DE69326517T2

DE69326517T2 - Verfahren und Vorrichtung zur digitalen Signalverarbeitung

Info

Publication number: DE69326517T2
Application number: DE69326517T
Authority: DE
Inventors: William Kentish
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1992-09-08
Filing date: 1993-07-16
Publication date: 2000-05-04
Anticipated expiration: 2013-07-17
Also published as: DE69326517D1; GB9218966D0; GB2270400B; EP0587286A1; GB2270400A; US5818746A; JPH06202852A; EP0587286B1

Description

Die Erfindung betrifft die digitale Signalverarbeitung.
Digitale Signalverarbeitungsfunktionen (DSP-Funktionen), wie das Mischen von digitalen Audiosignalen, benutzen additive Koppelmatrizen zur Erzeugung von Ausgangssignalen durch Addieren ausgewählter Gruppen von Eingangssignalen. Fig. 1 zeigt schematisch ein einfaches Beispiel einer bereits früher vorgeschlagenen digitalen additiven Koppelmatrix" bei der jedes von zwei digitalen Ausgangssignalen "P" und "Q" ausgewählte additive Kombinationen aus zwei digitalen Eingangssignalen A und B enthalten. Im vorliegenden Zusammenhang bedeutet "additive Kombination" der Signale A und B eine lineare Summierung von Null oder mehreren dieser Signale und umfaßt so die folgenden Möglichkeiten: A, B, A + B und 0 (Null).
In der Schaltung von Fig. 1 werden die Eingangssignale A und B parallel zwei Paaren von Wählern (oder Gattern) 10, 15 und 20, 25 zugeführt. Jeder Wähler kann durch ein entsprechendes Ausgangssignal ein- oder ausgeschaltet werden. Wenn ein Wähler eingeschaltet ist, gelangt das an dem Eingang des Wählers liegende Signal zu seinem Ausgang. Ein Wähler, der ausgeschaltet ist, liefert ein konstantes Ausgangssignal mit einer logischen Null. Die Ausgangssignale der beiden Paare von Wählern werden Addierern 30, 35 zugeführt, deren Ausgangssignale die Signale P und Q bilden.
Die Gruppe der Eingangssignale, die zur Erzeugung eines speziellen Ausgangssignals benutzt werden, läßt sich unter dem Steuereinfluß der Auswahlsignale variieren. Wenn z. B. der Wähler 10 eingeschaltet und der Wähler 15 ausgeschaltet ist, hat das Ausgangssignal des Addierers 30 (d. h. das Ausgangssignal P) die Größe (A + 0) = A. Wenn beide Wähler 10 und 25 eingeschaltet sind, hat das Ausgangssignal des Addierers 35 (d. h. das Ausgangssignal Q) die Größe (A + B).
Das Beispiel von Fig. 1 erfordert zwei Addierer, um aus zwei Eingangssignalen zwei Ausgangssignale zu erzeugen. Wenn die Matrixschaltung von Fig. 1 so erweitert wird, daß aus n Eingangssignalen m Ausgangssignale erzeugt werden, benötigt man m(n-1) Addierer. Dies bedeutet, daß die Matrix für acht Eingangssignale und acht Ausgangssignale 56 Addierer benötigt. Für 64 Eingangssignale und 64 Ausgangssignale wäre die Zahl der erforderlichen Addierer gleich 4032. Da die Herstellung von Addierschaltungen im allgemeinen schwieriger (und dementsprechend teurer) ist als beispielsweise die Herstellung von Auswahlschaltungen, ist es wün schenswert, die Zahl der für die Realisierung einer DSP-Schaltung der oben beschriebenen Art benötigten Addierer zu reduzieren.
US-A-3 751 650 beschreibt eine Recheneinheit, in der mehrere logische und arithmetische Kombinationen von Eingangssignalen erzeugt werden, wobei ein benötigtes Ausgangssignal aus den mehreren Kombinationen ausgewählt werden.
Die vorliegende Erfindung ermöglicht ein digitales Signalverarbeitungsgerät zur Erzeugung mehrerer digitaler Ausgangssignale, die jeweils eine Summierung von Null oder mehr aus einer Mehrzahl von digitalen Eingangssignalen repräsentieren, wobei das Gerät aufweist:
eine Einrichtung zur Bereitstellung wenigstens zweier diskreter Mehrzahlen von digitalen Zwischensignalen aus diskreten Untermengen der digitalen Eingangssignale,
und für jedes der digitalen Ausgangssignale:
(i) eine Mehrzahl von Signalwählern zum Auswählen von entsprechenden digitalen Zwischensignalen aus jeder der Mehrzahlen von digitalen Zwischensignalen und
(ii) eine Einrichtung zum Summieren der ausgewählten digitalen Zwischensignale für die Erzeugung des betreffenden digitalen Ausgangssignals.
In einem digitalen Signalverarbeitungsgerät gemäß der Erfindung werden zunächst digitale Zwischensignale erzeugt, die verschiedene additive Kombinationen der digitalen Eingangssignale repräsentieren, wobei aus den digitalen Zwischensignalen eine Auswahl getroffen wird. In vielen Fällen kann dadurch die Zahl der Addierer reduziert werden, die für die Realisierung einer Schaltung, z. B. einer digitalen additiven Koppelmatrix, benötigt werden, so daß die Herstellkosten einer solchen Schaltung, wie oben beschrieben, reduzieren können.
