TW479413B

TW479413B - D/A converter, its method, and the data interpolation device

Info

Publication number: TW479413B
Application number: TW090105607A
Authority: TW
Inventors: Yukio Koyanagi
Original assignee: Sakai Yasue
Priority date: 1999-06-18
Filing date: 2001-03-09
Publication date: 2002-03-11
Also published as: CN1349684A; HK1044424A1; KR20010101889A; US6515608B1; EP1198065A1; CN1154233C; HK1044424B; KR100416289B1; EP1198065A4; WO2000079686A1

Description

479413

經濟部智慧財產局員工消費合作社印製五、發明說明（1 ) 本發明係關於，可將分散性之數位資料變換成連續性之類比信號之數位-類比變換器（D / A變換器）及方法，以及資料內插裝置，特別是關於，使用在語音資料之D / A變換等很合適者。在最近之數位音頻裝置，例如C D播放機或D V D播送機等，爲了要從分散性之數位語音資料獲得連續性之類比語音信號，係使用應用超取樣技術之D / A變換器。這種D / A變換器爲了要在分散式輸入之數位資料間內插資料，以虛擬方式提高取樣頻率，一般都是使用數位濾波器，以樣品保持電路保持各內插値生成階梯狀之信號波形後，令其通過低通濾波器，輸出平滑之類比語音信號。通常由D / A變換器所含之數位濾波器進行之資料內插，係使用稱作s i n c函數之標本化函數。第1圖係s i n c 函數之說明圖。s i n c函數係將Dirac之5函數反傅立葉 (Founer)變換時出現，以標本化頻率爲f時，由s 1 η ( π f t )/ ( π f t )定義之。此s i n c函數僅在t = 0之標本點其値成爲1，在其他之所有標本點之値爲〇。第2圖係表示分散資料與其間之內插値之關係之圖。例如以平滑變化之類比之語音信號以一定之時間間隔標本化，在將其量子化而獲得作爲標本資料之分散性語音資料。D / A變換器則輸入這種分散之數位之語音資料’輸出其間用上述s i n c函數之內插處理連接之連續性之類比語音信號。在第2圖，假設相等間隔之標本點t 1、t 2、t 3、t ζ 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -4 - ϋ an n ϋ ί βϋ ϋ n ί I · tm i n n MM§ ϋ ϋ ϊ ，a an «ϋ ϋ «ϋ n n an 1 一 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 479413 A7 B7 五、發明說明（2 ) 之各點之分散資料之値爲Y(tl)、Y(t2)、Y(t3)、Y(t4)’ 如果是要求出，例如對標本點t 2與t 3間之一定位置t 0 ( (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 離t 2距離a處）之內插値Υ ° 一般來講，要使用標本化函數求出內插値y時’可先求出所給之各分散資料之內插位置t 0之標本化函數之値’ 再使用此値進行折疊運算即可。具体上是，按t1〜t 4之各標本點，使標本化函數之中心位置之蜂値高度一致’求出這時之各內插位置t 0之標本化函數之値（以X記號表示），將其全部相加。再者，隨著時間之經過，內插位置t 〇會移動’但因對應各標本位置之各位準也會隨著時間之經過而變化’因此內插値y (t 0)也連續變化’可獲得平滑連接各分散資料間之連續之類比信號。然而，使用上述超取樣技術之傳統之D / A變換器’因爲是將經內插而獲得之階梯狀之信號波形通過低通濾波器以生成平滑之類比信號，因此存在有，所輸出之類比信號會因低通濾波器使其相位特性劣化之問題。經濟部智慧財產局員工消費合作社印製同時，上述sine函數係在±〇〇會聚成〇之函數’因此，要求出正確之內插値時必須求出所有之分散資料之 s i n c函數之値，再相加。但實際上是，因處理能力或電路規模等之關係，而限定要考慮之分散資料之範圍進行數位濾波器之處理。因此，所獲得之內插値含有去除尾數之誤差，有無法獲得正確之內插値之問題。如此，在應用超取樣技術之傳統之D / Α變換器’由於 -5- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 479413 Α7 Β7 五、發明說明（3 ) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 通過低通濾波器而造成相位特性之劣化，同時，因爲是使用應用sine函數之數位濾波器，而產生去除尾數之誤差。