JP5856580B2 - 信号処理装置、及び信号処理方法 - Google Patents

Description

本発明は、デジタル信号処理を行う装置等において、信号系列のサンプリングレートを任意の倍数のサンプリングレートに変化し、かつスキュー補償を行う信号処理装置、及び信号処理方法に関する。

近年マルチメディアサービスの普及とＩＣＴ（Information and Communication Technology)サービスの利用拡大に伴って基幹ネットワークを流れるインターネットトラフィックは年々増加の一途をたどっている。増加し続けるトラフィックをドライブする次世代の光通信技術としてデジタルコヒーレント技術が近年注目を浴びている。既に商用化されている４０Ｇｂｐｓ ＷＤＭ（Wavelength Division Multiplexing)システムでは伝送路中に発生する光信号の歪みを補正するため、分散マネージメントや分散補償器などが広く用いられている。しかしながら、１００Ｇｂｐｓ超級のシステムではタイムスロットが狭くなり相対的な影響が大きくなるため、従来の分散補償技術では補償量及び補償精度に限界があった。そのためデジタルコヒーレント技術を導入することにより、デジタル信号処理にて伝送路中の歪みを補正することが可能になり、高精度かつ広範囲の分散補償を行うことが可能になった。またデジタルコヒーレント技術を用いることで位相推定、偏波分離といった処理をデジタル信号処理にて実現可能になり、実現が困難であった多値変調や偏波多重などといった技術が広く用いられるようになった。

このようなデジタルコヒーレント技術は汎用性の高いＤＳＰ（Digital Signal Processer）を用いて実現することが可能であり一部商用サービスへの導入が進められている。１００Ｇｂｐｓ級の光伝送システムではＤＰ−ＱＰＳＫ（Dual. Polarization-Quadrature Phase Shift Keying）が広く利用され、４相の偏波多重で送信することで、信号のボーレートを３０Ｇ ｂａｕｄ／ｓに抑えることが可能である。そのため送受信に必要な電気デバイスの帯域条件を緩和することが可能になった。しかしながら３０Ｇｂｐｓ級の信号をサンプリングするために電気帯域の２倍、すなわち６０Ｇ ｓａｍｐｌｅ／ｓの高速なＤＡＣ（Digital Analog Converter)及びＡＤＣ（Analog Digital Converter）が必須である。高速ＤＡＣ／ＡＤＣはデジタルコヒーレント技術を実現するうえで重要な構成要素の一つである。

図１４は、４相の偏波多重で送受信する光通信システムにおいてＤＳＰとＤＡＣとを組み合わせて用いた光信号送信装置の構成を示すブロック図である。同図に示すように、ＤＳＰ内部において、送信すべき送信信号を生成し、生成した送信信号のサンプリングレートを変換してＤＡＣに出力する場合、サンプリングレート変換部において送信信号のサンプリングレートに対して２倍のサンプリングレートによる処理が必要となる。また、サンプリングレート変換部では、Ｘ偏波のＩＱ信号と、Ｙ偏波のＩＱ信号との４レーンの信号のタイミングを揃えてＤＡＣに出力する必要がある。図１４に示した構成は、１００Ｇｂｐｓ級の光信号送信装置の構成例であるが、４０Ｇｂｐｓや１０Ｇｂｐｓといった異なるビットレートの信号を送信する装置においても同様である。例えば、４０Ｇｂｐｓの信号を送信する装置の場合、ＤＳＰ内部で２．５倍×２倍の５倍オーバーサンプリングを行い、かつ各レーンの信号のタイミングを揃えてＤＡＣに出力する必要がある。なお、ＤＡＣにおいてアナログの電気信号に変換された送信信号は、各ドライバアンプにて増幅され、光変調器において光信号に変換された後に送信される。また、ＤＳＰとＡＤＣとを組み合わせて用いた光信号受信装置においても、同様に、各レーンの信号のタイミングを揃える必要ある。

図１５は、４相の偏波多重で送受信する光通信システムにおいてＤＳＰとＡＤＣとを組み合わせて用いた光信号受信装置の構成を示すブロック図である。同図に示すように、ＡＤＣは、受信した光信号に対して偏波分離等を行った後に光電変換して得られたアナログの電気信号に対して、２倍のオーバーサンプリングでデジタル信号に変換する処理を行い、ＤＳＰ内部に形成されるサンプリングレート変換部に出力する。サンプリングレート変換部は、ＡＤＣから入力されるデジタル信号に対してダウンサンプリングを行い、信号受信部が復調復号を行う。図１４に示した場合と同様に、４０Ｇｂｐｓや１０Ｇｂｐｓといった異なるビットレートの信号に対応する場合にも、光信号受信装置において入力される信号を所望のサンプリングレートに変換するサンプリングレート変換処理と、タイミング調整とが必須となる。

通常、サンプリングレート変換処理と、複数の信号のタイミングを揃えるスキュー補償処理とは個別に実施される。図１６は、サンプリングレート変換処理の原理を示す図である。サンプリングレート変換処理は、例えば、ＤＳＰ内部においてデジタルフィルタを用いて行うことが一般的である。図１６に示すように、入力される入力データに対して、「０」データを挿入してｎ倍のオーバーサンプリング処理を行う。ｎ倍のオーバーサンプリング処理の後に、繰り返し周波数成分が発生するため、ＬＰＦ（Low Pass Filter：低域通過フィルタ）を用いて高周波成分をカットする。最終的に所望のデータが得られるように間引き処理を行うことで、サンプリングレート変換処理が完了する。

