JP3464913B2 - サンプルレートコンバータ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はミニディスク（Ｍ
Ｄ）に代表されるデジタルオーディオ等に用いるサンプ
ルレートコンバータに関するもので、特に入力信号のサ
ンプルレートが出力信号のサンプルレートと非同期であ
る非同期型のサンプルレートコンバータに係る。

【０００２】

【従来の技術】従来、非同期型のサンプルレートコンバ
ータはアイエー出版社発行、ラジオ技術誌１９９４年５
月号第１３３頁〜第１４４頁に記載されたものが知られ
ている。非同期型のサンプルレートコンバータにおいて
は、入出力信号のサンプルレート比、つまり周波数比が
どうなっているかを求めることが重要で、この正確さが
変換性能を決める重要なポイントとなる。この周波数比
を求めるには、計測時間が長いほど分解能が向上する
が、入出力サンプルレートが変化すると計測遅れによる
誤差が増加する。そこで、従来のサンプルレートコンバ
ータでは、３２出力サンプルの周期を計測してＴ１と
し、これを６４個加えた値をＴ２とする。周波数比が一
定の場合はＴ１を６４倍した値とＴ２は等しくなるの
で、Ｔ２を周波数比とし用い、周波数比が変化している
場合はＴ１を６４倍した値とＴ２が一致しないため計測
遅れによる誤差の少ないＴ１を周波数比として用いるも
のである。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記のよ
うな非同期型のサンプルレートコンバータの構成では、
計測値Ｔ１を得るためにも少なくとも３２出力サンプル
の周期を計測せねばならず、出力サンプルが仮に２２.
６７６μｓ（サンプリング周波数ｆｓ＝４４.１kHz）で
ある場合は、７２５.６μｓ待たなければｆｓ変換が行
われない。しかもその計測値の精度は低い。高い精度を
用いようとすれば、更に６４倍の時間（４６.４ms）を
待たねばならず、しかも、入力される信号のサンプリン
グレートが一定であることを確認するためには更に４
６.４msが必要となり、都合９２.８ms待たねばならな
い。これだけ変換開始が遅れると、必要とされるデータ
の頭切れが無視できなくなるという課題があった。

【０００４】本発明は上記の問題点に鑑み、素早くｆｓ
変換を開始することができ、しかも正確な周波数比を用
いることができるサンプルレートコンバータを提供する
ものである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】この課題を解決するため
に本発明は、第１のサンプルレートを有する入力信号を
第２のサンプルレートを有する出力信号に変換するサン
プルレートコンバータにおいて、前記第１のサンプルレ
ートと第２のサンプルレートの周波数比データを異なる
精度で検出する少なくとも３個の第１，第２，最終の周
波数比検出手段を有し、前記第１の周波数比検出手段は
前記第１，第２のサンプルレートの周波数比データの概
略値を素早く求め、前記第２の周波数比検出手段は前記
第１，第２のサンプルレートの周波数比データを前記第
１の周波数比検出手段よりも時間を要するが精度良く求
め、前記最終の周波数比検出手段は前記第１，第２のサ
ンプルレートの周波数比データを前記第２の周波数比検
出手段よりも更に時間を要するが更に精度良く求め、か
つ新たなサンプルレートを有する前記入力信号として与
えられたとき、前記第１の周波数比検出手段の検出結果
に基づき予め定められた値を周波数比データとして出力
し、次いで、前記第２の周波数比検出手段の検出結果に
基づいて前記周波数比データの補正を行ない、次いで、
前記最終の周波数比検出手段の検出結果が得られた段階
で該検出結果を周波数比データとして出力し、該周波数
比データに基づきサンプルレートの変換を行うようにし
たものである。

【０００６】また、前記第１の周波数比検出手段は前記
第１のサンプルレートが一定であることを検出する手段
を有しており、該検出手段出力に基づき、前記第２〜最
終の周波数比検出手段が動作を開始するようにしたもの
である。

【０００７】

【発明の実施の形態】本発明の請求項１記載の発明は、
通常入力される入力信号が有するサンプルレートは３２
kHz，４４.１kHz，４８kHzの何れかにほぼ限定されてお
り、しかも何れの場合も水晶発振子等が用いられた非常
に安定度の高いサンプルレートであることを利用したも
のである。