因此，對應此等之輸出波形產生失真，輸出之語音品質有劣化之問題。本發明係爲了解決這種問題而完成者，其目的在獲得失真很少之輸出波形，使其可以提高輸出語音之品質。本發明之數位-類比變換器，係藉.由超取樣及一次以上之移動平均運算或折疊運算，將對應輸入之η個分散資料之値之基本波形之數位資料相互加以合成，藉此求出對上述分散資料之數位之內插値後，將包含該內插値之各數位資料値變換成類比量。本發明之其他形態，係藉由超取樣及移動平均運算或折疊運算，將對應輸入之η個分散資料之値之基本波形之數位資料相互加以合成，對該合成之數位資料値，再進行移動平均運算或折疊運算，求出對上述分散資料之數位之內插値後，將包含該內插値之各數位資料値變換成類比量〇經濟部智慧財產局員工消費合作社印製本發明之其他形態具備有：藉由移動平均運算或折疊運算，將對應輸入之η個分散資料之値之基本波形之數位資料相互加以合成之合成構件；在多段範圍內進行，對藉由上述合成構件生成之數位資料，以前段之兩倍之頻率對輸入之各資料値取樣，將獲得之各資料値，及將此等各錯開一定相位之各資料値分別相加，而輸出到下一段之處理之超取樣構件；對藉由上述超取樣構件取得之各資料値進 -6 - 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 479413 A7 B7 五、發明說明（4 ) 行移動平均運算或折疊運算之運算構件；以及，將上述運算構件求得之各資料値變換成類比量之D / A變換構件。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 本發明之其他形態具備有：將對應依照基準頻率時鐘脈衝輸入之η個分散資料之値之基本波形之數位資料，分別相互錯開上述基準頻率時鐘脈衝分而相加，以進行資料合成之合成構件；在多段範圍內進行，對藉由上述合成構件生成之數位資料，以前段之兩倍之頻率對輸入之各資料値取樣，將獲得之各資料値，及將此等分別錯開半時鐘脈衝分之各資料値分別相加，而輸出到下一段之處理之超取樣構件；對藉由上述超取樣構件取得之各資料値，在上述超取樣構件之最後一段之頻率時鐘脈衝下，將各資料分別錯開一時鐘脈衝而相加，藉此進行移動平均運算或折疊運算之運算構件；以及，將上述運算構件求得之各資料値變換成類比量之D / Α變換構件。經濟部智慧財產局員工消費合作社印製在此，上述合成構件具備有：例如，可令依據上述基準頻率時鐘脈衝順序輸入之分散資料，順序延遲上述基準頻率時鐘脈衝分之η個延遲構件；以及，對從上述n個延遲構件輸出之各個資料値，分別乘上對應基本數位波形之各增益値，同時，將各個乘算結果相加而輸出到上述超取樣構件之乘加法構件。同時，上述超取樣構成構件具備有：例如，對上述合成構件生成之數位資料之各資料値，以上述基準頻率之兩倍頻率之時鐘脈衝取樣，分別將所獲得之各資料値及將此錯開半個時鐘脈衝分之各資料値相加之第1運算構件；對本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐）經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 479413 A7 B7____ 五、發明說明（5 ) 由上述第1運算構件獲得之各資料値，以上述基準頻率之4 倍頻率之時鐘脈衝取樣，分別將所獲得之各資料値及將此錯開半個時鐘脈衝分之各資料値相加之第2運算構件；以及，對由上述第2.運算搆件獲得之各資料値，以上述基準頻率之8倍頻率之時鐘脈衝取樣，分別將所獲得之各資料値及將此錯開半個時鐘脈衝分之各資料値相加之第3運算構件。同時，上述運算構件具備有：例如，將藉由上述超取樣構件獲得之數位資料，分別順序延遲上述超取樣構件之最後段之頻率時鐘脈衝分之多數延遲構件；以及，分別將上述多數延遲構件之輸出相加而輸出之加法構件。同時，本發明之數位-類比變換方法含有：藉由超取樣及一次以上之移動平均運算或折疊運算，將對應輸入之η 個分散資料之値之基本波形之數位資料相互加以合成，藉此求出對上述分散資料之數位內插値之運算步驟；以及，將包含藉由上述運算求得之內插値之各數位資料値變換成類比量之D / Α變換步驟。本發明之其他形態含有：藉由移動平均運算或折疊運算，將對應輸入之η個分散資料之値之基本波形之數位資料相互加以合成之合成步驟；對該合成之數位資料値再進行伴隨移動平均運算或折疊運算之超取樣之超取樣步驟；對藉由上述超取樣獲得之資料値再進行移動平均運算或折疊運算，而求出對上述分散資料之數位內插値之運算步驟 ;以及，將包含藉由上述運算求得之內插値之各數位資料本i張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)