スリュー補償処理には大きく分けて３通りの手法がある。１つ目の手法は、ＤＡＣ出力後及びＡＤＣ入力前の高周波信号に対してアナログのフェイズシフタを使用し、スキュー補償を行う手法である。２つ目の手法は、ＤＡＣ及びＡＤＣに内蔵されているＰＬＬ（Phase Locked Loop）の出力に対して位相制御を行う手法である。３つ目の手法は、ＤＳＰ内部でデジタル信号処理を用いてスキュー補償を行う手法である。３つ目の手法を用いる場合には、例えば、図１７に示すようにＤＳＰ内部のサンプリングレート変換部の出力に対してデジタル信号処理を行うスキュー補償部を設けることになる（非特許文献１）。

図１８は、デジタル信号処理においてスキュー補償をする処理の原理を示す図である。入力信号の各サンプリング点の中間点を算出する。中間点は、線形補間や２次関数補間などの一般的な手法を用いることにより算出することができる。算出した中間点を出力することにより、サンプリング点に対してタイミングをずらした信号を得ることができる。

Takahito Tanimura,et al, "A Simple Digital Skew Compensator for Coherent Receiver", European Conference on Optical Communication （ECOC), September 2009, Paper 7.3.2

しかしながら、上記の手法には以下のような問題がある。１つ目の手法では、アナログフィルタを外部に使用するため、光信号送信装置及び光信号受信装置の回路規模が大きくなってしまうという問題がある。２つ目の手法では、ＰＬＬをレーンごとに複数用意する必要があるため、ＤＡＣ及びＡＤＣの回路規模が大きくなってしまうという問題がある。３つ目の手法では、ＤＳＰの回路規模が大きくなってしまうという問題がある。

本発明は、上記問題を解決すべくなされたもので、その目的は、回路規模の増加を抑制しつつサンプリングレートの変換とスキュー補償処理とを行うことができる信号処理装置、及び信号処理方法を提供することにある。

上記問題を解決するために、本発明は、所定のサンプリングレートの入力データに対して低域通過フィルタ処理を施して異なるサンプリングレートのデータに変換するサンプリングレート変換部と、前記入力データに対してスキュー補償を行う際に与えられるスキュー補償量に基づいて、前記サンプリングレート変換部における低域通過フィルタ処理に用いるフィルタ係数を定める係数設定部とを具備することを特徴とする信号処理装置である。

また、本発明は、上記に記載の発明において、前記係数設定部は、前記低域通過フィルタ処理に用いるフィルタ特性に基づいて予め定められたフィルタ係数が異なるスキュー補償量ごとに記憶されている係数テーブル部と、前記入力データに対して定められるスキュー補償量に対応するフィルタ係数を前記係数テーブル部から読み出し、読み出したフィルタ係数を前記サンプリングレート変換部に出力する係数選択部とを備えることを特徴とする。

また、本発明は、上記に記載の発明において、前記係数設定部は、前記低域通過フィルタ処理に用いるフィルタ特性を示す関数に、前記入力データに対して定められるスキュー補償量を与えて算出した値をフィルタ係数として前記サンプリングレート変換部に出力する係数算出部を備えることを特徴とする。

また、本発明は、上記に記載の発明において、前記係数設定部は、前記入力データに対して振幅補償をする際に与えられる振幅補償量をフィルタ係数に乗じて前記サンプリングレート変換部に出力する乗算部を更に備えることを特徴とする。

また、本発明は、上記に記載の発明において、前記係数設定部は、前記入力データに対してＤＣオフセット補償をする際に与えられるオフセット補償量をフィルタ係数に加算して前記サンプリングレート変換部に出力する加算部を更に備えることを特徴とする。

また、本発明は、上記に記載の発明において、前記係数設定部は、前記入力データに対してＤＣオフセット補償をする際に与えられるオフセット補償量をフィルタ係数に加算して出力する加算部と、前記入力データに対して振幅補償をする際に与えられる振幅補償量を前記加算部が出力するフィルタ係数に乗じて前記サンプリングレート変換部に出力する乗算部とを更に備えることを特徴とする。

また、本発明は、所定のサンプリングレートの入力データに対して処理を施す信号処理装置における信号処理方法であって、前記入力データに対してスキュー補償を行う際に与えられるスキュー補償量に基づいて、低域通過フィルタ処理におけるフィルタ係数を定める係数設定ステップと、前記係数設定ステップにおいて定められたフィルタ係数を用いて、前記入力データに対して低域通過フィルタ処理を施して異なるサンプリングレートのデータに変換するサンプリングレート変換ステップと、を有することを特徴とする信号処理方法である。

この発明によれば、サンプリングレートを変換する際に行われる低域通過フィルタ処理で用いるフィルタ係数を、スキュー補償量に基づいて定めることにより、入力データのサンプリングレートの変換処理とともにスキュー補償処理を行うことができる。その結果、サンプリングレート変換処理とスキュー補償処理とを個別に行う必要がなくなるので、回路規模や演算量の増加を抑制しつつサンプリングレートの変換とスキュー補償処理とを行うことができる。