【０００８】第１のサンプルレートを有する入力信号を
第２のサンプルレートを有する出力信号に変換するサン
プルレートコンバータにおいて、第１のサンプルレート
と第２のサンプルレートの周波数比データを異なる精度
で検出する少なくとも３個の周波数比検出手段を有して
おり、第１の周波数比検出手段により素早く周波数比デ
ータの概略値を求め、この値に基づいて予め定められた
値を周波数比データとして出力する。

【０００９】次いで、第２の周波数比検出手段がやや精
度の高い周波数比データを求め、第１の周波数比検出手
段によって定められた周波数比データと矛盾がないかを
チェックし、矛盾がない場合は第１の周波数比検出手段
により定めた周波数比データをそのまま周波数比データ
として用い、矛盾が生じた場合は第２の周波数比検出手
段により得られた周波数比データを用いる。

【００１０】次いで、最終の周波数比検出手段が周波数
比データを求め、この時点でこの値を周波数比データと
して用いるようにする。しかし、第１の周波数比検出手
段により定められた周波数比データの値は、最終の周波
数比検出手段が出力するであろう周波数比データの値を
予め推定したものであるため、第１のサンプルレートを
有する入力信号が与えられると直ちに正確な周波数比デ
ータを発生させるという作用を有する。

【００１１】本発明の請求項２記載の発明は、第１の周
波数比検出手段が前記第１のサンプルレートが一定であ
ることを検出する手段を有しており、該検出手段により
入力信号のサンプルレートが一定であることを確認した
後に第２〜最終の周波数比検出手段が動作を開始するよ
うにしたものである。これにより、第２以降の周波数比
検出手段が入力信号のサンプルレートが不安定な箇所を
含む周波数比データを求めることを防ぎ、最初に求めた
周波数比データから正確な値となるという作用を有す
る。

【００１２】以下、本発明の実施形態について図面を用
いて説明する。

【００１３】（実施の形態）図１は本発明の実施の形態
におけるサンプルレートコンバータの構成を示すブロッ
ク図である。サンプルレート変換部２は、周波数比検出
器１により求められた周波数比データ３に基づいて入力
信号４のサンプルレート変換を行ない出力信号５として
出力する。ここではサンプルレート４４.１kHzに変換し
ている。周波数比検出器１より与えられるＲＤＹ信号６
が“１”になると変換動作を開始する。ここにおけるサ
ンプルレート変換部２は、例えば、従来例として用いた
ようなものを用いてよい。

【００１４】図２は図１の周波数比検出部１の構成を示
すブロック図である。図２に示すとおり、ここでは、入
力クロック（ＣＬＫ）７の周波数比データを検出する３
個の周波数比検出回路１０〜１２と、セレクタ１３〜１
５と、差検出器１６と、ＯＲゲート１７と、ＡＮＤゲー
ト１８とで構成される。

【００１５】ここでは入力クロック７は入力信号４のサ
ンプルレートの６４倍のクロックとなっている。周波数
比検出回路１０はやや時間を要するが、精密な周波数比
データ３を求めるものである。ここでは最大１９ビット
の周波数比データを求めるものを用いている。周波数比
データが求まると、ＲＤＹ信号６が“１”になる。

【００１６】周波数比検出回路１１は、周波数比検出回
路１０より精度が落ちるが、比較的精密な周波数比デー
タ３を求めるものである。ここでは最大１６ビットの周
波数比データを求めるものを用いている。精度が３ビッ
ト落ちるので、検出に要する時間は１／８で済む。周波
数比データが求まると、ＲＤＹ信号６が“１”になる。

【００１７】周波数比検出回路１２は、高速に周波数比
データ３の概略値を求めるものである。ここでは最大７
ビットの周波数比データを求めるものを用いている。精
度が周波数比検出回路１１に比較して９ビット落ちるの
で、検出に要する時間は１／５１２で済む。周波数比デ
ータが求まると、ＲＤＹ信号６が“１”になる。差検出
器１６はセレクタ１３の出力と周波数比検出回路１１の
出力の差を比較し、差が一定値以上であれば“１”を出
力する。ここでは、周波数比検出回路１１の出力が１６
ビットであるので、周波数比検出回路１１の出力を８倍
した値とセレクタ１３の出力を比較し、差が±８以上あ
れば“１”を出力するようになっている。

