JP2600237B2 - サンプリング周波数変換回路 - Google Patents

サンプリング周波数変換回路

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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は任意のサンプリング周波数に変換したディジ
タル信号を得るサンプリング周波数変換回路に関する。
従来アップモード変換を用いた単一段の補間フィルタ
による多段サンプリング周波数変換が提案されている。
これは、入力信号は、サンプリング周波数Fs1すなわちF
s(in)のサンプルによって定義され、これからサンプ
リング周波数Fs2すなわちFs(out)のサンプルが計算さ
れる。第1図はそのステップ1を示す。また第2図はそ
のステップ2を示し、サンプリング周波数は十分な帯域
外減衰を持つ1つのオーバーサンプリングディジタルフ
ィルタを用いて固定比率4倍に増加される。この第2図
において破線はどこで出力サンプルが必要かを示す。従
来第3図に示す如き二段の可変比率フィルタが用いら
れ、4回のオーバーサンプリングの後、2つの隣合うサ
ンプルが計算され、そして最後出力が線型補間によって
計算されていた。しかし、代表的な32,000個の係数と大
きいけれども扱えるフィルタを用いて出力を4倍のサン
プリング周波数4Fs1のサンプルから直接計算することは
可能である。この単一段の補間は第4図のブロック図に
示す如くハードウェアが簡素化されるので非常に有利で
ある。
この第4図は単一段の補間フィルタを伴うアップモー
ド多段サンプリング周波数変換回路を示す。この単一段
の補間フィルタを用いた出力サンプルの計算は第5図の
ように表すことができる。この第4図において↑kはサ
ンプリング周波数がkだけ増加することを示し、↓kは
サンプリング周波数がkだけ減少することを示す。また
(1)及び(2)は夫々ディジタルフィルタであり、
(3)はバッファ回路、(4)はクロック周波数Fs1
びFs2が供給されるクロックプロセッサーである。
フィルタの動作を表すのに用いられる方法は係数の計
算と相対時間差を理解するための鍵になる。設定された
フィルタの係数(4Fs(in)に関する)は、シフトして
示されており、従って中央線は所望の出力サンプリング
時間にあたる。もしこの長さが2のべき乗に選択される
と、正確に4入力サンプリング期間の長さをカバーす
る。4つの係数に対応する4入力サンプルのみがカバー
され、従って、他のフィルタ係数は力サンプルが零であ
ることにより、乗算値を計算する必要がない。2つの連
続するアドレス間の差は係数の1/4、即ち2のべき乗と
なることに注意する。
次に低価格サンプリング周波数変換フィルタを使用し
た場合につき説明する。第6図はこのアップモードを示
し、開始点は基本的な構成である。
第1段は、十分な帯域外減衰を有する1チップオーバ
ーサンプリングフィルタと、単一段補間フィルタと4Fs
(out)でのクロック処理と、上述のような簡素化した
バッファとで構成することができる。
インターフェイスに必要な回路は含まれていない。全
てのインターフェイスを含む外枠で囲まれた回路は、低
倍率回路を含む単一チップで作ることができよう。ダウ
ンモードの場合も同様な方法が使える。補間フィルタと
そのマイクロバッファはほとんど同一であるが、低価格
ダウンモード変換器または切り換え可能な変換器は簡単
に実施できる。
第7図は次の段階の簡素化したバッファ単一段補間を
示す。第7図において(13)はマイクロバッファ、(1
4)はROMである。単一段のアップモードでは次の点で有
利である。
比率の計算では2段のもので、1つの出力に10回の乗
算が必要なのに対し、単一段では大体4回でよい。ま
た、メモリ制御においては、2回必要な二重使用変数の
操作が1回で済む。係数ワード長の点でも有利であり、
内部ワード長においては内部変数がない。メモリーサイ
ズは1バッファセルのみである。
補間器とバッファは、クロックプロセッサに制御され