本発明に係る第１の実施形態におけるサンプリングレート変換装置１０の構成例を示すブロック図である。 同実施形態におけるサンプリングレート変換部１２の構成例を示すブロック図である。 同実施形態において用いられるフィルタ係数の時間応答の一例を示す第１のグラフである。 同実施形態において用いられるフィルタ係数の時間応答の一例を示す第２のグラフである。 同実施形態における係数設定部１１の構成例を示すブロック図である。 同実施形態における係数テーブル部１１２が記憶するフィルタ係数の組み合わせの一例を示す図である。 同実施形態における係数設定部１１の変形例としての係数設定部１１Ａの構成例を示すブロック図である。 第２の実施形態におけるサンプリングレート変換装置２０の構成例を示すブロック図である。 同実施形態において用いられるフィルタ係数の一例をプロットして得られたグラフである。 第３の実施形態におけるサンプリングレート変換装置３０の構成を示すブロック図である。 同実施形態において用いられるフィルタ係数の一例をプロットして得られたグラフである。 第４の実施形態におけるサンプリングレート変換装置４０の構成を示すブロック図である。 同実施形態において用いられるフィルタ係数の一例をプロットして得られたグラフである。 ４相の偏波多重で送受信する光通信システムにおいてＤＳＰとＤＡＣとを組み合わせて用いた光信号送信装置の構成を示すブロック図である。 ４相の偏波多重で送受信する光通信システムにおいてＤＳＰとＡＤＣとを組み合わせて用いた光信号受信装置の構成を示すブロック図である。 サンプリングレート変換処理の原理を示す図である。 ＤＳＰ内部のサンプリングレート変換部の出力に対してデジタル信号処理を行うスキュー補償部を設ける構成を示す図である。 デジタル信号処理においてスキュー補償をする処理の原理を示す図である。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態における信号処理装置、及び信号処理方法を説明する。

（第１の実施形態）
図１は、本発明に係る第１の実施形態におけるサンプリングレート変換装置１０の構成例を示すブロック図である。信号処理装置としてのサンプリングレート変換装置１０は、例えば、デジタルコヒーレント技術を適用した光通信システムにおけるデジタル信号処理に用いられる。サンプリングレート変換装置１０は、専用の半導体回路として実装してもよいし、プログラマブルロジックデバイスにおいて構成してもよし、ＤＳＰ等の汎用演算装置においてソフトウエアを実行させることにより実現してもよい。サンプリングレート変換装置１０は、ｘ（ｓａｍｐｌｅ／ｓ）のサンプリングレートの入力データを、ｙ（ｓａｍｐｌｅ／ｓ）のサンプリングレートのデータに変換して出力する。

サンプリングレート変換装置１０は、係数設定部１１、及び、サンプリングレート変換部１２を具備している。係数設定部１１は、外部より入力されるスキュー補償量に基づいてサンプリングレート変換部１２におけるＬＰＦ処理において用いられるフィルタ係数を設定し、設定したフィルタ係数をサンプリングレート変換部１２に入力する。サンプリングレート変換部１２は、係数設定部１１から入力されるフィルタ係数に基づいて、サンプリングレート変換装置１０に入力される入力データに対してＬＰＦ処理を施す。これにより、サンプリングレート変換部１２は、入力データのサンプリングレートを所定のサンプリングレートに変換し、変換により得られる信号を出力データとして出力する。サンプリングレート変換部１２において行われるＬＰＦ処理のカットオフ周波数は、サンプリングレートに応じて定められる。

図２は、本実施形態におけるサンプリングレート変換部１２の構成例を示すブロック図である。同図に示されているサンプリングレート変換部１２は、入力データに対して５倍のオーバーサンプリングを行う構成を有している。サンプリングレート変換部１２は、３個の遅延部ｄ０〜ｄ２、２０個の乗算部ｃ０〜ｃ１９、及び、５個の加算部ｃ０〜ｃ４を備えている。遅延部ｄ０〜ｄ２は、入力されるデータに対して１サンプル分の遅延を与えて出力する。乗算部ｃ０〜ｃ１９は、係数設定部１１から入力されるフィルタ係数を入力されるデータに乗じて出力する。加算部ａ０〜ａ４は、乗算部ｃ０〜ｃ１９から入力される乗算結果を加算し、加算結果を出力データとして出力する。

サンプリングレート変換部１２に入力される入力データは、遅延部ｄ０と各乗算部ｃ０〜ｃ４とに入力される。遅延部ｄ０から出力されるデータは、遅延部ｄ１と各乗算部ｃ５〜ｃ９とに入力される。遅延部ｄ１から出力されるデータは、遅延部ｄ２と各乗算部ｃ１０〜ｃ１４とに入力される。遅延部ｄ２から出力されるデータは、各乗算部ｃ１５〜ｃ１９に入力される。乗算部ｃ０、ｃ５、ｃ１０、ｃ１５それぞれから出力される乗算結果は加算部ａ０に入力され、各乗算結果の総和が加算部ａ０から出力される。乗算部ｃ１、ｃ６、ｃ１１、ｃ１６それぞれから出力される乗算結果は加算部ａ１に入力され、各乗算結果の総和が加算部ａ１から出力される。乗算部ｃ２、ｃ７、ｃ１２、ｃ１７それぞれから出力される乗算結果は加算部ａ２に入力され、各乗算結果の総和が加算部ａ２から出力される。乗算部ｃ３、ｃ８、ｃ１３、ｃ１８それぞれから出力される乗算結果は加算部ａ３に入力され、各乗算結果の総和が加算部ａ３から出力される。乗算部ｃ４、ｃ９、ｃ１４、ｃ１９それぞれから出力される乗算結果は加算部ａ４に入力され、各乗算結果の総和が加算部ａ４から出力される。

図２には入力データを５倍のサンプリングレートのデータに変換する構成が示されているが、この構成に限ることなく、サンプリングレート変換装置１０における任意の倍率（ｎ／ｍ）に応じて変更してもよい。また、サンプリングレート変換部１２は、２０個の乗算部ｃ０〜ｃ１９を備える構成を示したが、この構成に限ることなく、サンプリングレート変換部１２におけるＬＰＦ処理に要求されるフィルタ特性に応じて乗算部の数を決定するようにしてもよい。

サンプリングレート変換部１２は、上述の構成を有することにより、入力データに対してＬＰＦ処理を施すことにより、１つの入力データあたり５つの出力データを算出して、サンプリングレートを５倍にするアップサンプリング処理を行う。サンプリングレートの変換処理を行う場合、サンプリングレートの変換倍率に応じて繰り返し周波数成分が発生するため、ＬＰＦ処理にて所望の周波数成分にカットする。このとき、係数設定部１１は、入力データに対して行うスキュー補償処理のスキュー補償量に応じて、ＬＰＦ処理において用いられるフィルタ係数を定める。