【００１８】次に、図１に示すサンプルレートコンバー
タの動作について図２とともに説明する。

【００１９】外部機器、例えば衛星放送等より入力信号
４が与えられたとする。この入力信号より入力クロック
７が取り出され、周波数比検出器１に与えられる。図２
に示すとおり、入力クロック７は３個の周波数比検出回
路１０〜１２に与えられる。先ず周波数比検出回路１２
が素早く、しかし大まかに入力クロックが上記３種類の
何れであるかを判別する。７ビット程度の精度があれば
十分に判別が可能である。４４.１kHzを４０Ｈ（末尾の
Ｈはその値が１６進表示であることを示す）として、入
力クロックに比例した値を周波数比データ３として出力
する。セレクタ１３では、この値に基づき、周波数比検
出回路１２の周波数比データが４４Ｈ〜４６Ｈであれば
端子Ａ、３９Ｈ〜４１Ｈであれば端子Ｂ、２ＤＨ〜２Ｅ
Ｈであれば端子Ｃに与えられているデータを選択し出力
する。同時に、周波数比検出回路１２は周波数比データ
が上記範囲にある時はＲＤＹ信号６が“１”になり、サ
ンプルレート変換部２がサンプリングレート変換動作を
開始する。

【００２０】これらの端子に与えられている値は、４
４.１kHzに対する１８〜１９ビットの正確な周波数比デ
ータであり、セレクタ１４，セレクタ１５を介してこの
値が周波数比データ３として周波数比検出器１より出力
される。

【００２１】ここで重要なことは、現在一般的に市販さ
れているデジタルオーディオ信号を発生する機器は、そ
の殆どすべてがサンプルレートが３２kHz，４４.１kH
z，４８kHzの何れかに限られており、しかもこれらは水
晶振動子のような非常に安定度が高く、しかも正確な周
波数のものが用いられることである。故に上記のように
して短時間で入力クロックの概略の周波数比を測定した
だけでも殆どの場合その正確な周波数比データが推定で
きると言うことである。このようにして非常に短時間で
しかも精度の高い周波数比データを得ることができ、こ
の値に基づいてサンプルレート変換部２がサンプリング
レート変換を行うことができる。

【００２２】また、逆に、周波数比検出回路１２の周波
数比データ出力が上記３通りの値（４４Ｈ〜４６Ｈ，３
９Ｈ〜４１Ｈ，２ＤＨ〜２ＥＨ）に入らない場合は、Ｒ
ＤＹ信号６が“０”のままであり、サンプルレート変換
部２に置いてサンプルレート変換動作は行なわれない。
これにより、接続されている機器が特殊なものの場合は
正確な実測による周波数比データが得られるまでサンプ
ルレート変換動作を行なわないようになっている。

【００２３】次に周波数比検出回路１１が、比較的精度
の高い（ここでは最大１６ビット）周波数比データを検
出して出力し、同時にＲＤＹ信号６を“１”にする。こ
の１６ビットの周波数比データは差検出器１６とセレク
タ１４の端子Ｂに与えられる。差検出器１６では前述の
とおり、セレクタ１３の出力と周波数比検出回路１１に
よる周波数比データの比較を行ない、差が一定範囲以内
であれば“０”を出力する。前述のように、通常は入力
クロックの周波数精度が高いので、差検出器１６の出力
は“０”となり、ＡＮＤゲート１８によってセレクタ１
４は端子Ａの値を選択し端子Ｙより出力する。

【００２４】ここで、周波数比検出回路１１による周波
数比データとセレクタ１３の出力の差が大きい場合（こ
こでは８以上）は差検出器１６の出力は“１”となる。
これは、入力クロックの周波数精度が高くないことを意
味する。この場合はＡＮＤゲート１８の入力がともに
“１”となるためセレクタ１４は端子Ｂの値を選択し、
端子Ｙより出力する。つまり、実測による周波数比デー
タを優先させることにより実際の入力クロックの周波数
と内部での検出値との差異による影響を無くすようにし
ている。

【００２５】また、前述の周波数比検出回路１２の周波
数比データ出力が上記３通りの値（４４Ｈ〜４６Ｈ，３
９Ｈ〜４１Ｈ，２ＤＨ〜２ＥＨ）に入らない場合には、
周波数比検出回路１２のＲＤＹ信号が“０”のままでサ
ンプルレート変換部２によるサンプルレート変換動作が
開始されないが、周波数比検出回路１１のＲＤＹ出力が
“１”になった時点でＯＲゲート１７の出力が“１”に
なり、周波数比検出回路１１による周波数比データを用
いてサンプルレート変換部２がサンプルレート変換動作
を開始する。