る1つのユニットとして設計しなければならない。最も
有効なのは、非常に少ないインストラクションセットし
か持たないマイクロエンジンとしてのアプローチであろ
う。上述したように、4Fs処理を基にして時間差の概念
が有効な設計の鍵である。
アップモードで使われる乗算器は、16×20ビットであ
り、出力ワード長(16ビット長)で切り捨てるアキュミ
ュレータを有する。
また、ダウンモードでも単一段補間器−バッファは非
常に有効である。アップモードでセットしたのと同じ係
数が使え、メモリーサイズも最小となる。この場合も4F
s量を基にした時間差の概念が有効な設計の鍵である。
ダウンモードに使われる乗算器は未だ定義されていな
い。検討用モデルを決め、使ってみなければならない。
最大値は確かに20×20ビットである。
また、16ビットディジタルオーディオ用サンプリング
周波数増加フィルタは2−15サンプルの時間解像力がな
ければならない。4倍のオーバーサンプリングの後、8K
の増加が更に必要となる。4倍のオーバーサンプリング
の後サンプリング周波数が64増加するフィルタは256
(ビット)長である。係数の補間または直接合成によ
り、16K増加用フィルタが計算される。その長さは256×
8K/64即ち32Kである。32ビットの係数を単に記憶するの
に全部で1Mビットの容量が必要である。これはマスクプ
ログラマブルROM(128×8ビット)1つで実施できる。
20ビットのワード長で十分である。2Mビットの容量を持
ち(256K×8ビット)、解像力が改善されたROMでも可
能である。係数の対称のためにメモリーサイズを減少す
ることができる。16ビットを越える解像力に対しては、
係数を記憶せずに補間によって最終係数を計算するのが
よい。
現存のサンプリング周波数変換回路は入力につながれ
たクロックでサンプリング周波数を増加し、1つの周波
数で値をバッファに供給する。値はバッファから別の周
波数で読み出され、最終的は補間は出力サンプリング周
波数につながれたクロックで行われる。言い替えれば、
正確な出力時間に属する出力サンプルは正確にその同一
時間に計算される。これは単なる原理であって、必要で
はない。別のタイミングを選択すれば、もっと安く実施
できるかもしれない。
第8図は従来の原理を示し、出力タイムグリッドで計
算するようにしたものである。この原理に対応した実施
例を第9図に示す。この第9図はアップモードの多段サ
ンプリング周波数変換器である。この第9図例で使用さ
れたバッファメモリは複雑であり両側で独立してそれら
自身の周波数で動作が可能である。
全処理を入力側か出力側に移し、中間バッファをなく
してしまうことは有益である。このような場合、出力信
号は正確に計算されるが、不規則な時間間隔で入力タイ
ミンググリットに発生される。従って、出力サンプル
は、例えばTBCのようなFIFOで正確に出力サンプリング
時間に合わせなければならない。
より簡単な型のバッファメモリーやメモリー制御によ
って、FIFOバッファとして実施される別の改良の可能で
ある。
先ず最初に、FIFOの入力/出力バッファを使った全く
新しい構成を様々な系で紹介する。これを実際に採り入
れてもほとんど利点がない。次により簡単な中間バッフ
ァを使った構成を紹介する。これは低価格サンプリング
レート変換に対する最良の解決法であろう。
以下、本発明によるサンプリング周波数変換回路の実
施例につき説明する。
中間バッファを使わずに入力または出力にのみバッフ
ァを使うことによってサンプリング周波数変換回路を作
ることは可能である。この原理を出力バッファを用いた
アップモード変換について説明する。その他の例は後述
する。
入力タイミングを基にして出力サンプルを計算するた
めの新しい原理を時間を軸にとって第10図に示す。これ
はいくつかの選択できる例の内の1つにすぎないことに
注意する。
簡単な実施例では、出力FIFOを用い、更に2Fs(in)
のようにサンプリング周波数が非常に高い最終フィルタ
段を設ける。必要な出力は時として2Fs(in)タイムグ
リッドに現れ、そしてFIFOに入力される。これはFs(ou