図３は、本実施形態において用いられるフィルタ係数の時間応答の一例を示す第１のグラフである。同図において、横軸はサンプリング時間を示し、縦軸はフィルタ係数の値を示している。サンプリング時間の値は図２に示されている乗算部ｃ０〜ｃ１９の符号の数字部分に対応し、各サンプリング時間におけるフィルタ係数は乗算部ｃ０〜ｃ１９のうち対応する乗算部に入力される。図３において、黒で塗りつぶされている丸（●）で示されているフィルタ係数はスキュー補償をしない場合のフィルタ係数を示している。白抜きの丸（○）は０．５サンプル分の時間ずれのスキュー補償をする場合のフィルタ係数を示している。この場合、例えば乗算部ｃ０にはサンプル時間が０．５におけるフィルタ係数が入力される。

スキュー補償をしない場合には、サンプリング時間に対してずれがないフィルタ係数を用いたＬＰＦ処理が行われる。スキュー補償をする場合には、サンプリング時間に対してずれがあるフィルタ係数を用いたＬＰＦ処理が行われる。白抜きの丸（○）に対応するフィルタ係数を用いたＬＰＦ処理を行うことにより、サンプリングレート変換部１２から出力される出力データ（出力応答）は０．５サンプル分の時間がずれた値となる。これにより、サンプリングレート変換部１２においてスキュー補償を行うことが可能になる。すなわち、各乗算部ｃ０〜ｃ１９に対応する時間における時間応答波形上の値に代えて、当該時間に対してスキュー補償量分ずれた時間における時間応答波形上の値を、各乗算部ｃ０〜ｃ１９が乗ずるフィルタ係数とすることにより、スキュー補償を行うことができる。

一般に、デジタル信号処理におけるスキュー補償は、１サンプリング時間を単位として行われることになるが、上述したように、本実施形態におけるサンプリングレート変換装置１０では、１サンプリング時間未満の粒度でスキュー補償を行うことができる。

なお、図３に示されているフィルタ係数が示すグラフの形状は一例であり、ＬＰＦ処理において要求されるフィルタ特性に応じて時間応答波形は異なる。同図に示されている時間応答波形は、レイズドコサインフィルタを使用した場合の時間応答波形である。

図４は、本実施形態において用いられるフィルタ係数の時間応答の一例を示す第２のグラフである。同図において、横軸は各乗算部ｃ０〜ｃ１９との対応関係（サンプリング時間）を示し、縦軸はフィルタ係数の値を示している。同図に示されている各グラフは、−０．５サンプル分のスキュー補償をする場合のフィルタ係数（丸印）、スキュー補償をしない場合（０サンプル分のスキュー補償をする場合）のフィルタ係数（三角印）、及び、＋０．５サンプル分のスキュー補償をする場合のフィルタ係数（四角印）それぞれを示している。ここでは、スキュー補償量が−０．５、０、＋０．５サンプル分のスキュー補償を行う場合のフィルタ係数を示したが、これに限ることなく、任意のスキュー補償量に対するフィルタ係数（時間応答）を定めることができる。

図５は、本実施形態における係数設定部１１の構成例を示すブロック図である。係数設定部１１は、外部インタフェース部１１１、係数テーブル部１１２、及び、係数選択部１１３を有している。外部インタフェース部１１１は、入力データに対してスキュー補償をする際に与えられるスキュー補償量を外部から受信し、受信したスキュー補償量を係数選択部１１３に出力する。係数テーブル部１１２には、スキュー補償量ごとに、サンプリングレート変換部１２の各乗算部ｃ０〜ｃ１９に対するフィルタ係数の組み合わせが予め記憶されている。係数選択部１１３は、外部インタフェース部１１１から出力されるスキュー補償量に対応する、乗算部ｃ０〜ｃ１９に対するフィルタ係数の組み合わせを係数テーブル部１１２から読み出す。係数選択部１１３は、読み出したフィルタ係数の組み合わせをサンプリングレート変換部１２に入力する。

図６は、本実施形態における係数テーブル部１１２が記憶するフィルタ係数の組み合わせの一例を示す図である。同図に示す例では、−０．５、−０．３、０、＋０．３、＋０．５のスキュー補償量ごとに、乗算部ｃ０〜ｃ１９それぞれのフィルタ係数の組み合わせが対応付けられている。

なお、係数選択部１１３は、外部インタフェース部１１１が出力するスキュー補償量と一致するスキュー補償量に対するフィルタ係数の組み合わせが係数テーブル部１１２に記憶されていない場合、外部インタフェース部１１１が出力するスキュー補償量に最も近いスキュー補償量に対応するフィルタ係数の組み合わせを読み出すようにしてもよい。また、係数テーブル部１１２に記憶されているフィルタ係数の組み合わせは、例えば、レイズドコサインフィルタの時間応答や、ガウシアンフィルタの時間応答に基づいて定める。また、係数選択部１１３は、係数設定部１１が有する係数テーブル部１１２以外のテーブル、例えば係数設定部１１の外部に設けられたテーブルから、スキュー補償量に対応するフィルタ係数の組み合わせを読み出してサンプリングレート変換部１２に入力するようにしてもよい。

上述のように、係数設定部１１に係数テーブル部１１２を備える場合、フィルタ係数を予め記憶領域に記憶させておくことにより係数テーブル部１１２を実現でき、回路規模の増加を抑えることが容易となる。また、係数テーブル部１１２に記憶させるフィルタ係数は、後述する式（１）を用いて算出するようにしてもよい。
なお、サンプリングレート変換装置１０は、サンプリングレート変換部１２から出力されるアップサンプリングされた出力データを一定間隔で間引くことにより、出力データをダウンサンプリングするダウンサンプリング部を具備するようにしてもよい。

