JPH11112440A - サンプリングレートコンバータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 入力と出力が非同期であるサンプリングレー
トコンバータにおいて、入力のサンプリングレートが変
化した場合であっても常に正しい変換動作を行なうサン
プリングレートコンバータを提供する。 【解決手段】 入力サンプリングレートと出力サンプリ
ングレートの周波数比データＲを求める周波数比検出手
段２と、周波数比データＲに対し、所定の補正データｄ
を加える補正手段５と、補正手段５の出力に基づき、入
力信号にサンプリングレートの変換のための所定の演算
を行なう演算手段１と、演算手段１の出力を入力とし、
出力サンプリングレートに同期して出力するＦＩＦＯ３
と、ＦＩＦＯ３の余裕度を検出する余裕度検出手段６と
を備え、ＦＩＦＯ３の余裕度に基づいて補正データｄを
発生する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、デジタルオーディ
オ等に用いるサンプリングレートコンバータに関し、特
に入力信号のサンプリングレートが出力信号のサンプリ
ングレートと非同期である非同期型サンプリングレート
コンバータに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、非同期型サンプリングレートコン
バータはアイエー出版社発行、ラジオ技術誌１９９４年
５月号第１３３頁〜第１４４頁に記載されたものが知ら
れている。非同期型サンプリングレートコンバータにお
いては、入出力信号のサンプリングレート比、つまり周
波数比がどうなっているかを求めることが重要で、この
正確さが変換性能を決める重要なポイントとなる。この
値を求めるには、計測時間が長いほど分解能が向上する
が、入出力サンプリングレートが変化すると計測遅れに
よる誤差が増加する。そこで、従来のサンプリングレー
トコンバータでは、３２出力サンプルの周期を計測して
Ｔ１とし、これを６４個加えた値をＴ２とする。周波数
比が一定の場合はＴ１を６４倍した値とＴ２は等しくな
るので、Ｔ２を周波数比として用い、周波数比が変化し
ている場合はＴ１を６４倍した値とＴ２が一致しないた
め計測遅れによる誤差の少ないＴ１を周波数比として用
いるものである。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記のよ
うな構成では、例えば、温度ドリフト等で徐々に入力サ
ンプリングレートが変化した場合を考えると、計測値Ｔ
２と計測値Ｔ１の６４倍はＴ１×６４±３１の範囲で一
致するため、このようなゆっくりとした変化については
次第に誤差が蓄積し、最終的には変換不能状態に陥って
しまうという課題があった。

【０００４】本発明は上記の問題点に鑑み、常に正確な
周波数比を求めることができ、しかも、上記のような緩
やかなサンプリングレートの変化にも対応できるサンプ
リングレートコンバータを提供することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】この課題を解決するため
に本発明は、第１のサンプリングレートを有する入力信
号を第２のサンプリングレートを有する出力信号に変換
するサンプリングレートコンバータにおいて、第１のサ
ンプリングレートと第２のサンプリングレートの周波数
比データを求める周波数比検出手段と、周波数比データ
に対し、所定の補正データを加える補正手段と、補正手
段出力に基づき、入力信号のサンプリングレートの変換
のための所定の演算を行なう演算手段と、演算手段出力
を入力とし、第２のサンプリングレートに同期して出力
するＦＩＦＯと、ＦＩＦＯの余裕度を検出する手段と、
余裕度に基づき、上記補正データを発生する補正データ
発生手段を備えるものである。

【０００６】

【発明の実施の形態】本発明の第１の発明は、第１のサ
ンプリングレートを有する入力信号を第２のサンプリン
グレートを有する出力信号に変換するサンプリングレー
トコンバータにおいて、第１のサンプリングレートと第
２のサンプリングレートの周波数比データを求める周波
数比検出手段と、前記周波数比データに対し、所定の補
正データを加える補正手段と、前記補正手段出力に基づ
き、入力信号にサンプリングレートの変換のための所定
の演算を行なう演算手段と、前記演算手段出力を入力と
し、第２のサンプリングレートに同期して出力するＦＩ
ＦＯと、前記ＦＩＦＯの余裕度を検出する手段と、前記
余裕度に基づき、前記補正データを発生する補正データ
発生手段を備えたものであり、第１のサンプリングレー
トがゆっくりと変化した場合においても、上記ＦＩＦＯ
の余裕度が変化するため、この変化を検出し、周波数比
を補正することにより常にサンプリングレート変換動作
が正しく行なわれるという作用を有する。

