JP5191203B2 - アップダウンサンプリング装置とアップダウンサンプリング方法、及びそのプログラム - Google Patents
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3/2倍等の有理数比でサンプリングレート変換を行う従来のアップダウンサンプリング装置の機能構成例を、図10に示してその動作を簡単に説明する。
「シミュレーションで学ぶディジタル信号処理−MATLABによる例題を使って身につける基礎から応用」、尾知博著、CQ出版、東京、pp.143-147,2001
この発明は、このような点に鑑みてなされたものであり、少ない周波数分析点数で周波数領域のアップダウンサンプリングを行なう方法と、その装置と、プログラムを提供することを目的とする。
周波数合成部15は、出力信号周波数スペクトルYU/M(ejωT’’)を入力としてサンプリング周波数(U/M)fSで再合成し、時間領域の出力信号yU/M(nT’’)を出力する(ステップS15)。周波数合成の方法としては、例えば逆フーリエ変換が利用できる。
ここで、例えばU=2,M=3とした場合の動作を、周波数スペクトルを示して説明する。あるアナログ信号を、例えばサンプリング周波数fS=4kHzで離散値とし、その信号を周波数分析した結果を模式的に図3(a)に示す。図3(a)の横軸は、周波数を角周波数ω(rad)で表わす。縦軸は、周波数スペクトルの振幅である。この例ではサンプリング周波数fS=4kHzであるので、2π(rad)が4kHzに相当する。サンプリング周波数fS=4kHzの時のナイキスト周波数ωnは、π(rad)(2kHz)である。ナイキスト周波数ωnを超える周波数成分は折り返し雑音となる。この折り返しがイメージング成分である。ナイキスト周波数ωnを中心として、低い周波数範囲の0〜πの波形が、複素共役の関係で折り返されてπ〜2π(rad)の波形となる。時間領域の信号波形は、横軸を時間として無限に連続する。それに対して、周波数領域に変換した信号は、図3(a)に示すように0〜2π(rad)の範囲の波形が高調波成分として繰り返される。
次に、例えばU=3,M=2とした場合の動作を、周波数スペクトルを示して説明する。図3(a)に示した信号を、Uの値をU=3としてアップサンプリングした場合の周波数スペクトルを図5(a)に示す。横軸と縦軸は図3(a)と同じである。ただし、U=3でアップサンプリングした結果、サンプリング周波数fS=12kHzになるので、ナイキスト周波数ωnは6kHz(π)になる。そして、図3(a)の0〜6πの範囲の波形が、図5(a)の0〜2π(rad)の範囲に圧縮された周波数スペクトルとなる。この場合も図5(a)に示す様に、ナイキスト周波数ωn以下の周波数領域にイメージング成分(梨子地)が含まれるようになってしまう。このイメージング成分は、図5(b)に示すように上記と同様にフィルタ乗算部13で除去される。
フィルタ係数生成部83には、サンプリング周波数fSと、Uの値と、Mの値とが入力される。
このようなフィルタ係数生成部83を備えることで、任意なUの値とMの値に対応可能で、且つ、周波数分析部における処理量を減らしたアップダウンサンプリング装置が実現できる。
この場合、フィルタ乗算部13の出力信号であるフィルタ後信号周波数スペクトルYU(ejωT’)を、フィルタ長Pに相当する周波数範囲のωA≦ω≦ωBの範囲で上記した式(3)で計算する。他の処理も実施例1乃至3と同じである。
以上の実施例の他、この発明である装置及び方法は上述の実施形態に限定されるものではなく、この発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更が可能である。また、上記装置及び方法において説明した処理は、記載の順に従って時系列に実行されるのみならず、処理を実行する装置の処理能力あるいは必要に応じて並列的にあるいは個別に実行されるとしてもよい。
また、上記装置における処理手段をコンピュータによって実現する場合、各装置が有すべき機能の処理内容はプログラムによって記述される。そして、このプログラムをコンピュータで実行することにより、各装置における処理手段がコンピュータ上で実現される。
また、各手段は、コンピュータ上で所定のプログラムを実行させることにより構成することにしてもよいし、これらの処理内容の少なくとも一部をハードウェア的に実現することとしてもよい。
Claims (3)
- 周波数fSでサンプリングされた入力信号を、UfS(ただし、Uは1以上の整数)の周波数で再サンプリングするアップサンプルと、アップサンプル後の信号をUfS/M(ただし、Mは1以上の整数)の周波数で再サンプリングするダウンサンプルとを組み合わせたアップダウンサンプリング装置であって、
上記入力信号を周波数領域の信号に変換して入力信号周波数スペクトルX(ejωT)(但し、ωは角周波数、Tは入力信号のサンプル間隔)を出力する周波数分析部と、
上記入力信号周波数スペクトルX(ejωT)から、イメージング計算後信号周波数スペクトルXU(ejωT’)(但し、T’=T/U)を
として求め、出力するイメージング計算部と、
上記イメージング計算後信号周波数スペクトルXU(ejωT’)と、入力信号のナイキスト周波数以下の周波数を通過させるローパスフィルタであるフィルタ係数H(ejωT’)とから、フィルタ後信号周波数スペクトルYU(ejωT’)を
として算出するフィルタ乗算部と、
上記フィルタ後信号周波数スペクトルYU(ejωT’)から、出力信号周波数スペクトルYU/M(ejωT’’)(但し、T’’=MT’)を
として算出するダウンサンプル部と、
上記出力信号周波数スペクトルYU/M(ejωT’’)をサンプリング周波数UfS/Mで再合成して時間領域の信号を出力する周波数合成部と、
を具備することを特徴とするアップダウンサンプリング装置。 - 周波数fSでサンプリングされた入力信号を、UfS(ただし、Uは1以上の整数)の周波数で再サンプリングするアップサンプルと、アップサンプル後の信号をUfS/M(ただし、Mは1以上の整数)の周波数で再サンプリングするダウンサンプルとを組み合わせたアップダウンサンプリング方法であって、
周波数分析部が、上記入力信号を周波数領域の信号に変換して入力信号周波数スペクトルX(ejωT)(但し、ωは角周波数、Tは入力信号のサンプル間隔)を出力する周波数分析過程と、
イメージング計算部が、上記入力信号周波数スペクトルX(ejωT)から、イメージング計算後信号周波数スペクトルXU(ejωT’)(但し、T’=T/U)を
として求め、出力するイメージング計算過程と、
フィルタ乗算部が、上記イメージング計算後信号周波数スペクトルXU(ejωT’)と、入力信号のナイキスト周波数以下の周波数を通過させるローパスフィルタであるフィルタ係数H(ejωT’)とから、フィルタ後信号周波数スペクトルYU(ejωT’)を
として算出するフィルタ乗算過程と、
ダウンサンプル部が、上記フィルタ後信号周波数スペクトルYU(ejωT’)から、出力信号周波数スペクトルYU/M(ejωT’’)(但し、T’’=MT’)を
として算出するダウンサンプル過程と、
周波数合成部が、上記出力信号周波数スペクトルYU/M(ejωT’’)をサンプリング周波数UfS/Mで再合成して時間領域の信号を出力する周波数合成過程と、
を備えることを特徴とするアップダウンサンプリング方法。 - 請求項1に記載されたアップダウンサンプリング装置としてコンピュータを機能させるためのプログラム。
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