図７は、本実施形態における係数設定部１１の変形例としての係数設定部１１Ａの構成例を示すブロック図である。係数設定部１１Ａは、外部インタフェース部１１１、及び、係数算出部１１４を有している。係数設定部１１Ａは、係数テーブル部１１２及び係数選択部１１３に代えて係数算出部１１４を有している点が係数設定部１１と異なる。外部インタフェース部１１１は、係数設定部１１における外部インタフェース部１１１と同じであるのでその説明を省略する。

係数算出部１１４は、サンプリングレート変換部１２の各乗算部ｃ０〜ｃ１９に対するフィルタ係数を算出する関数又は計算式を予め記憶している。係数算出部１１４は、外部インタフェース部１１１から出力されるスキュー補償量を入力として、各乗算部ｃ０〜ｃ１９に対するフィルタ係数を算出する。係数算出部１１４は、算出したフィルタ係数をサンプリングレート変換部１２に入力する。係数算出部１１４は、例えば、次式（１）で示されるガウシアンフィルタに基づいてフィルタ係数ｃ（ｘ）を算出する。

式（１）において、ｘは乗算部ｃ０〜ｃ１９に対応した係数である。例えば、本実施形態においては乗算部ｃ０〜ｃ１９に対してｘ＝−９，−８，…，−１，０，１，２，…，８，９，１０が対応付けられる。ａはガウス関数の分布を示す値であり、サンプリングレート変換部１２におけるＬＰＦ処理の帯域に相当する値である。ｓはスキュー補償量である。例えば、０．５サンプル分のスキュー補償量のスキュー補償を行う場合には、ｓ＝０．５として係数算出部１１４はフィルタ係数を算出する。ここでは、ガウシアンフィルタの式（１）を用いて係数算出部１１４の構成を説明したが、これに限ることなく、他のフィルタに対応するフィルタ係数の組み合わせを算出するようにしてもよい。

上述のように、係数設定部１１Ａに係数算出部１１４を備える場合、係数設定部１１に比べ演算量及び回路規模が増加する傾向にあるが、入力されるスキュー補償量に応じたフィルタ係数の設定が可能となる。

（第２の実施形態）
図８は、第２の実施形態におけるサンプリングレート変換装置２０の構成例を示すブロック図である。サンプリングレート変換装置２０は、第１の実施形態におけるサンプリングレート変換装置１０と同様に、ｘ（ｓａｍｐｌｅ／ｓ）のサンプリングレートの入力データを、ｙ（ｓａｍｐｌｅ／ｓ）のサンプリングレートのデータに変換して出力する。サンプリングレート変換装置２０は、係数設定部２１、及び、サンプリングレート変換部１２を具備している。以下、サンプリングレート変換装置２０において、第１の実施形態におけるサンプリングレート変換装置１０が具備する機能部と同じ機能部に対しては同じ符号を付してその説明を省略する。

係数設定部２１は、外部インタフェース部２１１、係数算出部１１４、及び、乗算部２１２を備えている。外部インタフェース部２１１は、入力データに対してスキュー補償をする際に与えられるスキュー補償量と、入力データに対して振幅補償をする際に与えられる振幅補償量とを外部から受信する。外部インタフェース部２１１は、受信したスキュー補償量を係数算出部１１４に入力し、また受信した振幅補償量を乗算部２１２に入力する。乗算部２１２は、係数算出部１１４が算出したフィルタ係数であって各乗算部ｃ０〜ｃ１９に対するフィルタ係数それぞれに対して、外部インタフェース部２１１から入力される振幅補償量を乗ずる。乗算部２１２は、振幅補償量を乗じたフィルタ係数の組み合わせをサンプリングレート変換部１２に入力する。

本実施形態における係数設定部２１は、外部インタフェース部１１１に代えてスキュー補償量とともに振幅補償量を受信する外部インタフェース部２１１を備えていること、及び、係数算出部１１４が算出したフィルタ係数に対して振幅補償量を乗ずる乗算部２１２を備えていることが第１の実施形態における係数設定部１１Ａと異なる。

本実施形態におけるサンプリングレート変換装置２０は、上述の係数設定部２１を具備することにより、入力データのサンプリングレートの変換とスキュー補償とに加えて、入力データの振幅補償を行うことができる。例えば、入力データの振幅を１．２倍に補償した場合、スキュー補償量とともに振幅補償量（１．２）を外部インタフェース部２１１に入力することにより、乗算部２１２においてフィルタ係数が１．２倍され、サンプリングレート変換部１２から振幅が１．２倍された出力データが出力される。また、入力データの振幅に対して０．７倍された振幅の出力データを得る振幅補償を行いたい場合には、スキュー補償量とともに振幅補償量（０．７）を外部インタフェース部２１１に入力することにより、乗算部ｃ０〜ｃ１９に対する各フィルタ係数が０．７倍され、０．７倍の振幅補償がなされた出力データを得ることができる。なお、振幅補償量は、任意の正の値を取ることが可能である。

図９は、本実施形態において用いられるフィルタ係数の一例をプロットして得られたグラフである。同図において、横軸は各乗算部ｃ０〜ｃ１９との対応関係（サンプリング時間）を示し、縦軸は乗算部２１２から出力されるフィルタ係数の値を示している。ここでは、スキュー補償量は０サンプルとしている。同図に示されている各グラフ（プロット）は、０．７倍の振幅補償をする場合のフィルタ係数（丸印）、振幅補償をしない場合（１．０倍の振幅補償をする場合）のフィルタ係数（三角印）、及び、１．５倍の振幅補償をする場合のフィルタ係数（四角印）それぞれを示している。同図に示されているようなフィルタ係数をサンプリングレート変換部１２が用いることにより、サンプリングレートを変換する処理とともに、スキュー補償処理及び振幅補償処理を一括して行うことができる、回路規模の増加を抑制することができる。

