KR100984986B1 - 디지털 도메인 샘플링 레이트 변환기 - Google Patents

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Abstract

선택된 중간 샘플링 주파수에 따라, 디지털 신호를 업-샘플링 및 다운-샘플링함으로써, 디지털 도메인에서의 샘플링 레이트 변환을 위한 기술들이 개시된다. 배수 인자들을 갖는 대역폭을 갖는 프로토타입 안티-앨리어싱 필터가 메모리에 저장된다. 그 기술들은, 프로토타입 필터의 인자들에 기초하여, 중간 샘플링 주파수를 소망하는 출력 샘플링 주파수의 정수 배수이도록 선택하는 것, 및 다운-샘플링 인자를 선택된 중간 샘플링 주파수와 연관된 동일한 정수이도록 선택하는 것을 포함한다. 필터 생성기는, 프로토타입 필터에 기초하여, 선택된 다운-샘플링 인자에 대해 안티-앨리어싱 필터를 생성한다. 샘플링 레이트 변환기는, 입력 샘플링 주파수의 디지털 신호를 선택된 중간 샘플링 주파수로 업-샘플링하고, 도출된 안티-앨리어싱 필터를 이용하여 디지털 신호를 필터링하며, 선택된 다운-샘플링 인자에 의해 디지털 신호를 소망하는 출력 샘플링 주파수로 다운-샘플링한다.
업-샘플링, 다운-샘플링, 안티-앨리어싱 필터, 샘플링 레이트 변환기

Description

디지털 도메인 샘플링 레이트 변환기{DIGITAL DOMAIN SAMPLING RATE CONVERTER}
관련 출원
본원은 2006년 2월 15일자로 출원된 미국 가특허 출원 제60/773,876호에 기초하여 우선권을 주장한다.
기술 분야
본원은 샘플링 레이트 변환기들에 관한 것으로, 특히 디지털 도메인 샘플링 레이트 변환기들에 관한 것이다.
배경
샘플링 레이트 변환기는 디지털 신호의 샘플링 주파수를 변화시키기 위해 사용되며, 또한 리샘플러 (re-sampler) 라 지칭될 수도 있다. 샘플링 레이트 변환기는, 하드웨어 디바이스 및/또는 소프트웨어의 형태를 취할 수도 있고, 업-샘플러 (up-sampler) 또는 다운-샘플러 (down-sampler) 일 수도 있다. 업-샘플러는 디지털 신호의 샘플링 레이트를 증가시킨다. 다운-샘플러는 디지털 신호의 샘플링 레이트를 감소시킨다. 샘플링 주파수 변환 레이트는, 소정의 입력 샘플링 주파수에 대한 소망하는 출력 샘플링 주파수의 비로 정의된다. 업-샘플링 변환 레이트는 항상 1.0보다 더 크고, 다운-샘플링 변환 레이트는 항상 1.0보다 더 작다.
앨리어싱 (aliasing) 은, 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하거나, 또는 그 반대일 때 통상적으로 발생하는 현상이다. 또한, 앨리어싱은, 디지털 신호의 샘플링 주파수를 변환할 때 발생할 수도 있다. 앨리어싱이 발생할 때, 하나의 주파수의 신호 에너지는 다른 주파수들로 이미징 (image) 된다. 예컨대, 신호가 1 kHz 및 7.5 kHz의 2개의 정현파 성분들을 각각 갖는다고 가정한다. 신호가 16 kHz로 샘플링된 경우에, 신호는 완벽히 재구축될 수 있다. 데시메이션 (decimation) 에 의해 신호가 16 kHz로부터 4 kHz로 다운-샘플링되는 경우에, 1 kHz의 에너지는 변화하지 않지만, 7.5 kHz의 에너지는 0.5 kHz로 이미징될 것이다. 0.5 kHz의 에너지가 앨리어싱이라 간주된다. 다른 예로서, 1 kHz의 아날로그 정현파 신호가 4 kHz로 샘플링되는 경우에, 에너지는 1 kHz에서 나타날 것이고, 이는 바람직하다. 그러나, 인접한 샘플들 사이에 3개의 제로 (zero) 들을 삽입함으로써, 신호가 16 kHz로 업-샘플링되는 경우에, 에너지는 1 kHz, 3 kHz, 5 kHz, 및 7 kHz에서 나타날 것이다. 3 kHz, 5 kHz, 및 7 kHz의 에너지는 1 kHz의 에너지의 이미지이고, 앨리어싱이라 간주된다. 앨리어싱으로 인한 왜곡을 감소시키기 위해, 샘플링 레이트 변환기들은, 일반적으로 저역 통과 필터인 안티-앨리어싱 필터를 통상적으로 포함한다.
일반적으로, 안티-앨리어싱 필터들은 업-샘플러들 및 다운-샘플러들 양자 모두에서 필요하다. 예컨대, 종래의 다운-샘플러는 안티-앨리어싱 필터 및 데시메이터를 통상적으로 포함한다. 몇몇 경우들에서, 다운-샘플러는, 본래의 디지털 신호를 아날로그 신호로 변환하는 디지털 대 아날로그 변환기, 및 아날로그 신 호를 소망하는 샘플링 주파수로 샘플링하는 아날로그 대 디지털 변환기를 포함할 수도 있다. 그러나, 이러한 타입의 다운-샘플러는 전용 하드웨어 지원을 요구하고, 이는 다운-샘플러의 사이즈 및 비용을 증가시킬 수 있다.
다른 경우들에서, 다운-샘플러는 엄격하게 디지털 도메인에서 샘플링 주파수 변환들을 수행할 수도 있다. 디지털 도메인 다운-샘플러는, 다운-샘플링 레이트가 2개의 양의 정수의 비로서 표현될 때 3개의 스테이지들로 구현될 수 있다. 예로서, 다운-샘플링 레이트가 I/D라고 가정하고, 여기서 I 및 D는 상대적으로 소수 (素數) 인 양의 정수들이고, D는 엄격히 I보다 더 크다. 먼저, 디지털 신호는 I의 인자에 의해 보간 (interpolate) 된다. 그 후, 안티-앨리어싱 필터는 그 보간된 디지털 신호를 필터링한다. 마지막으로, 디지털 신호는 D의 다운-샘플링 인자에 의해 데시메이팅된다. 다운-샘플러 내의 안티-앨리어싱 필터의 대역폭은 π/D이고, 여기서 D는 다운-샘플링 인자이다. 따라서, 각각의 상이한 다운-샘플링 레이트 D는 상이한 안티-앨리어싱 필터를 요구한다. 단일 프로토타입 안티-앨리어싱 필터 (prototype anti-aliasing filter) 는 선형 보간을 사용하여, 각각의 소망하는 샘플링 레이트에 대해 안티-앨리어싱 필터를 생성하기 위해 사용될 수도 있다. 그러나, 높은 성능을 달성하기 위하여, 다수의 계수들을 갖는 매우 좁은 대역의 프로토타입 안티-앨리어싱 필터가 요구된다.
요약
일반적으로, 본원은 선택된 중간 샘플링 주파수에 따라, 디지털 신호를 업-샘플링 및 다운-샘플링함으로써, 디지털 도메인에서의 샘플링 레이트 변환을 위한 기술들에 관한 것이다. 그 기술들은, 중간 샘플링 주파수를 디지털 신호의 소망하는 출력 샘플링 주파수의 정수 배수이도록 선택하는 것을 포함한다. 또한, 그 기술들은 다운-샘플링 인자를 선택된 중간 샘플링 주파수와 연관된 동일한 정수이도록 선택하는 것을 포함한다. 샘플링 레이트 변환기는, 입력 샘플링 주파수의 디지털 신호를 선택된 중간 샘플링 주파수로 업-샘플링하고, 그 후 선택된 다운-샘플링 인자에 의해 디지털 신호를 소망하는 출력 샘플링 주파수로 다운-샘플링한다.
샘플링 레이트 변환기는 업-샘플러 및 다운-샘플러 양자 모두를 포함한다. 업-샘플러는, 업-샘플링 및 보간, 대역 제한 보간, 직접 보간 (direct interpolation), 또는 다른 업-샘플링 방법들을 수행함으로써, 입력 샘플링 주파수를 선택된 중간 샘플링 주파수로 변환하기 위해, 임의의 합리적인 업-샘플링 레이트들을 지원한다. 다운-샘플러는, 선택된 중간 샘플링 주파수를 소망하는 출력 샘플링 주파수로 변환하기 위해 정수 다운-샘플링 인자들만을 지원한다.
상이한 다운-샘플링 인자들은 다운-샘플러에서 상이한 안티-앨리어싱 필터들을 요구한다. 메모리에 다수의 안티-앨리어싱 필터들을 저장하는 것을 피하기 위해, 배수 인자들을 갖는 대역폭을 갖는 프로토타입 안티-앨리어싱 필터가 메모리에 저장된다. 선택된 중간 샘플링 주파수는 소망하는 출력 샘플링 주파수의 정수 배수일 수도 있고, 여기서 정수는 프로토타입 필터와 연관된 배수 인자들 중 하나이다.
