JPH02298113A - サンプリング周波数変換器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明はＴ　１９ｅｃ毎に離散、量子化されたディジタ
ル入力信号をＴ　、　ｓｅｅ毎に離散、量子化されたデ
ィジタ・ル出力信号に変換するＦＩＲフィルタ型サンプ
リング周波数変換器の改良に関する。

［発明の概要コ サンプリング周期Ｔ１５ｅｃのディジタル入力信号を所
定数記憶させておき、Ｔ２ｓｅｃ毎に所定数のサンプル
信号を選択して出力すると共に、Ｔ２ｓｅｃ毎に蓄積さ
れている所定の組のタップ係数を選択して出力し、夫々
の出力されたサンプル信号とタップ係数を乗算して各乗
算出力を加算することによリＦＩＲディジタルフィルタ
と同様な原理で、サンプリング周期Ｔ２ｓｅｃのディジ
タル出力信号を得るようにしたサンプリング周波数変換
器であって、上記タップ係数は上記フィルタの特性が周
波数及び時間の領域において存続期間（ｄｕｒａｔｉｏ
ｎ）を同時に制限したことに近づけることによりタップ
数が少なく、低コストで良好なＳ／Ｎを得ることがであ
る実用性の高いサンプリング周波数変換器である。

［従来の技術］ ディジタル・オーディオ装置等において、異なるサンプ
リング周波数の装置間で、例えばＣＤプレーヤのディジ
タル再生信号をディジタル・オーディオテープレコーダ
（ＤＡＴ）にて録音再生を行うには、両者間でのサンプ
リング周波数が異なるので、直接ディジタルの形で信号
の送受を行うことはできない。

そこで従来は一度上記デイジタル再生信号をアナログ信
号に変換してからＤＡＴのサンプリング周波数でサンプ
リングしていた。

しかしこのようにアナログ信号に変換してから再度サン
プリングするのではＳ／Ｎの劣化が生じること明らかで
ある。

そこでサンプリング入力信号のサンプリング周波数をデ
ィジタル的に適当に補間して異なるサンプリング出力信
号に変換する方法に提案されているが、信号理論的に見
ると必ず歪が生じたり、Ｓ／Ｎが劣化することは免れ難
い。

そこで本発明者は先に特願昭６３−２０９７８４号にお
いて、サンプリング入力信号をアナログ信号に変換する
ことなく、直接ディジタル信号のまま異なるサンプリン
グ周波数の信号に変換でき、しかも歪の発生及びＳ／Ｈ
の劣化をなくしたサンプリング周波数変換器を提案した
。

上記先願のサンプリング周波数変換器は入力サンプリン
グ信号をＴ１５ｅｃ毎に所定数記憶する記憶手段と、該
記憶手段よりＭＴ工＝ＮＴ２（Ｍ、Ｎは整数）の関係で
Ｔ２ｓｅｃ毎に所定数のサンプル信号を選択して出力す
る第１のセレクター手段と、Ｎ組の係数を蓄積している
係数バンク手段と、該係数バンク手段より上記第１のセ
レクター手段と同期してＴ　２ｓｅｃ毎に所定の組の係
数を選択して出力する第２のセレクター手段と、選択出
力されたサンプル信号と選択出力された係数とを夫々乗
算する乗算手段と、該乗算手段よりの各乗算出力を加算
して出力サンプリング信号をＴ、ｓｅａ毎に生成する加
算手段とを備えている。

上記サンプリング周波数変換器の動作原理は下記の通り
である。

ディジタル入力信号として、帯域制限された信号５（ｔ
）が時間間隔Ｔ１で離散化されているものとする。この
状態を第５図に示す通りで、同図（ａ）は時間領域、同
図（ｂ）は周波数領域の状態であり、数式で示すと次の
通りである。

