JPH0287823A - 標本化周波数選択形ａｄ，ｄａ変換装置および信号処理装置 - 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】 産業上の利用分野 本発明は、音声や各種音響信号などのアナログ信号を変
換したディジタル信号で各種信号処理を行う信号処理装
置に関する。

従来の技術 近年、半導体技術の進歩により、音声信号等をディジタ
ル信号で処理する機器が実用化されている。これらの機
器では、アナログ信号とディジタル信号との変換を行う
ＡＤ　＠ＤＡ変換装置が必要となる。そしてディジタル
化された信号に対して信号処理を行う。ＡＤ変換装置で
はディジタル化される信号の最高周波数を決定し、この
値と標本化定理によって信号をディジタル化する際のサ
ンプリング周波数を一意に決定している。

以下に従来のＡＤ・ＤＡ変換装置を用いた信号処理装置
について説明をする。

第４図は従来のＡＤ・ＤＡ変換装置を用いた信号処理装
置の構成を示すものであり、４１はＡＤ変換装置、４２
は信号処理装置、４３はＤＡ変換装置である。

以上のように構成された信号処理装置について、以下そ
の動作を説明する。

入力である音声や音響信号などのアナログ信号はＡＤ変
換装置４１でディジタル信号に変換される。この時、サ
ンプリングを行う標本化周波数は入力される信号の最高
周波数によって決定され、信号処理を行う間に変更され
ることはない。次に。

ＡＤ変換装置４１で変換されたディジタル信号は信号処
理装置４２で様々な処理が行われる。そして信号処理装
置４２で処理されたディジタル信号はＤＡ変換装置４３
でアナログ信号に変換されて出力される。このＤＡ変換
時のサンプリング周期も一般にはＡＤ変換時のサンプリ
ング周波数と同一であり、変更されることはない。

発明が解決しようとする課題 上記従来の構成では、ＡＤ・ＤＡ変換装置のサンプリン
グ周波数を一定値にしたまま信号処理を行っていた。サ
ンプリング周波数は入力されるアナログ信号の有効帯域
によって決定される。例えば、電話系の音声の信号処理
装置では有効帯域は０．３〜３．４ｋ）Ｉｚ、　　サン
プリング周波数は８ｋＨｚとなり、コンパクトディスク
の場合は有効帯域は数■２〜２０ｋ　Ｈｚ、　　サンプ
リング周波数は４４．１ｋＨｚである。これら従来の信
号処理装置では入力されうる最高周波数を基準とした一
定値のサンプリング周波数全ての信号処理が行われてい
た。つまり、コンパクトディスクから音声を記録・再生
する場合でも、音響信号と同じサンプリング周波数で信
号処理されている。逆に、音声信号処理装置では音響信
号に対する処理は帯域が狭いため不都合が生じる。また
、音声と音響信号の両方を含む信号をディジタル信号で
記憶する場合も、サンプリング周波数はより帯域の広い
音響信号に合わせる必要がある。

しかし、音声を記録する際に音響信号と同様のサンプリ
ング周波数で標本化を行っていたのでは、信号処理に要
する時間やデータを記憶する場合の記憶容量に多大な無
駄が生じてしまう。

本発明は上記従来のＡＤ・ＤＡ変換装置および信号処理
装置の構成を改め、プログラマブルなサンプリング周波
数選択、もしくは所定の時間幅に含まれる信号帯域によ
って最適なサンプリング周波数を選択する機能を持ち、
そのサンプリング周波数で信号処理を行う構成をもつ優
れた標本化周波数選択影信号処理装置を提供することを
目的とする。

課題を解決するための手段 本発明の標本化周波数選択形ＡＤ変換装置は、周波数成
分を演算するための周波数成分演算回路とサンプリング
周波数選択回路とデシメータ８フ回路とを有した構成を
とっている。また標本化周波数選択形ＤＡ変換装置は、
補間比演算回路とインターボーレーション回路とを有し
た構成をとっている。標本化周波数選択影信号処理装置
は、前期標本化周波数選択形ＡＤ変換装置と標本化周波
数選択形ＤＡ変換装置とを有した構成となっている。