479413 A7 B7_ 五、發明說明（6 ) 値變換成類比量之D / A變換步驟。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 同時，本發明之內插裝置，係藉由超取樣及一次以上之移動平均運算或折疊運算，將對應輸入之II個分散資料之値之基本波形之數位資料相互加以合成，藉此求出對上述分散資料之數位之內插値。本發明之其他形態，係藉由移動平均運算或折疊運算，將對應輸入之η個分散資料之値之基本波形之數位資料相互加以合成，對該合成之數位資料値進行超取樣，對藉由此獲得之資料値再進行移動平均運算或折疊運算，而求出對上述分散資料之數位之內插値。經濟部智慧財產局員工消費合作社印製依據如上述構成之本發明時，因爲僅藉由超取樣及移動平均運算或折疊運算，將對應輸入之分散資料之基本波形之數位資料相互加以合成之數位處理，便能夠獲得對原來之分散資料之連續性內插値，因此將其D / Α變換之結果便成爲平滑之類比信號。因此，可以不必像傳統配設樣品保持電路或低通濾波器，可以抑制因濾波器造成之相位特性之劣化。而且，本發明之從基本數位波形生成之函數係有限台之標本化函數，因此可以減少獲得一個內插値所需要之分散資料之數目，而且在減少應成爲處理對象之分散資料數時，也可以使其不產生去除尾數之誤差。因此，可以將輸出波形之失真抑制到最低限度。依據上述各點，可以大幅度提昇輸出之類比信號之品質。本實施形態之D / A變換器不是使用數位濾波器進行超本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 479413 Λ7 B7 五、發明說明（7 ) 取樣後，通過樣品保持電路、低通濾波器生成類比信號，而其特徵是在，應輸入之分散資料將對應標本化函數之基本波形之數位資料相互加以合成，對所獲得之資料値執行超取樣及移動平均運算或折疊運算（以後稱作褶積 (convolution)運算），藉此以數位方式求出各內插値後，生成對應此之類比信號。茲參照附圖詳細說明本實施形態之D / A變換器如下。第3圖及第4圖係表示本實施形態之D / A變換器之架構圖，第5.圖〜第7圖係用以說明本實施形態之D / A變換器之原理圖。首先參照上述第5圖〜第7圖說明D/A變換器之原理。第5圖係本實施形態使用之基本數位波形之說明圖。第5圖所示之基本數位波形係以超取樣進行資料內插時使用之標本化函數之基本。此基本數位波形係按基準脈衝之每1時鐘脈衝（CK)使資料値作-1、1、8、8、1、- 1之變化而作成。在此，爲了要說明本實施形態之D / A變換動作之基本原理，思考對第5圖之基本數位波形施加下述處理之情形。首先，對如第5圖所示之基本波形之數位資料値，以兩倍頻率之時鐘脈衝（2CK)進行取樣，而分別將所獲得之各樣品値及將該等各錯開2CK之半個時鐘脈衝分（半相位）之各樣品値予以相加，藉此以數位方式執行伴隨有兩段褶積 (convolution)運算之兩倍之超取樣。接著，對此從第1次超取樣獲得之各資料値，再以兩 :---^--------裝--- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂· 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 x 297公釐） -10 - 經濟部智慧財產局員工消費合作社印制π 479413 A7 B7___ 五、發明說明（8 ) 倍頻率之時鐘脈衝（4CK)進行取樣，而分別將所獲得之各樣品値及將該等各錯開4CK之半個時鐘脈衝分（半相位）之各樣品値予以相加，藉此，與第1次同樣執行伴隨有兩段褶積運算之再兩倍之超取樣。然後，對此從第2次超取樣獲得之各資料値，再以兩. 倍頻率之時鐘脈衝（8CK)進行取樣，而分別將所獲得之各樣品値及將該等各錯開8CK之半個時鐘脈衝分（半相位）之各樣品値予以相加，藉此，再執行1次伴隨有兩段褶積運算之再兩倍之超取樣。如此返覆進行兩倍之超取樣及兩段之褶積運算3次後，對第3次之褶積運算獲得之各資料値，以跟第3次同樣頻率之時鐘脈衝（8CK)，將各取樣値分別錯開1個時鐘脈衝，執行8段之褶積運算。第6圖係表示對第5圖之基本數位波形進行上述超取樣與褶積運算之結果之圖。其中，第6圖（A)係表示，第1次進行超取樣與褶積運算之結果。在第6圖（A)，第1行之數列表不’對第5圖所不之基本數位波形之資料値實施兩倍超取樣之結果，第2行之數列表示，將第1行之各樣品値錯開半相位分之結果。而且，第3行之數列係表示，在對應之列間加算第1行之各樣品値與第2行之各樣品値之結果。而第6圖（B)係表示，進行第2次之超取樣與褶積運算之結果。在第6圖（B)，第1行之數列表示，對由第1次之超取樣與褶積運算所獲得之上述第6圖（A)之第3行所示資料値進行兩倍超取樣之結果，第2行之數列表示，將第1行本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格（210 x 297公爱) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝 479413 Λ7 ___B7____ 五、發明說明（9 ) ·,---;--------裝--- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 之各樣品値錯開半相位分之結果。而且，第3行之數列係表示，在對應之列間加算第1行之各樣品値與第2行之各樣品値之結果。而第6圖（C)係表示，進行第3次之超取樣與褶積運算之結果。在第6圖（C)，第1行之數列表示，對由第2次之超取樣與褶積運算所獲得之上述第6圖（B)之第3行所示資料値進行兩倍超取樣之結果，第2行之數列表示，將第1行之各樣品値錯開半相位分之結果。而且，第3行之數列係表示，在對應之列間加算第1行之各樣品値與第2行之各樣品値之結果。再者，因圖面上之限制，一連串之數列係以兩段構造表示之。而第6圖（D)係表示進行8段褶積運算之結果。在第6 圖（D)，第1行之數列表示，由第3次之超取樣與褶積運算所獲得之上述第6圖（C)之第3行所示資料値，2〜8行之數列表示，將第1行之各樣品値依序錯開半相位分之結果。而且，第9行之數列係表示，在對應之列間加算第1〜8行之各樣品値之結果。再者，這裡也是因圖面上之限制，以兩段構造表示一連串之數列。經濟部智慧財產局員工消費合作社印制β 將第6圖（D)之第9行所示之最終獲得之各樣品値加以 D / A變換時，將可獲得第7圖所示之波形函數之信號。此第7圖所示之函數，係整個領域可作一次微分，沿橫軸之標本位置t在1至65之間時具有〇以外之有限値，在其餘之領域，其値全部都是〇之函數。再者，函數之値在局部領域具有0以外之有限値’在本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公爱1 " 12 ' "" 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 479413 B7____ 五、發明說明（10) 其他領域爲0時稱作「有限台」。而第7圖之函數，係僅在t = 3 3之標本點時取最大値，在t=l、17、49、65之4個標本點成爲〇爲其特徵之標本化函數，通過獲得平滑之類比波形之信號所需要之所有樣品點。