【０００７】また、本発明の第２の発明は、上記ＦＩＦ
Ｏの余裕度を検出する手段が、ＦＩＦＯの余裕度及び余
裕度の変化の少なくともいずれか一方を検出する手段で
あり、上記補正データ発生手段が、余裕度及び余裕度の
変化の少なくともいずれか一方に基づき、上記補正デー
タを発生することを特徴としたものであり、入力サンプ
リングレートが大きく変化した場合にＦＩＦＯの余裕度
も大きく変化し、また、変化の度合いも速い。故に、Ｆ
ＩＦＯの余裕度が速く変化した場合には補正量を大きく
し、ＦＩＦＯの余裕度がゆっくりと変化した場合には補
正量を小さくするようにして周波数比の補正を行なうこ
とにより、実際の周波数比と補正手段によって補正され
た周波数比が常にほぼ等しくなり、変換動作が正しく行
なわれるという作用を有する。

【０００８】以下、本発明の実施の形態について図面を
用いて説明する。図１は本発明の実施の形態によるサン
プリングレートコンバータの構成を示すブロック図であ
る。図１において、fs変換演算手段１は、周波数比検出
手段２により求められ補正手段５によって補正された周
波数比データＲ_Tに基づいて入力のサンプリングレート
変換を行ないＦＩＦＯ３へ出力する。ここにおけるfs変
換演算手段１は、例えば、従来から知られたものを用い
ればよいので、詳細は省略する。

【０００９】周波数比検出手段２は、図２に示すとおり
の構成となっており、入力用クロックを６４倍したもの
をカウンタ２１で計測し、出力用クロックを分周器２０
を用いて４０９６分周した信号を用いてレジスタ２２に
取り込んでいる。レジスタ２３には前回取り込んだ計測
値（レジスタ２２の出力）が書き込まれているので、こ
の差を減算器２４を用いて求めれば周波数比データが得
られる。このように構成することにより、入力用クロッ
ク、即ち入力信号のサンプリングレートが４８kHz、出
力用クロック、即ち出力信号のサンプリングレートが４
４.１kHzの場合、１８ビット精度の周波数比を得ること
ができる。減算器２４の出力をレジスタ２６に書き込
み、これを周波数比データＲとしている。遅延器２５
は、分周器２０出力を１マシンサイクル分遅延させるも
ので、減算器２４の減算時間を確保するためのものであ
る。この出力をデータ更新パルスとして出力している。

【００１０】ＦＩＦＯ（first-in first-out）３はfs変
換演算手段１出力を取り込み、出力タイミングを出力用
クロックに同期させて出力すると同時にその状態を余裕
度検出手段６に出力し、余裕度データとして補正データ
発生手段４に与えている。

【００１１】ＦＩＦＯ３、及び余裕度検出手段６は、こ
こでは図３に示すとおりの構成となっており、８ワード
のレジスタ３０〜３２を有するものを用いている。な
お、図３では、レジスタを一部省略して表現している。

【００１２】ＦＩＦＯ３は、どのレジスタに書き込むか
を示す書き込みアドレスカウンタ３４と、どのレジスタ
から読み出すかを示す読み出しアドレスカウンタ３５と
を有しており、書き込みストローブによって書き込みア
ドレスカウンタ３４がカウントアップされ、読み出しス
トローブによって読み出しアドレスカウンタ３５がカウ
ントアップされる。書き込みストローブはfs変換演算手
段１により入力データに同期して与えられ、出力用クロ
ックを読み出しストローブとして用いている。なお、各
レジスタ３０〜３２の出力は、読み出しアドレスカウン
タ３５のカウント値でセレクタ３９で選択され、ＦＩＦ
Ｏ３出力となる。

【００１３】余裕度検出手段６は、読み出しストローブ
を遅延器３８により１マシンサイクル遅延させ、読み出
しストローブ発生直後の書き込みアドレスカウンタ３４
と読み出しアドレスカウンタ３５の差を減算器３６によ
って計算し、レジスタ３７に書き込む。この値をＦＩＦ
Ｏ３の余裕度データとして出力している。この値はＦＩ
ＦＯ３への書き込みが読み出しよりも、より頻繁に発生
した場合は大きくなり、逆に書き込みが読み出しよりも
少なくなった場合には小さくなる。故に、いずれの場合
にもより広範囲に対処できるために、通常この値は３〜
４であることが望ましい。

