JP3915781B2 - サンプリング周波数変換装置 - Google Patents
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Description
この発明は上述した事情に鑑みてなされたものであり、僅かなバッファサイズで入出力サンプリング周波数の大きな揺らぎに対応できるサンプリング周波数変換装置を提供することをの目的としている。
請求項1記載のサンプリング周波数変換装置にあっては、入力データ(Din)のサンプリングタイミングに同期する入力クロック(CKin)と、出力データ(Dout)のサンプリングタイミングに同期するとともに前記入力クロック(CKin)には同期しない出力クロック(CKout)とが入力されると、前記出力クロック(CKout)を乗数MP倍に逓倍することにより、前記入力クロック(CKin)には同期も準同期もしないオーバーサンプリングクロック(CKover)を発生するオーバーサンプリングクロック発生手段(170)と、前記入力データ(Din)を順次記憶するFIFOバッファ(206)と、周波数比信号(Delta)を前記オーバーサンプリングクロック(CKover)毎に累積するとともに、その累積結果が所定条件を満たす毎に、前記FIFOバッファ(206)に書き込まれた入力データを順次読み出す読出手段(204,218,220)と、前記読出手段により読み出された入力データ(PD1)に対し、前記オーバーサンプリングクロック(CKover)毎に、前記累積結果に基づいて位相信号(PH)を出力し該位相信号(PH)に応じた1組の係数群によるローパスフィルタ処理を行う非同期サンプリング周波数変換を施し、前記オーバーサンプリングクロック(CKover)に同期したオーバーサンプリング信号(PDmid)を出力するオーバーサンプリング手段(200,120,130,140,152〜156)と、前記オーバーサンプリングクロック(CKover)の周波数であるオーバーサンプリング周波数(Fover)の「1/(MP・2)」倍以上の信号成分を除去しつつ、該オーバーサンプリング信号(PDmid)を「1/MP」にダウンサンプリングすることにより、前記出力クロック(CKout)に同期した前記出力データ(Dout)を出力するダウンサンプリング手段(158)と、前記FIFOバッファ(206)に既に書き込まれ前記読出手段によって未だ読み出されていないデータ数である差分データ(S208)に基づく調整値(S210)を、前記周波数比信号(Delta)に対して増減する周波数比信号調節手段(210,212,216)と、前記入力クロック(CKin)と前記出力クロック(CKout)とに基づいて、前記入力クロック(CKin)の周波数である入力サンプリング周波数(Fin)と前記オーバーサンプリング周波数(Fover)の周波数比を検出する周波数比検出手段(184)と、前記周波数比と、前記差分データ(S208)とに基づいて、前記周波数比信号(Delta)として強制的に設定され得る算出値(CV)を算出する算出手段(194)と、前記入力サンプリング周波数(Fin)または前記出力クロック(CKout)の周波数である出力サンプリング周波数(Fout)が所定のジャンプ条件を満たす程度に変動すると、前記周波数比信号(Delta)を前記算出値(CV)に強制的に設定する強制設定手段(215)とを有することを特徴とする。
また、請求項2記載のサンプリング周波数変換装置にあっては、入力データ(Din)のサンプリングタイミングに同期する入力クロック(CKin)と、出力データ(Dout)のサンプリングタイミングに同期するとともに前記入力クロック(CKin)には同期しない出力クロック(CKout)とが入力されると、前記出力クロック(CKout)を乗数MP倍に逓倍することにより、前記入力クロック(CKin)には同期も準同期もしないオーバーサンプリングクロック(CKover)を発生するオーバーサンプリングクロック発生手段(170)と、前記入力データ(Din)を順次記憶するFIFOバッファ(206)と、周波数比信号(Delta)を前記オーバーサンプリングクロック(CKover)毎に累積するとともに、その累積結果が所定条件を満たす毎に、前記FIFOバッファ(206)に書き込まれた入力データを順次読み出す読出手段(204,218,220)と、前記読出手段により読み出された入力データ(PD1)に対し、前記オーバーサンプリングクロック(CKover)毎に、前記累積結果に基づいて位相信号(PH)を出力し該位相信号(PH)に応じた1組の係数群によるローパスフィルタ処理を行う非同期サンプリング周波数変換を施し、前記オーバーサンプリングクロック(CKover)に同期したオーバーサンプリング信号(PDmid)を出力するオーバーサンプリング手段(200,120,130,140,152〜156)と、前記オーバーサンプリングクロック(CKover)の周波数であるオーバーサンプリング周波数(Fover)の「1/(MP・2)」倍以上の信号成分を除去しつつ、該オーバーサンプリング信号(PDmid)を「1/MP」にダウンサンプリングすることにより、前記出