如此，第7圖所示之函數係標本化函數，係整個領域可作一次微分，而且在標本位置t = 1、65會聚到〇之有限台之函數。因此，使用第7圖之標本化函數取代第1圖所示之傳統之sine函數，進行依據各分散資料之重疊，便可以使用可微分1次之函數內插分散資料間之値。但在本實施形態，依據各分散資料之重疊（合成），並非在從第5圖之基本數位波形求出第7圖之標本化函數後執行，而是如使用第3圖及第4圖所後述，在進行上述超取樣及褶積運算前之階段以數位方式爲之。因此，僅對實施各分散資料之重疊之數位資料進行上述超取樣及褶積運算，便可以立即獲得，與第2圖之重疊對應各分散資料大小之標本化函數同等之結果。傳統上使用之sine函數，係在±〇〇之標本點時會聚成0之函數’因此欲求出正確之內插値時，必須對應至土〇〇之各分散資料，計算在內插位置之s i n c函數之値，使用這些値進行折疊運算。對此，本實施形態所用之第7圖之標本化函數在標本位置t = 1、6 5會聚到0，因此，只要考慮t =1〜65之範圍內之分散資料便可。因之，欲求出某一內插値時，只要考慮有限數之分散本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 2^7公釐) *---^----------------訂---------^^1' (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 479413 A7 B7 五、發明說明（11) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 資料之値便可以，可以將處理量大幅度削減。而且’關於t =1〜65之範圍外之各分散資料，並不是本來應考慮而因考量處理量或精準度而予以忽視，而是理論上沒有考慮之必要，因此不會發生切除尾數所產生之誤差。第3圖係表示本實施形態之D / A變換器之整体架構圖。第3圖所示之D / A變換器係由數位波形產生部1 〇、褶積運算部20及D / A變換部30所構成。上述數位波形產生部 10對應本發明之合成構件，褶積運算部20對應本發明之超取樣構件及運算構件，D / A變換部30對應本發明之D / A 變換構件。數位波形產生部1 0之架構可參照第4圖說明如下。而褶積運算部20係如參照上述第6圖所作之說明，用以執行超取樣及褶積運算，產生用以內插輸入數位波形產生部10 之分散資料間之各取樣點之數位資料値。而D / A變換部30 則用以將由褶積運算部20求得之數位資料値加以D / A變換（在此並不執行如傳統之藉超取樣之內插）。經濟部智慧財產局員工消費合作社印製在上述褶積運算部20之架構，D型正反器（以下簡稱 D · FF)la係依兩倍頻率之時鐘脈衝（4CK)保持從數位波形產生部1 0輸出之數位資料。並聯在此D · F F 1 a之 D · F F lb，也同樣依兩倍頻率之時鐘脈衝（4CK)保持從數位波形產生部10輸出之數位資料。但這一邊是以上述4CK 之相位反轉之周期保持。而加法器2係用以將上述兩個D · F F 1 a、1 b所保持之數位資料値相加。由此等D · F F 1 a、1 b及加法器2構 -14- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 479413 A7 B7 五、發明說明（12) 成本發明之第1運算構件，對數位波形產生部1 0輸出之數位資料，執行兩倍之超取樣，及分別將由此獲得之各樣品値及將其各錯開半相位之各樣品値相加之兩段之褶積運算（參照第6圖（A))。並聯在上述加法器2後段之兩個D · F F 3a、3b將由加法器2輸出之數位資料，再依兩倍頻率之時鐘脈衝（8CK) 以相互錯開半相位之周期保持。而加法器4則將上述兩個 D · F F 3a、3b保持之數位資料値相加。由此等D · F F 3a、3b及加法器4構成本發明之第2 運算構件，對第1段之褶積運算所獲得之數位資料，再執行兩倍之超取樣，及分別將由此獲得之各樣品値及將其各錯開半相位之各樣品値相加之兩段之褶積運算（參照第6圖 ⑻）。並聯在上述加法器4後段之兩個D · F F 5a、5b將由加法器4輸出之數位資料，再依兩倍頻率之時鐘脈衝（16CK) 以相互錯開半相位之周期保持。而加法器6則將上述兩個 D · F F 5a、5b保持之數位資料値相加。由此等D· FF5a、5b及加法器6構成本發明之第3 運算構件，對第2段之褶積運算所獲得之數位資料，再執行兩倍之超取樣，及分別將由此獲得之各樣品値及將其各錯開半相位之各樣品値相加之兩段之褶積運算（參照第6圖 (C))。如此返覆進行3次之兩倍之超取樣及兩段之褶積運算，而對由數位波形產生部10輸出之數位資料執行8倍之超本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） ---：-------#-裝--- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) · 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 -15- 經濟部智慧財產局員工消費合作社印制代 +/9413 --------B7_______ 五、發明說明（13) 取樣。褶積運算部20內之上述架構對應本發明之超取樣構件’以下所述之其餘架構則對應本發明之運算構件。附隨連接在上述加法器6之後段之8個D · F F 7a〜7h ’依16倍頻率之時鐘脈衝（16CK)將加法器6輸出之數位資料分別延遲1個時鐘脈衝而依序加以保持。此等8個之 D · F F 7a〜7h對應本發明之延遲構件。而以下所述之其餘架構則對應本發明之加法構件。加法器8a及1 / 2乘法器9a將由D · F F 7g、7h保持之數位資料値相加而乘以1 / 2倍。加法器8b及1 / 2乘法器9b將由D · F F 7e、7f保持之數位資料値相加而乘以 1/2倍。加法器8c及1/2乘法器9c將由D· FF7c、7d 保持之數位資料値相加而乘以1 / 2倍。加法器8d及1 / 2 乘法器9d將由D · F F 7a、7b保持之數位資料値相加而乘以1 / 2倍。同時，加法器8e及1 / 2乘法器9e將由兩個1 / 2乘法器9a、9b輸出之數位資料値相加而乘以1 / 2倍，加法器 8f及1/2乘法器9f將由兩個1 / 2乘法器9c、9d輸出之數位資料値相加而乘以1 / 2倍，加法器8 g及1 / 2乘法器9 g 將由兩個1 / 2乘法器9e、9f輸出之數位資料値相加，將其結果供給D / A變換部3 0。藉由以上之D· FF7a〜7h、加法器8a〜8g及1/2乘法器9 a〜9 f之架構，對上述施以1 6倍超取樣之數位資料，在1 6倍頻率之時鐘脈衝（1 6 C K)之下執行對各樣品値分別錯開1個時鐘脈衝而相加之8段之褶積運算（參照第6圖（D))。本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -T6- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)

