JP4056126B2 - サンプリング値からの信号を集約するための方法および装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、それぞれの帯域幅が≦Ｂであり、それぞれｆ_A＞２Ｂであるサンプリング周波数を有し、アナログまたはデジタルあるいはその両方のサンプリング値として存在し、Ｎ＞１個の帯域が制限された時刻信号を集約するための方法および装置に関する。このような方法は、ドイツ出願ＤＥ ３２ ００ ９３４ Ａ１から既に知られている。
【０００２】
【従来の技術】
加算器を使用したアナログ信号の集約は、参考書、ＴｉｅｔｚｅおよびＳｃｈｅｎｋ著「Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ ｃｉｒｃｕｉｔ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ」第８版、１９８６年、２９９ページから３００ページと５７９ぺージから５８１ページに、たとえば記載されている。
【０００３】
デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）を介する中間アナログデジタル変換器（ＡＤＣ）を使用した、アナログ入力信号からのデジタル信号の集約、および、特にビデオ信号の領域における、デジタル−アナログ変換器（ＤＡＣ）を使用した処理信号の再アナログ化が、ヨーロッパ出願ＥＰ ０ ６９５ ０６６ Ａ２に、たとえば記載されている。
【０００４】
複数の帯域が制限された時刻信号の新しい合成信号への線形集約は、特に、複数の異なるソースからの音響を混合することで音声信号を重ねる音声技術、または、二つの異なるソースからの画像をクロスフェードすることで、ビデオ信号を組み合わせて新しいビデオ信号にするビデオ技術で行われている。サウンドミキシングの応用分野の例には、ラジオ、ディスクレコーディング業界、および他のサウンドキャリアの生産などの分野がある。さらに、サウンドミキシングは電話会議回線、すなわち遠距離通信の分野において、異なるソースからの複数の音響信号の集約に必要である。複数のビデオ信号をクロスフェードすることによる画像の混合は、たとえばテレビジョン、ビデオディスクの生産、他のビデオキャリア、ビデオレコーダ、カムコーダなど上でのビデオ表示として一般的である。ビデオ会議ではビデオ混合は行われないが、ウィンドウを会議システムの異なる参加者用のジョイントビデオにフェードする。
【０００５】
本明細書の最初に引用したドイツ出願ＤＥ ３２ ００ ９３４ Ａ１から既に知られている、デジタル走査サンプルという形で存在する低周波数信号の混合のための方法を使用することで、それぞれの端末で共同で可聴されるべき、共通端末向けのパルスが、アナログ加算器によって集約され、全時間枠中端末を制御する集約パルスの形で一つの時間フレーム内で伝送される。
【０００６】
知られている方法の欠点は、デジタルコンピュータ、または加算装置のハードウェア回路による個々の信号の集約のための計算時間が比較的長いことである。さらに、信号の減衰がかなりあり、その結果、デジタル集約の場合、加算される信号の再アナログ化の際の、アナログからデジタル、およびその逆の変換時に情報損失がある。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
したがって、本発明の目的は、かなり短い計算時間で集約が実行でき、できるだけ多くの低速で高価な加算器構成要素を節約し、処理中の信号の減衰を最少にして、結果として情報の損失を最少にするよう、本明細書の最初に引用した種類の方法を改善することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、全てのＮ個の時刻信号のサンプリング値が時間的にオフセットされ、互いに重ねられ、Ｂ’＞Ｂの帯域幅である低域通過フィルタに共同で入力され、合成信号が低域通過フィルタの出力から提供されるという、驚くべき、および効率的な方法によってこの目的を達成する。