필터 생성기는 데시메이션을 사용하여, 프로토타입 필터에 기초하여, 디지털 신호의 선택된 다운-샘플링 인자에 대해 안티-앨리어싱 필터를 생성한다. 따라서, 몇몇 실시형태들에서, 디지털 신호에 대한 변환 레이트와 상관없이, 오직 1개의 프로토타입 필터만이 메모리에 저장될 필요가 있을 수도 있다. 또한, 저장된 프로토타입 안티-앨리어싱 필터는 감소된 수의 인자들을 갖는 상대적으로 짧은 프로토타입 필터일 수도 있다. 이는, 이동 무선 통신 디바이스 (WCD) 와 같은, 데이터 저장 공간이 한정된 디바이스에서 특히 유용할 수도 있다.
일 실시형태에서, 본원은 디지털 도메인에서 디지털 신호의 샘플링 레이트를 변환하는 방법을 제공한다. 그 방법은, 디지털 신호의 중간 샘플링 주파수를 디지털 신호의 소망하는 출력 샘플링 주파수의 정수 배수이도록 선택하는 단계를 포함한다. 또한, 그 방법은, 입력 샘플링 주파수의 디지털 신호를 선택된 중간 샘플링 주파수로 업-샘플링하는 단계, 및 선택된 중간 샘플링 주파수의 디지털 신호를 소망하는 출력 샘플링 주파수로 다운-샘플링하는 단계를 포함한다.
다른 실시형태에서, 본원은 디지털 도메인에서 디지털 신호의 샘플링 레이트를 변환하기 위한 명령들을 포함하는 컴퓨터-판독가능 매체를 제공한다. 그 명령들은 프로그래밍 가능한 프로세서로 하여금, 디지털 신호의 중간 샘플링 주파수를 디지털 신호의 소망하는 출력 샘플링 주파수의 정수 배수이도록 선택하도록 한다. 또한, 그 명령들은 프로그래밍 가능한 프로세서로 하여금, 입력 샘플링 주파수의 디지털 신호를 선택된 중간 샘플링 주파수로 업-샘플링하고, 선택된 중간 샘플링 주파수의 디지털 신호를 소망하는 출력 샘플링 주파수로 다운-샘플링하도록 한다.
다른 실시형태에서, 본원은 디지털 신호의 중간 샘플링 주파수를 디지털 신호의 소망하는 출력 샘플링 주파수의 정수 배수이도록 선택하는 프로세서를 포함하는 디바이스를 제공한다. 또한, 프로세서는 디지털 도메인에서 디지털 신호의 샘플링 레이트를 변환하고, 여기서 그 프로세서는, 입력 샘플링 주파수의 디지털 신호를 선택된 중간 샘플링 주파수로 업-샘플링하고, 선택된 중간 샘플링 주파수의 디지털 신호를 소망하는 출력 샘플링 주파수로 다운-샘플링한다.
여기서 설명되는 기술들은 하드웨어, 소프트웨어, 펌웨어, 또는 이들의 임의의 조합으로 구현될 수도 있다. 소프트웨어로 구현되는 경우에, 기술들은, 프로세서에 의해 실행될 때 여기서 설명된 하나 이상의 방법들을 수행하는 명령들을 포함하는 컴퓨터 판독가능 매체에 의해, 전부 또는 일부 실현될 수도 있다.
하나 이상의 실시형태들의 세부사항이 첨부 도면 및 이하의 상세한 설명에서 설명된다. 본 발명의 다른 특징들, 목적들, 및 이점들은 상세한 설명 및 도면, 및 청구항들로부터 명백하게 될 것이다.
도면의 간단한 설명
도 1은 본원의 일 실시형태에 따른 샘플링 레이트 변환기를 포함하는 무선 통신 디바이스 (WCD) 를 나타내는 블록도이다.
도 2는 도 1의 샘플링 레이트 변환기를 더 상세히 나타내는 블록도이다.
도 3은 도 1의 주파수 선택기를 더 상세히 나타내는 블록도이다.
도 4는 선택된 중간 샘플링 레이트에 기초하여, 디지털 도메인에서 소망하는 출력 샘플링 레이트로의 입력 샘플링 레이트의 변환을 나타내는 흐름도이다.
도 5는 디지털 도메인에서 디지털 신호의 입력 샘플링 주파수를 소망하는 출력 샘플링 주파수로 변환하기 위한, 중간 샘플링 주파수의 선택을 나타내는 흐름도이다.
도 6은 소망하는 출력 샘플링 주파수의 연속적인 정수 배수들인 중간 샘플링 주파수들의 세트를 나타내는 플롯이다.
도 7은 소망하는 출력 샘플링 주파수의 비연속적인 정수 배수들인 중간 샘플링 주파수들의 다른 세트를 나타내는 플롯이다.
상세한 설명
도 1은 본원의 일 실시형태에 따른 샘플링 레이트 변환기 (20) 를 포함하는 무선 통신 디바이스 (WCD) (10) 를 나타내는 블록도이다. 설명될 바와 같이, 샘플링 레이트 변환기 (20) 는, 선택된 중간 샘플링 주파수에 따라 디지털 신호를 업-샘플링 및 다운-샘플링함으로써, 디지털 도메인에서 샘플링 레이트 변환을 수행한다. 샘플링 레이트 변환기 (20) 는 다양한 디바이스들에서 유용할 수도 있고, 특히 데이터 저장 공간이 한정될 수도 있는 WCD (10) 와 같은 디바이스들에서 유용할 수도 있다. 그러나, 샘플링 레이트 변환기 (20) 는, 유선 통신 디바이스들, 패킷 기반 통신 디바이스들, 및 기본적으로 통신을 지향하는 것이 아닌 오디오 재생 디바이스들, 레코딩 디바이스들, 및 디스플레이 디바이스들을 포함하는, 다른 디바이스들에서도 유용할 수도 있다. 도 1의 예에서, 샘플링 레이트 변환기 (20) 는, 이동 무선전화기, 위성 무선전화기, 휴대용 컴퓨터 내에 통합된 무선 통신 카드, 무선 통신 능력이 갖추어진 PDA (personal digital assistant), 또는 무선 통신이 가능한 임의의 다양한 디바이스들의 형태를 취할 수도 있는 WCD (10) 내에 상주한다.
WCD (10) 는 복수의 기지국들과 통신할 수도 있다. 일반적으로, 기지국들은 WCD (10) 에 대한 네트워크 액세스를 제공하기 위해 WCD (10) 와 무선으로 통신하는 고정 장비들이다. 예컨대, 기지국들은 WCD (10) 와 공중 전화 교환망 (PSTN) 간의 인터페이스를 제공하여, 전화 호들이 WCD (10) 에 라우팅될 수 있고, WCD (10) 로부터 라우팅될 수 있도록 할 수도 있다. 대안으로 또는 추가로, 기지국들은 패킷 기반 음성 정보 또는 패킷 기반 데이터의 송신을 위한 패킷 기반 네트워크에 연결될 수도 있다.
도 1의 예에서, WCD (10) 는 안테나 (11), 송수신기 (12), 코덱 (인코더/디코더) (13), 메모리 (16), 및 제어기 (18) 를 포함한다. 몇몇 실시형태들에서, 제어기 (18) 는 WCD (10) 의 동작을 제어할 수 있는 이동국 모뎀 (MSM) 을 포함할 수도 있다. WCD (10) 는 안테나 (11) 를 통해 송수신기 (12) 를 이용하여 기지국들로부터 무선 신호들을 수신할 수도 있다. 그 후, 코덱 (13) 은 그 수신된 무선 신호들을 디코딩한다. 제어기 (18) 는, 코덱 (13) 으로부터 입력 샘플링 레이트의 디코딩된 디지털 신호들을 수신하고, 그 디지털 신호들을 프로세싱하며, 그 프로세싱된 신호들을 WCD (10) 의 사용자에게 제공 및/또는 그 프로세싱된 신호들을 메모리 (16) 에 저장한다.
제어기 (18) 는 신호 프로세서 (14), 샘플러 (15), 샘플링 레이트 변환기 (20), 주파수 선택기 (22), 및 필터 생성기 (24) 를 포함한다. 신호 프로세서 (14) 는 입력 샘플링 주파수의 코덱 (13) 으로부터 수신된 디지털 신호를 프로세싱하며, 샘플링 레이트 변환기 (20) 는 그 디지털 신호에 대한 애플리케이션에 따라, 입력 샘플링 주파수를 소망하는 출력 샘플링 주파수로 변환한다. 신호 프로세서 (14) 는 소망하는 출력 샘플링 주파수의 디지털 신호를 다시 프로세싱할 수도 있다. 다른 실시형태들에서, 제어기 (18) 는 다중 신호 프로세서들을 포함할 수도 있다. 신호들을 WCD (10) 의 사용자에게 제공하기 위하여, 샘플러 (15) 는 디지털 대 아날로그 변환기 (DAC) 를 포함하고, 소망하는 출력 샘플링 주파수의 디지털 신호를 아날로그 신호로 변환한다.