479413

五、發明說明（1勺 D / A變換部30則對如此獲得之數位資料之各樣品値單純地進行D / A變換，而連續輸出平滑之類比資料之信號波形。 ,---··--------裝--- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 接著參照第4圖，說明上述數位波形產生部1 0之架構。在第4圖，3個D · F F 1 1 a〜1 1 c依基準頻率之時鐘脈衝 (CK)，將D / A變換對象之數位之分散資料分別延遲1個時鐘脈衝，而依序加以保持。此等3個D · F F 1 1 a〜1 1 c對應本發明之η個延遲構件。而由-1倍乘法器12a將上述 D · F F 11a所保持之資料値乘以-1，1倍乘法器13a將上述D ·· F F 1 1 a所保持之資料値乘以1 (這時之資料値維持不變）。此等乘法器12a、13a之乘算結果，依基準頻率之時鐘脈衝（CK)以1 / 2之作用比（duty ratio)由開關14a切換，選擇性輸出到加法器1 6。此加法器1 6除了上述-1倍乘法器 12a或1倍乘法器13a之乘算結果之外，也輸入8倍乘法器 15之乘算結果，將此兩輸入相加而輸出。上述8倍乘法器 15將D · F F lib保持之資料値乘以8倍。經濟部智慧財產局員工消費合作社印製而-1倍乘法器1 2a將D · F F 1 1 c保持之資料値乘以 - 1，1倍乘法器1 3b將D · F F 1 1 c保持之資料値乘以1 ( 這時之資料値維持不變）。此等乘法器12b、13b之乘算結果，依基準頻率之時鐘脈衝（CK)以1 / 2之作用比由開關 14b切換，選擇性輸出到D · F F 17a。 D · F F 17a將由開關14b選擇性輸出之上述-1倍乘法器12a或1倍乘法器13a之乘算結果，依兩倍頻率之時鐘脈衝（2CK)加以保持。而D · F F 17b則將由加法器16輸出之 ΤΓ 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐）經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 479413 A7 ____B7___ 五、發明說明（15) 相加結果，依兩倍頻率之時鐘脈衝（2CK)加以保持。加法器 18及D· FF19將由兩個D· FF17a、17b輸出之資料値相加，依兩倍頻率之時鐘脈衝（2CK)加以保持後，輸出到第 3圖所示之下一段之摺積運算部20。由於藉由如上述構成之數位波形產生部1 0處理D / A 變換對象之分散資料，而可獲得，對應各分散資料之大小振幅調變第5圖所示之基本數位波形，再對該等之資料値施加3段褶積運算之結果。如上述，本實施形態在求出一個內插値時，在有狠台之標本化函數，只要考慮存在於具有0以外之有限値之範圍內之分散資料即可，因此本例係使用3個分散資料進行褶積運算。第8圖表示上述數位波形產生部1 0之動作例。第8圖 (A) 係表示輸入數位波形產生部10之分散資料之一個例子’ 橫軸表示時間，縱軸（a〜f)表示分散資料之大小。第8圖 (B) 係表示依分散資料之大小（a〜f)，振幅調變第5圖所示之基本數位波形，再對該等施加褶積運算之情形。亦即’ 將縱方向排列之資料値相加而輸出。將如上述之數位波形產生部1 0之數位摺積之運算結果通過第3圖所示之褶積運算部20，便可以獲得將原來之分散資料1 6倍超取樣之各內插値。D / A變換部30則對如此獲得之數位資料之各樣品値單純地進行D / A變換，便可以連續輸出，如依第7圖之標本化函數超取樣之平滑之類比之信號波形。如以上所詳述，依據本發明時，只是依輸入之分散資本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 x 297公釐) -15^ " (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)