Ｔ、　　　Ｔエ　−■ この離散化された信号より５（ｔ）を抽出する最も簡単
な方法は Ｈ（ｆ）＝Ｔ１ｒｅｃｔ　　（Ｔ、ｆ）　　　　　　　
　　−（２）なる特性のローパスフィルタを通してサン
プリング信号を取り出せばよい。即ち（１）及び（２）
式より ＝ｓ　（ｔ）　　　　　　　・・・（３）となり、この
状態を第６図に示す。

（３）式より５（ｔ）をＴ８の時間間隔でサンプリング
すると、 ・・・（４） となる。

（４）式において、ｔ＝ｎＴ２の時刻のｓ　（ｎ　Ｔ、
）に着目すると、（４）式と第６図から明らかなように
、 となる。ＴＸとＴ２が ＭＴ、＝ＮＴ、　　　　　　　　　　・・・（６）なる
整数比の場合を考える。５（ｎＴ２）は（５）式と第２
図より明らかな如（ｓ（ｎＴ２）の前後のｓ（ｍＴ１）
のサンプル値に適当な重み付けをして加算した値である
。

この場合、その重み付けの係数はｎの変化と共に変化し
、ｎがＮ□（ｍがＭ回）毎に繰り返される。Ｎ＝５．Ｍ
＝３の例を第７図に示す。ｎ＝ｏ。

１．２，３．４の５通りの重み付は係数があり、ｎ　＝
　５を周期として繰り返される。

一方、第６図と（５）式より（５）式はＦＩＲディジタ
ルフィルタと同様の動作特性をあられしていることが分
かる。即ち、ｔ＝＝ｎＴ、の時のある関数の値、その前
後のサンプル値に重みを付けて加算したものである。通
常のＦＩＲディジタルフィルタと異なるのは重み付けの
係数が各ｎＴ。

により変化し、８回の周期で一巡することである。

第８図は上述した原理によるディジタル周波数変換器を
示す。

同図において、１はメモリ（又はシフトレジスタ）、２
は第１のセレクター、３は係数バンク、４は第２のセレ
クター、５は乗算器、６は加算器、■は入力端子、０は
出力端子である。

入力端チェに印加された入力サンプリング信号ｓ　（ｍ
　Ｔ、）はＴ　、　ｓｅｅ毎にメモリ１に所定数記憶さ
れる。第１のセレクター２はメモリ１よりＭＴ。

＝ＮＴ２（Ｍ、Ｎは整数）の関係で、Ｔ２ｓｅｃ毎に所
定数のサンプル信号を選択して出力する。

係数バンク３にはＮ組の係数が蓄積してあり、各組の夫
々の係数は第２のセレクター４によって第１のセレクタ
ー２と同期して選択して出力する。

出力された各サンプル信号と係数は乗算器５によって乗
算し、各乗算出力は加算器６によって加算される。

第９図は選択された各サンプル信号と係数とが乗算され
る態様を示す図である。但し同図において、ｓ（ｍＴ１
）＝Ｓｍ、ｓｉ（πに／Ｎ）＝Ｃｋと表示あるが、有限
個の打ち切りの影響をより小とするウィンドウの手法等
を利用できることはＦＩＲフィルターと同様である。

第９図より明らかな如く、第８図の装置はＦＩＲディジ
タルフィルタと同様な動作を行い、出力端子ＯにはＴ　
２ｓｅｃ毎にｓ　（ｍ　Ｔ、）を変換した５（ｎＴ２）
なる出力サンプリング信号が得られる。

［発明が解決しようとする課題］ 而して上述したＦＩＲフィルタ型サンプリング周波数変
換器には次の２つの制約がある。

（ｉ）ＦＩＲフィルタのタップ数は有限個で実現しなけ
ればならない。

（ｉｆ）　ｉｌ散化された信号のスペクトラムは周波数
領域では周期的に無限に広がっているので、ベースバン
ド成分のみを抽出するには有限の通過帯域をもったフィ
ルタが必要である。

しかしフーリエ変換の基本的な性質として、一方の領域
の存続期間を有限な値に制限すると、他方の領域の存続
期間は無限に広がってしまう。従って上記２つの条件を
同時に満足するシステムは存在しない。