【００１４】補正データ発生手段４は図４に示すとおり
の構成となっている。即ち、余裕度検出手段６より与え
られる余裕度データは、余裕度変化検出器４０およびデ
ータ発生器４３に与えられる。変化検出器４０では余裕
度データが変化すると１マシンサイクル幅のパルスを発
生する。カウンタ４１は読み出しストローブをクロック
として読み出しストローブの数をカウントする。変化検
出器４０出力によってリセットされるようになっている
ため、余裕度データが変化してからの読み出しストロー
ブ数をカウントすることになる。新たに余裕度データが
変化すると、変化検出器４０がパルスを発生し、カウン
タ４１がクリアされると共にレジスタ４２にカウンタ４
１の値が取り込まれる。この値はＦＩＦＯ３における余
裕度データがどの程度の速さで変化しているかを示す値
であり、ここでは変化速度データと称すことにする。デ
ータ発生器４３がこの変化速度データと新たな余裕度デ
ータの値とに基づき補正データｄを発生する。

【００１５】データ発生器４３の具体例を図５に示す。
変化速度データは、デコーダ５０によって所定の値に変
換される。ここでは、変化速度データが小さい場合には
デコーダ５０出力が大きくなるようにしている。具体的
には、変化速度データの語長とデコーダ５０出力の語長
の和が１８ビットとなるようにしている。例えば、変化
速度データが１８３３の時は、１８３３は１１ビットデ
ータであるので、デコーダ５０出力は７ビットの６４と
なるようにしている。なお、この値をどのように決める
かは設計的事項であり、例えば、７ビットであれば１２
７としてもよく、また、速度変化データの上位２ビット
を見て上位２ビットが１１ならば６４、１０ならば９６
というようにしても良いものである。シフタ５１はデコ
ーダ５０出力をロード／シフトするものであり、余裕度
変化フラグが“Ｈ”の時はデータ更新パルスをクロック
としてデコーダ５０出力をロードし、“Ｌ”の時はシフ
トする。シフト方向は右シフト（２分の１）であり、徐
々に値の絶対値が小さくなる方向である。セレクタ５２
はレジスタ５４に書き込まれた、前回の余裕度データに
基づき、その値が５であればシフタ５１出力を、７であ
れば＋１を選択して出力する。セレクタ５３は余裕度デ
ータに基づき、その値が４ならば０を、５ならば＋１
を、６ならばセレクタ５２出力を、７ならばデコーダ５
０出力を選択して補正データｄとして出力する。

【００１６】以上においては余裕度データが４〜７の場
合であるが、余裕度データが３〜０の場合は、余裕度デ
ータが４〜７の場合の出力値の符号を反転させたものが
補正データとして出力されるようになっている。即ち、
余裕データが２の時には補正データとしては−１が出力
され、余裕データが２の時には、余裕データが５から６
に変化したときの出力値の符号を反転させた値が出力さ
れる。

【００１７】補正手段５において周波数比データＲと補
正データｄを加算して補正された周波数比データＲ_Tを
得、fs変換演算手段１に与えている。

【００１８】次に、図１に示すサンプリングレートコン
バータの動作について説明する。入力用クロックの周期
即ち、入力サンプリングレートが一定の場合は、周波数
比検出手段２の出力は一定、或いは１デジット変化する
のみであるので、この変化はＦＩＦＯ３によって充分に
吸収される。従ってＦＩＦＯ３における余裕度は常に３
〜４である。故に、補正データ発生手段４によって発生
される補正データｄは０であり、補正された周波数比デ
ータＲ_Tは周波数比検出手段２出力Ｒと等しくなり、従
来のものと同様のfs変換を行なう。

【００１９】ここで、入力のサンプリングレートが徐々
に、例えば温度ドリフト等で、上昇した場合を考える
と、周波数比検出手段２では精度良く周波数比を求める
ために測定時間を長くしているため、求まった値と、実
際の値では差がある。この場合では、入力のサンプリン
グレートが上昇し続けているので、実際の値よりやや小
さめの値が周波数比検出手段２より出力される。故に、
fs変換演算手段１からは出力のサンプリングレートより
も多いレートで演算結果が出力されＦＩＦＯ３に与えら
れる。つまり、マクロ的に見て、書き込みストローブの
数が読み出しストローブの数より多くなるため、ＦＩＦ
Ｏ３の余裕度は４から５と大きくなる。すると、余裕度
検出手段６は余裕度データとして５を出力し、補正デー
タ発生手段４はこの値を受け取り、セレクタ５３に与え
る。セレクタ５３は余裕度データに対応した入力をセレ
クトして出力するので、ここでは＋１が補正データとし
て出力される（図５参照）。この値が補正手段５によっ
て周波数比検出手段２出力Ｒに加算され、fs変換演算手
段１に与えられる。つまり、fs変換演算手段１より出力
されるレートは下げられる。周波数比検出手段２におい
ても所定の時間間隔で周波数比を求め直しているのでＦ
ＩＦＯ３の余裕度は４に戻る。このように、入力のサン
プリングレート上昇が緩やかな場合においても決して変
換不能に陥ることがない。