經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 479413 A7 B7___ 五、發明說明（16) 料，藉由褶積運算將對應標本化函數之基本波形之數位資料相互合成，對所獲得之資料値執行超取樣及褶積運算’ 便能夠獲得連續之內插値，因此，不像以往配設樣品保持電路或低通濾波器也可以，能夠抑制因濾波器造成之相位特性之劣化。同時，本實施形態之由基本數位波形生成之函數’係在有限之標本位置會聚成〇之函數，因此可以使爲了求出1 個內插値所應考慮之分散資料之數目爲有限，可以減少處理量。而且，因爲不會發生切除尾數造成之誤差’可以獲得很少失真之輸出波形。藉此可以大幅度提昇輸出之類比信號之品質。同時，本實施形態之要獲得平滑之類比信號所需要之連續性之內插値全是藉由數位處理而求得，因此，較之如傳統之以類比方式處理時，處理量可以少很多，而且也有適合大量生產之好處。接著再使用第9圖，說明從對應第5圖之數位基本波形之分散資料値（-1、1、8、8、1、— 1) / 8，藉η倍之超取樣及褶積運算生成內插値之另一處理例子。再者，第9 圖係因圖面上之限制，表示進行4倍之超取樣之例子，但也可以進行較此爲大之倍率（例如8倍，16倍，…-)之超取樣。在第9圖，最左邊之一列所示之一連串之數値列，係對原來之分散資料値（-1、1、8、8、1、- 1) / 8進行4 倍之超取樣之値。而從最左邊向右4列分之數値列，係將 $紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐) -19 - ~ ----j--------裝---- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂i — 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 479413 A7 B7___ 五、發明說明（17) 最左邊之一列所示之數値列分別向下方移位1格者。第9圖之列方向表示時間軸，所謂將數値列向下方移位，對應將最左列所示之數値列慢慢延遲。亦即，從左方數第2列之數値列，係將最左邊之一列所示之數値列錯開4倍頻率之時鐘脈衝4CLK之1 / 4相位分之數値列。而從左方數第3列之數値列，係將從左邊數第2 列所示之數値列錯開4倍頻率之時鐘脈衝4CLK之1 / 4相位分之數値列，從左方數第4列之數値列，係將從左邊數第3 列所示之數値列再錯開4倍頻率之時鐘脈衝4CLK之1 / 4相位份之數値列。同時，從左方數第5列之數値列，係將對應第1〜4列之各數値列之行相加而以4除之値。藉由此從左方數第5列之處理，以數位方式執行伴隨4相之褶積運算之4倍之超取樣。從上述第5列向右4列分之數値列（左起第5〜8列之數値列），係將第5列所示之數値列分別向下方移位1格者。而從左方數第9列之數値列，係將第5〜8列之數値列之相對應行相加而以4除之値。藉此對從左方數第9列之處理，便能以數位方式執行伴隨4相之褶積運算之4倍之超取樣兩次。同時，從左方數第1 0列之數値列，係將第9列所示之數値列分別向下方移位1格者。而從左方起第1 1歹ij (最右列 )之數値列，係將第9列之數値列與第10列之數値列之相對應行相加而以2除之値。此最右列之數値列即是目的之內本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐) -20 - _ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)

479413 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明說明（18) 插値。第1 0圖表示將此第9圖之最右列所示之最終獲得之數値列曲線圖化者。具有如第丨〇圖所示之波形之函數’係在全領域可微分1次，沿橫軸之標本位置t在丨至3 3間時’具有〇以外之有限値，在其他領域時之値全爲〇之有限台之函數。同時，第10圖之函數，係具有僅在t = 17之標本點取極大値，在t = 1、9、25、33之4個標本點其値變成0之特徵之標本化函數，通過要獲得平滑之波形之資料所需要之所有取樣點。如此，第1 0圖之函數，係標本化函數，在全領域可微分1次，且在標本位置t=l、33會聚成〇之有限台之函數。因此，使用第1 0圖之標本化函數進行依據各分散資料之重疊，則可使用可微分1次之函數內插分散資間之値。內插時，只要考慮t = 1〜33範圍內之分散資料便可以。因此，欲求出1個內插値時，只要考慮有限數之η個分散資料之値便可以，能夠將處理量大幅度削減。而且，關於 t =1〜33之範圍外之各分散資料，並不是本來應考慮而因考量處理量或精準度而予以忽視，而是理論上沒有考慮之必要，因此不會發生切除尾數造成之誤差。因之，使用本實施形態之資料內插手法時，可以獲得正確之內插値。弟11圖係表不用以貫現上述第9圖所不之資料內插處理之架構例子之方塊圖。第11圖所示之資料內插裝置係由正規化記憶部2 1、相位移位部2 2、多數數位乘法器2 3 a〜本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公髮）

2T •---.j--------裝--- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 一5J· 479413 A7 B7 五、發明說明（19) 23d、多數數位加法器24a〜24c、及PLL電路25構成。上述正規化資料記憶部2 1係如第9圖之最右列所示，錯開4相記憶有正規化之資料列（數位基本波形被4倍超取樣而藉由褶積運算正規化之資料列）。再者，對第5圖所示之數位基本波形進行8倍或1 6倍之超取樣時，正規化記憶部2 1記憶有數位基本波形被8倍或1 6倍超取樣而藉由褶積運算正規化之資料列記憶在此正規化資料記憶部2 1之4相之正規化資料，係依據從PLL電路25供應之時鐘脈衝CLK，8CLK讀出，分別供給4個數位乘法器23 a〜23d之一方之輸入端子。而相位移位部22係進行將輸入之分散資料之相位錯開 4相之相位移位處理。由此相位移位部22生成之4相之分散資料，係依據從PLL電路25供應之時鐘脈衝CLK， 8CLK而輸出，分別供給4個數位乘法器23a〜23d之另一方之輸入端子。上述4個數位乘法器23a〜23d係將從上述正規化記億部2 1輸出之4相之正規化資料，及從相位移位部22輸出之 4相之分散資料，分別相乘。連接在此等之後段之3個數位加法器24a〜24c將上述4個數位乘法器23a〜23d之相乘結果全部相加而輸出。此第1 1圖所示之架構，係將從第9圖所示之褶積運算獲得之最右列之正規化資料預先記憶在ROM等之正規化資料記憶部2 1。而將此正規化資料調變成對應輸入之分散資料之値之波幅，再藉4相之褶積運算將由此獲得之資料加本紙張尺度適用令國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製