【００２６】次に周波数比検出回路１０が、精度の高い
（ここでは最大１９ビット）周波数比データを検出して
出力し、同時にＲＤＹ信号を“１”にする。この１９ビ
ットの周波数比データはセレクタ１５の端子Ｂに与えら
れる。周波数比検出回路１０のＲＤＹ信号はセレクタ１
５の端子Ｓに与えられているので、セレクタ１５は周波
数比検出回路１０によって得られた精度の高い周波数比
データを選択して周波数比データとして周波数比検出器
１より出力する。この時点では周波数比データは実測値
であり、仮に温度変化等で入力クロックの周波数が変動
した場合においても正しく追従することができる。ま
た、前述の、入力クロックが上記３通りの値でない場合
であっても全く問題がないことは言うまでもない。

【００２７】図３は図２の周波数比検出回路１２の具体
例を示すブロック図である。この図を説明すると、カウ
ンタ２０はマスタクロック（ＭＣＫ）１９をクロックと
して４４.１kHzの周期を計測するカウンタである。フリ
ップフロップ２１はマスタクロック（ＭＣＫ）１９とは
非同期である入力クロックの同期をとるためのものであ
る。エッジ検出器２２はカウンタ２０からの出力のダウ
ンエッジを検出するとマスタクロック（ＭＣＫ）１９の
１周期分のパルス、エッジパルス（ＥＰ）３３を発生す
る。エッジ検出器２３はフリップフロップ２１の出力の
アップエッジを検出するとマスタクロック（ＭＣＫ）１
９の１周期分のパルスを発生する。カウンタ２４は７ビ
ットのカウンタであり、エッジ検出器２３が発生するパ
ルス信号のカウントを行なう。フリップフロップ２５，
２６，２９，３０は７ビットのフリップフロップであ
る。遅延器２７は入力されるエッジパルス（ＥＰ）３３
をマスタクロック（ＭＣＫ）１９の１周期分遅延させ
る。比較器３１は２入力の差をとり差が±２以内で、か
つ２入力の値が４４Ｈ〜４６Ｈ，３９Ｈ〜４１Ｈ，２Ｄ
Ｈ〜２ＥＨである場合に“１”を出力する。なお図示し
てはいないが、すべてのカウンタ，フリップフロップは
リセット端子を有しており、イニシャルリセット等の信
号によりリセット可能となっている。

【００２８】次に図３に示す回路の動作について説明を
行なう。エッジ検出器２３によりカウンタ２４は入力ク
ロック（ＣＬＫ）７にほぼ同期してカウントアップを行
なう。このカウント値がエッジ検出器２２によるエッジ
パルス（ＥＰ）３３によりフリップフロップ２５にラッ
チされる。フリップフロップ２５の旧データはフリップ
フロップ２６にラッチされる。減算器２８がフリップフ
ロップ２５の出力からフリップフロップ２６の出力の値
を減算する。故に、減算結果は４４.１kHzの周期内の入
力クロックのパルス数を表す。この値がフリップフロッ
プ２９にラッチされる。

【００２９】フリップフロップ２９とフリップフロップ
３０には同じクロック信号が与えられているので、フリ
ップフロップ３０にはフリップフロップ２９の旧データ
が格納されている。比較器３１がフリップフロップ２９
とフリップフロップ３０の値の比較を行なう。入力クロ
ックの周波数が安定していれば、当然これらの値の差は
±２の範囲となり、また、入力クロックのサンプルレー
トが３２kHz，４４.１kHz，４８kHzの何れかであればフ
リップフロップ２９，３０の値は４４Ｈ〜４６Ｈ，３９
Ｈ〜４１Ｈ，２ＤＨ〜２Ｅの何れかとなっている。この
とき、比較器３１は“１”を出力し、フリップフロップ
３２がこれをラッチしてＲＤＹ信号６として出力する。

【００３０】周波数比検出回路１０，１１もほぼ同様の
回路構成となっているが、周波数比検出回路１０では、
カウンタ２０が４４.１kHzの周期の４０９６倍を計測す
るカウンタとなっており、カウンタ２４が１９ビットの
カウンタで、その後のフリップフロップ２５，２６，２
９も１９ビットとなっている。また、フリップフロップ
２９の出力が周波数比データ３として出力される。