또한, WCD (10) 는 WCD (10) 의 사용자로부터 신호들을 수신할 수도 있다. 제어기 (18) 는 아날로그 신호들을 수신하고, 그 아날로그 신호들을 디지털 신호들로 변환하며, 그 디지털 신호들을 송신을 위해 프로세싱한다. 이러한 경우에, 샘플러 (15) 는 아날로그 대 디지털 변환기 (ADC) 를 포함하고, 그 아날로그 신호를 입력 샘플링 주파수의 디지털 신호로 변환한다. 신호 프로세서 (14) 는 입력 샘플링 주파수의 디지털 신호를 프로세싱하고, 샘플링 레이트 변환기 (20) 는 그 디지털 신호에 대한 애플리케이션에 따라, 입력 샘플링 주파수를 소망하는 출력 샘플링 주파수로 변환한다. 신호 프로세서 (14) 는 소망하는 출력 샘플링 주파수의 디지털 신호를 다시 프로세싱할 수도 있다. 다른 실시형태들에서, 제어기 (18) 는 다중 신호 프로세서들을 포함할 수도 있다. 코덱 (13) 은 소망하는 출력 샘플링 주파수의 디지털 신호를 인코딩한다. 그 후, 송수신기 (12) 는 안테나 (11) 를 통해 그 인코딩된 무선 신호를 기지국들에 송신한다. 몇몇 실시형태들에서, 제어기 (18) 는, 신호 프로세서들, 샘플링 레이트 변환기들, 및 송수신기 (12) 에 의해 수신된 신호들 및 송수신기 (12) 에 의한 송신을 위한 신호들을 위한 샘플러들의 전용 세트들을 포함할 수도 있다.
디지털 신호를 프로세싱하기 전에, 제어기 (18) 는 디지털 신호에 대한 가능한 애플리케이션에 기초하여, 디지털 신호의 소망하는 출력 샘플링 주파수, fo를 결정한다. 수신된 디지털 신호들에 대한 가능한 애플리케이션들은 다양한 샘플링 주파수들을 사용한다. 예컨대, 8 kHz 및 16 kHz 샘플링 주파수들은 음성 통신 애플리케이션들에서 사용된다. 오디오 컴팩트 디스크 (CD) 애플리케이션들은 44.1 kHz 샘플링 주파수를 사용한다. 디지털 오디오 테이프 (DAT) 애플리케이션들은 48 kHz 샘플링 주파수를 사용한다. 11.025 kHz, 12 kHz, 12.8 kHz, 22.05 kHz, 24 kHz, 32 kHz, 및 44 kHz를 포함하는 다른 전형적인 샘플링 주파수들은 다른 디지털 신호 애플리케이션들에서 사용될 수도 있다.
제어기 (18) 내의 주파수 선택기 (22) 는, 디지털 신호의 중간 샘플링 주파수, fm을 소망하는 출력 샘플링 주파수의 정수 배수이도록 선택한다. 그 후, 제어기 (18) 는, 디지털 신호의 다운-샘플링 인자를 선택된 중간 샘플링 주파수와 연관된 동일한 정수이도록 선택한다. 따라서, 본원의 일 실시형태에 따라, 업-샘플링 및 다운-샘플링은 동일한 중간 주파수를 사용한다.
제어기 (18) 내의 샘플링 레이트 변환기 (20) 는, 선택된 중간 샘플링 주파수에 따라, 디지털 신호의 샘플링 레이트를 입력 샘플링 주파수로부터 소망하는 출 력 샘플링 주파수로 변환하기 위한 업-샘플러 및 다운-샘플러 (도시 생략) 양자 모두를 포함한다. 먼저, 샘플링 레이트 변환기 (20) 는 입력 샘플링 주파수, fi의 디지털 신호를 선택된 중간 샘플링 주파수로 업-샘플링한다. 그 후, 샘플링 레이트 변환기 (20) 는 선택된 다운-샘플링 인자에 의해 그 디지털 신호를 소망하는 출력 샘플링 주파수로 다운-샘플링한다.
샘플링 레이트 변환기 (20) 는 다양한 상이한 샘플링 레이트들로 유연성 있는 다운-샘플링을 제공하도록 구성될 수도 있다. 각각의 다운-샘플링 인자는, 샘플링 레이트 변환기 (20) 내의 다운-샘플러에서 상이한 안티-앨리어싱 필터를 요구한다. 다수의 안티-앨리어싱 필터들을 메모리 (16) 에 저장하는 것을 피하기 위해, 배수 인자들을 갖는 대역폭을 갖는 프로토타입 안티-앨리어싱 필터가 메모리 (16) 에 저장된다. 예컨대, 프로토타입 필터는 π/N의 대역폭을 가질 수도 있고, 여기서 N은 배수 인자들을 갖는다. 몇몇 실시형태들에서, 2개 이상의 프로토타입 안티-앨리어싱 필터들이 메모리 (16) 에 저장될 수도 있고, 여기서 프로토타입 필터들의 각각은 상이한 대응하는 인자들을 갖는 상이한 대역폭을 갖는다.
주파수 선택기 (22) 는, 디지털 신호의 중간 샘플링 주파수를 소망하는 출력 샘플링 주파수의 정수 배수이도록 선택할 수도 있고, 여기서 정수는 메모리 (16) 에 저장된 프로토타입 안티-앨리어싱 필터와 연관된 배수 인자들 중 하나이다. 제어기 (18) 는 디지털 신호의 다운-샘플링 인자를 프로토타입 필터와 연관된 배수 인자들 중 동일한 하나와 동일하도록 선택한다.
제어기 (18) 내의 필터 생성기 (24) 는, 데시메이션을 사용하여, 프로토타입 필터에 기초하여, 디지털 신호의 선택된 다운-샘플링 인자에 대해 안티-앨리어싱 필터를 생성한다. 필터 생성기 (24) 는, 필터의 대역폭을 설정하고, 다수의 필터 탭들을 확립하며, 필터의 계수들을 계산함으로써 안티-앨리어싱 필터를 생성할 수도 있다. 안티-앨리어싱 필터의 대역폭은, 안티-앨리어싱 필터를 통과할 수 있는 신호 에너지의 주파수 범위를 정의한다.
예컨대, 메모리 (16) 에 저장된 프로토타입 안티-앨리어싱 필터가 π/N의 대역폭을 가지고, 선택된 중간 샘플링 주파수가 nfo (n은 N의 인자) 인 경우에, 제어기 (18) 는 다운-샘플링 인자를 n이 되도록 선택한다. 그 후, 필터 생성기 (24) 는 프로토타입 필터를 N/n의 인자에 의해 데시메이팅함으로써, π/n의 대역폭을 갖는 안티-앨리어싱 필터를 생성한다. 이러한 방식으로, 수신된 디지털 신호들에 대한 샘플링 주파수 변환 레이트들과 상관없이, 1개의 프로토타입 필터만이 메모리 (16) 에 저장될 필요가 있을 수도 있다. 또한, 저장된 프로토타입 안티-앨리어싱 필터는 감소된 수의 인자들을 갖는 상대적으로 짧은 프로토타입 필터일 수도 있다. 이는, 저장 공간이 한정된 WCD (10) 에서 특히 유용할 수도 있다.
프로토타입 필터로부터 안티-앨리어싱 필터들을 생성하는 수개의 특정한 예들이 본원의 범위를 한정하지 않으면서 제공된다. 제 1 예로서, 메모리 (16) 에 저장된 안티-앨리어싱 프로토타입 필터는 π/60의 대역폭을 가질 수도 있고, 여기서 60은 2, 3, 4, 5, 6, 10, 12, 15, 20, 30, 및 60의 배수이다. 필터 생성 기 (24) 는 데시메이션을 사용하여, π/2, π/3, π/4, π/5, π/6, π/10, π/12, π/15, π/20, π/30, 또는 π/60의 대역폭을 가지도록 프로토타입 필터로부터 안티-앨리어싱 필터 (30) 를 도출할 수도 있다. 즉, 메모리 (16) 에 저장된 프로토타입 필터는 다운-샘플링 인자들 2, 3, 4, 5, 6, 10, 12, 15, 20, 30, 및 60을 지원한다. 따라서, 주파수 선택기 (22) 는 2fo, 3fo, 4fo, 5fo, 6fo, 10fo, 12fo, 15fo, 20fo, 30fo, 및 60fo 를 포함하는 세트로부터 디지털 신호에 대한 중간 샘플링 주파수를 선택할 수도 있다. 이러한 경우에, 예시적인 프로토타입 필터는, 메모리 (16) 에서 사용되는 저장 공간의 양을 11개의 상이한 안티-앨리어싱 필터들을 메모리 (16) 에 저장하기 위해 요구되는 공간과 비교하여 대략 64% 만큼 감소시킨다.
제 2 예로서, 메모리 (16) 에 저장된 안티-앨리어싱 프로토타입 필터는 π/12의 대역폭을 가질 수도 있고, 여기서 12는 2, 3, 4, 6, 및 12의 배수이다. 예시적인 프로토타입 필터는, 높은 변환 레이트들의 지원이 필요하지 않은 대부분의 스피치 및 오디오 애플리케이션들에 대해 충분할 수도 있다. 필터 생성기 (24) 는 데시메이션을 사용하여, π/2, π/3, π/4, π/6, 또는 π/12의 대역폭을 가지도록 프로토타입 필터로부터 안티-앨리어싱 필터 (30) 를 도출할 수도 있다. 즉, 메모리 (16) 에 저장된 프로토타입 필터는 다운-샘플링 인자들 2, 3, 4, 6, 및 12를 지원한다. 따라서, 주파수 선택기 (22) 는 2fo, 3fo, 4fo, 6fo, 및 12fo를 포함하는 세트로부터 디지털 신호의 중간 샘플링 주파수를 선택할 수도 있다. 이러한 경우에, 예시적인 프로토타입 필터는, 메모리 (16) 에서 사용되는 저장 공간의 양을 5개의 상이한 안티-앨리어싱 필터들을 메모리 (16) 에 저장하기 위해 요구되는 공간과 비교하여 대략 56% 만큼 감소시킨다.