-22- 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 479413 A7 B7_____ 五、發明說明（2〇) 以合成而輸出。也可以將輸入之分散資料之振幅値乘上第5圖所示之數位基本波形，對所獲得之資料値在內插時進行如第9圖所示之褶積運算，但構成如第1 1圖時，在實際內插時不必執行第9圖之褶積運算，有能將內插處理高速化之好處。再者，上述說明之實施形態只是表示實施本發明時之具体化之一個例子，不能以此限制解釋本發明之技術範圍。亦即，本發明在不脫離其精神，或其主要特徵之範圍內，能夠以各種形態實施。例如，第3圖所示之褶積運算部20係進行3次之兩倍超取樣，但本發明不受此次數之限制。同時是在這種合計8 倍之超取樣後進行8段之褶積運算，但此段數也不受此限制。同時，進行這種超取樣及褶積運算之電路架構本身，也不限定如第3圖所示之例子。而且，第4圖所示之數位波形產生部10係執行3段之褶積運算，但本發明不限制此段數。同時，在上述第3圖之實施形態，由數位波形產生部 10及褶積運算部20求得之各內插値最後是由D / A變換部 30執行D / A變換，但也可以對上述求得之各內插値不做 D / A變換，而是供其他數位處理使用。亦即，也可以將不設第3圖之D / A變換部3 0之架構利用作爲資料內插裝置。而上述實施形態之數位基本波形爲-1、1、8、8、 1、- 1，但數位基本波形不限定如本例。亦即，只要是內插函數是在全領域可微分1次，且在有限之標本位置會聚本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐) ^23 -" ~~ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)

479413 Λ7 B7 五、發明說明（21) 成0之有限台之函數，則任何波形均可以。例如’兩邊部分之權重取1或0而非-1也可以。中間部分之權重也可以取8以外之値。無論如何，均可實現良好之曲線內插。同時，以上所說明之本實施形態之D / A變換部及資料內插裝置，是可以如上述以硬体構成，但也能以DSP或軟体等來實現。例如以軟体實現時，本實施形態之裝置實際上是以電腦之CPU或MPU、RAM、ROM等所構成’因記憶在RAM或ROM之程式動作而實現。因之，可以將可使電腦動作以發揮上述本實施形態之機能之程式記錄在例如CD - ROM之記億媒体，而讀進電腦便可以實現。這種記錄媒体除了 CD - ROM也可以使用軟碟、硬碟、磁帶、光碟、光磁碟、DVD、非揮發性記憶卡等。同時，也可以經由網際網路等將上述程式下載到電腦而實現。同時，不僅是由電腦執行所供應之程式而實現上述實施形態之機能，該程式與在電腦內運作之0S(作業系統）或其他應用軟体等共同實現上述實施形態之機能時，或所供應之程式之全部或部分處理是由電腦之機能擴充板或機能擴充單元執行而實現上述實施形態之機能時，這些程式仍然包含在本發明之實施形態。本發明係藉由抑制因低通濾波器造成之相位特性之劣化，同時抑制內插時之切除尾數之誤差，藉此將輸出波形之失真抑制在最低限度，對大幅度提高所輸出之類比語音信號之品質非常有用。本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） ---Π--------裝--- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂· 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 -24 - 479413 A7 B7 五、發明說明（22) 七：圖式之簡單說明第1圖係sine函數之說明圖。第2圖係內插動作之說明圖。第3圖係表示本實施形態之D / A變換器之架構例子之圖。第4圖係表示第3圖中之數位波形產生部之架構例子之圖。第5.圖係表示本實施形態使用之基本數位波形之圖。第6圖係說明褶積（convolution)運算部之動作例之圖。第7圖係表示藉第6圖之褶積運算部從第5圖之基本數位波形生成之函數之圖。第8圖係說明第3圖中之數位波形產生部之動作用之圖〇第9圖係說明本實施形態之摺積運算部之其他動作例用之圖。第10圖係表示藉第9圖之褶積運算部從第5圖之基本數位波形生成之函數之圖。第1 1圖係表示資料內插裝置之其他架構例子之圖。主要元件對照表 la、lb、3a、3b、5a、5b、7a〜7h 、11a 〜lie、17a、17b、19............D 型正反器（D · F F) 2、4、6、8a 〜8g、16、18............加法器本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 x 297公釐） .·---^-------裝--- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) •ldl- · 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 479413 A7 B7 五、發明說明（23) 9a〜9f- — -.......1 / 2乘法器 10............數位波形產生部 12a、13a............乘法器 14a、14b............開關 15......-.....8倍乘法器 20 ............褶積運算部 21 ............正規化資料記憶部 22 ............相位移位部 23a〜23<1............數位乘法器 24a〜24c............數位加法器 25..........-PLL 電路 30...........D / A變換部 ------------^^-裝--- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂· 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -26-