【００２０】ここで、入力のサンプリングレートの上昇
がやや急な場合は以下のとおりの動作となる。即ち、Ｆ
ＩＦＯ３の余裕度が４から５に変化する。すると、余裕
度データが５になり、補正データとして＋１がセレクタ
５３より出力される。同時に、余裕度検出手段６は余裕
度変化フラグを出力し、これにより余裕度データ５がレ
ジスタ５４に書き込まれる。しかし、これでは充分に補
正されていないので、ＦＩＦＯ３に対する書き込みスト
ローブは読み出しストローブよりもより頻繁に与えら
れ、余裕度は５から６になる。余裕度が６になると、余
裕度検出手段６が余裕度データとして６を出力する。補
正データ発生手段４ではこの値を受け取り、セレクタ５
３は余裕度データ６に対する入力をセレクトし出力す
る。今、余裕度データは６であるので、セレクタ５３は
セレクタ５２出力をセレクトする。セレクタ５２出力は
レジスタ５４出力によって決まる。レジスタ５４には前
述のとおり余裕データ５が書き込まれているので、シフ
タ５１出力をセレクトする。シフタ５１は余裕度データ
が５から６に変化したときに発生する余裕度変化フラグ
によってデコーダ５０の値をロードしている。デコーダ
５０の値は変化速度データによって決まる。

【００２１】仮にここで、余裕度データの５から６への
変化が速かったとすると補正データ発生手段４における
カウンタ４１の値が小さなうちにその値がレジスタ４２
に書き込まれるため、変化速度データは小さな値であ
り、これによりデコーダ５０は大きな値となる。故に、
この値が補正データとして補正データ発生手段４より出
力され、補正手段５によって周波数比検出手段２出力に
加算される。fs変換演算手段１では与えられる周波数比
データＲ_Tが大きくなったため、データ発生間隔が低く
なり、書き込みストローブの周期も長くなる。故に、Ｆ
ＩＦＯ３の余裕度も６から５に下がる方向に作用する。
ここで、補正データ発生手段４において、シフタ５１を
用いてデコーダ５０出力をデータ更新パルスを用いて徐
々に小さくしているのは、データ更新パルスが発生する
のに合わせて周波数比データＲが更新されているためで
ある。当然周波数比データＲは徐々に大きな値となって
おり、過補正を避けるためのものである。

【００２２】ここで、更に補正データ発生手段４による
補正が間に合わず、ＦＩＦＯ３の余裕度が６から７にな
った場合は以下のとおりの動作となる。即ち、余裕度が
６であった時間がどの程度であったかが変化速度データ
としてレジスタ４２によって示される。この値に基づ
き、データ発生器４３が補正データを発生する。前述の
とおり、変化速度データが小さければ大きな補正データ
を、逆に、大きければ小さな補正データをデコーダ５０
が発生する。余裕度データが７の場合は余裕度データが
６の場合と異なり、セレクタ５３によりデコーダ５０出
力が直接セレクトされるので、時間と共に変化すること
はない。周波数比検出手段２出力は値が更新される毎に
大きくなるので、補正後の周波数比データＲ_Tは実際の
入力サンプリングレートよりやや高い値となりＦＩＦＯ
３の余裕度データは７から６へ戻る。余裕度データが６
に戻ると、データ発生器４３ではセレクタ５３がセレク
タ５２出力をセレクトする。セレクタ５２のＳ端子には
レジスタ５４の出力が与えられており、レジスタ５４に
は、前回の余裕度データの値である７が書き込まれてい
るためセレクタ５２は＋１を出力する。この時の補正デ
ータｄは＋１となり、fs変換演算手段１出力のレート
は、出力用クロックのレートよりやや低くなる。故にＦ
ＩＦＯ３の余裕度は６から５、５から４へと緩やかに変
化し、補正が終了する。