도 2는 도 1의 샘플링 레이트 변환기 (20) 를 더 상세히 나타내는 블록도이다. 샘플링 레이트 변환기 (20) 는, 선택된 중간 샘플링 주파수에 따라, 각각 디지털 도메인에서 디지털 신호를 업-샘플링 및 다운-샘플링하는 업-샘플러 (26) 및 다운-샘플러 (28) 를 포함한다.
업-샘플러 (26) 는 디지털 신호의 샘플링 주파수를 증가시켜서, 본래의 디지털 신호의 대역폭보다 더 넓은 대역폭을 갖는 업-샘플링된 디지털 신호를 생성한다. 업-샘플링에 대해, 신호의 충실도를 보존하기 위해, 확장된 주파수 대역에서 본래의 디지털 신호 스펙트럼 및 에너지에 대한 왜곡 (distortion) 이 소정의 레벨로 제어되어야 한다. 업-샘플러 (26) 는, 업-샘플링 및 보간, 대역 제한 보간, 직접 보간, 또는 다른 업-샘플링 방법들을 수행함으로써, 입력 샘플링 주파수를 선택된 중간 샘플링 주파수로 변환하기 위해, 임의의 합리적인 업-샘플링 레이트들을 지원한다.
다운-샘플러 (28) 는 디지털 신호의 샘플링 주파수를 감소시켜서, 본래의 디지털 신호의 대역폭보다 더 좁은 대역폭을 갖는 다운-샘플링된 디지털 신호를 생성한다. 다운 샘플링에 대해, 신호의 충실도를 보존하기 위해, 본래의 디지털 신호 스펙트럼에 대한 왜곡이 최소화되어야 한다. 다운-샘플러 (28) 는, 선택된 중간 샘플링 주파수를 소망하는 출력 샘플링 주파수로 변환하기 위해, 정수의 다운 -샘플링 인자들만을 지원한다. 다운-샘플러 (28) 는 안티-앨리어싱 필터 (30) 및 데시메이터 (32) 를 포함한다.
주파수 선택기 (22) 가 디지털 신호의 중간 샘플링 주파수를 선택하면, 샘플링 레이트 변환기 (20) 내의 업-샘플러 (26) 가 입력 샘플링 주파수, fi의 디지털 신호를 선택된 중간 샘플링 주파수, fm으로 업-샘플링한다. 예컨대, 업-샘플러 (26) 는 디지털 신호를 업-샘플링 인자에 의해 확장함으로써 디지털 신호를 업-샘플링할 수도 있다. 업-샘플러 (26) 는, 디지털 신호의 인접한 입력 샘플들 사이에 소정의 수의 제로를 삽입함으로써 이러한 업-샘플링 프로세스를 달성할 수도 있다. 업-샘플러 (26) 는, 제로 삽입 프로세스 후에 디지털 신호에 존재하는 어떤 앨리어싱 이미지들 또는 왜곡도 제거하기 위해 디지털 신호를 필터링할 수도 있다. 그 후, 업-샘플러 (26) 는, 디지털 신호를 선택된 중간 샘플링 주파수로 다운-샘플링하기 위해 보간을 수행할 수도 있다. 보간법들은 0차 보간, 선형 보간, 고차 보간들, 및 다양한 스플라인 보간 (spline interpolation) 들을 포함한다.
그 후, 샘플링 레이트 변환기 (20) 내의 다운-샘플러 (28) 는, 선택된 중간 샘플링 주파수에 따라, 메모리 (16) 에 저장된 프로토타입 필터로부터 도출된 안티-앨리어싱 필터 (30) 를 이용하여 디지털 신호를 필터링한다. 디지털 신호를 필터링한 후에, 다운-샘플러 (28) 는 데시메이터 (32) 를 이용하여, 디지털 신호를 선택된 다운-샘플링 인자에 의해 데시메이팅함으로써, 중간 샘플링 주파수, fm의 디 지털 신호를 소망하는 출력 샘플링 주파수, fo로 다운-샘플링한다.
선택된 중간 샘플링 주파수에 기초하여, 디지털 신호를 입력 샘플링 주파수로부터 소망하는 출력 샘플링 주파수로 변환하는 수개의 예들이 제공된다. 제 1 예로서, 제어기 (18) 는 44.1 kHz의 입력 샘플링 레이트의 디지털 신호를 수신할 수도 있고, 디지털 신호의 소망하는 출력 샘플링 주파수가 8 kHz라고 결정할 수도 있다. 이러한 예에서, 주파수 선택기 (22) 는 중간 샘플링 주파수를 48 kHz가 되도록 선택하고, 이는 소망하는 출력 샘플링 주파수의 정수 배수 (즉, 6fo) 이다. 그 후, 제어기 (18) 는 다운-샘플링 인자를 6과 동일하도록 선택하고, 이는 선택된 중간 샘플링 주파수와 연관된 동일한 정수이다. 업-샘플러 (26) 는 디지털 신호를 44.1 kHz로부터 48 kHz로 업-샘플링한다. 다운-샘플러 (28) 는 프로토타입 필터로부터 도출된 π/6의 대역폭을 갖는 안티-앨리어싱 필터 (30) 를 이용하여 디지털 신호를 필터링한다. 그 후, 다운-샘플러 (28) 는 데시메이터 (32) 를 이용하여, 디지털 신호를 6의 인자에 의해 데시메이팅함으로써, 디지털 신호를 48 kHz로부터 8 kHz로 다운-샘플링한다.
제 2 예로서, 제어기 (18) 는 48 kHz의 입력 샘플링 레이트의 디지털 신호를 수신할 수도 있고, 디지털 신호의 소망하는 출력 샘플링 주파수가 44.1 kHz라고 결정할 수도 있다. 이 예에서, 주파수 선택기 (22) 는 중간 샘플링 주파수를 88.2 kHz이도록 선택하고, 이는 소망하는 출력 샘플링 주파수의 정수 배수 (즉, 2fo) 이다. 그 후, 제어기 (18) 는 다운-샘플링 인자를 2와 동일하도록 선택하 고, 이는 업-샘플러 (26) 에 의해 사용된 선택된 중간 샘플링 주파수와 연관된 동일한 정수이다. 업-샘플러 (26) 는 디지털 신호를 48 kHz로부터 88.2 kHz로 업-샘플링한다. 다운-샘플러 (28) 는 프로토타입 필터로부터 도출된 π/2의 대역폭을 갖는 안티-앨리어싱 필터 (30) 를 이용하여 디지털 신호를 필터링한다. 그 후, 다운-샘플러 (28) 는 데시메이터 (32) 를 이용하여, 디지털 신호를 2의 인자에 의해 데시메이팅함으로써, 디지털 신호를 88.2 kHz로부터 44.1 kHz로 다운-샘플링한다.
제 3 예로서, 제어기 (18) 는 44.1 kHz의 입력 샘플링 레이트의 디지털 신호를 수신할 수도 있고, 디지털 신호의 소망하는 출력 샘플링 주파수가 22 kHz라고 결정할 수도 있다. 이 예에서, 주파수 선택기 (22) 는 중간 샘플링 주파수를 66 kHz이도록 선택하고, 이는 소망하는 출력 샘플링 주파수의 정수 배수 (즉, 3fo) 이다. 그 후, 제어기 (18) 는 다운-샘플링 인자를 3과 동일하도록 선택하고, 이는 선택된 중간 샘플링 주파수와 연관된 동일한 정수이다. 업-샘플러 (26) 는 디지털 신호를 44.1 kHz로부터 66 kHz로 업-샘플링한다. 다운-샘플러 (28) 는 프로토타입 필터로부터 도출된 π/3의 대역폭을 갖는 안티-앨리어싱 필터 (30) 를 이용하여 디지털 신호를 필터링한다. 그 후, 다운-샘플러 (28) 는 데시메이터 (32) 를 이용하여, 디지털 신호를 3의 인자에 의해 데시메이팅함으로써, 디지털 신호를 66 kHz로부터 22 kHz로 다운-샘플링한다.
도 3은 도 1의 주파수 선택기 (22) 를 더 상세히 나타내는 블록도이다. 제어기 (18) 내의 주파수 선택기 (22) 는, 소망하는 출력 샘플링 주파수, fo, 및 메모리 (16) 에 저장된 프로토타입 안티-앨리어싱 필터와 연관된 인자들에 기초하여, 중간 샘플링 주파수, fm을 선택한다. 주파수 선택기 (22) 는 제어기 (18) 로부터 디지털 신호의 입력 샘플링 주파수 및 소망하는 출력 샘플링 주파수를 수신한다. 또한, 주파수 선택기 (22) 는 메모리 (16) 에 저장된 프로토타입 필터와 연관된 인자들을 검색한다.
주파수 선택기 (22) 내의 주파수 결정 모듈 (40) 은, 소망하는 출력 샘플링 주파수의 정수 배수들인 중간 샘플링 주파수들의 세트를 결정하고, 여기서 정수들은 프로토타입 필터와 연관된 인자들이다. 예컨대, 프로토타입 안티-앨리어싱 필터가 π/N의 대역폭을 갖는 경우에, 대응하는 인자들은 n-2, n-1, n, 및 n+1일 수도 있다. 주파수 결정 모듈 (40) 은 중간 샘플링 주파수들의 세트를 (n-2)*fo, (n-1)*fo, nfo, 및 (n+1)*fo이도록 결정한다. 몇몇 경우들에서, 중간 샘플링 주파수들의 결정된 세트가 연속적이지 않을 수도 있다.