【０００９】
アナログまたはデジタルサンプリング値として存在する異なるソースからの信号を、それぞれの信号について別々にアナログ信号に変換し、これを一つまたは複数のアナログ加算器またはデジタルプロセッサを使用して集約する知られている方法とは対照的に、本発明の方法では、異なる時刻信号のサンプリング値は時間的にオフセットされ、互いに重ねられ、受動低域通過フィルタを使用してアナログに変換される。それぞれ周波数ｆ_Aでサンプリングされた異なる信号のサンプリング値は、時分割マルチプレックス方式を使用して周波数がＮ・ｆ_Aの重ねられた信号に結合される。帯域幅Ｂ’＝ｆ_A／２の低域通過フィルタを使用した後続の濾過の際に、アナログ合成信号が生成され、さらに周波数ｆ_Aの処理でサンプリングすることができる。
【００１０】
これは一方では結果として質的に向上し、より高速な集約となり、他方では加算器、または入力信号のデジタル集約のための対応するプロセッサを節約することで、より費用効果の高い方法で集約を達成することができる。もう一つの利点は、本発明の方法を実行するのに適する装置が、たとえばＶＬＳＩチップなどの集積スイッチング回路に簡単な方法で統合することができることである。また一方では、本発明の方法は、計算時間で対応する利益をあげながら、ＤＳＰソフトウェアに簡単に組込むことができる。本発明の方法は、アナログ入力値だけでなくデジタル入力値の両方を加算するのに適している。
【００１１】
【発明の実施の形態】
特に、本発明の方法の構成において、Ｎ個の時刻信号のサンプリング値は時間的に互いに等間隔にオフセットされることが望ましい。これによって、最初から異なるソースからの固定した常に既知の信号の時間関係を構築し、同じ状態にすることができる。
【００１２】
本発明の別の好ましい構成は、クロック周波数Ｎ・ｆ_Aの低域通過フィルタに入力され互いに時間的にオフセットされるサンプリング値を提供する。
【００１３】
本発明の別の有利な構成において、アナログサンプリング値が入力される場合は、アナログ低域通過フィルタを使用することができ、この出力は時間的に連続する合成信号であり、部分的な信号の完全な集約を形成させる。
【００１４】
この方法は、アナログサンプリング値が時間的に連続する合成信号のサンプリングによって得られるため、さらに発展させることが好ましい。
【００１５】
あるいは、デジタルサンプリング値が入力される他の構成では、クロック周波数ｎ・ｆ_Aで動作するデジタル低域通過フィルタの使用を提供し、この出力は、単位あたりｎ・ｆ_Aのサンプリング値を有する、すなわちオーバーサンプル形式である合成信号である。これにより、オーバーサンプリング方法の全ての利点を利用することが可能になる。
【００１６】
この構成をさらに発展させると、オーバーサンプルされた合成信号を、クロック周波数Ｎ・ｆ_Aで動作するデジタル−アナログ（Ｄ／Ａ）変換器に入力として提供し、その出力信号は、好ましくは抵抗器−コンデンサ（ＲＣ）構成要素を使用して、後続の濾過を介して時間的に連続する合成信号を生成する。高価なフィルタをインストレーションする代わりに、オーバーサンプリングのため、フーリエ変換にしたがって周波数空間に定期的に起こるミラー信号の十分な抑制を確実にする、非常にシンプルな費用効果の高いＲＣフィルタ構成要素を使用することができる。
【００１７】
さらに発展させると、オーバーサンプルされた合成信号は、定期的にサンプリング値を省略する（デシメーション）ことで、好ましくはｉ＝１である、低サンプリング周波数ｉ・ｆ_A＜Ｎ・ｆ_Aに変換できるため、特に有利である。反対に、高サンプリング周波数は、架想のサンプリング値「０」を中間領域に挿入することによる、サンプリング率変換を使用して達成することもでき、この場合、最終的に低域濾過が完全な全体信号を生成する。
【００１８】
本発明の方法は、集約および低域濾過がデジタル信号プロセッサで実施される場合は、アナログ入力値を使用して、特に簡単でコストがかからない方法で実施することができる。