t)で読み出される。この実施例は2倍の計算比の計算
回路を必要とする。
この本例の原理は入力タイムグリッドを基に相対時間
差を計算する時にのみ作動する。従来の相対時間差の計
算は出力サンプリング周波数で行われるが、これは前述
のように出力Ts(out)qを測定し、2Fs(in)のように
十分高い周波数でサンプリングすることにより、何の不
利や回路の複雑化を伴わずに入力側に移すことができ
る。
この第11図は本例のアップモード多段サンプリング周
波数変換回路を示す。
更に効果的なアップ変換の方法は、Fs(in)からFs
(out)まで入力バッファを用いることである。サンプ
リング周波数が高くなってもサンプルが失われることは
ないが、サンプリング時間Fs(out)でサンプリングが
行われないことがある。固定比率のサンプル比増加はFs
(out)を基に行え、前述のように正確な補間が可能で
ある。クロック処理のタイミングは不変であるが、サン
プリング周波数増加用フィルタはバースト状態で作動し
なければならなく、クロック周波数はFs(in)からFs
(out)に高くなる。
第12図は平均をとり蓄積するために継続的にTs(ou
t)qを測定し、2Ts(in)のタイミングに入力する図を
示す。
第13図は本例によるアップモード多段サンプリング周
波数変換回路の入力FIFOを用いた出力に同期した補間処
理を行った例を示し、従来の出力側クロック処理が使
え、計算比率は2倍に増加しない。これに相当する構成
は、第14図に示す如く、先ず2Fs2を使ってオーバーサン
プリングを行うバッファを用いて、ダウンモード変換に
対しても適用できる。
第14図は、本例によるダウンモード多段サンプリング
周波数変換回路の例を示す。
また第15図は出力バッファを用いて本例によるダウン
モードの多段サンプリング周波数変換回路を示す。
以上述べた如く本例によれば第16図に示す如く入力サ
ンプリング周波数を基にすべての計算をおこない、複数
の入力サンプリング周波数から出力サンプリング周波数
に移るサンプルと動作フラグと出力部のFIFOとを含む、
多段サンプリング周波数変換と、出力サンプリング周波
数を基に全ての計算を行ない、複数の出力サンプリング
周波数から入力サンプリング周波数に移るサンプルと動
作フラグと、入力部のFIFOとを含む、多段サンプリング
周波数変換と、出力(入力)サンプリング周波数で相対
時間差dt及び/またはフィルタ係数アドレスを計算し、
複数の入力(出力)サンプリング周波数に用いるために
それらをサンプリングすることを提案するものである。
尚本発明は上述実施例に限ることなく本発明の要旨を
逸脱することなくその他種々の構成が取り得ることは勿
論である。
【図面の簡単な説明】
第1図は、第2図、第3図、第5図、第8図、第10図、
第12図及び第16図は夫々本発明の説明に供する線図、第
4図、第6図、第7図及び第9図は夫々サンプリング周
波数変換回路の例を示す構成図、第11図、第13図、第14
図及び第15図は夫々本発明サンプリング周波数変換回路
の実施例を示す構成図である。 (1)及び(2)は夫々ディジタルフィルタ、(3)は
バッファ回路、(4)はクロックプロセッサである。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平1−175310(JP,A) 特開 平1−175309(JP,A) 特開 昭61−204700(JP,A) 特開 昭62−101112(JP,A) 特開 昭63−299511(JP,A) 特開 昭53−40214(JP,A) 特公 昭55−25537(JP,B2) 特公 平3−9643(JP,B2) 特公 昭63−57993(JP,B2)

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】ディジタル・フィルタを用いてサンプリン
    グ周波数Fs1の第一のディジタル信号を任意のサンプリ
    ング周波数Fs2の第二のディジタル信号に変換する際
    に、入力及び出力標本化時点の瞬時時間差をサンプリン