그 후, 주파수 선택기 (22) 내의 비교 모듈 (44) 은, 중간 샘플링 주파수들의 세트 중 입력 샘플링 주파수 이상인 최저의 중간 샘플링 주파수를 결정하기 위해, 디지털 신호의 입력 샘플링 주파수, fi를 주파수 결정 모듈 (40) 로부터의 중간 샘플링 주파수들의 세트와 비교한다. 그 후, 주파수 선택기 (22) 는 중간 샘플링 주파수들의 세트 중 입력 샘플링 주파수 이상인 최저의 중간 샘플링 주파수를 디지털 신호의 중간 샘플링 주파수로서 선택한다. 예컨대, 디지털 신호의 입력 샘플링 주파수, fi가 (n-1)*fo보다 더 크고 nfo보다 더 작은 경우에, 주파수 선택기 (22) 는, 디지털 신호의 중간 샘플링 주파수, fm을 nfo와 동일하도록 선택한다.
도 4는 선택된 중간 샘플링 레이트에 기초하여, 디지털 도메인에서 입력 샘플링 레이트를 소망하는 출력 샘플링 레이트로 변환하는 예시적인 동작을 나타내는 흐름도이다. 동작은 도 1의 WCD (10) 내의 제어기 (18) 를 참조하여 여기서 설명될 것이다. 프로토타입 안티-앨리어싱 필터가 WCD (10) 의 메모리 (16) 에 저장될 수도 있다 (50). 몇몇 경우들에서, WCD (10) 의 서비스 제공자가 프로토타입 안티-앨리어싱 필터를 메모리 (16) 에 저장할 수도 있다. 다른 경우들에서, WCD (10) 의 제조 시에, 안티-앨리어싱 필터가 메모리 (16) 에 저장될 수도 있다. 프로토타입 필터는 π/N의 대역폭을 가질 수도 있고, 여기서 N은 배수 인자들을 갖는다. 몇몇 실시형태들에서, 2개 이상의 프로토타입 안티-앨리어싱 필터들이 메모리 (16) 에 저장될 수도 있고, 여기서 프로토타입 필터들의 각각은 상이한 대응하는 인자들을 갖는 상이한 대역폭을 갖는다.
제어기 (18) 는 입력 샘플링 주파수, fi로 샘플링된 디지털 신호를 수신한다 (52). 그 후, 제어기 (18) 는 디지털 신호에 대한 가능한 애플리케이션에 기초하여, 디지털 신호의 소망하는 출력 샘플링 주파수, fo를 결정한다 (54). 상이한 디지털 신호 애플리케이션들은 상이한 샘플링 주파수들을 사용한다. 따라서, 특정한 애플리케이션은 요구되는 샘플링 주파수를 지정할 수도 있고, 제어기 (18) 는 출력 샘플링 주파수, fo의 선택을 위해 이를 참조한다.
제어기 (18) 는 디지털 신호의 입력 샘플링 주파수 및 소망하는 출력 샘플링 주파수를 주파수 선택기 (22) 에 전송한다. 주파수 선택기 (22) 는 디지털 신호의 중간 샘플링 주파수,fm을 소망하는 출력 샘플링 주파수의 정수 배수이도록 선택한다 (56). 주파수 선택기 (22) 는, 소망하는 출력 샘플링 주파수, 및 메모리 (16) 에 저장된 프로토타입 안티-앨리어싱 필터와 연관된 인자들에 기초하여 선택을 수행한다. 예컨대, 프로토타입 안티-앨리어싱 필터가 π/12의 대역폭을 갖는 경우에, 대응하는 인자들은 2, 3, 4, 6, 및 12이다. 그 후, 주파수 선택기 (22) 는 2fo, 3fo, 4fo, 6fo, 및 12fo 중 하나로서 중간 주파수를 선택한다.
그 후, 제어기 (18) 는 다운-샘플링 인자를 선택된 중간 샘플링 주파수와 연관된 동일한 정수이도록 선택한다 (58). 상기 예를 계속하면, 선택된 중간 샘플링 주파수가 3fo인 경우에, 제어기 (18) 는 다운-샘플링 인자를 3이 되도록 선택한다. 제어기 (18) 는 디지털 신호의 선택된 다운-샘플링 인자를 필터 생성기 (24) 에 전송한다. 필터 생성기 (24) 는 데시메이션을 사용하여, 메모리 (16) 에 저장된 프로토타입 안티-앨리어싱 필터로부터, 선택된 다운-샘플링 인자에 대해 안티-앨리어싱 필터를 생성한다 (60). 프로토타입 안티-앨리어싱 필터가 π/12의 대역폭을 가지고, 선택된 다운-샘플링 인자가 3인 경우에, 필터 생성기 (24) 는 프로토타입 필터를 4의 인자에 의해 데시메이팅함으로써, π/3의 대역폭을 갖는 안티-앨리어싱 필터를 생성한다.
샘플링 레이트 변환기 (20) 내의 업-샘플러 (26) 는 입력 샘플링 주파수, fi의 디지털 신호를 선택된 중간 샘플링 주파수, fm으로 업-샘플링한다 (62). 샘플링 레이트 변환기 (20) 내의 다운-샘플러 (28) 는, 선택된 중간 샘플링 주파수에 따라, 메모리 (16) 에 저장된 프로토타입 필터로부터 도출된 안티-앨리어싱 필터 (30) 를 이용하여 디지털 신호를 필터링한다 (64). 그 후, 다운-샘플러 (28) 는 데시메이터 (32) 를 이용하여, 디지털 신호를 선택된 다운-샘플링 인자에 의해 데시메이팅함으로써, 중간 샘플링 주파수, fm의 디지털 신호를 소망하는 출력 샘플링 주파수, fo로 다운-샘플링한다 (66).
도 5는 디지털 도메인에서 디지털 신호의 입력 샘플링 주파수를 소망하는 출력 샘플링 주파수로 변환하기 위해 중간 샘플링 주파수를 선택하는 예시적인 동작을 나타내는 흐름도이다. 예컨대, 동작은 도 4의 단계 (56) 를 더 상세히 포함할 수도 있다. 동작은 도 1의 WCD (10) 의 제어기 (18) 내의 주파수 선택기 (22) 를 참조하여 여기서 설명될 것이다.
주파수 선택기 (22) 는 제어기 (18) 로부터 디지털 신호의 입력 샘플링 주파수 및 소망하는 출력 샘플링 주파수를 수신한다 (70). 그 후, 주파수 선택기 (22) 는 메모리 (16) 에 저장된 프로토타입 안티-앨리어싱 필터와 연관된 인자들을 검색한다 (72). 프로토타입 필터는 π/N의 대역폭을 가지고, 여기서 N은 배수 인자들이다. 몇몇 실시형태들에서, 메모리 (16) 는 2개 이상의 프로토타입 안티-앨리어싱 필터들을 저장할 수도 있고, 여기서 프로토타입 필터들의 각각은 상이 한 대응하는 인자들을 갖는 상이한 대역폭을 갖는다.
주파수 선택기 (22) 내의 주파수 결정 모듈 (40) 은, 디지털 신호의 소망하는 출력 샘플링 주파수, 및 프로토타입 안티-앨리어싱 필터와 연관된 인자들에 기초하여, 중간 샘플링 주파수들의 세트를 결정한다 (74). 중간 샘플링 주파수들의 세트는 소망하는 출력 샘플링 주파수, fo의 정수 배수들이고, 여기서 정수들은 프로토타입 필터와 연관된 인자들이다. 예컨대, 프로토타입 안티-앨리어싱 필터는 π/12의 대역폭을 가지고, 대응하는 인자들은 2, 3, 4, 6, 및 12이다. 주파수 결정 모듈 (40) 은 중간 샘플링 주파수들의 세트를 2fo, 3fo, 4fo, 6fo, 및 12fo이도록 결정한다.
그 후, 주파수 선택기 (22) 내의 비교 모듈 (44) 은 디지털 신호의 입력 샘플링 주파수를 중간 샘플링 주파수들의 세트와 비교한다 (76). 그 비교에 기초하여, 비교 모듈 (44) 은, 중간 샘플링 주파수들의 세트 중 입력 샘플링 주파수 이상인 최저의 중간 샘플링 주파수를 결정한다 (78). 그 후, 주파수 선택기 (22) 는 중간 샘플링 주파수들의 세트 중 입력 샘플링 주파수 이상인 최저의 중간 샘플링 주파수를 디지털 신호의 중간 샘플링 주파수로서 선택한다 (80). 예컨대, 입력 샘플링 주파수가 2fo와 3fo 사이에 있는 경우에, 주파수 선택기 (22) 는 3fo를 디지털 신호의 중간 샘플링 주파수이도록 선택한다.
도 6은 소망하는 출력 샘플링 주파수, fo의 연속적인 정수 배수들인 중간 샘 플링 주파수들의 세트 (84) 를 나타내는 플롯이다. 도 6의 수평축은 디지털 신호의 입력 샘플링 주파수들을 표현한다. 도 6의 수직축은 디지털 신호의 중간 샘플링 주파수들의 세트 (84) 를 표현한다. 도 6의 예에서, 중간 샘플링 주파수들의 세트 (84) 는 2fo, 3fo, 4fo, 5fo, 6fo, 7fo, 및 8fo를 포함한다. 따라서, 본원에 따라, 연관된 프로토타입 안티-앨리어싱 필터는 2, 3, 4, 5, 6, 7, 및 8의 대응하는 인자들을 갖는 대역폭을 가져야만 한다.