作用 この構成によって標本化周波数選択形ＡＤ変換装置では
周波数成分演算回路によって必要とされる帯域の上限値
を演算する、もしくはマニュアル操作で適宜適当な値に
設定することにより再サンプリングするサンプリング周
波数Ｆ’ｔ＋ｓを選択的に決定し、このサンプリング周
波数ＦＲＳに応じてデシメーション回路で間引くことに
よって、必要な帯域幅に適合したサンプリング周波数で
の再サンプリングを行う。これにより入力信号の使用帯
域に逐次適応したＡＤ変換が行える。

標本化周波数選択形ＤＡ変換装置では、入力されたサン
プリング周波数に応じて所定のサンプリング周波数まで
信号を補間するために、まず補間比演算回路で補間する
比を演算し、次にインターポーレーション回路で信号を
補間する。これにより、標本化周波数選択形ＡＤ変換装
置でＡＤ変換したディジタル信号をアナログ信号に変換
することができる。

また標本化周波数選択影信号処理装置では、標本化周期
選択形ＡＤ変換装置で選択的にサンプリング周期を変更
したディジタル信号を、ディジタル信号処理回路で処理
し、これを標本化周波数選択形ＤＡ変換装置で所定のサ
ンプル数毎に変化するサンプリング周波数に適応してＤ
Ａ変換することができる。

実施例 以下本発明の実施例について、図面を参照しながら説明
する。

第１図は本発明の第１の実施例における標本化周波数選
択形ＡＤ変換装置の構成を示すものである。第１図にお
いて、１１はアナログローパスフィルタ、１２はＡＤ変
換器、１３は周波数成分演算回路、１４はサンプリング
周波数選択回路、１５はデシメータ８フ回路、１６はデ
ィジタルローパスフィルタである。

以上のように構成された本実施例の標本化周波数選択形
ＡＤ変換装置について以下その動作を説明する。

帯域が変動するアナログの入力信号はアナログローパス
フィルタ１１で、入力されつる最高周波数成分ＦｃＬを
考慮してＦＣＬ以下の帯域のみに帯域制限される。ＡＤ
変換器１２は、Ｆ９＞２ＦＣＬを満たすサンプリング周
波数Ｆ８でアナログローパスフィルタ１１の出力信号を
サンプリングしてディジタル信号に変換する。周波数成
分演算回路１３は、ＡＤ変換器１２で変換されたディジ
タル信号を入力とし、連続した所定のサンプル数を１フ
レームとしてその周波数成分を演算する。サンプリング
周波数選択回路１４は、周波数成分演算回路１３で演算
した結果に基づきそのフレームに含まれている最高周波
数成分を考慮して再サンプルするためのサンプリング周
波数ＦＲＳを決定する。デシメ−２０７回路１５は、Ａ
Ｄ変換器１２の出力であるサンプリング周波数Ｆ８で→
Ｊンブルされたディジタルのデータを、サンプリング周
波数ＦＲＳに応じて間引きを行い、これによりデータは
ダウンサンプルされる。このダウンサンプルする技術に
関しては例えば次のよ・うなものがある。　ｒ　Ｒ，Ｅ
、Ｃｒｏｅｈｌ−ｅｒｅ　ａｎｄ　Ｌ、Ｒ，Ｒａｂｌｎ
ｅｒ、　”Ｉｎｔｅｒｐｏｌａｔｌｏｎ　ａｎｄ　Ｄｅ
ｃｉｏｃａｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｄｉｇｉｔａｌ　Ｓｌｇｎ
ａｌｓ、”　Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ　ｏｆｔｈｅ　　
ＩＥＥＥ　　、Ｖｏｌ、Ｇ９．Ｎｏ、３．Ｍａｒ、１９
８１Ｊ　　（りａチア−アンドラヒ゛ナー、″　　イン
ターネ゛レイジョン　アンド　テ゛シメイション　オフ
゛　テ°シ゛タルシク°ナルス゛　ブＵシーテ°イク゛
　オフ゛　号゛　フィトリプルイーイーイー）そしてダ
ウンサンプルされたデータはディジタルローパスフィル
タ１θに入力され、サンプリング周波数ＦＲＳに応じて
帯域制限のためのフィルタリングがなされる。ここでデ
ィジタルローパスフィルタ１６はサンプリング周波数Ｆ
ＲＩ＋に同期して演算され、カットオフ周波数はＦＲｓ
の半分以下に設定される。この標本化周波数選択形ＡＤ
変換装置の出力は、ダウンサンプルした後のサンプリン
グ周波数ｐＲｓ　と、ディジタルローパスフィルタ１６
の出力であるサンプリング周波数ＦＲＳでダウンサンプ
ルされたサンプル出力とである。ここでは、出力はフレ
ーム１１ｉ位で出力されるとする。サンプリング周波数
ＦＲＳはフレーム単位で変更されている可能性があり、
１フレーム中のサンプリングデータの数は、そのサンプ
リング周波数ｈｓによって変化する。