【００１９】
本発明のフレームワークは、それぞれが帯域幅≦Ｂであり、各サンプリング周波数がｆ_A＞２Ｂであり、アナログまたはデジタルあるいはその両方のサンプリング値として存在する、１より大きいＮ個の帯域制限された時刻信号を集約するための装置も含み、全てのＮ個の時刻信号のサンプリング値が時間的にオフセットされ、互いに重ねられる時分割マルチプレックスユニットが提供され、帯域幅Ｂ’がＢ’＞Ｂの低域通過フィルタは時分割マルチプレックスユニットに接続され、ここに重ねられた時間オフセットサンプリング値が共同で入力され、この出力から合成信号が提供できる。
【００２０】
本発明のさらなる利点は、説明および図からわかる。上記に記述した本発明の特徴、および後でリストする特徴は、個別でも如何なる組合せでも応用することができる。ここに示し説明する構成は、最終的な列挙として解釈すべきではなく、本発明を記述するための例示的な性格のものである。
【００２１】
本発明を図に示し、実施形態を使用してより詳細に説明する。
【００２２】
図１は、本発明による時刻信号の集約を形成するための、特に簡単な構造を示し、ここでは各時刻信号はサンプリング周波数ｆ_Aを有するサンプリング値として入力される。この場合、サンプリング周波数ｆ_Aは帯域制限された時刻信号の帯域幅の２倍より大きいかあるいは少くとも等しくなければならない。
【００２３】
両方のソースからの時刻信号は、時分割マルチプレックスユニット１１に入力され、ここで信号は時間的にオフセットされ互いに重ねられる。時刻信号のサンプリング値が時間的に等間隔の場合、これは好都合な条件であるため、この例の周波数が２・ｆ_Aのサンプリング値が、時分割マルチプレックスユニット１１から現れる。これらは、帯域幅がＢ’＞Ｂの低域通過フィルタ１２へ入力される。望ましい合成信号は、低域通過フィルタ１２の出力から提供することができる。
【００２４】
デジタル入力データの処理のための改良された構成が概略的に図２に示されている。この場合、この例では二つのソースからだけもう一度発生するデジタルサンプリング値は、時分割マルチプレックスユニット２１に入力され、好ましくはここで等間隔の時間オフセットがもう一度行われる。重ねられた時間オフセット信号は、その後、この例ではクロック周波数が２・ｆ_Aであるデジタル低域通過フィルタ２２へ送られる。デジタル低域通過フィルタ２２は、常に定期的に連続した望ましくない信号を生成するため、合成信号はデジタル−アナログ変換器（ＤＡＣ）２３を通ったあと、さらに、アナログ低域通過フィルタ２４へ送られ、これにより生成された信号の小さい周波数部分が周波数空間を通過でき、望ましくない定期的な信号の生成物を十分抑制するように高周波数を減衰させることができる。この例では、ＤＡＣ２３とデジタル低域通過フィルタ２２は、二つの異なるソースからの信号だけを処理しなければならないため、クロック周波数は２・ｆ_Aであり、時分割マルチプレックスユニット２１で互いに等間隔でオフセットされる。アナログ低域通過フィルタ２４は、低価格な一つのＲＣ構成要素か、または複数のＲＣ構成要素で構成することができる。
【００２５】
図３ａおよび図３ｂは、本発明の方法の順序を概略的に示す図である。図３ａは、下に互いのＮ個のソースの時刻信号を表し、信号はソース番号を表す「Ｓ」に続く数字によって識別され、もう一つの数字は、次のアナログ信号の内部のサンプリング値を表す。Ｎ個の異なるソースからの信号がマルチプレックスユニット３１へ送られ、ここで時間的にオフセットされ互いに重ねられるのが、図３ｂに概略的に示されている。同じソースからのサンプリング値は、時間的に等間隔にオフセットされる必要があるが、フィルタのインストレーションまたはＤＡＣが高速の信号処理を十分に扱える場合は、異なるソースからの信号が、時間的に等間隔でオフセットされる必要はない。
【００２６】