플롯에서 도시된 바와 같이, 디지털 신호의 입력 샘플링 주파수, fi 이상인, 소망하는 출력 샘플링 주파수의 최저의 정수 배수와 동일한 디지털 신호의 중간 샘플링 주파수, fm이 중간 샘플링 주파수들의 세트 (84) 로부터 선택된다. 즉, 디지털 신호의 입력 샘플링 주파수가 소망하는 출력 샘플링 주파수의 임의의 연속적인 정수 배수들 사이에 있는 경우에, 디지털 신호의 중간 샘플링 주파수는 입력 샘플링 주파수 이상인 정수 배수이도록 선택된다. 예컨대, (n-1)fo < fi ≤ nfo 인 경우, fm = nfo 이다. 도 6에 도시된 채워진 도트들은, 입력 주파수 fi가 nfo와 동일할 때 중간 샘플링 주파수 fm이 nfo이도록 선택됨을 표시한다. 이러한 경우에, 업-샘플링이 필요하지 않다.
예시된 중간 샘플링 주파수들의 세트 (84) 에 대해, 메모리에 저장된 프로토타입 안티-앨리어싱 필터는, 연속적인 정수 배수들 2fo, 3fo, 4fo, 5fo, 6fo, 7fo, 및 8fo를 생성하기 위해 좁은 대역폭을 가질 필요가 있을 수도 있다. 따라서, 프로 토타입 필터는 상대적으로 길 수도 있고, 메모리에서 대량의 저장 공간을 소비할 수도 있다. 그러나, 단일 프로토타입 안티-앨리어싱 필터를 저장하는 것은, 프로토타입 필터와 연관된 인자들의 각각에 대해 개별 안티-앨리어싱 필터들을 저장하는 것보다 메모리에서 상당히 더 적은 공간을 요구한다.
도 7은 소망하는 출력 샘플링 주파수, fo의 비연속적인 정수 배수들인 중간 샘플링 주파수들의 다른 세트 (86) 를 나타내는 플롯이다. 도 7의 수평축은 디지털 신호의 입력 샘플링 주파수들을 표현한다. 도 7의 수직축은 디지털 신호의 중간 샘플링 주파수들의 세트 (86) 를 표현한다. 도 7의 예에서, 중간 샘플링 주파수들의 세트 (86) 는 2fo, 3fo, 4fo, 6fo, 및 12fo를 포함한다. 따라서, 본원에 따라, 연관된 프로토타입 안티-앨리어싱 필터는 2, 3, 4, 6, 및 12의 대응하는 인자들을 갖는 대역폭을 가져야만 한다. 이러한 경우에서, 프로토타입 필터는 π/12의 대역폭을 가질 수도 있다.
플롯에서 도시된 바와 같이, 디지털 신호의 입력 샘플링 주파수, fi 이상인, 소망하는 출력 샘플링 주파수의 최저의 정수 배수와 동일한 디지털 신호의 중간 샘플링 주파수, fm이 중간 샘플링 주파수들의 세트 (86) 로부터 선택된다. 즉, 디지털 신호의 입력 샘플링 주파수가 소망하는 출력 샘플링 주파수의 임의의 비연속적인 정수 배수들 사이에 있는 경우에, 디지털 신호의 중간 샘플링 주파수가 입력 샘플링 주파수 이상인 정수 배수이도록 선택된다. 예컨대, 4fo < fi ≤ 6fo 인 경우, fm = 6fo 이다. 또한, 6fo < fi ≤ 12fo 인 경우, fm = 12fo 이다. 도 7에 도시된 채워진 도트들은, 입력 주파수 fi가 정수 배수들 중 하나와 동일할 때 중간 샘플링 주파수 fm이 정수 배수들 중 그 동일한 하나이도록 선택됨을 표시한다. 예컨대, fi = 6fo 일 때 fm = 6fo 이다. 이러한 경우에, 업-샘플링이 필요하지 않다.
예시된 중간 샘플링 주파수들의 세트 (86) 에 대해, 메모리에 저장된 프로토타입 안티-앨리어싱 필터는 π/12의 대역폭을 가질 수도 있고, 이는 비연속적인 정수 배수들 2fo, 3fo, 4fo, 6fo, 및 12fo를 생성하기 위해 상대적으로 넓은 대역폭이다. 따라서, 프로토타입 필터는 상대적으로 짧을 수도 있고, 도 6에 도시된 예와 비교하여 메모리에서 소량의 저장 공간을 소비할 수도 있다.
다수의 실시형태들이 설명되었다. 그러나, 이들 실시형태들에 대한 다양한 변형이 가능하며, 여기서 제공된 원리는 다른 실시형태들에도 마찬가지로 적용될 수도 있다. 여기서 설명된 방법들은 하드웨어, 소프트웨어, 및/또는 펌웨어로 구현될 수도 있다. 그러한 방법들의 다양한 태스크들은, 마이크로프로세서, 임베딩된 제어기, 또는 IP 코어와 같은, 로직 엘리먼트들의 하나 이상의 어레이들에 의해 실행 가능한 명령들의 세트들로서 구현될 수도 있다. 일례로, 하나 이상의 그러한 태스크들은, 셀룰러 전화기와 같은 개인용 통신 디바이스의 다양한 디바이스들의 동작들을 제어하도록 구성된, 이동국 모뎀 칩 또는 칩세트 내에 실행을 위해 배열된다.
본원에서 설명된 기술들은, 범용 목적 마이크로프로세서, 디지털 신호 프로세서 (DSP), 주문형 집적 회로 (ASIC), 필드 프로그래밍 가능한 게이트 어레이 (FPGA), 복합 프로그래밍 가능한 로직 디바이스 (CPLD), 또는 다른 균등한 로직 디바이스들 내에서 구현될 수도 있다. 소프트웨어로 구현되는 경우에, 기술들은, 랜덤 액세스 메모리 (RAM), 리드-온리 메모리 (ROM), 비휘발성 랜덤 액세스 메모리 (NVRAM), 전기적으로 소거 가능한 프로그래밍 가능한 리드-온리 메모리 (EEPROM), FLASH 메모리 등과 같은 컴퓨터-판독가능 매체 상의 명령들로서 구현될 수도 있다. 기술들은, 하나 이상의 프로세서들로 하여금, 본원에서 설명된 기능의 일정 양태들을 수행하도록 한다.
또 다른 예들로서, 일 실시형태는, 하드-배선 회로로서, 주문형 집적 회로 내에 제조된 회로 구성으로서, 또는 비휘발성 저장 장치 내에 로딩된 펌웨어 프로그램, 또는 머신-판독가능 코드로서 데이터 저장 매체 내에 또는 그로부터 로딩된 소프트웨어 프로그램으로서 일부 또는 전부 구현될 수도 있고, 여기서 그러한 코드는 마이크로프로세서 또는 다른 디지털 신호 프로세싱 유닛과 같은 로직 엘리먼트들의 어레이에 의해 실행 가능한 명령들이다. 데이터 저장 매체는, (동적 또는 정적 RAM, ROM, 및/또는 플래시 RAM을 포함할 수도 있고 여기에 한정되지 않는) 반도체 메모리 또는 강유전체, 오보닉, 폴리머성, 또는 상변화 메모리와 같은 저장 엘리먼트들의 어레이; 또는 자기 디스크 또는 광학 디스크와 같은 디스크 매체일 수도 있다.
본원에서, 디지털 도메인에서 샘플링 레이트 변환을 수행하기 위한 다양한 기술들이 설명되었다. 그 기술들은, 배수 인자들을 갖는 대역폭을 갖는 프로토타입 안티-앨리어싱 필터를 메모리에 저장하는 것을 포함한다. 그 기술들은, 메모리에 저장된 프로토타입 필터의 인자들에 기초하여, 중간 샘플링 주파수를 디지털 신호의 소망하는 출력 샘플링 주파수의 정수 배수이도록 선택하는 것, 및 다운-샘플링 인자를 선택된 중간 샘플링 주파수와 연관된 동일한 정수이도록 선택하는 것을 더 포함한다.
그 후, 필터 생성기는 데시메이션을 사용하여, 프로토타입 필터에 기초하여, 선택된 다운-샘플링 인자에 대해 안티-앨리어싱 필터를 생성한다. 업-샘플러 및 다운-샘플러 양자 모두를 포함하는 샘플링 레이트 변환기는, 입력 샘플링 주파수의 디지털 신호를 선택된 중간 샘플링 주파수로 업-샘플링하고, 도출된 안티-앨리어싱 필터를 이용하여 디지털 신호를 필터링하며, 선택된 다운-샘플링 인자에 의해 디지털 신호를 소망하는 출력 샘플링 주파수로 다운-샘플링한다. 이러한 방식으로, 1개의 프로토타입 필터만이 메모리에 저장될 필요가 있을 수도 있다. 또한, 저장된 프로토타입 안티-앨리어싱 필터는, 감소된 수의 인자들을 갖는 상대적으로 짧은 프로토타입 필터일 수도 있다.
무선 통신 디바이스들에서 디지털 신호들의 샘플링 레이트들을 변환하는 것을 주로 참조하여 설명되었지만, 샘플링 레이트 변환 기술들은, 유선 통신 디바이스들, 패킷 기반 통신 디바이스들, 또는 통신을 지원할 수도 있거나 또는 지원하지 않을 수도 있는, 오디오 재생 디바이스들, 레코딩 디바이스들, 및 디스플레이 디바 이스들과 같은 다른 디바이스들에서 구현될 수도 있다. 이들 및 다른 실시형태들은 뒤따르는 청구항들의 범위 내에 속한다.

