastfrequenzumsetzer nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite digitale FIR-Filter aufweist: einen ersten Speicher (10) zum Empfangen des Ausgangssignals des ersten (1) von dem Paar von digitalen FIR-Filtern und einen zweiten Speicher (12) zum Empfangen des Ausgangssignals des zweiten (2) von dem Paar von digitalen FIR-Filtern und vier digitale Multiplizierer, von denen jeder so verbunden ist, daß ein Multiplikationskoeffizient empfangen wird, wobei der erste und der zweite digitale Multiplizierer so eingerichtet sind, daß sie auf das Eingangs- bzw. Ausgangssignal des ersten Speichers (10) ansprechen, und der dritte und der vierte digitale Multiplizierer so verbunden sind, daß sie auf das Eingangs- bzw. Ausgangssignal des zweiten Speichers (12) ansprechen.
7. Abtastfrequenzumsetzer nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß das erste (1) von dem Paar von digitalen FIR-Filtern ein digitales FIR-Filter mit 31 Abgriffen ist und das zweite (2) von dem Paar von digitalen FR-Filtern ein digitales FIR-Filter mit 32 Abgriffen ist.
DE69230788T 1992-03-14 1992-12-18 Abtastfrequenz-Umsetzer Expired - Fee Related DE69230788T2 (de)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
GB929205614A GB9205614D0 (en) 1992-03-14 1992-03-14 Sample rate converter suitable for converting between digital video formats

Publications (2)

Publication Number Publication Date
DE69230788D1 DE69230788D1 (de) 2000-04-20
DE69230788T2 true DE69230788T2 (de) 2000-09-07

Family

ID=10712152

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE69230788T Expired - Fee Related DE69230788T2 (de) 1992-03-14 1992-12-18 Abtastfrequenz-Umsetzer

Country Status (4)

Country Link
US (1) US5335194A (de)
EP (1) EP0561067B1 (de)
DE (1) DE69230788T2 (de)
GB (1) GB9205614D0 (de)

Families Citing this family (25)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB9121504D0 (en) * 1991-10-10 1991-11-27 Snell & Wilcox Ltd Signal sampling
KR100299399B1 (ko) * 1993-03-23 2001-10-22 이데이 노부유끼 레이트변환기및이를구비한촬상장치
DE69424754T2 (de) * 1993-12-08 2001-01-25 Nokia Mobile Phones Ltd., Salo Verfahren zur Umsetzung der Abtastfrequenz
EP0696848B1 (de) * 1994-08-08 2000-04-05 Micronas Intermetall GmbH Verfahren zur digitalen Interpolation von Signalen
US5534939A (en) * 1994-12-09 1996-07-09 Tektronix, Inc. Digital video clock generation system
JPH11505687A (ja) * 1995-05-02 1999-05-21 インノビジョン リミティッド 動作補償フィルタリング
GB2300538B (en) * 1995-05-02 1999-07-07 Innovision Res Ltd Motion compensated filtering
KR0165512B1 (ko) * 1996-01-29 1999-03-20 김광호 면적영향 상관방법 및 이를 이용한 디지탈 영상신호에 대한 클럭레이트 변환방법 및 장치
US5777679A (en) * 1996-03-15 1998-07-07 International Business Machines Corporation Video decoder including polyphase fir horizontal filter
US5754455A (en) * 1996-04-10 1998-05-19 Motorola, Inc. Method and apparatus for setting a bit-serial filter to an all-zero state
US5928313A (en) * 1997-05-05 1999-07-27 Apple Computer, Inc. Method and apparatus for sample rate conversion
CA2207670A1 (fr) * 1997-05-29 1998-11-29 Andre Marguinaud Procede de synthese d'un filtre numerique a reponse impulsionnelle finie et filtre obtenu selon le procede
JPH11239040A (ja) * 1997-12-20 1999-08-31 Matsushita Electric Ind Co Ltd ディジタルフィルタおよび通信装置
US20020021693A1 (en) * 1998-05-01 2002-02-21 At&T Corp. Sharing of voice-switched network and internet resources for intelligent session processing
US6563802B2 (en) * 1998-06-22 2003-05-13 Intel Corporation Echo cancellation with dynamic latency adjustment
US6831948B1 (en) 1999-07-30 2004-12-14 Koninklijke Philips Electronics N.V. System and method for motion compensation of image planes in color sequential displays
DE19961630A1 (de) * 1999-12-14 2001-07-05 Siemens Ag Verfahren und Anordnung zum Erfassen und digitalen Übertragen von analogen Ausgangsmeßgrößen mehrerer Wandler
DE10032520A1 (de) * 2000-07-05 2002-01-24 Infineon Technologies Ag Interpolationsfilter und Verfahren zur digitalen Interpolation eines digitalen Signals
DE10135089A1 (de) * 2001-07-11 2003-01-23 Siemens Ag Verfahren und Anordnung zum Erfassen und digitalen Übertragen von analogen Ausgangsmessgrößen mehrerer Wandler
US20040152418A1 (en) * 2002-11-06 2004-08-05 Engim, Inc. Unified digital front end for IEEE 802.11g WLAN system
DE10334064B3 (de) * 2003-07-25 2005-04-14 Infineon Technologies Ag Verfahren und Schaltungsanordnung zum Kalibrieren eines den Abtastzeitpunkt eines Empfangssignals beeinflussenden Abtastungssteuersignales eines Abtastphasenauswahlelements
DE602004017120D1 (de) * 2004-02-24 2008-11-27 Accent S P A Verfahren zur Implementierung eines fraktionalen Abtastratenumsetzers und entsprechende Umsetzerarchitektur
EP1569336B1 (de) * 2004-02-24 2010-04-07 ACCENT S.p.A. Verfahren zur Implementierung eines Abtastratenumsetzers mit rationalem Umsetzungsfaktor (FSRC) und entsprechende Architektur
US7049992B1 (en) * 2004-10-29 2006-05-23 Agilent Technologies, Inc. Sample rate doubling using alternating ADCs
US7599451B2 (en) * 2005-05-11 2009-10-06 Sigmatel, Inc. Sample rate conversion module and applications thereof