Man kann so vorgehen, daß das Ausgangssignal einfach mit dem ausgewählten digitalen Zwischensignal identisch ist. Alternativ kann das ausgewählte digitale Zwischensignal einer weiteren Signalverarbeitung unterzogen werden, um das digitale Ausgangssignal zu erzeugen. Es ist auch möglich, mehrere Signalwähler zu benutzen, mit denen eine entsprechende Vielzahl von Ausgangssignalen erzeugt wird.
In einem zweiten Aspekt ermöglicht die Erfindung ein Verfahren zur Erzeugung einer Mehrzahl von digitalen Ausgangssignalen, von denen jedes eine Summierung von Null oder mehr aus einer Mehrzahl von digitalen Eingangssignalen repräsentiert, mit den Verfahrensschritten:
Bereitstellung wenigstens zweier diskreter Mehrzahlen von digitalen Zwischensignalen aus jeweiligen diskreten Untermengen der digitalen Eingangssignale,
und für jedes der digitalen Ausgangssignale:
(i) Auswählen von entsprechenden digitalen Zwischensignalen aus jeder der Mehrzahlen von digitalen Zwischensignalen und
(ii) Summieren der ausgewählten digitalen Zwischensignale für die Erzeugung des betreffenden digitalen Ausgangssignals.
Im folgenden wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen, in denen gleiche Teile durchgehend mit gleichen Bezugszeichen versehen sind, beispielhaft beschrieben.
Fig. 1 zeigt ein Blockschaltbild einer bereits früher vorgeschlagenen digitalen additiven Koppelmatrix,
Fig. 2 zeigt ein Blockschaltbild einer digitalen additiven Koppelmatrix,
Fig. 3 zeigt ein Blockschaltbild einer mehrstufigen digitalen additiven Koppelmatrix.
Fig. 2 zeigt das Beispiel einer digitalen additiven Koppelmatrixschaltung, mit deren Hilfe zwei digitale Signale A und B kombiniert werden, um vier digitale Zwischensignale I&sub1;, I&sub2;, I&sub3; und I&sub4; zu bilden. Die vier digitalen Zwischensignale repräsentieren die vier möglichen additiven Kombinationen der zwei Eingangssignale A und B. Im einzelnen wird I&sub1; von einem Addierer 40 erzeugt und repräsentiert die Summe der Eingangssignale A und B, I&sub2; ist gleich dem Eingangssignal A, I&sub3; ist gleich dem Eingangssignal B und I&sub4; wird auf logisch Null gehalten.
Die vier digitalen Zwischensignale I&sub1; bis I&sub4; werden zwei Signalwählern 45, 50 zugeführt. Jeder dieser Signalwähler kann so gesteuert werden, daß er eines der vier digitalen Zwischensignale für die Ausgabe auswählt. In der Schaltung von Fig. 2 wird von dem Signalwähler 45 ein Ausgangssignal P und von dem Signalwähler 50 ein Ausgangssignal Q ausgewählt.
In der Anordnung von Fig. 2 werden zunächst Additionen (z. B. in dem Addierer 40) ausgeführt, um Zwischensignale zu erzeugen, die alle möglichen additiven Kombinationen der Eingangssignale repräsentieren, bevor die Signalwähler 45, 50 eine Signalauswahl vornehmen. Dies steht im Gegensatz zu der Anordnung von Fig. 1, bei der die Signalauswahl (von den Signalwählern 10, 15, 20, 25) durchgeführt wird, die für jedes Ausgangssignal festlegen, welche der Eingangssignale für die Erzeugung dieses Ausgangssignal addiert werden sollen. Man erkennt, daß in der Anordnung von Fig. 2 nur ein Addierer 40 benötigt wird, während in der Anordnung von Fig. 1 zwei Addierer 30, 35 erforderlich sind.
Die Signalwähler 45 und 50 in Fig. 2 treffen eine Auswahl aus einer Mehrzahl von Zwischensignalen, einschließlich des Signals I&sub4; (logisch Null). Wenn jedoch Signalwähler benutzt werden, die ein vorgegebenes Ausgangssignal logisch Null haben, wird das Zwischensignal I&sub4; nicht benötigt. Wenn weiterhin das Gerät von Fig. 2 mit einem nachfolgenden Signalverarbeitungsgerät verbunden ist, können die Signalwähler 45 und 50 Bestandteil der Eingangsschaltungen der betreffenden nachfolgenden Signalverarbeitungsgeräte sein.
Fig. 3 zeigt eine schematische Darstellung einer mehrstufigen digitalen additiven Koppelmatrix gemäß der Erfindung, in der vier digitale Eingangssignale A, B, C und D selektiv kombiniert werden können, um vier digitale Ausgangssignale P, Q, R und S zu bilden. In der Anordnung von Fig. 3 werden in der ersten Stufe nicht alle möglichen additiven Kombinationen der vier Eingangssignale als Zwischensignale erzeugt. Statt dessen werden die vier Eingangssignale in zwei Gruppen zu jeweils zwei Signalen, nämlich den Signalen A und B und Signalen C und D, angeordnet. Für jede der beiden Gruppen wird ein Satz von Zwischensignalen erzeugt, die alle möglichen additiven Kombinationen der betreffenden Gruppe repräsentieren. Und zwar erzeugt ein Addierer 55 die Summe der Eingangssignale A und B. Vier Zwischensignale, die A, B, A + B und 0 (logisch Null) repräsentieren, werden vier Signalwählern 70 parallel zugeführt. In ähnlicher Weise erzeugt ein Addierer 60 ein Signal, das die Summe der Eingangssignale C + D repräsentiert. Eine zweite Gruppe für vier Zwischensignale, die C, D, C + D und 0 repräsentieren, werden vier weiteren Signalwählern 65 parallel zugeführt.