Claims (42)

  1. 배수 인자들을 갖는 대역폭을 갖는 프로토타입 안티-앨리어싱 필터 (prototype anti-aliasing filter) 를 제공하는 단계;
    디지털 신호의 중간 샘플링 주파수를 상기 디지털 신호의 소망하는 출력 샘플링 주파수의 정수 배수이도록 선택하는 단계로서, 상기 정수 배수는 상기 프로토타입 안티-앨리어싱 필터와 연관된 상기 배수 인자들을 포함하는, 상기 선택하는 단계;
    입력 샘플링 주파수의 상기 디지털 신호를 상기 선택된 중간 샘플링 주파수로 업-샘플링하는 단계; 및
    상기 선택된 중간 샘플링 주파수의 상기 디지털 신호를 상기 소망하는 출력 샘플링 주파수로 다운-샘플링하는 단계를 포함하는, 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 디지털 신호의 애플리케이션에 기초하여, 상기 디지털 신호의 상기 소망하는 출력 샘플링 주파수를 결정하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 디지털 신호의 다운-샘플링 인자를 상기 선택된 중간 샘플링 주파수와 연관된 정수이도록 선택하는 단계를 더 포함하며,
    상기 디지털 신호를 다운-샘플링하는 단계는, 상기 디지털 신호를 상기 선택된 다운-샘플링 인자에 의해 데시메이팅 (decimate) 하는 단계를 포함하는, 방법.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 프로토타입 안티-앨리어싱 필터에 기초하여, 상기 디지털 신호의 상기 선택된 다운-샘플링 인자에 대해 안티-앨리어싱 필터를 생성하는 단계; 및
    상기 디지털 신호의 상기 선택된 다운-샘플링 인자에 대해 생성된 상기 안티-앨리어싱 필터를 이용하여, 상기 중간 샘플링 주파수의 상기 디지털 신호를 필터링하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 중간 샘플링 주파수를 선택하는 단계는, 상기 입력 샘플링 주파수 이상인, 상기 소망하는 출력 샘플링 주파수의 최저의 정수 배수를 선택하는 단계를 포함하는, 방법.
  6. 삭제
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 디지털 신호의 다운-샘플링 인자를 상기 중간 샘플링 주파수와 연관된 배수 인자들 중 하나이도록 선택하는 단계;
    상기 프로토타입 안티-앨리어싱 필터를 데시메이팅함으로써, 상기 디지털 신호의 상기 선택된 다운-샘플링 인자에 대해 안티-앨리어싱 필터를 생성하는 단계; 및
    상기 디지털 신호의 상기 선택된 다운-샘플링 인자에 대해 생성된 상기 안티-앨리어싱 필터를 이용하여, 상기 선택된 중간 샘플링 주파수의 상기 디지털 신호를 필터링하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 중간 샘플링 주파수를 선택하는 단계는,
    상기 프로토타입 안티-앨리어싱 필터와 연관된 인자들을 검색하는 단계;
    상기 소망하는 출력 샘플링 주파수, 및 상기 프로토타입 안티-앨리어싱 필터와 연관된 인자들에 기초하여, 중간 샘플링 주파수들의 세트를 결정하는 단계; 및
    상기 중간 샘플링 주파수들의 세트 중 하나의 중간 샘플링 주파수를 상기 디지털 신호의 상기 중간 샘플링 주파수로서 선택하는 단계를 포함하는, 방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 중간 샘플링 주파수들의 세트 중 하나의 중간 샘플링 주파수를 선택하는 단계는,
    상기 입력 샘플링 주파수를 상기 중간 샘플링 주파수들의 세트와 비교하는 단계;
    상기 중간 샘플링 주파수들의 세트 중 상기 입력 샘플링 주파수 이상인 최저의 중간 샘플링 주파수를 결정하는 단계; 및
    상기 중간 샘플링 주파수들의 세트 중 상기 입력 샘플링 주파수 이상인 최저의 중간 샘플링 주파수를 상기 디지털 신호의 상기 중간 샘플링 주파수로서 선택하는 단계를 포함하는, 방법.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 중간 샘플링 주파수들의 세트를 결정하는 단계는, 상기 프로토타입 안티-앨리어싱 필터와 연관된 인자들과 상기 소망하는 출력 주파수의 곱들 (muliples) 의 세트를 결정하는 단계를 포함하는, 방법.
  11. 제 8 항에 있어서,
    상기 프로토타입 안티-앨리어싱 필터와 연관된 인자들은 연속적이거나 또는 비연속적인, 방법.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 입력 샘플링 주파수로 아날로그 신호를 샘플링하여, 상기 디지털 신호를 생성하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  13. 컴퓨터 프로그램이 수록된 컴퓨터-판독가능 매체로서,
    배수 인자들을 갖는 대역폭을 갖는 프로토타입 안티-앨리어싱 필터 (prototype anti-aliasing filter) 를 제공하는 동작;
    디지털 신호의 중간 샘플링 주파수를 상기 디지털 신호의 소망하는 출력 샘플링 주파수의 정수 배수이도록 선택하는 동작으로서, 상기 정수 배수는 상기 프로토타입 안티-앨리어싱 필터와 연관된 상기 배수 인자들을 포함하는, 상기 선택하는 동작;
    입력 샘플링 주파수의 상기 디지털 신호를 상기 선택된 중간 샘플링 주파수로 업-샘플링하는 동작; 및
    상기 선택된 중간 샘플링 주파수의 상기 디지털 신호를 상기 소망하는 출력 샘플링 주파수로 다운-샘플링하는 동작을 수행하는 명령들을 포함하는, 컴퓨터-판독가능 매체.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 디지털 신호의 다운-샘플링 인자를 상기 선택된 중간 샘플링 주파수와 연관된 정수이도록 결정하는 동작, 및
    상기 디지털 신호를 상기 선택된 다운-샘플링 인자에 의해 데시메이팅 (decimate) 하는 동작을 수행하는 명령들을 더 포함하는, 컴퓨터-판독가능 매체.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 프로토타입 안티-앨리어싱 필터에 기초하여, 상기 디지털 신호의 상기 선택된 다운-샘플링 인자에 대해 안티-앨리어싱 필터를 생성하는 동작;
    상기 디지털 신호의 상기 선택된 다운-샘플링 인자에 대해 생성된 상기 안티-앨리어싱 필터를 이용하여, 상기 중간 샘플링 주파수의 상기 디지털 신호를 필터링하는 동작을 수행하는 명령들을 더 포함하는, 컴퓨터-판독가능 매체.
  16. 제 13 항에 있어서,
    상기 명령들은 상기 입력 샘플링 주파수 이상인 상기 소망하는 출력 샘플링 주파수의 최저의 정수 배수를 선택하는 동작을 수행하는, 컴퓨터-판독가능 매체.
  17. 삭제
  18. 제 13 항에 있어서,
    상기 디지털 신호의 다운-샘플링 인자를 상기 중간 샘플링 주파수와 연관된 배수 인자들 중 하나이도록 선택하는 동작;
    상기 프로토타입 안티-앨리어싱 필터를 데시메이팅함으로써, 상기 디지털 신호의 상기 선택된 다운-샘플링 인자에 대해 안티-앨리어싱 필터를 생성하는 동작; 및
    상기 디지털 신호의 상기 선택된 다운-샘플링 인자에 대해 생성된 상기 안티-앨리어싱 필터를 이용하여, 상기 선택된 중간 샘플링 주파수의 상기 디지털 신호를 필터링하는 동작을 수행하는 명령들을 더 포함하는, 컴퓨터-판독가능 매체.
  19. 제 13 항에 있어서,
    상기 명령들은,
    상기 프로토타입 안티-앨리어싱 필터와 연관된 인자들을 검색하는 동작;
    상기 소망하는 출력 샘플링 주파수, 및 상기 프로토타입 안티-앨리어싱 필터와 연관된 인자들에 기초하여, 중간 샘플링 주파수들의 세트를 결정하는 동작; 및
    상기 중간 샘플링 주파수들의 세트 중 하나의 중간 샘플링 주파수를 상기 디지털 신호의 상기 중간 샘플링 주파수로서 선택하는 동작을 수행하는, 컴퓨터-판독가능 매체.
  20. 제 19 항에 있어서,
    상기 명령들은,
    상기 입력 샘플링 주파수를 상기 중간 샘플링 주파수들의 세트와 비교하는 동작;
    상기 중간 샘플링 주파수들의 세트 중 상기 입력 샘플링 주파수 이상인 최저의 중간 샘플링 주파수를 결정하는 동작; 및
    상기 중간 샘플링 주파수들의 세트 중 상기 입력 샘플링 주파수 이상인 최저의 중간 샘플링 주파수를 상기 디지털 신호의 상기 중간 샘플링 주파수로서 선택하는 동작을 수행하는, 컴퓨터-판독가능 매체.
  21. 제 19 항에 있어서,
    상기 명령들은, 상기 프로토타입 안티-앨리어싱 필터와 연관된 인자들과 상기 소망하는 출력 주파수의 곱들 (multiples) 의 세트를 결정하는 동작을 수행하는, 컴퓨터-판독가능 매체.