力クロック(CKout)に同期した前記出力データ(Dout)を出力するダウンサンプリング手段(158)と、前記FIFOバッファ(206)に既に書き込まれ前記読出手段によって未だ読み出されていないデータ数である差分データ(S208)に基づく調整値(S210)を、前記周波数比信号(Delta)に対して増減する周波数比信号調節手段(210,212,216)と、前記入力クロック(CKin)と前記出力クロック(CKout)とに基づいて、前記入力クロック(CKin)の周波数である入力サンプリング周波数(Fin)と前記オーバーサンプリング周波数(Fover)の周波数比を検出する周波数比検出手段(184)と、前記周波数比に基づいて、前記周波数比信号(Delta)として強制的に設定され得る算出値(CV)を算出する算出手段(194)と、前記入力サンプリング周波数(Fin)または前記出力クロック(CKout)の周波数である出力サンプリング周波数(Fout)が所定のジャンプ条件を満たす程度に変動すると、前記周波数比信号(Delta)を前記算出値(CV)に強制的に設定する強制設定手段(215)と、前記強制設定手段(215)によって前記周波数比信号(Delta)が強制的に設定されると、前記差分データ(S208)に対する前記調整値(S210)の感度を高め、この強制的な設定の後に前記周波数比信号調節手段(210,212,216)により調節された前記周波数比信号(Delta)の揺らぎの周期または経過時間に従って前記感度を低下させる感度調節手段(222)とを有することを特徴とする。
さらに、請求項3記載の構成にあっては、請求項2記載のサンプリング周波数変換装置において、前記周波数比信号(Delta)の直流成分を出力する直流成分出力手段(226)と、前記周波数比信号(Delta)と、前記直流成分のレベルとが交差するタイミングである交差タイミングを検出する交差タイミング検出手段(224)とをさらに有し、前記感度調節手段(222)は前記交差タイミングにおいて前記感度を低下させることを特徴とする。
また、周波数比信号が強制的に設定されると、差分データに対する調整値の感度を高め、しかる後にこの感度を下げる構成によれば、周波数比信号を急速に収束させるとともに、収束後は周波数比信号を安定させることができるから、必要なバッファサイズを小さくすることができる。
1.1.全体構成
次に、本発明の一実施例のサンプリング周波数変換装置の全体構成を図1を参照し説明する。
このサンプリング周波数変換装置には、図示せぬ入力側の機器よりシリアルデータである入力データDinと、この入力データDinのビット周期毎に立ち上がるビットクロックbCKinと、サンプリング周期毎に立ち上がる入力クロックCKinとが供給される。また、図示せぬ出力側の機器より、出力データDoutのビット周期毎に立ち上がるビットクロックbCKoutと、サンプリング周期毎に立ち上がる出力クロックCKoutとが供給される。サンプリング周波数変換装置は、これらの信号等に基づいて、ビットクロックbCKoutに同期するシリアルデータである出力データDoutを出力するものである。ここで、入力側の機器と出力側の機器はそれぞれ独自に生成したサンプリング周波数に基づいて音声信号を処理しており、この入力クロックCKinと出力クロックCKoutとは同期していない。
以下、図1における各構成要素の詳細構成を説明する。まず変換制御部180の構成を図2を参照し説明する。
図2において190,192は分周回路であり、各々入力クロックCKinおよび出力クロックCKoutを「64」分周する。181はFin計測部であり、「64」分周した入力クロックCKinの周期を計測することにより、その周波数である入力サンプリング周波数Finを「16ビット」の精度で算出する。同様に、186はFout計測部であり、「64」分周した出力クロックCKoutの周期を計測することにより、その周波数である出力サンプリング周波数Foutを「16ビット」の精度で算出する。
(1)Gin=1であれば、乗数MP=2。
(2)Gin=2のとき、
Gout=1であれば乗数MP=4、
Gout=2または3であれば乗数MP=2。
(3)Gin=3のとき、
Gout=1であれば乗数MP=8、
Gout=2であれば乗数MP=4、
Gout=3であれば乗数MP=2。
次に、FIFO&PLL回路200の構成を図3を参照し説明する。
図において204はカウンタであり、「0」〜「7」の範囲で入力クロックCKinを循環的にカウントする。206はFIFOバッファであり、書き込みおよび読み出しを独立に制御できる「8」ワードのRAMによって構成されている。FIFOバッファ206に対しては、上記シリアル・パラレル変換器110からのパラレルデータPDinが書込みデータwdtとして供給され、カウンタ204のカウント結果が書込みアドレスwadとして供給され、入力クロックCKinが書込みイネーブル信号weとして供給される。従って、FIFOバッファ206の各アドレス「0」〜「7」には、入力クロックCKinに同期して、データPDinが循環的に書き込まれてゆくことになる。