Die Signalwähler 65, 70 sind paarweise angeordnet, wobei jedes Paar mit einem zugeordneten Addierer 80 verbunden ist. Dies bedeutet, daß jedes der Ausgangssignale P, Q, R und S durch eine Summierung der Ausgangssignale eines der Signalwähler 65 und eines der Signalwähler 70 erzeugt wird. Die Signalwähler 65 sind individuell steuerbar und wählen irgendeine der möglichen additiven Kombinationen der zwei Eingangssignale C und D (einschließlich eines Null-Signals) aus. Die Signalwähler 70 sind ebenfalls individuell steuerbar und wählen irgendeine der möglichen additiven Kombinationen der Eingangssignale A und B aus. Aus diese Weise kann die Summierung der Ausgangssignale eines der Signalwähler 65 und eines der Signalwähler 70 so gesteuert werden, daß sie eine geforderte additive Kombination der vier Eingangssignale A, B, C und D umfaßt. Wenn z. B. ein Ausgangssignal gefordert wird, das eine Summierung der Eingangssignale A, B und D repräsentiert, wird der entsprechende Signalwähler 70 so gesteuert, daß er das Zwischensignal auswählt, welches die Summe von A und B repräsentiert, und der entsprechende Signalwähler 65 wird so gesteuert, daß er das Zwischensignal auswählt, das das Eingangssignal D repräsentiert. Wenn die Ausgangssignale der zwei Signalwähler durch den zugehörigen Addierer 80 kombiniert werden, repräsentiert das resultierende Ausgangssignal die Summe A + B + D.
Die Schaltung von Fig. 3 erfordert nur sechs Addierer 55, 60, 80. Eine Schaltung der in Fig. 1 dargestellten Art zur Erzeugung von vier Ausgangssignalen aus vier Eingangssignalen würde hingegen m(n-1) = 4 (4-1) = 12 Addierer benötigen. Wenn eine Schaltung des in Fig. 2 dargestellten Typs verwendet würde, wären 11 Addierer erforderlich. Allgemein kann ein Satz von Eingangssignalen in k Untergruppen aufgeteilt werden, wobei jedes Ausgangssignal eine Summierung eines ausgewählten Exemplars der von jeder Untergruppe erzeugten Zwischensignale ist. Wenn die Untergruppen durch einen Index i gekennzeichnet werden, die Zahl der Eingangssi gnale in jeder Untergruppe mit wi und die Zahl der Ausgangssignale mit m, ist die erforderliche Zahl von Addierern durch folgende Gleichung gegeben:
Zahl der Addierer = m(k-1) + 2wi - (wi + 1)
Als Beispiel sind in der folgenden Tabelle die verschiedenen Anordnungen von Untergruppen in einer Schaltung zum Kombinieren von vier Eingangssignalen zur Erzeugung von vier Ausgangssignalen aufgelistet.
Die erste Zeile der Tabelle entspricht der Schaltung von Fig. 3, in der die vier Eingangssignale in zwei Untergruppen mit jeweils zwei Signalen angeordnet sind. In diesem Fall sind sechs Addierer erforderlich. Die vierte Zeile entspricht einer Schaltung des in Fig. 2 dargestellten Typs, bei der in der ersten Stufe Zwischensignale erzeugt werden, die allen möglichen additiven Kombinationen der Eingangssignale entsprechen. In der oben benutzten Terminologie würde dieses einer einzigen Untergruppe mit vier Signalen entsprechen. Die letzte Zeile der Tabelle entspricht einer Schaltung des in Fig. 1 dargestellten Typs, die Wähler benutzt, welche die zu addierenden Signale auswählen, um die einzelnen Ausgangssignale zu erzeugen, und bei der keine digitale Zwischensignale benutzt werden. In diesem Fall reduziert sich die obige Formel auf m(n-1) = 12, wie dies anhand von Fig. 1 beschrieben wurde.
Die relativen Vorteile verschiedener Untergruppenanordnungen können mit der obigen Gleichung getestet werden, und für die Verwendung in einer speziellen Schaltung kann die jeweils vorteilhafteste Anordnung ausgewählt werden. Im allgemeinen wird diejenige Anordnung die vorteilhafteste sein, die die wenigsten Addierer benötigt, wobei in einigen Fällen jedoch zur Erleichterung oder mit Rücksicht auf die Symmetrie der Implementierung eine Untergruppenanordnung erwünscht sein kann, die mehr als die kleinstmögliche Zahl von Addierern umfaßt.
Obwohl die oben beschriebenen Ausführungsbeispiele diskrete Addierer und Signalwähler benutzen, ist es für den einschlägigen Fachmann offensichtlich, daß die Erfindung auch z. B. mit einer programmierbaren Logikanordnung oder einem Universalcomputer mit geeigneter Softwaresteuerung verkörpert werden kann.