ここでサンプリング周波数ＦＲＳは特許請求の範囲第１
項に記載したように、外部から与えた帯域の情報によっ
て決定してもよい。

以上のように本実施令によれば、サンプリング周波数選
択回路を設けたことにより入力信号の帯域に応じてサン
プリング周波数を選択的に変更することができる。

以下本発明の第２の実施例について、図面を参照しなが
ら説明する。

第２図は本発明の第２の実施例における標本化周波数選
択形ＡＤ変換装置の構成を示すものである。第２図にお
いて、２１は補間比演算回路、２２はインターボーレー
ジジン回路、２３はディジタルローパスフィルタ、２４
はＤＡ、Ｉ換！、２５ハアナログローパスフイルタでア
ル。

以上のように構成された本実施例の標本化周波数選択形
ＤＡ変換装置について以下その動作を説明する。

この実施例は、請求項１または２に示した標本化周波数
選択形ＡＤ変換装置で出力された、帯域に応じて選択さ
れたサンプリング周波数とそのサンプリングデータとを
入力とし、これをアナログ信号に変換するものである。

まず、補間比演算回路２１は、入力されたサンプリング
周波数ＦＩＮの情報と、後にアナログ信号に変換すると
きのサンプリング周波数ＦＯＬｌＴとの比に応じた補間
比を演算する。インターボーシー２８フ回路２２は、補
間比演算回路２１で演算した補間比に応じて入力される
サンプルデータを補間するためにデータとして零を挿入
していく。そしテティジタルローバスフィルタ２３は、
後ノＤＡ変換器２４のサンプリング周期ｐｏｕｔに応じ
てカットオフ周波数が設定してあり、インターボーレー
ジジン回路２２の出力である零を捕間されたデータをフ
ィルタリングする。このディジタルローパスフィルタ２
３の出力データは、本実施例の入力であるサンプルデー
タをすべて同一のサンプリング周波数ＦＯＬＩ７のサン
プルデータに変換したものになっている。すなわち、フ
レーム単位で様々なす７７’　ＩＪソング波数でＡＤ変
換されたサンプルデータのうち、ダウンサンプルされた
データをアップサンプルしていることになる。このアッ
プサンプルする技術に関しては例えば前述した文献があ
げられる。次に、ＤＡ変換器２４は、ディジタルローパ
スフィルタ２３の出力であるサンプリング周波数ＦＯＵ
ＴのデータをＤＡ変換し、アナログ信号に変換する。ア
ナログローパスフィルタ２５はＤＡ変換器２４の出力す
るアナログ信号の不用な周波数成分を除去する。

以上のように本実施例によれば、補間比演算回路とイン
ターボーレージジン回路を設けたことにより様々なサン
プリング周波数でサンプルされたサンプルデータをアナ
ログ信号に変換することができる。

以下本発明の第３の実施例について、図面を参照しなが
ら説明する。

第３図は本発明の第３の実施例における標本化周波数選
択影信号処理装置の構成を示すものである。第３図にお
いて、３１は標本化周波数選択形ＡＤ変換装置、３２は
信号処理装置、３３は標本化周波数選択形ＤＡ変換装置
、３４は半導体メモリである。