  22. 배수 인자들을 갖는 대역폭을 갖는 프로토타입 안티-앨리어싱 필터 (prototype anti-aliasing filter);
    디지털 신호의 중간 샘플링 주파수를 상기 디지털 신호의 소망하는 출력 샘플링 주파수의 정수 배수이도록 선택하도록 구성된 제어기로서, 상기 정수 배수는 상기 프로토타입 안티-앨리어싱 필터와 연관된 상기 배수 인자들을 포함하는, 상기 제어기; 및
    디지털 도메인에서 디지털 신호의 샘플링 레이트를 변환하도록 구성된 샘플링 레이트 변환기를 포함하며,
    상기 샘플링 레이트 변환기는, 입력 샘플링 주파수의 상기 디지털 신호를 상기 선택된 중간 샘플링 주파수로 업-샘플링하고, 상기 선택된 중간 샘플링 주파수의 상기 디지털 신호를 상기 소망하는 출력 샘플링 주파수로 다운-샘플링하는, 디바이스.
  23. 제 22 항에 있어서,
    상기 제어기는 상기 디지털 신호의 애플리케이션에 기초하여, 상기 디지털 신호의 상기 소망하는 출력 샘플링 주파수를 결정하는, 디바이스.
  24. 제 22 항에 있어서,
    상기 제어기는 상기 디지털 신호의 다운-샘플링 인자를 상기 선택된 중간 샘플링 주파수와 연관된 정수이도록 선택하고;
    상기 샘플링 레이트 변환기는 상기 선택된 중간 샘플링 주파수의 상기 디지털 신호를 상기 소망하는 출력 샘플링 주파수로 다운-샘플링하기 위해, 상기 디지털 신호를 상기 다운-샘플링 인자에 의해 데시메이팅 (decimate) 하는, 디바이스.
  25. 제 24 항에 있어서,
    상기 디바이스 내의 메모리에 저장된 상기 프로토타입 안티-앨리어싱 필터에 기초하여, 상기 디지털 신호의 상기 선택된 다운-샘플링 인자에 대해 다운 샘플러 내의 안티-앨리어싱 필터를 생성하는 필터 생성기를 더 포함하며,
    상기 다운-샘플러는 상기 디지털 신호의 상기 선택된 다운-샘플링 인자에 대해 생성된 상기 안티-앨리어싱 필터를 이용하여, 상기 중간 샘플링 주파수의 상기 디지털 신호를 필터링하는, 디바이스.
  26. 제 22 항에 있어서,
    상기 입력 샘플링 주파수 이상인, 상기 소망하는 출력 샘플링 주파수의 최저의 정수 배수를 상기 디지털 신호의 상기 중간 샘플링 주파수로서 선택하는 주파수 선택기를 더 포함하는, 디바이스.
  27. 제 22 항에 있어서,
    배수 인자들을 갖는 상기 대역폭을 갖는 상기 프로토타입 안티-앨리어싱 필터를 저장하는 메모리를 더 포함하는, 디바이스.
  28. 삭제
  29. 제 22 항에 있어서,
    상기 제어기는 프로세서인, 디바이스.
  30. 제 22 항에 있어서,
    상기 디바이스 내의 메모리에 저장된 상기 프로토타입 안티-앨리어싱 필터와 연관된 인자들을 검색하는 주파수 선택기; 및
    상기 소망하는 출력 샘플링 주파수, 및 상기 프로토타입 안티-앨리어싱 필터와 연관된 인자들에 기초하여, 중간 샘플링 주파수들의 세트를 결정하는, 상기 주파수 선택기 내의 주파수 결정 모듈을 더 포함하며,
    상기 주파수 선택기는, 상기 중간 샘플링 주파수들의 세트 중 하나의 중간 샘플링 주파수를 상기 디지털 신호의 상기 중간 샘플링 주파수로서 선택하는, 디바이스.
  31. 제 30 항에 있어서,
    상기 입력 샘플링 주파수를 상기 중간 샘플링 주파수들의 세트와 비교하고, 상기 중간 샘플링 주파수들의 세트 중 상기 입력 샘플링 주파수 이상인 최저의 중 간 샘플링 주파수를 결정하는, 상기 주파수 선택기 내의 비교 모듈을 더 포함하며,
    상기 주파수 선택기는, 상기 중간 샘플링 주파수들의 세트 중 상기 입력 샘플링 주파수 이상인 최저의 중간 샘플링 주파수를 상기 디지털 신호의 상기 중간 샘플링 주파수로서 선택하는, 디바이스.
  32. 제 30 항에 있어서,
    상기 주파수 결정 모듈은, 상기 프로토타입 안티-앨리어싱 필터와 연관된 인자들과 상기 소망하는 출력 주파수의 곱들 (multiples) 의 세트를 결정하는, 디바이스.
  33. 제 30 항에 있어서,
    상기 프로토타입 안티-앨리어싱 필터와 연관된 인자들은 연속적이거나 또는 비연속적인, 디바이스.
  34. 제 22 항에 있어서,
    상기 입력 샘플링 주파수로 아날로그 신호를 샘플링하여, 상기 디지털 신호를 생성하는 샘플러를 더 포함하는, 디바이스.
  35. 제 22 항에 있어서,
    상기 디바이스는, 무선 통신 디바이스, 유선 통신 디바이스, 패킷 기반 통신 디바이스, 오디오 재생 디바이스, 레코딩 디바이스, 및 디스플레이 디바이스 중 하나인, 디바이스.
  36. 배수 인자들을 갖는 대역폭을 갖는 프로토타입 안티-앨리어싱 필터 (prototype anti-aliasing filter) 를 제공하는 수단;
    디지털 신호의 중간 샘플링 주파수를 상기 디지털 신호의 소망하는 출력 샘플링 주파수의 정수 배수이도록 선택하는 수단으로서, 상기 정수 배수는 상기 프로토타입 안티-앨리어싱 필터와 연관된 상기 배수 인자들을 포함하는, 상기 선택하는 수단;
    입력 샘플링 주파수의 상기 디지털 신호를 상기 선택된 중간 샘플링 주파수로 업-샘플링하는 수단; 및
    상기 선택된 중간 샘플링 주파수의 상기 디지털 신호를 상기 소망하는 출력 샘플링 주파수로 다운-샘플링하는 수단을 포함하는, 디바이스.
  37. 제 36 항에 있어서,
    상기 디지털 신호의 다운-샘플링 인자를 상기 선택된 중간 샘플링 주파수와 연관된 정수이도록 선택하는 수단을 더 포함하며,
    상기 디지털 신호를 다운-샘플링하는 수단은 상기 디지털 신호를 상기 선택된 다운-샘플링 인자에 의해 데시메이팅 (decimate) 하는 수단을 포함하는, 디바이스.
  38. 제 36 항에 있어서,
    상기 중간 샘플링 주파수를 선택하는 수단은, 상기 입력 샘플링 주파수 이상인 상기 소망하는 출력 샘플링 주파수의 최저의 정수 배수를 선택하는 수단을 포함하는, 디바이스.
  39. 제 36 항에 있어서,
    상기 디지털 신호의 다운-샘플링 인자를 상기 중간 샘플링 주파수와 연관된 배수 인자들 중 하나이도록 선택하는 수단;
    상기 프로토타입 안티-앨리어싱 필터를 데시메이팅함으로써, 상기 디지털 신호의 상기 선택된 다운-샘플링 인자에 대해 안티-앨리어싱 필터를 생성하는 수단; 및
    상기 디지털 신호의 상기 선택된 다운-샘플링 인자에 대해 생성된 상기 안티-앨리어싱 필터를 이용하여, 상기 선택된 중간 샘플링 주파수의 상기 디지털 신호를 필터링하는 수단을 더 포함하는, 디바이스.
  40. 제 36 항에 있어서,
    상기 중간 샘플링 주파수를 선택하는 수단은,
    상기 프로토타입 안티-앨리어싱 필터와 연관된 인자들을 검색하는 수단;
    상기 소망하는 출력 샘플링 주파수, 및 상기 프로토타입 안티-앨리어싱 필터와 연관된 인자들에 기초하여, 중간 샘플링 주파수들의 세트를 결정하는 수단; 및
    상기 중간 샘플링 주파수들의 세트 중 하나의 중간 샘플링 주파수를 상기 디지털 신호의 상기 중간 샘플링 주파수로서 선택하는 수단을 포함하는, 디바이스.
  41. 제 40 항에 있어서,
    상기 중간 샘플링 주파수들의 세트 중 하나의 중간 샘플링 주파수를 선택하는 수단은,
    상기 입력 샘플링 주파수를 상기 중간 샘플링 주파수들의 세트와 비교하는 수단;
    상기 중간 샘플링 주파수들의 세트 중 상기 입력 샘플링 주파수 이상인 최저의 중간 샘플링 주파수를 결정하는 수단; 및
    상기 중간 샘플링 주파수들의 세트 중 상기 입력 샘플링 주파수 이상인 최저의 중간 샘플링 주파수를 상기 디지털 신호의 상기 중간 샘플링 주파수로서 선택하는 수단을 포함하는, 디바이스.
  42. 제 40 항에 있어서,
    상기 중간 샘플링 주파수들의 세트를 결정하는 수단은, 상기 프로토타입 안티-앨리어싱 필터와 연관된 인자들과 상기 소망하는 출력 주파수의 곱들 (multiples) 의 세트를 결정하는 수단을 포함하는, 디바이스.
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