なお、本実施形態において、係数設定部２１が係数算出部１１４を備える構成について説明したが、係数設定部２１は、係数算出部１１４に代えて係数テーブル部１１２及び係数選択部１１３を係数設定部１１のように備える構成であってもよい。また、係数設定部２１は、外部インタフェース部２１１に代えて各フィルタ係数に乗じる振幅補償量を乗算部ｃ０〜ｃ１９ごとに受信するインタフェース部、又はフィルタ係数自体を直接受信するインタフェース部を備える構成であってもよい。

（第３の実施形態）
図１０は、第３の実施形態におけるサンプリングレート変換装置３０の構成を示すブロック図である。サンプリングレート変換装置３０は、第１の実施形態におけるサンプリングレート変換装置１０と同様に、ｘ（ｓａｍｐｌｅ／ｓ）のサンプリングレートの入力データを、ｙ（ｓａｍｐｌｅ／ｓ）のサンプリングレートのデータに変換して出力する。サンプリングレート変換装置３０は、係数設定部３１、及び、サンプリングレート変換部１２を具備している。以下、サンプリングレート変換装置３０において、第１の実施形態におけるサンプリングレート変換装置１０が具備する機能部と同じ機能部に対しては同じ符号を付してその説明を省略する。

係数設定部３１は、外部インタフェース部３１１、係数算出部１１４、及び、加算部３１２を備えている。外部インタフェース部３１１は、入力データに対してスキュー補償をする際に与えられるスキュー補償量と、入力データに対してＤＣ（Direct Current）オフセット補償をする際に与えられるＤＣオフセット補償量とを外部から受信する。外部インタフェース部３１１は、受信したスキュー補償量を係数算出部１１４に入力し、また受信したＤＣオフセット補償量を加算部３１２に入力する。加算部３１２は、係数算出部１１４が算出したフィルタ係数であって乗算部ｃ０〜ｃ１９に対するフィルタ係数それぞれに対して、外部インタフェース部３１１から入力されるＤＣオフセット補償量を加える。加算部３１２は、ＤＣオフセット補償量を加えたフィルタ係数の組み合わせをサンプリングレート変換部１２に入力する。

本実施形態における係数設定部３１は、外部インタフェース部１１１に代えてスキュー補償量とともにＤＣオフセット補償量を受信する外部インタフェース部３１１を備えていること、及び、係数算出部１１４が算出したフィルタ係数に対してＤＣオフセット補償量を加える加算部３１２を備えていることが第１の実施形態における係数設定部１１Ａと異なる。

本実施形態におけるサンプリングレート変換装置３０は、上述の係数設定部３１を具備することにより、入力データのサンプリングレートの変換とスキュー補償とに加えて、入力データのＤＣオフセット補償を行うことができる。例えば、入力データに対して０．２のＤＣオフセットを補償したい場合、スキュー補償量とともに、ＤＣオフセット補償量（０．２）を外部インタフェース部３１１に入力することにより、加算部３１２においてフィルタ係数に０．２が加えられ、サンプリングレート変換部１２から値が０．２増加した出力データが出力される。また、入力データに対して−０．３のＤＣオフセットを補償したい場合には、スキュー補償量とともにＤＣオフセット補償量（−０．３）を外部インタフェース部３１１に入力することにより、乗算部ｃ０〜ｃ１９に対する各フィルタ係数が０．３減じられ、−０．３のＤＣオフセット補償がなされた出力データを得ることができる。なお、ＤＣオフセット補償量は、任意の実数を取ることが可能である。

図１１は、本実施形態において用いられるフィルタ係数の一例をプロットして得られたグラフである。同図において、横軸は各乗算部ｃ０〜ｃ１９との対応関係（サンプリング時間）を示し、縦軸は加算部３１２から出力されるフィルタ係数の値を示している。ここでは、スキュー補償量は０サンプルとしている。同図に示されている各グラフ（プロット）は、−０．１のＤＣオフセット補償をする場合のフィルタ係数（丸印）、ＤＣオフセット補償をしない場合（±０のＤＣオフセット補償をする場合）のフィルタ係数（三角印）、及び、０．１のＤＣオフセット補償をする場合のフィルタ係数(四角印)それぞれを示している。同図に示されているようなフィルタ係数をサンプリングレート変換部１２が用いることにより、サンプリングレートを変換する処理とともに、スキュー補償処理及びＤＣオフセット補償処理を一括して行うことができ、回路規模の増加を抑制することができる。

なお、本実施形態において、係数設定部３１が係数算出部１１４を備える構成について説明したが、係数設定部３１は、係数算出部１１４に代えて係数テーブル部１１２及び係数選択部１１３を係数設定部１１のように備える構成であってもよい。また、係数設定部３１は、外部インタフェース部３１１に代えて各フィルタ係数に乗じる振幅補償量を乗算部ｃ０〜ｃ１９ごとに受信するインタフェース部、又はフィルタ係数自体を直接受信するインタフェース部を備える構成であってもよい。