【００３１】また、ＲＤＹ信号６は図４に示されるよう
に、エッジ検出器２２の出力によってクロックされるフ
リップフロップ４０の出力を用いればよい。フリップフ
ロップ４０は周波数比検出回路１２のＲＤＹ信号が
“０”の時にリセットがかかるようになっている。周波
数比検出回路１１では、カウンタ２０が４４.１kHzの周
期の５１２倍を計測するカウンタとなっており、カウン
タ２４が１６ビットのカウンタで、その後のフリップフ
ロップ２５，２６，２９も１６ビットとなっている。

【００３２】また、フリップフロップ２９の出力が周波
数比データ３として出力される。また、周波数比検出回
路１０同様、ＲＤＹ信号は図４に示されるように、エッ
ジ検出器２２の出力によってクロックされるフリップフ
ロップ４０の出力を用いればよい。フリップフロップ４
０は周波数比検出回路１２のＲＤＹ信号が“０”の時に
リセットがかかるようになっている。

【００３３】なお、周波数比検出回路１０，１１におい
ては、フリップフロップ４０もそうであるが、他のフリ
ップフロップ，カウンタ類はすべて周波数比検出回路１
２のＲＤＹ信号が“０”の時にリセットがかかるように
なっている。このようにすることにより、入力クロック
の周波数が安定してから周波数比検出回路１０，１１で
は周波数比データの計測を開始するようにしている。

【００３４】なお、以上の本実施の形態においては、周
波数比検出回路１０，１１にそれぞれカウンタ２０，カ
ウンタ２４を備えるようにしたが、無論共有化しても良
いことは言うまでもない。また、周波数比データの精度
として１８〜１９ビットとしているが、必要に応じて増
減させて良いことは当然である。

【００３５】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、通
常入力信号として与えられる信号のサンプルレートは３
２kHz，４４．１kHz，４８kHzの何れかであり、しかも
かなり正確な値であることを利用し、上記周波数比検出
回路によって直ちに正確な値をサンプルレート変換部に
与えるようにしたため、素早くサンプルレート変換を開
始することができ、しかも精度の高い周波数比データを
用いてのサンプルレート変換が行なえるという効果が得
られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態におけるサンプルレートコ
ンバータの構成を示すブロック図

【図２】図１の周波数比検出器１の構成を示すブロック
図

【図３】図２の周波数比検出回路１２の具体例を示すブ
ロック図

【図４】図２の周波数比検出回路１０，１１におけるＲ
ＤＹ信号を発生する回路の１例図

【符号の説明】

１ 周波数比検出器 ２ サンプルレート変換部 １０，１１，１２ 周波数比検出回路 １３，１４，１５ セレクタ １６ 差検出器

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 第１のサンプルレートを有する入力信号
   を第２のサンプルレートを有する出力信号に変換するサ
   ンプルレートコンバータにおいて、前記第１のサンプル
   レートと前記第２のサンプルレートの周波数比データを
   異なる精度で検出する少なくとも３個の第１，第２，最
   終の周波数比検出手段を有し、前記第１の周波数比検出
   手段は前記第１，第２のサンプルレートの周波数比デー
   タの概略値を素早く求め、前記第２の周波数比検出手段
   は前記第１，第２のサンプルレートの周波数比データを
   前記第１の周波数比検出手段よりも時間を要するが精度
   良く求め、前記最終の周波数比検出手段は前記第１，第
   ２のサンプルレートの周波数比データを前記第２の周波
   数比検出手段よりも更に時間を要するが更に精度良く求
   め、かつ新たなサンプルレートを有する前記入力信号と
   して与えられたとき、前記第１の周波数比検出手段の検
   出結果に基づき予め定められた値を周波数比データとし
   て出力し、次いで、前記第２の周波数比検出手段の検出
   結果に基づいて前記周波数比データの補正を行ない、次
   いで、前記最終の周波数比検出手段の検出結果が得られ
   た段階で該検出結果を周波数比データとして出力し、該
   周波数比データに基づきサンプルレートの変換を行うこ
   とを特徴とするサンプルレートコンバータ。
2. 【請求項２】 前記第１の周波数比検出手段は前記第１
   のサンプルレートが一定であることを検出する手段を有
   しており、該検出手段出力に基づき前記第２〜最終の周
   波数比検出手段が動作を開始するようにしたことを特徴
   とする請求項１項記載のサンプルレートコンバータ。