JPH06204798A - 非同期サンプリング周波数変換の補間方式 - Google Patents

非同期サンプリング周波数変換の補間方式

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JPH06204798A
JPH06204798A JP34898092A JP34898092A JPH06204798A JP H06204798 A JPH06204798 A JP H06204798A JP 34898092 A JP34898092 A JP 34898092A JP 34898092 A JP34898092 A JP 34898092A JP H06204798 A JPH06204798 A JP H06204798A
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JP
Japan
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interpolation
sampling frequency
output phase
phase point
point
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JP34898092A
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Ri Kiyo
俐 許
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Hitachi Cable Ltd
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Hitachi Cable Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 演算時間を増大させることなく補間精度を向
上させる非同期サンプリング周波数変換の補間方式を提
供する。 【構成】 もとのサンプリング周波数による入力データ
i のデータ間隔を所定数Mで等分し、その等分点14
のうち、非同期サンプリング周波数による出力位相点1
3の直前或いは直後にあって且つ出力位相点に最も近い
等分点22でフィルタ補間を行い、このフィルタ補間の
結果と出力位相点13の直前の入力データa-1と出力位
相点の直後の入力データa1 とからなる3つのデータを
用いてラグランジュ補間を行い、そのラグランジュ補間
の結果をその出力位相点13の出力データbとする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、入力データと次の入力
データとの間にある出力データを補間計算によって求め
る非同期サンプリング周波数変換の補間方式に係り、特
に、演算時間を増大させることなく補間精度を向上させ
る非同期サンプリング周波数変換の補間方式に関するも
のである。
【0002】
【従来の技術】非同期のデジタル信号を多重化するため
に各デジタル信号のサンプリング周波数を多重化装置の
クロックの周波数と同期するように変換しなければなら
ない。あるサンプリング周波数のデジタル信号をそのサ
ンプリング周波数とは非同期のサンプリング周波数のデ
ジタル信号に変換するための一般的なサンプリング周波
数変換の方法を図3に示す。もとのサンプリング周波数
による入力データai に対して、ある位相θの関係にあ
る非同期サンプリング周波数による出力位相点13の出
力データbを求めたいときには、その出力位相点13の
前後の入力データa-N〜aN を取り込んで、数1に示す
フィルタ補間計算を行う。
【0003】
【数1】
【0004】ここで、Nは補間フィルタのタップ数であ
る。ki (θ)はフィルタ補間計算に使われた補間フィ
ルタの係数であり、k-N〜kN に対応するN個の係数が
組になっている。また、ki (θ)は出力データの位相
θの関数であり、位相θが変わると異なる係数の組が形
成される。位相θはデジタル信号処理ではサンプリング
間隔を2πの周期としている。補間フィルタ係数k
i (θ)と位相θとの関係は正弦関数により決められ
る。
【0005】DSP(Digital Signal Processor;デジ
タル信号処理装置)などの演算装置により補間演算を行
う場合には、実時間処理しながらその都度上記正弦関数
を計算することが非常に難しいため、通常この補間フィ
ルタ係数ki (θ)を予め計算して係数メモリに保存し
ておく。DSPは、補間演算をする時に出力位相点13
の位相θに応じて、この係数メモリから位相θに対応す
る係数の組を取り出して演算に用いる。
【0006】非同期サンプリング周波数変換を行う場合
には、出力位相点13の位相θはランダムな値をとるた
め、その値が無限に存在する。従って、位相θに対応す
る補間フィルタ係数ki (θ)の組もまた無限に必要と
なる。しかし、実際には係数メモリのメモリ空間が有限
であるため、有限個の補間係数ki (θ)の組しか提供
できない。
【0007】この矛盾を解決するために従来用いられて
いる方法を説明する。図4に示されるように、入力デー
タと次の入力データとの間を所定数で等分した位相等分
点14を求め、それぞれの位相等分点14において補間
係数を計算し、有限個の補間フィルタ係数の組を係数メ
モリに保存しておく。補間演算の際には、出力位相点1
3を挟む2つの位相等分点21、22において、それぞ
れの補間フィルタ係数の組を用いて補間演算を行う。次
に、この2つの位相等分点における補間演算の結果2
3、24を用いて、求めたい出力位相点13における直
線補間を行い、最終的な出力データ25を得る。メモリ
に保存されるべき補間フィルタ係数ki (θ)の総数
は、上記等分に用いた等分数Mと、補間フィルタのタッ
プ数Nとの積になる。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】ところで、サンプリン
グ周波数変換は実時間で処理されることが前提とされ
る。一方、サンプリング周波数変換における補間精度は
補間フィルタのタップ数により決まる。補間フィルタの
タップ数はフィルタ演算内における諸演算の回数に関係
する。演算回数が多くなると処理時間が長くなるので、
補間精度は、演算処理時間が実時間に収まるという前提
によって制約される。
【0009】図4に示した従来の演算方法では、1つの
出力位相点において補間演算を行うために、その出力位
相点13を挟む2つの位相等分点21、22においてフ
ィルタ補間演算を行わなければならない。従って、同期
サンプリング周波数変換(位相等分点が出力位相点に一
致する)の場合に比べて、非同期サンプリング周波数変
換の場合は、演算回数が略倍になってしまう。演算回数
が略倍になると、同じ演算時間が要求される条件下で
は、補間フィルタのタップ数を半分以下に減らすことに
より、演算時間を短縮しなければならない。その結果、
非同期サンプリング周波数変換の補間精度は、同期サン
プリング周波数変換に比べて大幅に落ちてしまう。
【0010】そこで、本発明の目的は、上記課題を解決
し、演算時間を増大させることなく補間精度を向上させ
る非同期サンプリング周波数変換の補間方式を提供する
ことにある。
【0011】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明は、もとのサンプリング周波数による入力デー