時分割マルチプレックスユニット３１の出力の結果として生じる信号列は、各個々のソースの信号が合成信号から再構築できるように、サンプリング周波数ｆ_Aの約半分に相当する帯域幅Ｂ’の通常の低域通過フィルタ３２へ送られる。
【００２７】
図４は、ここではアナログであり、異なるソースから発生する信号からのサンプリング値の処理を概略的に表す図である。図４には詳しく説明されていないが、信号は重ねられ、時分割マルチプレックスユニットで時間的にオフセットされ、他のソース全て（Ｓ２１からＳＮ１）からのサンプリング値が全て、第一ソースからの第一サンプリング値Ｓ１１と、第一ソースからの第二サンプリング値Ｓ１２との間に位置付けられるようにする。この列は、アナログ低域通過フィルタ４２へ送られ、ここから対応する連続的な合成信号がアナログ形式で現れる。
【００２８】
図５ａは、デジタルサンプリング値の入力を有する、同じ処理を表す図である。この場合、時間オフセットされ重ねられた信号は、クロック周波数がＮ・ｆ_Aのデジタル低域通過フィルタである低域通過フィルタ５２へ再度送られる。デジタルサンプリング値が周波数Ｎ・ｆ_Aである合成信号は、低域通過フィルタ５２の出力で生成され、図５ｂに示すように、これもクロック周波数がＮ・ｆ_AであるＤＡＣ５３へ送られる。ＤＡＣ５３の出力は、周波数Ｎ・ｆ_Aのアナログサンプリング値を含むが、これは上記のデジタル低域通過フィルタの動作モードのため、さらにＲＣ構成要素５４のアナログ低域濾過を受けなければならない。
【００２９】
デジタルサンプリング値のタイムフローがそれぞれｎ個のサンプリング値の等しいブロックに分割される場合、たいてい、各ブロックの第一番目の各サンプリング値を保持すれば、残りの（ｎ−１）個のサンプリング値は無視して十分である。このいわゆるデシメーション手順を使用して選択したサンプリング値は、反復周波数率ｆ_Aを有し、また望ましい合成信号を正確に表す。
【００３０】
反対に、サンプリング値の補間をいわゆるサンプリング率変換の助けを使用して行うことができる。図６は、時分割マルチプレックスユニット６１から時間的にオフセットされ互いに重ねられて現れるアナログ信号が、出力がサンプルホールド回路６５に提供される、アナログ低域通過フィルタ６２へ送られる方法を表す図である。サンプルホールド回路もまた、アナログ−デジタル変換器ユニット（ＡＤＣ）６３に接続され、この後で信号のデジタル処理が可能になる。サンプリング率変換のために、サンプリング周波数を増大させるには、サンプリング値が存在しない場所に「ゼロ値」を補間的に挿入する。
【００３１】
最後に図７は、時分割マルチプレックスユニット７１、「ゼロ値」を挿入し、対応するサンプリング率変換のための補間装置７６、低域通過フィルタ７２、および上記で説明したデシメーション手順にしたがって信号データを選択的に圧縮するためのデシメータ７７を有する、本発明による装置を概略的に示す図である。
【図面の簡単な説明】
【図１】示したサンプリング信号を使用して本発明の方法を実施する装置の概略図である。
【図２】図１の装置の改良された構成を示す図である。
【図３ａ】時間的に異なるソースから来る信号の概略図である。
【図３ｂ】図３ａの入力信号の時間オフセット集約および低域濾過の概略図である。
【図４】アナログ入力値を使用した本発明による集約の時間挙動の概略図である。
【図５ａ】本発明の方法の、デジタル入力値の合計の間の時間挙動の概略図である。
【図５ｂ】図５ａの装置の改良型を示す図である。
【図６】アナログ信号入力およびサンプリング率の変換の可能性を有する集約形成のための構造概略図である。
【図７】本発明の方法を補間法またはデシメーション法あるいはその両方を使用して実施するための構造概略図である。
【符号の説明】
１１、２１、３１、６１、７１ 時分割マルチプレックスユニット
１２、２２、５２、７２ デジタル低域通過フィルタ
２３、５３ デジタル−アナログ変換器（ＤＡＣ）
２４、３２、４２、６２ アナログ低域通過フィルタ
３１ マルチプレックスユニット
５４ ＲＣ構成要素