【００２３】逆に、余裕度データの５から６への変化が
遅かったとすると補正データ発生手段４におけるカウン
タ４１の値は大きくなっており、その値がレジスタ４２
に書き込まれている。故に変化速度データは大きな値と
なり、デコーダ５０出力は小さな値となる。この値が補
正データとして補正データ発生手段４より出力され、補
正手段５によって周波数比検出手段２出力に加算される
ため、fs変換演算手段１では与えられる周波数比データ
Ｒ_Tが少しだけ大きくなり、データ発生間隔が低くなる
度合いが前述の場合より小さくなる。故に書き込みスト
ローブの周期もやや長くなるに留まり、実際の入力サン
プリングレートに近い値となる。

【００２４】以上、入力サンプリングレートが高くなっ
た場合について述べたが、逆に、入力サンプリングレー
トが低くなった場合については上記と逆の変化をしなが
ら周波数比検出手段２出力に補正がかけられ、常に正し
いデータが正しいレートでfs変換演算手段１より出力さ
れる。

【００２５】以上述べたように本発明によるサンプリン
グレートコンバータは入力信号のサンプリングレートの
ゆっくりとした変化、或いは、かなり急激な変化のいず
れに対してもfs変換動作を正しく行なうことができるも
のである。

【００２６】なお、以上の実施の形態においては、ＦＩ
ＦＯ３としては８ワードのものを用い、余裕度として
５、６、７（或いは２、１、０）の場合それぞれに対し
て異なる補正処理を行なうようにしてあるが、例えば、
本サンプリングレートコンバータを入力サンプリングレ
ートの変化が小さいもののみに使用を限定し、ＦＩＦＯ
３として４ワードのものを用い、余裕度として３、０の
時に補正データとして＋１、或いは−１のみを用いる
（つまり、実施の形態において、ＦＩＦＯ３の両端各２
ワードを削除し、データ発生器４３においてセレクタ５
３の入力端子が４、５のみとする）ようにしても良いこ
とは言うまでもない。また、余裕度が６或いは７におけ
る補正データの発生方法も上記手法に限定したものでは
なく、要は、ＦＩＦＯ３の余裕度を監視し、その値が中
央付近の値になるような制御を行なうようにすれば良い
ものである。

【００２７】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、ＦＩＦＯ
の余裕度を監視し、余裕度に応じて周波数比データを補
正するようにしたため、入力サンプリングレートのゆっ
くりとした変化にも、また、かなり急激な変化のいずれ
に対しても常にfs変換動作を正しく行なうことができる
という効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態によるサンプリングレート
コンバータの構成を示すブロック図

【図２】同サンプリングレートコンバータの周波数比検
出手段の詳細を示すブロック図

【図３】同サンプリングレートコンバータのＦＩＦＯ及
び余裕度検出手段の具体例を示すブロック図

【図４】同サンプリングレートコンバータの補正データ
発生手段の具体例を示すブロック図

【図５】同サンプリングレートコンバータの補正データ
発生手段内のデータ発生器の具体例を示すブロック図

【符号の説明】

１ fs変換演算手段 ２ 周波数比検出手段 ３ ＦＩＦＯ ４ 補正データ発生手段 ５ 補正手段 ６ 余裕度検出手段

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 第１のサンプリングレートを有する入力
   信号を第２のサンプリングレートを有する出力信号に変
   換するサンプリングレートコンバータにおいて、第１の
   サンプリングレートと第２のサンプリングレートの周波
   数比データを求める周波数比検出手段と、前記周波数比
   データに対し、所定の補正データを加える補正手段と、
   前記補正手段出力に基づき、入力信号にサンプリングレ
   ートの変換のための所定の演算を行なう演算手段と、前
   記演算手段出力を入力とし、第２のサンプリングレート
   に同期して出力するＦＩＦＯと、前記ＦＩＦＯの余裕度
   を検出する手段と、前記余裕度に基づき、前記補正デー
   タを発生する補正データ発生手段とを備えたサンプリン
   グレートコンバータ。
2. 【請求項２】 ＦＩＦＯの余裕度を検出する手段が、Ｆ
   ＩＦＯの余裕度及び余裕度の変化の少なくともいずれか
   一方を検出する手段であり、補正データ発生手段が、前
   記余裕度及び余裕度の変化の少なくともいずれか一方に
   基づき、補正データを発生することを特徴とする請求項
   １記載のサンプリングレートコンバータ。