（第４の実施形態）
図１２は、第４の実施形態におけるサンプリングレート変換装置４０の構成を示すブロック図である。サンプリングレート変換装置４０は、第１の実施形態におけるサンプリングレート変換装置１０と同様に、ｘ（ｓａｍｐｌｅ／ｓ）のサンプリングレートの入力データを、ｙ（ｓａｍｐｌｅ／ｓ）のサンプリングレートのデータに変換して出力する。サンプリングレート変換装置４０は、係数設定部４１、及び、サンプリングレート変換部１２を具備している。以下、サンプリングレート変換装置４０において、第１、第２、及び第３の実施形態における各サンプリングレート変換装置が具備する機能部と同じ機能部に対しては同じ符号を付してその説明を省略する。

係数設定部４１は、外部インタフェース部４１１、係数算出部１１４、乗算部２１２、及び、加算部３１２を備えている。外部インタフェース部４１１は、入力データに対してスキュー補償をする際に与えられるスキュー補償量と、入力データに対して振幅補償をする際に与えられる振幅補償量と、入力データに対してＤＣオフセット補償をする際に与えられるＤＣオフセット補償量とを外部から受信する。外部インタフェース部４１１は、受信したスキュー補償量を係数算出部１１４に入力し、また受信した振幅補償量を乗算部２１２に入力し、また受信したＤＣオフセット補償量を加算部３１２に入力する。乗算部２１２は、係数算出部１１４が算出した各フィルタ係数に対して振幅補償量を乗じて加算部３１２に入力する。加算部３１２は、乗算部２１２から入力される各フィルタ係数に対してＤＣオフセット補償量を加えてサンプリングレート変換部１２に入力する。

本実施形態における係数設定部４１は、外部インタフェース部１１１に代えてスキュー補償量とともに振幅補償量及びＤＣオフセット補償量を受信する外部インタフェース部４１１を備えていること、係数算出部１１４が算出したフィルタ係数に対して振幅補償量を乗ずる乗算部２１２、及び、振幅補償量が乗じられたフィルタ係数に対してＤＣオフセット補償量を加える加算部３１２を備えていることが第１の実施形態における係数設定部１１Ａと異なる。

本実施形態におけるサンプリングレート変換装置４０は、上述の係数設定部４１を具備することにより、入力データのサンプリングレートの変換とスキュー補償とに加えて、入力データの振幅補償及びＤＣオフセット補償を行うことができる。例えば、入力データに対して、１．２倍の振幅補償と０．２のＤＣオフセット補償をしたい場合、スキュー補償量とともに、振幅補償量（１．２）及びＤＣオフセット補償量（０．２）を外部インタフェース部４１１に入力することにより、乗算部２１２においてフィルタ係数が１．２倍され、更に加算部３１２においてフィルタ係数に０．２が加えられる。１．２倍された後に０．２が加えられたフィルタ係数がサンプリングレート変換部１２に入力されることにより、振幅が１．２倍され各値が０．２増加した出力データがサンプリングレート変換部１２から出力される。なお、フィルタ係数に対する演算は、振幅補償のための演算の後にＤＣオフセット補償のための演算を行う。なお、演算の順序を逆にする場合には、ＤＣオフセット補償量を振幅補償量で除算した値を加算部３１２にＤＣオフセット補償量として入力する。

図１３は、本実施形態において用いられるフィルタ係数の一例をプロットして得られたグラフである。同図において、横軸は各乗算部ｃ０〜ｃ１９との対応関係（サンプリング時間）を示し、縦軸は加算部３１２から出力されるフィルタ係数の値を示している。同図に示されている各グラフ（プロット）は、０．５サンプルのスキュー補償と０．８倍の振幅補償と０．２のＤＣオフセット補償とをする場合のフィルタ係数（三角印）と、０サンプルのスキュー補償と１倍の振幅補償と０のＤＣオフセット補償とをする場合のフィルタ係数（丸印）とを示している。同図に示されているようなフィルタ係数をサンプリングレート変換部１２が用いることにより、サンプリングレートを変換する処理とともに、スキュー補償処理、振幅補償処理、及びＤＣオフセット補償処理を一括して行うことができ、回路規模の増加を抑制することができる。

なお、本実施形態において、係数設定部４１が係数算出部１１４を備える構成について説明したが、係数設定部４１は、係数算出部１１４に代えて係数テーブル部１１２及び係数選択部１１３を係数設定部１１のように備える構成であってもよい。また、係数設定部４１は、外部インタフェース部４１１に代えて各フィルタ係数に乗じる振幅補償量を乗算部ｃ０〜ｃ１９ごとに受信するインタフェース部、又はフィルタ係数自体を直接受信するインタフェース部を備える構成であってもよい。

以上、各実施形態におけるサンプリングレート変換装置では、入力データのスキュー補償を行う際に与えられるスキュー補償量に基づいて、ＬＰＦ処理において用いるフィルタ係数を定めることにより、入力データのサンプリングレートの変換を行う際にスキューの補償も合わせて一括で行うことができる。これにより、サンプリングレート変換装置を半導体回路として実装する場合などにおいて、サンプリングレート変換処理の回路とスキュー補償処理の回路とを個別に設ける必要がなくなるので、演算量及び回路規模を削減することができる。

回路規模の削減量はフィルタにおけるタップ数に依存するが、処理を行う回路が２個から１個になるため約５０％程度削減可能である。なお、フィルタ係数を記憶するテーブルを設けることになるが、ＤＳＰ等に備えられている記憶領域の一部を使用することができるので、回路規模増大に影響することはほとんどない。

また、各実施形態におけるサンプリングレート変換装置において、係数設定部がフィルタ係数を定める処理は、サンプリングレート変換装置を用いて入力データのサンプリングレートを変換する前に予め行うようにしてもよいし、入力データのサンプリングレートを変換している際に、出力データに応じて動的にフィルタ係数を変更するようにしてもよい。係数設定部がフィルタ係数を定める処理を入力データのサンプリングレートを変換する前に予め行う場合には、動作速度等の要求が低くなるため、回路規模や配線規模、消費電力を削減することを優先した回路設計を行うことができ、回路規模の増加を抑制が容易となる。