Family Cites Families (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4020332A (en) * 1975-09-24 1977-04-26 Bell Telephone Laboratories, Incorporated Interpolation-decimation circuit for increasing or decreasing digital sampling frequency
US4302631A (en) * 1979-11-28 1981-11-24 International Telephone And Telegraph Corporation Decimator apparatus for decreasing the word rate of a digital signal of the type employed in digital telephone systems
US4270026A (en) * 1979-11-28 1981-05-26 International Telephone And Telegraph Corporation Interpolator apparatus for increasing the word rate of a digital signal of the type employed in digital telephone systems
DE3102689A1 (de) * 1980-01-29 1982-01-21 Independent Broadcasting Authority, London Verfahren und anordnung zur verarbeitung digitaler signale
US4472785A (en) * 1980-10-13 1984-09-18 Victor Company Of Japan, Ltd. Sampling frequency converter
DE3171426D1 (en) * 1980-11-26 1985-08-22 Studer Willi Ag Method and circuit for converting the sampling frequency of a series of samples avoiding conversion into a continuous signal
US4460890A (en) * 1982-01-21 1984-07-17 Sony Corporation Direct digital to digital sampling rate conversion, method and apparatus
JP3089630B2 (ja) * 1989-03-30 2000-09-18 ソニー株式会社 サンプリングレート変換装置
US5057911A (en) * 1989-10-19 1991-10-15 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. System and method for conversion of digital video signals
GB2240684B (en) * 1990-02-06 1994-02-23 Sony Corp Digital signal interpolation
JPH10294646A (ja) * 1990-02-16 1998-11-04 Sony Corp サンプリングレート変換装置
GB9012326D0 (en) * 1990-06-01 1990-07-18 Thomson Consumer Electronics Wide screen television
GB9121504D0 (en) * 1991-10-10 1991-11-27 Snell & Wilcox Ltd Signal sampling

Also Published As

Publication number Publication date
EP0561067A3 (en) 1993-12-08
EP0561067B1 (de) 2000-03-15
GB9205614D0 (en) 1992-04-29
US5335194A (en) 1994-08-02
EP0561067A2 (de) 1993-09-22
DE69230788D1 (de) 2000-04-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE69230788T2 (de) Abtastfrequenz-Umsetzer
DE69428987T2 (de) Digital/Digital-Abtastratenumsetzer
DE69021982T2 (de) Vorrichtung und Verfahren zur Verwandlung digitaler Videosignale.
DE3855437T2 (de) Abtastfrequenzumsetzer zum Umsetzen einer niedrigen Abtastfrequenz in eine höhere Abtastfrequenz und Verfahren dafür
DE69128570T2 (de) Vorrichtung zur konversion eines abtastrate
DE4423224C2 (de) Videosignal-Dekoder und Verfahren zur Dekodierung von Videosignalen
DE3348202C2 (de)
DE68927304T2 (de) Abtastfrequenz-Konverter
DE3544865C2 (de) Programmierbarer digitaler Signalinterpolator
DE19651720A1 (de) Digitalmodulator und Digitaldemodulator
DE4336331A1 (de) Umwandlung der Abtastrate unter Verwendung von mehrphasigen Filtern mit Interpolation
DE4233738A1 (de) Digitaler interpolator
DE3050630C2 (de) Digitale Filterschaltung
DE60131115T2 (de) Abtastratenumwandler und Verfahren
DE69115324T2 (de) Digitale Interpolationsschaltung
DE3328017A1 (de) Datenprobenfilter mit interner dezimierung
DE69121626T2 (de) Einrichtung zur Fernsehsignalumwandlung
DE69318896T2 (de) FIR-Filtergerät für die Verarbeitung von Zeitmultiplexsignalen
DE69613203T2 (de) Schaltung zur digitalen Nyquistfilterung von Zwischenfrequenzsignalen
DE2831059C2 (de) Integrierender Kodeumsetzer
DE3509762C2 (de)
DE3421230C2 (de)
DE2718087A1 (de) Digitaldemodulator fuer linear amplitudenmodulierte datensignale
DE60032075T2 (de) Digitaler Restseitenbandmodulator
DE69314387T2 (de) Nicht-ganzzahlige Verzögerungsschaltung

Legal Events

Date Code Title Description
8364 No opposition during term of opposition
8339 Ceased/non-payment of the annual fee