実際には有限個のタップ数を有するＦＩＲフィルタを用
いるため１周波数領域で有限なフィルタの通過帯域が無
限に広がってしまう。このため離散化による折り返し成
分が完全に除去されず、サンプリング周波数変換後では
これがエイリアスとなり、Ｓ／Ｎ劣化の原因となる。従
って実際のシステムではＳ／Ｎを上げるためタップ数を
増やさなければならず、実用性の点で問題である。

［発明の目的］ 従って本発明の目的はタップ数が少なく、低コストで良
好なＳ／Ｎを有するＦＩＲフィルタ型サンプリング周波
数変換器を提供するにある。

［課題を解決するための手段］ 本発明は上記目的を達成するため、入力サンプリング信
号をＴ、ｓｅｃ毎に所定数記憶する記憶手段と、該記憶
手段よりＭＴよ＝ＮＴ、（Ｍ、Ｎは整数）の関係でＴ　
、　ｓｅｅ毎に所定数のサンプル信号を選択して出力す
る第１のセレクター手段と、Ｎ組のタップ係数を蓄積し
ている係数バンク手段と、該タップ係数バンク手段より
上記第１のセレクター手段と同期してＴ　、　ｓｅｃ毎
に所定の組のタップ係数を選択して出力する第２のセレ
クター手段と１選択出力されたサンプル信号と選択出力
されたタップ係数とを夫々乗算する乗算手段と、該乗算
手段よりの各乗算出力を加算して出力サンプリング信号
をＴ　、　ｓｅｅ毎に生成する加算手段とを備えたＦＩ
Ｒフィルタ型サンプリング周波数変換器において、上記
フィルタが、周波数領域では直線歪をもつが。

時間領域ではサイドロープの減衰ができるだけ大きくな
るような関数の特性を有するように上記タップ係数を選
定しかつ各時点におけるタップ係数の和が一定になるよ
うに補正されており、上記サンプリング周波数変換器の
入力段または出力段に上記直線歪を補正するフィルタを
設けたことを要旨とする。

［作用］ 上述した本発明のサンプリング周波数変換器を構成する
ＦＩＲフィルタはローパスフィルタの特性を周波数及び
時間の領域においてその存続期間を同時に制限しようと
するもので、サンプリング周波数変換後のエイリアスの
重なりによる修復不可能な雑音成分を抑えるために、ロ
ーパスフィルタの通過帯域内に修復可能な直線歪をもた
せる。

例えば第１図に示すように周波数領域ｆ　（ｆｓはサン
プリング周波数）では直線歪をもつが１時間領域ｔでは
サイドロープｈｓの減衰ができるだけ大きくなる関数ｈ
（ｔ）の特性を有するＦＩＲフィルタ型のサンプリング
周波数変換器を実現し、かつその関数とは逆特性の直線
歪補正用フィルタで上記直線歪を補正する。

［実施例］ 以下図面に示す実施例を参照して本発明を説明する。

第２図及び第３図は夫々本発明によるサンプリング周波
数変換装置の実施例で、１１はサンプリング周波数変換
器で、その構成は前記第８図に示す通りである。１２は
サンプリング周波数変換器１１の入力段又は出力段に設
けられた直線歪補正用フィルタである。

サンプリング周波数変換器１１を構成するＦＩＲフィル
タの基本となる関数は第４図に示す如く周波数領域でｒ
ｅｃｔ（ｆ）、時間領域でｓｉ（πも）である。

しかしこのｒａｃｔ（ｆ　）のままでは時間領域ではか
なり大きな振動が続くことになるので、この振動を弱め
て減衰させるため、周波数領域の±１／２七の不連続部
の変化をなめらかにする。そのためｃｏｓ　２π・ｉ−
ｆの丸みを利用して丸みを加えることを考慮すると、上
記関数の一般式として下式が考えられる。

