JPH02149011A - サンプリング周波数変換装置 - 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】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は、ＰＣＭ信号等のディジタル信号のサンプリン
グ周波数を変換するサンプリング周波数変換装置に関す
る。

（従来の技術） 近年、ディジタルオーディオが一般化している。その主
流はＰ　ＣＭ　（Ｐｕｌｓｅ　Ｃｏｄｅ　Ｍｏｄｕｌａ
ｔｉｏｎ）　’方式である。この方式では、サンプリン
グ周波数が異なる場合、そのデータに互換性がなく音楽
のピッチが変化してしまう。そこで、−膜内には一度ア
ナログ信号に戻した後、再度Ａ／Ｄ変換を実行すること
が多い。この方法は、手軽であり、比較的音質の劣化は
少ないが、雑音や波形の歪等のコントロールは困難であ
る。

そこで、ディジタル信号のままでサンプリング周波数を
変換することが考えられる。以下、図面に基づいて説明
する。

例えば、４４．１ＫＨｚからその６／７の３７．８ＫＩ
Ｉｚ　ヘのサンプリング周波数の変換を考える。この変
換においては、折り返し雑音が発生する可能性があるた
め、必ずフィルタにより３７．８ＫＩＩｚ以上の周波数
成分は除去しなければならないことは明らかである。こ
のフィルタＨ（ω）の周波数特性を第１０図に示す。こ
のフィルタＨ（ω）のインパルス応答、つまり時間領域
での応答表示をｈ　（ｎ）とする（第１１図）。

元信号となるＰＣＭデータ（４４，１ＫＨｚ）をｘ　（
ｎ）（第１２図）とする。第１２図はこのＰＣＭデータ
ｘ　（ｎ）の周波数領域での表現Ｘ（ω）を示す。

第１３図から分かるように２２ＫＨｚ付近までの成分を
含んでいる。この元信号の間に零のデータを５個挿入し
てサンプリング周波数ｘ　（ｍ）を６倍にする（第１４
図）。この操作によって、当然のことながら両信号のス
ペクトラム、つまり周波数領域での表現Ｘ（ω）は第１
３図及び第１５図に示すごとく全く同一であり変化しな
い。この数列Ｘ（ｍ）はサンプリング周波数４４．１ｘ
Ｂ−２６４，８（Ｋｌ１２〉になる。また、ｘ　（ｍ）
はｍ−６１（ｉは整数）のとき以外はすべて零であるこ
とは第１４図より理解できる。

もしも、このままｘ　（ｍ）を７個毎に間引いて無理や
り３７．８Ｋｌｌｚでサンプリングしてデータを作るな
らば、折り返し成分が発生して第１９図の様に元信号と
大きくかけ離れたものとなり正常な音質にはなり得ない
。そこで、この折り返し発生をなくすために、ｘ　（ｍ
）を３７．８ＫＨｚに帯域の制限された上述のフィルタ
Ｈ（ω）（第９図）を通すことになる。このフィルタ計
算は元の６倍の周波数２８４．８ＫＨｚで実施される。

このＨ（ω）のインパルス応答ｈ　（ｔ）を２８４．８
ＫＨｚでサンプリングしたものをｈ　（ｍ）とすると（
第１１図）、フィルタ通過後の信号ｘ’　　（ｍ）は第
１６図の様になる。

この信号ｘ’　　（ｍ）は次式により与えられる。

ｘ’（ｍ）ｓｗ　　Σ　ｈ　　（ｉ）　　・　ｘ　　（
ｍ−ｉ）１−　＋　（３） つまり、２つの数列の積の和で与えられる。この信号ｘ
’　　（ｍ）の周波数領域の表現Ｘ′　（ω）は第１７
図の様になり、３７．８Ｋｌｌｚ以上の成分を含まない
。また、第２０図に示す様に２［ｉ４．０ＫＩＩＺの整
数倍の付近に成分が出現する。目的とする信号はサンプ
リング周波数３７．８ＫＨｚなので、ｘ’　　（ｍ）の
サンプリング周波数２８４．６ＫＨｚのデータを７個毎
に再度サンプリングすることで（３７，８Ｋ）ｌｚで再
度サンプリングする）容易に得られる（第１８図）。