Claims

1. Digitales Signalverarbeitungsgerät zur Erzeugung einer Mehrzahl von digitalen Ausgangssignalen (P, Q, R, S), von denen jedes eine Summierung von null oder mehr aus einer Mehrzahl von digitalen Eingangssignalen (A, B, C, D) repräsentiert, wobei das Gerät aufweist:

eine Einrichtung (55, 60) zur Bereitstellung wenigstens zweier diskreter Mehrzahlen von digitalen Zwischensignalen (0, A, B, A + B; 0, C, D, C + D) aus diskreten Untermengen (A, B, C, D) der digitalen Eingangssignale,

und für jedes der digitalen Ausgangssignale:

(i) eine Mehrzahl von Signalwählern (65, 70) zum Auswählen von entsprechenden digitalen Zwischensignalen aus jeder der Mehrzahlen von digitalen Zwischensignalen (0, A, B, A + B; 0, C, D, C + D) und

(ii) eine Einrichtung (80) zum Summieren der ausgewählten digitalen Zwischensignale für die Erzeugung des betreffenden digitalen Ausgangssignals (P, Q, R, S).

2. Verfahren zur Erzeugung einer Mehrzahl von digitalen Ausgangssignalen (P, Q, R, S), von denen jedes eine Summierung von null oder mehr aus einer Mehrzahl von digitalen Eingangssignalen (A, B, C, D) repräsentiert,

mit den Verfahrensschritten:

Bereitstellung wenigstens zweier diskreter Mehrzahlen von digitalen Zwischensignalen (0, A, B, A + B; 0, C, D, C + D) aus jeweiligen diskreten Untermengen (A, B, C, D) der digitalen Eingangssignale,

und für jedes der digitalen Ausgangssignale:

(i) Auswählen von entsprechenden digitalen Zwischensignalen aus jeder der Mehrzahlen von digitalen Zwischensignalen (0, A, B, A + B; 0, C, D, C + D) und

(ii) Summieren der ausgewählten digitalen Zwischensignale für die Erzeugung des betreffenden digitalen Ausgangssignals (P, Q, R, S).