なお、図１、図５、図７、図８、図１０、又は図１２のサンプリングレート変換装置
の機能を実現するためのプログラムをコンピュータ又はプログラマブルロジックデバイスが読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステム又はプログラマブルロジックデバイスに読み込ませ、実行することによりサンプリングレート変換処理を行ってもよい。なお、ここでいう「コンピュータシステム」とは、ＯＳや周辺機器等のハードウェアを含むものとする。また、「コンピュータシステム」は、ホームページ提供環境（あるいは表示環境）を備えたＷＷＷシステムも含むものとする。また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＲＯＭ、ＣＤ−ＲＯＭ等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。更に「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線を介してプログラムが送信された場合のサーバやクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリ（ＲＡＭ）のように、一定時間プログラムを保持しているものも含むものとする。

また、上記プログラムは、このプログラムを記憶装置等に格納したコンピュータシステムから、伝送媒体を介して、あるいは、伝送媒体中の伝送波により他のコンピュータシステムに伝送されてもよい。ここで、プログラムを伝送する「伝送媒体」は、インターネット等のネットワーク（通信網）や電話回線等の通信回線（通信線）のように情報を伝送する機能を有する媒体のことをいう。また、上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであってもよい。更に、前述した機能をコンピュータシステムに既に記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるもの、いわゆる差分ファイル（差分プログラム）であっても良い。

１０、２０、３０、４０…サンプリングレート変換装置
１１、１１Ａ、２１、３１、４１…係数設定部
１２…サンプリングレート変換部
１１１、２１１、３１１、４１１…外部インタフェース部
１１２…係数テーブル部
１１３…係数選択部
１１４…係数算出部
２１２…乗算部
３１２…加算部
ａ０、ａ１、ａ２、ａ３、ａ４…加算部
ｃ０、ｃ１、ｃ２、ｃ３、ｃ４、ｃ５、ｃ６、ｃ７、ｃ８、ｃ９、ｃ１０、ｃ１１、ｃ２、ｃ１３、ｃ１４、ｃ１５、ｃ１６、ｃ１７、ｃ１８、ｃ１９…乗算部
ｄ０、ｄ１、ｄ２…遅延部

Claims (7)

1. 所定のサンプリングレートの入力データに対して低域通過フィルタ処理を施して異なるサンプリングレートのデータに変換するサンプリングレート変換部と、
   前記入力データに対してスキュー補償を行う際に与えられるスキュー補償量に基づいて、前記サンプリングレート変換部における低域通過フィルタ処理に用いるフィルタ係数を定める係数設定部と、
   を具備し、
   前記サンプリングレート変換部は、入力データを一つ入力するごとに、サンプリングレートを変更する倍率に応じた数のデータを同時に出力し、
   前記倍率は、入力データのサンプリングレートに対する出力するデータのサンプリングレートの比である、
   ことを特徴とする信号処理装置。
2. 請求項１に記載の信号処理装置において、
   前記係数設定部は、
   前記低域通過フィルタ処理に用いるフィルタ特性に基づいて予め定められたフィルタ係数が異なるスキュー補償量ごとに記憶されている係数テーブル部と、
   前記入力データに対して定められるスキュー補償量に対応するフィルタ係数を前記係数テーブル部から読み出し、読み出したフィルタ係数を前記サンプリングレート変換部に出力する係数選択部とを備える
   ことを特徴とする信号処理装置。
3. 請求項１に記載の信号処理装置において、
   前記係数設定部は、
   前記低域通過フィルタ処理に用いるフィルタ特性を示す関数に、前記入力データに対して定められるスキュー補償量を与えて算出した値をフィルタ係数として前記サンプリングレート変換部に出力する係数算出部を備える
   ことを特徴とする信号処理装置。
4. 請求項２又は請求項３のいずれかに記載の信号処理装置において、
   前記係数設定部は、
   前記入力データに対して振幅補償をする際に与えられる振幅補償量をフィルタ係数に乗じて前記サンプリングレート変換部に出力する乗算部を更に備える
   ことを特徴とする信号処理装置。
5. 請求項２又は請求項３のいずれかに記載の信号処理装置において、
   前記係数設定部は、
   前記入力データに対してＤＣオフセット補償をする際に与えられるオフセット補償量をフィルタ係数に加算して前記サンプリングレート変換部に出力する加算部を更に備える
   ことを特徴とする信号処理装置。
6. 請求項２又は請求項３のいずれかに記載の信号処理装置において、
   前記係数設定部は、
   前記入力データに対してＤＣオフセット補償をする際に与えられるオフセット補償量をフィルタ係数に加算して出力する加算部と、
   前記入力データに対して振幅補償をする際に与えられる振幅補償量を前記加算部が出力するフィルタ係数に乗じて前記サンプリングレート変換部に出力する乗算部とを更に備える
   ことを特徴とする信号処理装置。
7. 所定のサンプリングレートの入力データに対して処理を施す信号処理装置における信号処理方法であって、
   前記入力データに対してスキュー補償を行う際に与えられるスキュー補償量に基づいて、低域通過フィルタ処理におけるフィルタ係数を定める係数設定ステップと、
   前記係数設定ステップにおいて定められたフィルタ係数を用いて、前記入力データに対して低域通過フィルタ処理を施して異なるサンプリングレートのデータに変換するサンプリングレート変換ステップと、
   を有し、
   前記サンプリングレート変換ステップでは、入力データを一つ入力するごとに、サンプリングレートを変更する倍率に応じた数のデータを同時に出力し、
   前記倍率は、入力データのサンプリングレートに対する出力するデータのサンプリングレートの比である、
   ことを特徴とする信号処理方法。

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