６３ アナログ−デジタル変換器（ＡＤＣ）
６５ サンプルホールド回路
７６ 補間装置
７７ デシメータ

Claims (10)

1. それぞれがＢより小さいかあるいはＢと等しい帯域幅を有し、それぞれのサンプリング周波数がｆ_Ａ＞２Ｂであり、アナログまたはデジタルあるいはその両方のサンプリング値として存在する、１より大きいＮ個の帯域制限された時刻信号の集約を形成するための方法であって、Ｎ個の時刻信号全てのサンプリング値が時間的にオフセットされ、互いに重ねられ、仮想のサンプリング値を挿入する補間装置に共同で送られ次に、補間装置から帯域幅Ｂ’がＢ’＞Ｂである低域通過フィルタ（１２、２２、３２、４２、５２、６２、７２）に共同で送られ、合成信号が低域通過フィルタ（１２、２２、３２、４２、５２、６２、７２）の出力から提供されることを特徴とする方法。
2. Ｎ個の時刻信号のサンプリング値が互いに時間的に等間隔にオフセットされることを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 互いに時間的にオフセットされるサンプリング値が、クロック周波数Ｎ・ｆ_Ａの低域通過フィルタ（１２、２２、３２、４２、５２、６２、７２）に入力されることを特徴とする請求項１または２に記載の方法。
4. アナログ低域通過フィルタ（１１、３２、４２、６２）がアナログサンプリング値のために使用され、時間的に連続する合成信号がその出力に現れることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の方法。
5. 合成信号のアナログサンプリング値が、サンプリングによって時間的に連続する合成信号から得られることを特徴とする請求項４に記載の方法。
6. クロック周波数ｎ・ｆ_Ａで動作するデジタル低域通過フィルタ（１２、２２、５２、７２）がデジタルサンプリング値のために使用され、時間単位あたりｎ・ｆ_Ａのサンプリング値を有する合成信号が、その出力に、すなわちオーバーサンプルされた形態で現れることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の方法。
7. オーバーサンプルされた合成信号が、クロック周波数がＮ・ｆ_Ａで動作する、デジタル−アナログ（Ｄ／Ａ）変換器（２３、５３）へ送られ、その出力信号が、好ましくはＲＣ構成要素（２４、５４）を使用した後続の濾波を通して時間的に連続する合成信号を生成することを特徴とする請求項６に記載の方法。
8. オーバーサンプルされた合成信号が、サンプリング値の周期的な省略（デシメーション）によって、好ましくはｉ＝１であり、ｉ・ｆ_Ａ＜Ｎ・ｆ_Ａである低サンプリング周波数に変換されることを特徴とする請求項６または７に記載の方法。
9. 集約および低域濾波がデジタル信号プロセッサを使用して実施されることを特徴とする請求項１から３または請求項６から８のいずれか一項に記載の方法。
10. それぞれがＢより小さいかあるいはＢと等しい帯域幅を有し、それぞれのサンプリング周波数がｆ_Ａ＞２Ｂであり、アナログまたはデジタルあるいはその両方のサンプリング値として存在する、１より大きいＮ個の帯域制限された時刻信号の集約を形成するための装置であって、
    Ｎ個の時刻信号全てのサンプリング値が時間的にオフセットされ、互いに重ねられる、時分割マルチプレックスユニット（１１、２１、３１、６１、７１）が備えられ、帯域幅Ｂ’がＢ’＞Ｂである低域通過フィルタ（１２、２２、３２、４２、５２、６２、７２）が時分割マルチプレックスユニット（１１、２１、３１、６１、７１）に接続され、そこで時間的にオフセットされ重ねられたサンプリング値は共同で入力され、合成信号が低域通過フィルタの出力から提供することが可能であり、補間装置が時分割マルチプレックスユニットと低域通過フィルタの間に配置され、補間装置は時分割マルチプレックスユニットから受信したデジタルサンプリング値に仮想のサンプリング値を挿入するように構成されることを特徴とする装置。

Images