次に、第1フィルタ130の構成を図4を参照し説明する。図において132−0〜132−19は直列に接続された「20」個の2段のラッチ回路であり、シフト信号SHが出力されているタイミングに各入力端に供給されたデータをラッチし、その結果をそのシフト信号SHの立下がり以降に出力する。また、初段のラッチ回路132−0にはデータPD1が供給される。従って、ラッチ回路132−0〜132−19には、シフト信号SHの周期毎に過去「20」サンプルのデータPD1が記憶されることになる。134−0〜134−19は乗算器であり、これら過去「20」サンプルのデータPD1に対して各々係数C0〜C19を乗算する。136−1〜136−19は加算器であり、乗算器134−0〜134−19における乗算結果を加算し、その結果をデータPDmidとして出力する。
次に、第2フィルタ150の構成を図5を参照し説明する。
図において152−0〜152−63は直列に接続された「64」個の2段のラッチ回路であり、クロックCKoverの立上がりで各入力端に供給されたデータをラッチし、その結果を直後のクロックCKoverの立下がりで出力する。また、初段のラッチ回路132−0にはデータPDmidが供給される。従って、ラッチ回路152−0〜152−63には、クロックCKoverの周期毎に過去「64」サンプルのデータPDmidが記憶されることになる。154−0〜154−63は乗算器であり、これら過去「64」サンプルのデータPDmidに対して各々係数K0〜K63を乗算する。156−1〜156−63は加算器であり、乗算器154−0〜154−63における乗算結果を加算し、その結果をデータPD2として出力する。
2.1.通常動作
次に、本実施例の動作を説明する。ここでは、一例として、入力サンプリング周波数Finが「30kHz」であって出力サンプリング周波数Foutが「50kHz」であった場合の例を説明する。まず、入出力クロックCKin,CKoutが変換制御部180に供給されると、Fin計測部181およびFout計測部186において両周波数Fin,Foutが計測される。この例においては周波数Fin,Foutは何れも「入力グループGin=1(60kHz未満)」に属するから、乗数MP決定部185においては乗数MPが「2」に決定される。
次に、周波数FinまたはFoutに変動が生じた場合の動作を説明する。
図6の例においては、差分データS208は「3」または「4」を交互に繰り返している。また、カウンタ222のカウント値TCは、サンプリング周波数変換装置が動作を開始した後に比較的早い期間内に「4」以上の値に達する(その理由については後述する)。図9(a)によれば、差分データS208が「3」〜「5」であってカウント値TCが「4」以上であれば、微調整テーブル210が出力する微調整値S210は常に「0」であるため、周波数比信号Deltaに変化は生じない。しかし、ここで周波数Finが若干低下し、あるいは周波数Foutが若干上昇したと仮定すると、書込みアドレスwadの変化速度が読出しアドレスradの変化速度よりも相対的に遅くなるため、差分データS208が「2」または「1」に低下する。かかる場合、微調整テーブル210においては、差分データS208の値「2」または「1」に対応して、負値(「−1×2-32」または「−2×2-32」)の微調整値S210が出力される。
また、周波数FinまたはFoutが、微調整テーブル210によって調整可能な範囲を外れて急速に変化する場合もありうる。かかる場合には、周波数比算出部184において計測される周波数比Fin/Foverがジャンプ感度を超え、変動検出部196からレート変化信号RCが出力される。この場合には、セレクタ215を介して算出値CVが周波数比信号Deltaとしてラッチ回路216にラッチされるから、周波数比信号Deltaが略正しい値に直ちに設定されることになる。なお、周波数比算出部184から出力される周波数比Fin/Foverは、上述したように「15ビット」幅のデータであるが、実際に出力される周波数比Fin/Foverの精度はさらに低くなる。これは、高い精度で周波数比Fin/Foverを求めるためにはある程度の観測時間が必要である一方、実際に周波数FinまたはFoutに急速な変動が生じた場合には周波数比信号Deltaを迅速に変更しなければならないからである。
本発明は上述した実施例に限定されるものではなく、例えば以下のように種々の変形が可能である。
(1)微調整テーブル210が出力する微調整値S210は上記実施例のものに限定されず、入出力クロックCKin,CKoutの安定度に応じて適宜変更してもよい。例えば、微調整値S210として、図9(b)に示すものを採用してもよい。この例においては、微調整値S210は、カウント値TC=「0」〜「2」の第1段階と、TC=「3」,「4」の第2段階と、TC=「5」以上の第3段階とにおいて異なる値に設定されている。第2段階においては、第1段階よりは安定度が高く、第3段階よりは追従性の高い値が採用されている。この例では、「過渡期(第1,第2段階)」の長さが実施例のものよりも若干長くなるが、過渡期から安定期に、よりスムーズに状態を移行することができる。