以上のように構成された本実施例の標本化周波数選択影
信号処理装置について以下その動作を説明する。

帯域が比較的長い周期で変動するアナログの入力信号は
、標本化周波数選択形ＡＤ変換装置３１によって有効帯
域幅を考慮したサンプリング周波数でＡＤ変換される。

この標本化周波数選択形ＡＤ変換装置３１でＡＤ変換さ
れたサンプルデータは、第１の実施例で示したように、
入力信号に含まれる周波数成分に応じてサンプリング周
波数が適宜変更されている。信号処理装置３２は、入力
された様々なサンプリング周波数のサンプルデータに対
して、レベルコントロールや有音検出などの信号処理を
行い、半導体メモリ３４に対するデータの入出力制御を
行う。半導体メモリ３４は、信号処理装置３２とサンプ
リング周波数の情報やサンプルデータを記憶する媒体で
ある。標本化周波数選択形ＤＡ変換装置３３は、信号処
理装置３２によって半導体メモリ３４から読みだされた
サンプリング周波数のデータとサンプルデータをアナロ
グ信号に変換する。この標本化周波数選択形ＤＡ変換装
置は、第２の実施例で示したように、様々なサンプリン
グ周期でＡＤ変換されたサンプルデータをＤＡ変換する
ものである。

以上のように本実施令によれば、標本化周波数選択形Ａ
Ｄ変換装置と標本化周波数選択形ＤＡ変換装置を設けた
ことにより入力信号の帯域に応じてサンプリング周波数
を選択的に変更することができ、これを半導体メモリ等
の記憶媒体を含んだ信号処理装置と組み合わせた事によ
り、記憶容量の削減が計れる。

発明の効果 本発明は入力信号に含まれる長時間周波数成分が長い時
間周期で変化する場合に、サンプリング周波数をフレー
ム単位で選択的に変更でき、音声のような比較的帯域の
狭い範囲で標本化する場合でも、音習信号等の帯域が広
い信号を標本化する場合でも、常に最適な標本化周波数
で標本化したサンプルデータを得ることができ、サンプ
リング周波数に関する冗長性を除いた最適な信号処理が
実現できうるちのである。また、演算時間がかかる信号
処理を行うの場合、サンプリング周波数を適応的に下げ
ることにより、処理遅延を短くできるという長所もある
。