この信号の周波数領域の表現は第２１図の様になり、折
り返しが発生しないことが理解できる。この結果、４４
．１ＫＨｚから３７．８ＫＨｚのサンプリング周波数の
変換が完了したことになる。

つまり、２つのサンプリング周波数の公倍数までオーバ
ーサンプリングした後、折り返し雑音の発生しない様に
フィルタを通すことで任意の周波数へ変換できる。ただ
し、２つのサンプリング周波数が互いに素である場合最
小公倍数は非常に大きくなり現実的ではない。

第９図は前述の動作を実現する構成ブロック図である。

入力端子２１よりＰＣＭ信号が入力される。クロック入
力端子より２６４．８ＫＨｚのクロックも入力される。

ラッチ群２３は２Ｂ４．６ＫＩｌｚｌクロック分のデイ
レイを発生させる。入力されたデータ列は乗算器群２４
でそれぞれの係数ＫＯ〜に７とかけ算された後加算器２
５で加算され出力用のラッチ２６に記憶される。一方、
出力用のクロックｙｃｋ（７）　３７．８Ｋｌｌｚの周
期でデータｙが読み出されることで所望の３７．８Ｋｌ
ｌｚのＰＣＭデータが得られる。

（発明が解決しようとする課題） 上述した例から明らかなように従来のサンプリング周波
数変換装置では、変換前後の周波数の最小公倍数の周波
数で積和演算を実行しなければならない。このため、高
速乗算器が必要であり、しかも入出力の周波数に対する
制約が大きいといった問題があった。

本発明は、比較的低速型の乗算器で自由度の高い周波数
の変換を達成するサンプリング周波数変換装置を提供す
ることを目的としてなされたものである。

［発明の構成］ （課題を解決するための手段） かかる目的を達成するため本発明のサンプリング周波数
変換装置は、入力データを記憶する複数個の装置と、該
入力データと所定の係数との乗算を行う複数個の乗算器
と、該名乗算器に与える係数群を記憶する係数記憶装置
と、乗算結果を加算する加算器と、各乗算器に与えられ
る係数を前記係数記憶装置の内容で変更させる装置を備
えて（す、前記乗算器の係数を周期的に変更することを
特徴とする。

（作　用） 積和演算の度に係数が変更され、結果的には最終的に再
サンプリング後のデータのみの計算を実施することにな
る。このため、無駄がなく積和演算の周波数は高々元信
号のサンプリング周波数となる。

（実施例） サンプリング周波数４４．１ＫＨｚのデータ（元データ
）に０データを内挿して得られた６倍のオーバーサンプ
リングデータを第１図に示す。これをｘ　（ｎ）とする
。このデータｘ　（ｎ）に対して元データはｘ（６ｉ）
（ｉは整数）である。

このデータを３７．８ＫＩＩｚのサンプリング周波数に
下げる前段階として、フィルタＨ（ω）を通過させる。

第２図でｈ　（ｎ）はフィルタＨ（ω）の時間領域での
表示、つまりＨ（ω）のインパルス応答である。このフ
ィルタＨ（ω）に信号ｘ　（ｎ）を入力したとき、出力
をｘ’　　（ｎ）とすると（第３図）、次の式が成り立
つ。

ｘ’　　　（ｎ）　　−ｘ　　（ｎ）　　＊ｈ　　（ｎ
）曙　Σ　ｘ　　（ｔ）　　・　ｈ（ｎ−１）１°−−
・・・（１） ここで、＊はたたみ込み演算、ｉは整数を示す。

ところで、Ｘ　（ｎ）＝　　ｆＯ（ｎ≠６ｉ）ｉは整数
） なのはｍ１図より明らかなので ｘ’　　（ｎ） −Σ　ｘ　　（６ｉ）　　・ｈ　　（ｎ−６ｉ）　　−
（２）１−一　■ が成り立つ。

さらに、最終的に３７．８Ｋｌｌｚに間引くため、必要
なデータは７個毎であり、 ｎ−７ｊ　　　ｊは整数として、 ｘ’　　（７ｊ） 一Σｘ　（６ｉ）　・ｈ　（７，１−６ｉ）１−一　閃 が成り立つ。