Claims (3)
- 入力データのサンプリングタイミングに同期する入力クロックと、出力データのサンプリングタイミングに同期するとともに前記入力クロックには同期しない出力クロックとが入力されると、前記出力クロックを乗数MP倍に逓倍することにより、前記入力クロックには同期も準同期もしないオーバーサンプリングクロックを発生するオーバーサンプリングクロック発生手段と、
前記入力データを順次記憶するFIFOバッファと、
周波数比信号を前記オーバーサンプリングクロック毎に累積するとともに、その累積結果が所定条件を満たす毎に、前記FIFOバッファに書き込まれた入力データを順次読み出す読出手段と、
前記読出手段により読み出された入力データに対し、前記オーバーサンプリングクロック毎に、前記累積結果に基づいて位相信号を出力し該位相信号に応じた1組の係数群によるローパスフィルタ処理を行う非同期サンプリング周波数変換を施し、前記オーバーサンプリングクロックに同期したオーバーサンプリング信号を出力するオーバーサンプリング手段と、
前記オーバーサンプリングクロックの周波数であるオーバーサンプリング周波数の「1/(MP・2)」倍以上の信号成分を除去しつつ、該オーバーサンプリング信号を「1/MP」にダウンサンプリングすることにより、前記出力クロックに同期した前記出力データを出力するダウンサンプリング手段と、
前記FIFOバッファに既に書き込まれ前記読出手段によって未だ読み出されていないデータ数である差分データに基づく調整値を、前記周波数比信号に対して増減する周波数比信号調節手段と、
前記入力クロックと前記出力クロックとに基づいて、前記入力クロックの周波数である入力サンプリング周波数と前記オーバーサンプリング周波数の周波数比を検出する周波数比検出手段と、
前記周波数比と、前記差分データとに基づいて、前記周波数比信号として強制的に設定され得る算出値を算出する算出手段と、
前記入力サンプリング周波数または前記出力クロックの周波数である出力サンプリング周波数が所定のジャンプ条件を満たす程度に変動すると、前記周波数比信号を前記算出値に強制的に設定する強制設定手段と
を有することを特徴とするサンプリング周波数変換装置。 - 入力データのサンプリングタイミングに同期する入力クロックと、出力データのサンプリングタイミングに同期するとともに前記入力クロックには同期しない出力クロックとが入力されると、前記出力クロックを乗数MP倍に逓倍することにより、前記入力クロックには同期も準同期もしないオーバーサンプリングクロックを発生するオーバーサンプリングクロック発生手段と、
前記入力データを順次記憶するFIFOバッファと、
周波数比信号を前記オーバーサンプリングクロック毎に累積するとともに、その累積結果が所定条件を満たす毎に、前記FIFOバッファに書き込まれた入力データを順次読み出す読出手段と、
前記読出手段により読み出された入力データに対し、前記オーバーサンプリングクロック毎に、前記累積結果に基づいて位相信号を出力し該位相信号に応じた1組の係数群によるローパスフィルタ処理を行う非同期サンプリング周波数変換を施し、前記オーバーサンプリングクロックに同期したオーバーサンプリング信号を出力するオーバーサンプリング手段と、
前記オーバーサンプリングクロックの周波数であるオーバーサンプリング周波数の「1/(MP・2)」倍以上の信号成分を除去しつつ、該オーバーサンプリング信号を「1/MP」にダウンサンプリングすることにより、前記出力クロックに同期した前記出力データを出力するダウンサンプリング手段と、
前記FIFOバッファに既に書き込まれ前記読出手段によって未だ読み出されていないデータ数である差分データに基づく調整値を、前記周波数比信号に対して増減する周波数比信号調節手段と、
前記入力クロックと前記出力クロックとに基づいて、前記入力クロックの周波数である入力サンプリング周波数と前記オーバーサンプリング周波数の周波数比を検出する周波数比検出手段と、
前記周波数比に基づいて、前記周波数比信号として強制的に設定され得る算出値を算出する算出手段と、
前記入力サンプリング周波数または前記出力クロックの周波数である出力サンプリング周波数が所定のジャンプ条件を満たす程度に変動すると、前記周波数比信号を前記算出値に強制的に設定する強制設定手段と、
前記強制設定手段によって前記周波数比信号が強制的に設定されると、前記差分データに対する前記調整値の感度を高め、この強制的な設定の後に前記周波数比信号調節手段により調節された前記周波数比信号の揺らぎの周期または経過時間に従って前記感度を低下させる感度調節手段と
を有することを特徴とするサンプリング周波数変換装置。 - 前記周波数比信号の直流成分を出力する直流成分出力手段と、
前記周波数比信号と、前記直流成分のレベルとが交差するタイミングである交差タイミングを検出する交差タイミング検出手段と
をさらに有し、前記感度調節手段は前記交差タイミングにおいて前記感度を低下させることを特徴とする請求項2記載のサンプリング周波数変換装置。
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