タのデータ間隔を所定数で等分し、その等分点のうち、
非同期サンプリング周波数による出力位相点の直前或い
は直後にあって且つ出力位相点に最も近い等分点でフィ
ルタ補間を行い、このフィルタ補間の結果と出力位相点
の直前の入力データと出力位相点の直後の入力データと
からなる3つのデータを用いてラグランジュ補間を行
い、そのラグランジュ補間の結果をその出力位相点の出
力データとするものである。
【0012】また、上記ラグランジュ補間を、ラグラン
ジュ補間演算式を構成する分数式からなる3つの項内の
等分点に関して一意的に定まる各分母を、予め計算して
メモリに保存しておき、補間演算時にこのメモリから該
当する3つの分母を読み出して上記ラグランジュ補間演
算式に代入することにより行ってもよい。
【0013】
【作用】上記構成により、出力位相点の直近の等分点で
のフィルタ補間の結果が求まる。出力位相点の直前直後
の入力データは分かっているので、上記結果と共にラグ
ランジュ補間に用いることができる。ラグランジュ補間
の結果、所望の出力位相点の出力データが得られる。こ
の間、フィルタ補間の回数は1回となり、続くラグラン
ジュ補間は補間フィルタのタップ数には依存しないの
で、補間フィルタのタップ数に依存する演算回数の増大
が回避される。
【0014】また、ラグランジュ補間演算式を構成する
分数式からなる3つの項には、それぞれ等分点に関して
一意的に定まる分母が含まれており、これらの分母は予
め計算してメモリに保存しておくことができる。ラグラ
ンジュ補間演算の際に、このメモリから3つの分母を読
み出して上記ラグランジュ補間演算式に代入すれば、そ
の都度演算する必要がなくなり、演算時間が短縮され
る。
【0015】
【実施例】以下本発明の一実施例を添付図面に基づいて
詳述する。
【0016】サンプリング周波数変換器のブロック図を
図2に示す。このサンプリング周波数変換器は、PLL
回路101、カウンタ102、波形処理回路104、ラ
ッチバッファ105、アドレスエンコーダ106、DS
P107、メモリ108から構成される。メモリ108
は、予め計算されている補間フィルタ係数ki (θ)及
びラグランジュ補間演算式の各分母を格納すると共に補
間に必要となる入力データai を格納するものである。
これらの各ブロックは、入力サンプリングクロック11
1、出力サンプリングクロック112、入力サンプリン
グクロックを整数倍したクロック113、出力サンプリ
ングクロックをn倍に分周したクロック114、サンプ
リング周波数比115、入力データ116、出力データ
117、DSPのデータバス118、DSPのアドレス
バス119等の信号線で図示のように結線されている。
【0017】入力サンプリングクロック111と変換し
ようとするサンプリングクロック112とは、それぞれ
整数倍或いはn分周されてクロック113、114とな
り、これらはカウンタ102に入力されてサンプリング
周波数比が測定される。このサンプリング周波数比11
5はラッチバッファ105に保存される。DSP107
はデータバス118を介してこのサンプリング周波数比
115を読み込んで、積分することにより数1で使用す
る出力位相θを求める。DSP107は、この位相θに
よりメモリ108から補間フィルタ係数ki (θ)及び
ラグランジュ補間演算式の各分母を読み出すと共に演算
に必要な入力データai を選び出し、これらを補間フィ
ルタ演算及びラグランジュ補間演算に用いる。補間演算
の結果は出力データ117に出力される。
【0018】本発明の要点は、補間したい位相θの前後
いずれか1つの等分点だけにおいてフィルタ補間演算を
行い、この等分点でのフィルタ補間演算結果と、その前
後の2つの入力データとにより、その位相θに対してラ
グランジュ補間演算を行うことである。その方法を説明
すると、図1に示されるように、入力データのデータ間
隔を所定数Mで等分し、M−1個の等分点14を得る。
これらの等分点毎に、補間フィルタ係数ki (θ)を予
め計算してメモリ108に保存しておく。出力位相点1
3が決まったら、まず補間したい出力位相点13を挟む
2つの位相等分点21、22のうち、出力位相点13に
近いほう(図1の場合、前方側にある等分点22であ
る)において、数1のフィルタ補間演算を行う。その結
果はb´となる。
【0019】次に、出力位相点13の前後の2つの入力
データa-1、a1 と上記b´との3つのデータにより、
出力位相点13においてラグランジュ補間演算を行い、
出力データbを得る。ラグランジュ補間演算式を数2に
示す。
【0020】
【数2】
【0021】ここで、x-1は出力位相点13の直前の入
力データa-1の時刻、x1 は出力位相点13の直後の入
力データaの時刻、xは出力データの時刻(出力位相点
13)、x´は出力位相点13に最も近い等分点の時
刻、b´はx´でのフィルタ補間演算の結果の値であ
る。
【0022】この式で、(x1 −x-1)=Tとおくと、
数2は数3に変形できる。
【0023】
【数3】
【0024】このようにラグランジュ補間演算式は、分
数式からなる3つの項から構成されている。なお、Tは
入力データのサンプリング周波数の周期である。
【0025】ところで、この式を用いて補間演算を行う
と、x−x´、x−x1 等の減算或いは(x−x´)×
(x−x1 )の乗算等の諸演算のステップ数が合計22
ステップとなる。しかし、各項の分母に着目すると、こ
れらの分母には変数xが含まれておらず、T、x-1、x
1 は既知であるから、各分母は等分点x´に関して一意
的に定まることが分かる。そこで、これらの分母を予め
計算し、メモリ108に等分点毎のテーブルとして保存
しておき、補間演算時にはこのメモリ108から、等分
点x´に該当する3つの分母を読み出してラグランジュ
補間演算式に代入することができる。これにより、3つ
の分母を計算するための諸演算が省略されて、上記ステ
ップ数の合計は15ステップでよいことになる。
【0026】以上述べた非同期サンプリング周波数変換
の補間方式は、従来の出力位相点13の前後2か所の等
分点でフィルタ補間演算を行う方式に比べて、フィルタ
補間演算の回数を1回に減らして演算回数を大幅に減ら
したことで演算処理時間を節約し、その節約した時間に
よりその等分点における補間点数(補間フィルタのタッ
プ数)を増やし、補間精度を高めることができる。例え
ば、補間点数96点(タップ数=96)の補間を行う従
来の2点補間方式に比べて、本発明の方式は補間点数を
約2倍の180点(タップ数=180)に上げることが
できる。従って、補間精度を高めることができる。
【0027】
【発明の効果】本発明によれば、演算時間を増大させる
ことなく補間精度が高められるので、非同期サンプリン
グ周波数変換の実時間処理を達成しつつ、補間精度を高
めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の補間方法を説明するためのタイムチャ
ートである。
【図2】本発明の補間方法を実施するためのサンプリン
グ周波数変換器の一例を示すブロック図である。
【図3】従来の補間方法を説明するためのタイムチャー
トである。
【図4】サンプリング周波数変換における基本的な補間
方法を説明するためのタイムチャートである。
【符号の説明】
13 出力位相点 14 等分点 22 出力位相点13の直前或いは直後にあって且つ出
力位相点に最も近い等分点 ai (i=−N〜N) 入力データ b 出力データ M 等分数 N 補間フィルタのタップ数