このｘ’　　（７ｊ）が求める３７．８ＫＨｚのデータ
である（第４図）。

（３）式のｘ（６ｉ）の項は、４４．１ＫＨｚのデータ
そのものであり、ｈ（７ｊ−６ｉ）は第２図のｈ　（ｎ
）の６サンプル毎のデータである。Ｘ′（７ｊ）は、両
者の積和になることは明らかである。

一般にｈ　（ｎ）は有限長でデータを打切り、ｎ＞ＩＭ
Ｉ　　ｈ（ｎ）−０ とするので、 ｘ’　　（７ｊ） 一　Σ　ｘ　　（６ｉ）　　・　ｈ　　（７ｊ　　　６
１）ｌ“−Ｈ・・・（４） となる。

上記動作を実現するサンプリング周波数変換装置のブロ
ック図を第５図に示す。

同図において、１は入力端子、２はＤラッチ、ッチ、７
はカウンタ、８は乗算係数テーブル、９は出力端子であ
る。

Ｄラッチ２は入力端子１つより人力された信号ｘ　（ｎ
）が順次保持される。乗算器群３には乗算係数テーブル
８よりそれぞれ係数ＫＯ，Ｋｌ、に２・・・Ｋ６が与え
られる。

乗算係数テーブル８には、第７図に示されるような係数
が用意されている。各縦列の係数ｈ　Ｕがそれぞれの乗
算器３にセットされる。

カウンタ７は、入力クロックｘｃｋによりカウントアツ
プされ乗算係数テーブル８にアドレス信号を出力すると
同時に、乗算結果をＤラッチ５にセットするためのクロ
ックｗ　ｃ　ｋを出力する。

ｙｃｋは３７．８ＫＩｌｚの読み出しクロックであり、
計算結果を順次読みだしてＸ′　（ｎ′）を得る。

第６図はｘｃｋＳｗｃｋ、ｙｃｋのタイミングチャート
である。

以下第５図乃至第８図に基づいて本実施例の動作を説明
する。

いまラッチ２には右から順番に、ｘ　（０）　、ｘ（１
）、ｘ　　（２）、ｘ　　（３）、ｘ　　（４）、ｘ　
　（５）が保持されている。

このとき、乗算器群のＫＯ，Ｋ１．に２．に３．に４．
に５．に８にはそれぞれ第７図の１列の数列の係数ｈ（
０）、ｈ　（６）　、ｈ　（１２）　、ｈ　（１８）　
、ｈ　（２４）、ｈ　（３０）　、ｈ　（３６）がそれ
ぞれセットされている。この係数ｈ　Ｕは、第２図の数
列、つまりフィルタＨ（ω）の時間領域での表示ｈ　（
ｎ）である。

入力端子１よりデータｘ（６）が４４．１Ｋ）ｌｚのク
ロックｘｃｋで入力されると、乗算器３と加算器４で積
和計算が実行され、クロックｗｃｋで出力用のＤラッチ
５にｘ’　　（０）がセットされる。即ち、ｘ’　　（
０）は ｘ’　　（０） −Ｋ（ｌ　ｘ　（０）＋Ｋｉ　ｘ　（１）＋Ｋｉ　ｘ　
（２）十に３・ｘ　（３）　＋に４−ｘ　（４）　＋に
５・ｘ　（５）＋ｋ１３φｘ（６） −ｈ　　（０）　　・　Ｘ ＋ｈ（１２） ＋ｈ　　（２４） ＋ｈ　　（３６） （０）　　＋ｈ　　（６）　　・　Ｘ　（１）・　ｘ　
　（２）　　＋ｈ　　（１８）　　・　Ｘ　（３）−ｘ
　　（４）　　＋ｈ　　（３０）　　・　ｘ　　（５）
・　ｘ　（６） ■　Σ　ｘ　　ＩＬ）　　・　ｈ（６ｉ）となる。

これは、上記（４）式の７ｊ−０として、（ｎ＜０　６
＜ｎ）でｈ　（ｎ）−０としたものであることがわかる
。（ｘ（ｉ）が４４．１ＫＨｚのデータであることに注
意）。