Claims

479413 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 (請先閱讀背面之注意事硕再填寫本頁) 1. 一種數位-類比變換器，其特徵在於，藉由超取樣及一次以上之移動平均運算或折疊運算，將對應輸入之η 個分散資料之値之基本波形之數位資料相互加以合成，藉此求出對上述分散資料之數位之內插値後，將包含該內插値之各數位資料値變換成類比量。 2. —種數位-類比變換器，其特徵在於，藉由超取樣及移動平均運算或折疊運算，將對應輸入之η個分散資料之値之基本波形之數位資料相互加以合成，對該合成之數位資料値，再進行移動平均運算或折疊運算，求出對上述分散資料之數位之內插値後，將包含該內插値之各數位資料値變換成類比量。 3. —種數位-類比變換器，其特徵在於，具備有：藉由移動平均運算或折疊運算，將對應輸入之η個分散資料之値之基本波形之數位資料相互加以合成之合成構件；經濟部智慧財產局員工消費合作社印製在數段範圍內進行，對藉由上述合成構件生成之數位資料，以前段之兩倍之頻率對輸入之各資料値取樣，將獲得之各資料値，及將此等錯開一定相位之各資料値分別相加，而輸出到下一段之處理之超取樣構件；對藉由上述超取樣構件取得之各資料値進行移動平均運算或折疊運算之運算構件；以及，將上述運算構件求得之各資料値變換成類比量之D / A 變換構件。 I 4 . 一種數位-類比變換器，其特徵在於，具備有： -27- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 479413 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 將對應依照基準頻率時鐘脈衝輸入之η個分散資料之値之基本波形之數位資料，分別相互錯開上述基準頻率時鐘脈衝分而相加，以進行資料合成之合成構件；在數段範圍內進行，對藉由上述合成構件生成之數位資料，以前段之兩倍之頻率對輸入之各資料値取樣，將獲得之各資料値，及將此等分別錯開半個時鐘脈衝分之各資料値分別相加"而輸出到下一段之處理之超取樣構件；對藉由上述超取樣構件取得之各資料値，在上述超取樣構件之最後一段之頻率時鐘脈衝下，將各資料分別錯開一個時鐘脈衝而相加，藉此進行移動平均運算或折疊運算之運算構件；以及，將上述運算構件求得之各資料値變換成類比量之D / A 變換構件。 5 ·如申請專利範圍第4項之數位-類比變換器，其特 i 徵在於，上述合成構件具備有：令依據上述基準頻率時鐘脈衝順序輸入之分散資料，順序延遲上述基準頻率時鐘脈衝分之η個延遲構件；經濟部智慧財產局員工消費合作社印製對從上述η個延遲構件輸出之各個資料値，分別乘上對應基本數位波形之各增益値，同時，將各個乘算結果相加而輸出到上述超取樣構件之乘加法構件。 6.如申請專利範圍第4項之數位-類比變換器，其特徵在於，上述超取樣構成構件具備有：對上述合成構件生成之數位資料之各資料値，以上述基準頻率之兩倍頻率之時鐘脈衝取樣，分別將所獲得之各本紙張尺度適用中國國家梂準（CNS ) Α4規格（210Χ297公釐） I 28 - ' 479413 A8 B8 C8 D8 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製夂、申請專利範圍資料値及將此錯開半個時鐘脈衝分之各資料値相加之第1 運算構件；對由上述第1運算構件獲得之各資料値，以上述基準頻率之4倍頻率之時鐘脈衝取樣，分別將所獲得之各資料値及將此錯開半個時鐘脈衝分之各資料値相加之第2運算構件；以及，對由上述第2運算構件獲得之各資料値，以上述基準頻率之8倍頻率之時鐘脈衝取樣，分別將所獲得之各資料値及將此錯開半個時鐘脈衝分之各資料値相加之第3運算構件。 7. 如申請專利範圍第3項之數位-類比變換器，其特徵在於，上述運算構件具備有：將藉由上述超取樣構件獲得之數位資料，分別順序延遲上述超取樣構件之最後段之頻率時鐘脈衝分之多數延遲構件；以及，將上述多數延遲構件之輸出分別相加而輸出之加法構件。 8. —種數位-類比變換方法’其特徵在於’含有：藉由超取樣及一次以上之移動平均運算或折疊運算，將對應輸入之η個分散資料之値之基本波形之數位資料相互加以合成，藉此求出對上述分散資料之數位之內插値之運算步驟；以及，將包含藉由上述運算求得之內插値之各數位資料値變換成類比量之D / Α變換步驟。 9. 一種數位-類比變換方法’其特徵在於’含有： (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) k裝· 、1T. 本紙張尺度適用中國國家梂準（CNS)Α4規格（2ΐ〇χ297公釐） -29- 479413 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍藉由移動平均運算或折疊運算，將對應輸入之η個分散資料之値之基本波形之數位資料相互加以合成之合成步驟；對該合成之數位資料値，再進行伴隨移動平均運算或折疊運算之超取樣之超取樣步驟；對藉由上述超取樣獲得之資料値，再進行移動平均運算或折疊運算，而求出對上述分散資料之數位內插値之運算步驟；以及，將包含藉由上述運算求得之內插値之各數位資料値變換成類比D / Α變換步驟。 ίο.Ηϋ眞料內插裝置，其特徵在於，藉由超取樣及- !_ 次以上之平均運算或折疊運算，將對應輸入之η個分 .....1 散資料之値之基本波形之數位資料相互加以合成，藉此求出對上述資料之數位之內插値。 11. 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製料內插裝置，其特徵在於，藉由移動平均運算或折疊Ϊ#，將對應輸入之η個分散資料之値之基本波形之數位資料相互加以合成，對該合成之數位資料値進行超取樣，對藉由此獲得之資料値，再進行移動平均運算或折疊運算，而求出對上述分散資料之數位之內插値。 -30- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A#規格（21〇χ297公釐）