【図面の簡単な説明】 第１図は本発明の一実施例における標本化周波数選択形
ＡＤ変換装置の構成図、第２図は本発明の一実施例にお
ける標本化周波数選択形ＤＡ変換装置の構成図、第３図
は本発明の一実施例における標本化周波数選択影信号処
理装置の構成図、第４図は従来例の信号処理装置の構成
図である。 １１・・・アナログローパスフィルタ、１２・・・ＡＤ
変換器、１３・・・周波数成分演算回路、１４・・・サ
ンプリング周波数選択回路、１５・・・デシターフ８フ
回路、１６・・・ディジタルローパスフィルタ、２１・
・・補間比演算回路、２２・・・インターボーシー２６
フ回路、２３・・・ディジタルローノ５寸スフィルタ、
２４・・・ＤＡ変ＦＡｉ、２５・・・アナログローパス
フィルタ、３１・・・標本化周波数選択形ＡＤ変換装置
、３２・・・信号処理装置、３３・・・標本化周波数選
択形ＤＡ変換装置、３４・・・半導体メモリ、４１・・
・ＡＤ変換装置、４２・・・信号処理装置、４３・・・
ＤＡ変換装置。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）入力信号に対して最高周波数成分をＦ＿Ｃ＿Ｌに
   帯域制限するアナログローパスフィルタと、前記ローパ
   スフィルタの出力信号をＦ＿Ｃ＿Ｌの２倍以上のサンプ
   リング周波数Ｆ＿Ｂでディジタル信号に変換するＡＤ変
   換器と、使用する帯域に応じて前記ＡＤ変換器の出力信
   号を再サンプルするためのサンプリング周波数Ｆ＿Ｒ＿
   Ｓを選択的に設定できるサンプリング周波数選択回路と
   、前記サンプリング周波数選択回路で設定したサンプリ
   ング周波数Ｆ＿Ｒ＿Ｓに応じて前記ＡＤ変換器の出力信
   号を適宜間引くためのデシメーション回路と、前記デシ
   メーション回路の出力信号を異名現象を除くために前記
   サンプリング周波数設定回路で決定したＦ＿Ｒ＿Ｓに応
   じて帯域制限するためのディジタルローパスフィルタと
   を備え、再サンプリングしたディジタル信号と再サンプ
   ルに用いたサンプリング周波数Ｆ＿Ｒ＿Ｓとを出力する
   標本化周波数選択形ＡＤ変換装置。
2. （２）入力信号に対して最高周波数成分をＦ＿Ｃ＿Ｌに
   帯域制限するアナログローパスフィルタと、前記ローパ
   スフィルタの出力信号をＦ＿Ｃ＿Ｌの２倍以上のサンプ
   リング周波数Ｆ＿Ｂでディジタル信号に変換するＡＤ変
   換器と、前記ＡＤ変換器の出力であるディジタル信号の
   連続した所定サンプル数に含まれる周波数成分を演算す
   るための周波数成分演算回路と、前記周波数成分演算回
   路の出力信号に応じて前記ＡＤ変換器出力のディジタル
   信号を再サンプルするためのサンプリング周波数Ｆ＿Ｒ
   ＿Ｓを決定するサンプリング周波数選択回路と、前記サ
   ンプリング周波数選択回路で決定したサンプリング周波
   数Ｆ＿Ｒ＿Ｓに応じて前記ＡＤ変換器出力であるディジ
   タル信号を適宜間引くためのデシメーション回路と、前
   記デシメーション回路の出力信号を異名現象を除くため
   に前記サンプリング周波数設定回路で決定したＦ＿Ｒ＿
   Ｓに応じて帯域制限するためのディジタルローパスフィ
   ルタとを備え、再サンプリングしたディジタル信号と再
   サンプルに用いたサンプリング周波数Ｆ＿Ｒ＿Ｓとを出
   力する標本化周波数選択形ＡＤ変換装置。
3. （３）所定のサンプル数毎に変更されるサンプリング周
   波数の情報Ｆ＿Ｉ＿Ｎと前記サンプリング周波数Ｆ＿Ｉ
   ＿Ｎでサンプリングされたディジタル信号とを入力信号
   とし、前記サンプリング周波数Ｆ＿Ｉ＿Ｎと設定したサ
   ンプリング周波数Ｆ＿Ｏ＿Ｕ＿Ｔの比に応じて補間する
   比率を決定する補間比演算回路と、前記補間比演算回路
   の出力に応じて入力ディジタル信号を補間するインター
   ポーレーション回路と、前記インターポーレーション回
   路の出力である補間されたディジタル信号を前記サンプ
   リング周波数Ｆ＿Ｏ＿Ｕ＿Ｔに応じた帯域幅で帯域制限
   するディジタルローパスフィルタと、前記ディジタルロ
   ーパスフィルタの出力を前記サンプリング周波数Ｆ＿Ｏ
   ＿Ｕ＿Ｔでアナログ信号に変換するＤＡ変換器と、前記
   ＤＡ変換器の出力信号の不要な帯域を除去するためのア
   ナログローパスフィルタを備えた標本化周波数選択形Ｄ
   Ａ変換装置。
4. （４）入力信号の周波数成分に応じてサンプリング周波
   数を選択できる標本化周波数選択形ＡＤ変換装置と、前
   記標本化周波数選択型ＡＤ変換装置の出力であるディジ
   タル信号とサンプリング周波数の情報とを用いて信号処
   理を行うディジタル信号処理装置と、前記ディジタル信
   号処理装置の出力であるディジタル信号とサンプリング
   周波数の情報とを入力としアナログ信号に変換する標本
   化周波数選択形ＤＡ変換装置とを備えた標本化周波数選
   択形信号処理装置。