次に、ｘ　（７）が入力されると、乗算器群３のＫＯ，
に１．に２．に３．に４．に５．に６にはそれぞれ第７
図の２列目の値がセットされる。そして積和計算が実行
される。ｘ’　　（１）は （以下余白） ｘ’　　　（１） −ｈ　　（１）　　・ｘ　　（１）　　＋ｈ　　（７）
　　・ｘ　　（２）＋ｈ　（１Ｂ）　・ｘ　（３）　十
ｈ　（１９）　・ｘ　（４）＋ｈ　　（２５）　　・　
ｘ　　（５）＋ｈ　　（３１）　　・　ｘ　　（６）十
ｈ　（３７）・Ｘ（７） となる。

上記動作を６回実行したのち、第７図の７列目のとき、
クロックｘｃｋによりデータＸ（６）がラッチ２にセッ
トされるが、このときｗｃｋが出力されない。このため
出力用ラッチのデータは一つ前の値を保持している。

つぎにデータｘ（８）が入力されると乗算器３ＫＯ，に
１．に２．に３．に４．に５．に６にはそれぞれｈ　（
０）　、ｈ（６）　、ｈ　（１２）　、ｈ　（１８）　
、ｈ　（２４）、ｈ　（３０）　、ｈ　（３６）がセッ
トされ、初期状態に戻り前記の動作を繰返す。

このようにして順次ｘ’　　（ｎ）が計算され出力用Ｄ
ラッチ５にセットされるので、この結果を３７．８ＫＨ
ｚのクロックｙａｋで周期的にラッチしなおしてデータ
を得る。

以上の動作をフローチャートに記述したものを８図に示
す。

［発明の効果コ 以上説明したように本発明のサンプリング周波数変換装
置は、該名乗算器に与える係数群を記憶する係数記憶装
置と各乗算器に与えられる係数を前記係数記憶装置の内
容で変更させる装置を備え、前記乗算器の係数を定期的
に変更することにより、従来の装置に比べ積和演算の回
数が１／７で済むので高速型の乗算器を必要としない。

しかも、入出力データのサンプリング周波数の最小公倍
数が大きくなっても、演算の実行される周期は高々入出
力信号のサンプリング周期より短くなることはない。増
加するのはフィルタ計算に必要な係数りのテーブルだけ
であり、ＲＡＭＳＲＯＭの大容量化の進んだ昨今ではも
はや大きな負担とはならない。

よって、比較的低速の乗算器で自由なサンプリング周波
数の変換が実現する。

【図面の簡単な説明】

第１図と第１４図はサンプリング周波数を６倍にして得
られたデータを示す図、 第２図と第１１図はフィルタのインパルス応答を示す図
、 第３図と第１６図はフィルタ通過後のデータを示す図、 第４図と第１８図は目的のサンプリング周波数信号を示
す図、 第５図は本発明の一実施例によるサンプリング周波数変
換装置のブロック図、 第６図は動作を説明するタイミングチャート図、第８図
は係数テーブルを示す図、 第７図はサンプリング周波数変換の演算処理のフローチ
ャート、 第９図は従来のサンプリング周波数変換装置のブロック
図、 第１０図はフィルタの特性を示す図、 第１２図は入力される元データを示す図、第１３図は元
データのスペクトラムを示す図、第１５図は第１４図に
示すデータのスペクトラムを示す図、 第１７図と第２０図は第１６図に示すデータのスペクト
ラムを示す図、 第１９図は第１４図に示すデータを再度サンプリングし
たときのスペクトラムを示す図、第２１図は第１８図に
示すデータのスペクトラムを示す図である。 １・・・入力端子、２・・・ラッチ、３・・・乗算器、
４・・・加算器、５・・・ラッチ、６・・・カウンタ、
７・・・係数メモリ、８・・・出力端子。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 入力データを記憶する複数個の装置と、該入力データと
   所定の係数との乗算を行う複数個の乗算器と、該各乗算
   器に与える係数群を記憶する係数記憶装置と、乗算結果
   を加算する加算器と、各乗算器に与えられる係数を前記
   係数記憶装置の内容で変更させる装置を備えてなり、 前記乗算器の係数を周期的に変更することを特徴とする
   サンプリング周波数変換装置。