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 あるサンプリング周波数のデジタル信号
    をそのサンプリング周波数とは非同期のサンプリング周
    波数のデジタル信号に変換する際に、もとのサンプリン
    グ周波数による入力データのデータ間隔を所定数で等分
    し、その等分点のうち、非同期サンプリング周波数によ
    る出力位相点の直前或いは直後にあって且つ出力位相点
    に最も近い等分点でフィルタ補間を行い、このフィルタ
    補間の結果と出力位相点の直前の入力データと出力位相
    点の直後の入力データとからなる3つのデータを用いて
    ラグランジュ補間を行い、そのラグランジュ補間の結果
    をその出力位相点の出力データとすることを特徴とする
    非同期サンプリング周波数変換の補間方式。
  2. 【請求項2】 上記ラグランジュ補間は、ラグランジュ
    補間演算式を構成する分数式からなる3つの項内の等分
    点に関して一意的に定まる各分母を、予め計算してメモ
    リに保存しておき、補間演算時にこのメモリから該当す
    る3つの分母を読み出して上記ラグランジュ補間演算式
    に代入することにより行われることを特徴とする請求項
    1記載の非同期サンプリング周波数変換の補間方式。
JP34898092A 1992-12-28 1992-12-28 非同期サンプリング周波数変換の補間方式 Pending JPH06204798A (ja)

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0800266A2 (en) * 1996-04-04 1997-10-08 Lucent Technologies Inc. Digital FM demodulator
KR100819342B1 (ko) * 1999-11-26 2008-04-04 엔엑스피 비 브이 데이터 신호의 데이터 비트들을 검색하는 장치
EP2620944A3 (en) * 2012-01-30 2015-12-09 JVC KENWOOD Corporation Asynchronous sampling frequency conversion device, method, and program
US9961511B2 (en) 2014-12-09 2018-05-01 Nec Corporation Position detection system, method therefor, and computer-readable medium

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