１＋２Σａ１ １＋２Σａ１ ＝Ｆ（ｆ）　　　　　　　　・・・（７）（７）式の時
間領域の式から分かるように、時間領域のサイドロープ
はｓｉｎ？ｃｔに プをかけた形となっている。振動を速く減衰させるには
このエンベロープがＩｔｌが大の時速く減衰するように
すればよい。そこでエンベロープの式を見やすくするよ
う下記のように変形する。

・・・（８） （８）式の右辺分子に着目し、ＡＮ＝ＡＮ−１”・・・
＝Ａ、＝Ｏとなるようにタップ係数ａｌ（ｉ＝１゜・・
・Ｎ）を定める。但しＡ０キ０である。なお最高次の係
数ＡＮ＝Ｏは（１）式右辺の周波数領域の括弧内 の条件と一致することから１周波数領域の不連続が前記
サイドロープの減衰に最も影響を与えることが分かる０
例えばＮ＝２とすると サンプリング周波数変換器１１では、その係数パンクに
上述の（７）式により算出されたタップ係数が蓄積され
ており、１サンプル計算する毎にタップ係数が周期的に
変わる。

但しここで、各時毎のタップ係数の和はタップ係数が有
限個で打ち切られるので一定しない。そこで各サンプル
毎の計算結果が一定となるように、各時点のタップ係数
の和を１例えば１になるように下式で補正したタップ係
数ａ’ｎｍを用いるのが好適である。

Σ　ａ１鵬 １；１ 〔発明の効果］ 以上説明した所から明らかなように本発明によればタッ
プが少なくても良好なＳ／Ｎのものが得られ、しかもタ
ップ数を少なくできるため低コスト化することができ、
実用性は極めて大きい。

【図面の簡単な説明】

、　第１図は本発明に用いられるＦＩＲフィルタの基本
関数の特性を示す図、第２図及び第３図は夫々本発明の
実施例を示すブロック図、第４図は上記関数の具体例を
示す図、第５図乃至第７図は先願のサンプリング周波数
変換器の動作原理を説明するための波形図、第８図は先
願のサンプリング周波数変換器を示すブロック図、第９
図はその動作説明図である。 １・・・・・・・・・メモリ、２・・・・・・・・・第
１のセレクター。 ３・・・・・・・・・係数バンク、４・・・・・・・・
・第２のセレクター、５・・・・・・・・・乗算器、６
・・・・・・・・・加算器、１１・・・・・・・・サン
プリング周波数変換器、１２・・・・・・・・・直線歪
補正用フィルタ。 第１図 第２図 第３図 第４図 第６図 ５（ｔ）＝　ΣＳ（ｍ丁＋）５１　Ｑシ１１−１１＞５
（ｎＴかΣＳ（ｍＴ＋）ｓｉ（−■址）ｍＴ＋

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 入力サンプリング信号をＴ＿１ｓｅｃ毎に所定数記憶す
   る記憶手段と、該記憶手段よりＭＴ＿１＝ＮＴ＿２（Ｍ
   、Ｎは整数）の関係でＴ＿２ｓｅｃ毎に所定数のサンプ
   ル信号を選択して出力する第１のセレクター手段と、Ｎ
   組のタップ係数を蓄積している係数バンク手段と、該タ
   ップ係数バンク手段より上記第１のセレクター手段と同
   期してＴ＿２ｓｅｃ毎に所定の組のタップ係数を選択し
   て出力する第２のセレクター手段と、選択出力されたサ
   ンプル信号と選択出力されたタップ係数とを夫々乗算す
   る乗算手段と、該乗算手段よりの各乗算出力を加算して
   出力サンプリング信号をＴ＿２ｓｅｃ毎に生成する加算
   手段とを備えたＦＩＲフィルタ型サンプリング周波数変
   換器において、上記フィルタが、周波数領域では直線歪
   をもつが、時間領域ではサイドロープの減衰ができるだ
   け大きくなるような関数の特性を有するように上記タッ
   プ係数を選定しかつ各時点におけるタップ係数の和が一
   定になるように補正されており、上記サンプリング周波
   数変換器の入力段または出力段に上記直線歪を補正する
   フィルタを設けたことを特徴とするサンプリング周波数
   変換器。