    グ周波数変換のための制御量として用いるようにしたサ
    ンプリング周波数変換回路において、 上記第一のディジタル信号に対し、すべての計算を上記
    サンプリング周波数fs1に基づいて実行して出力サンプ
    ルを求めるディジタル・フィルタと、 上記ディジタル・フィルタにより求められた出力サンプ
    ルを、上記サンプリング周波数fs1のタイミングで入力
    し上記サンプリング周波数fs2のタイミングで出力する
    出力バッファと を備えたことを特徴とするサンプリング周波数変換回
    路。
  2. 【請求項2】ディジタル・フィルタを用いてサンプリン
    グ周波数fs1の第一のディジタル信号を任意のサンプリ
    ング周波数fs2の第二のディジタル信号に変換する際
    に、入力及び出力標本化時点の瞬時時間差をサンプリン
    グ周波数変換のための制御量として用いるようにしたサ
    ンプリング周波数変換回路において、 上記第一のディジタル信号を、上記サンプリング周波数
    fs1のタイミングで入力し上記サンプリング周波数fs2の
    タイミングで出力する入力バッファと、 上記入力バッファから出力されたディジタル信号に対
    し、すべての計算を上記サンプリング周波数fs2に基づ
    いて実行して出力サンプルを求めるディジタル・フィル
    タと を備えたことを特徴とするサンプリング周波数変換回
    路。
  3. 【請求項3】ディジタル・フィルタを用いてサンプリン
    グ周波数fs1の第一のディジタル信号を任意のサンプリ
    ング周波数fs2の第二のディジタル信号に変換する際
    に、入力及び出力標本化時点の瞬時時間差をサンプリン
    グ周波数変換のための制御量として用いるようにしたサ
    ンプリング周波数変換回路において、 上記時間差及び/またはフィルタ係数アドレスを上記サ
    ンプリング周波数fs2で計算する計算手段と、 上記計算手段により計算された上記時間差及び/または
    フィルタ係数アドレスを上記サンプリング周波数fs1で
    サンプリングするサンプリング手段と、 上記第一のディジタル信号に対し、上記サンプリング手
    段によりサンプリングされた上記時間差及び/またはフ
    ィルタ係数アドレスに基づくフィルタ係数で計算を実行
    して出力サンプルを求めるディジタル・フィルタと、 上記ディジタル・フィルタにより求められた出力サンプ
    ルを、上記サンプリング周波数fs1のタイミングで入力
    し上記サンプリング周波数fs2のタイミングで出力する
    出力バッファと を備えたことを特徴とするサンプリング周波数変換回
    路。
  4. 【請求項4】ディジタル・フィルタを用いてサンプリン
    グ周波数fs1の第一のディジタル信号を任意のサンプリ
    ング周波数fs2の第二のディジタル信号に変換する際
    に、入力及び出力標本化時点の瞬時時間差をサンプリン
    グ周波数変換のための制御量として用いるようにしたサ
    ンプリング周波数変換回路において、 上記第一のディジタル信号を、上記サンプリング周波数
    fs1のタイミングで入力し上記サンプリング周波数fs2の
    タイミングで出力する入力バッファと 上記時間差及び/またはフィルタ係数アドレスを上記サ
    ンプリング周波数fs1で計算する計算手段と、 上記計算手段により計算された上記時間差及び/または
    フィルタ係数アドレスを上記サンプリング周波数fs2で
    サンプリングするサンプリング手段と、 上記入力バッファから出力されたディジタル信号に対
    し、上記サンプリング手段によりサンプリングされた上
    記時間差及び/またはフィルタ係数アドレスに基づくフ
    ィルタ係数で計算を実行して出力サンプルを求めるディ
    ジタル・フィルタと を備えたことを特徴とするサンプリング周波数変換回
    路。
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