JPH10200412A - 分布されたデシメーションサンプル速度変換 - Google Patents

分布されたデシメーションサンプル速度変換

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JPH10200412A
JPH10200412A JP9266995A JP26699597A JPH10200412A JP H10200412 A JPH10200412 A JP H10200412A JP 9266995 A JP9266995 A JP 9266995A JP 26699597 A JP26699597 A JP 26699597A JP H10200412 A JPH10200412 A JP H10200412A
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JP
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sample rate
signal
sink
decimation
source
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JP9266995A
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M Rosachar Fritz
フリッツ・エム・ロサチャー
Shamlow Darisch
ダリュシュ・シャムロウ
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Rockwell International Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 非整数の係数によってソースサンプル速度の
ソース信号をシンクサンプル速度のシンク信号にデシメ
ートするためのシステムを提供する。 【解決手段】 このシステムは、まず、ソースサンプル
速度とシンクサンプル速度との比率に基づいてデシメー
ション係数を決定する。次にこのシステムは、デシメー
ション係数によってソース信号を、シンクサンプル速度
よりも大きい中間（ＩＭ）サンプル速度の中間（ＩＭ）
信号にデシメートする。次に、このＩＭ信号はサンプル
速度変換器に与えられ、わずか１から２の間のデシメー
ション係数を用いて、シンクサンプル速度のシンク信号
にダウンコンバートされる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、あるサンプル速
度のデータサンプルを他のサンプル速度のデータサンプ
ルに変換するための電子回路に関する。より特定的に
は、この発明は、高品質オーディオ信号処理および変換
のためのサンプル速度変換器に関する。
【０００２】
【発明の背景】デジタル処理および通信技術の発展に伴
い、アナログ源によって生成された信号を、さらにデジ
タル領域で処理したり、デジタル形式で記憶したり、ま
たはデジタル媒体を通じて伝送したりするために、デジ
タル化することが極めて一般的になってきている。しか
し、デジタル領域においては、要求される品質および利
用可能な帯域幅に依存して、異なったサンプル速度が使
用される。したがって、異なった装置および媒体の間に
簡単なデジタルインターフェイスを設けることが重要に
なってきた。
【０００３】サンプル速度変換（ＳＲＣ）という概念
は、マルチメディアアプリケーションのためのデジタル
信号を扱う者には周知である。ＳＲＣを応用する従来の
方法では、まず、アナログデジタル変換器（ＡＤＣ）を
用いて一定のサンプル速度のいくつかのアナログ信号を
デジタル化する。次に、このデジタル信号をＳＲＣに与
え、変換された信号が意図される目的および用途に適し
たサンプル速度を有するようにする。例としては、ＳＲ
Ｃは以下のような用途を有するであろう。
【０００４】たとえば帯域幅が４ｋＨｚの電話線などの
通信チャネルを通じて高品質（ＨＱ）オーディオ信号を
伝送するためには、ソース信号のサンプル速度を伝送の
ために８ｋＨｚにダウンコンバートすることが必要であ
る。ＨＱ信号は典型的には、４４．１ｋＨｚまたは４８
ｋＨｚのサンプル速度でサンプリングされているからで
ある。
【０００５】また、ＣＤ−ＲＯＭのサンプル速度は４
４．１ｋＨｚであり、一方、音声のサンプル速度は典型
的には８ｋＨｚであるので、音声注釈を伴うＣＤ−ＲＯ
Ｍからの信号をデジタル方式で混合するためには、それ
らのサンプル速度を混合用に同じサンプル速度に変換せ
ねばならない。アナログ領域で混合するように両信号を
アナログに変換することも可能ではあるが、ＤＡＣおよ
びＡＤＣが必要になるためアナログ領域での混合は極め
て高価であり、言うまでもなくまた、付随して歪の問題
が生じる。
【０００６】さらには、後処理のためにＰＣにデジタル
化された音声信号をデジタル方式で記憶するためには、
サンプル速度が異なっているため、やはりＳＲＣが必要
である。
【０００７】図１は、ＨＱオーディオ信号のための従来
のＳＲＣを示す。このようなシステムは、音楽または音
声などのアナログソース信号１００を受信するためのミ
クサまたはマイクロホン１１０を含むであろう。受信さ
れた信号は次に、シグマデルタアナログ／デジタル変換
器（ＡＤＣ）１２０によってオーバーサンプルされたデ
ジタル形式に変換される。このデジタル信号は次にデシ
メーションフィルタ１３０に与えられ、そのサンプル速
度はたとえば４４．１ｋＨｚに変換される。そして、Ｓ
ＲＣ１４０に与えられ、そのサンプル速度は４ｋＨｚか
ら４４．１ｋＨｚの間の範囲にダウンコンバートされ
る。結果として生じる信号１４５を、次に、電話リンク
を通じて伝送したり１５０、永久メモリまたは記憶ディ
スクに記憶したり１５５、または他のソース信号と混合
したり１６０することができる。
【０００８】しかし、従来のシステムにおいては、４
４．１ｋＨｚを４ｋＨｚまたは８ｋＨｚに変換できるよ
うにするためには、ダウンコンバージョン係数がそれぞ
れ１１および５よりも大きくなるため、メモリおよび計
算サイクルの両要件に関しかなり費用が高くなる。メモ
リおよび計算の両面でＳＲＣに必要とされる資源は、Ｓ
ＲＣのダウンサンプル率に比例するので、従来の方法よ
りも遙に効率的な実現例が望ましい。
【０００９】
【発明の概要】したがって、この発明の目的は、高品質
オーディオ信号に対しデシメーションサンプル速度変換
を効率的に行なうことである。
【００１０】この発明のまた別の目的は、計算サイクル
要件およびＲＡＭ要件を減じ、デシメーションサンプル
速度変換を行なうことである。
【００１１】非整数比によってソースサンプル速度のソ
ース信号をシンクサンプル速度のシンク信号にデシメー
トするためのシステムが開示される。このシステムはま
ず、ソースサンプル速度とシンクサンプル速度との比に
基づいてデシメーション係数を決定する。次に、このシ
ステムは、デシメーション係数によって、ソース信号
を、シンクサンプル速度よりも大きなＩＭサンプル速度
の中間（ＩＭ）信号にデシメートする。このＩＭ信号は
次に、サンプル速度変換器に与えられ、わずか１から２
の間の係数を用いて、シンクサンプル速度のシンク信号
にダウンコンバートされる。
【００１２】
【詳細な説明】分布されたデシメーションサンプル速度
変換のための方法およびシステムが開示される。この実
施例は、デジタルオーディオ機器とともに使用するため
の集積回路として実装するため開発された。異なったア
プリケーションおよびシステムに対しこのサンプル速度
変換器を最適化するため修正を行ない得ることが当業者
には理解されよう。積分器、微分器、ＦＩＲハーフバン
ドフィルタの精度も、所定のアプリケーションに対し最
適化できる要因に含まれる。
【００１３】図２を参照すると、この発明による分布さ
れたデシメーションサンプル速度変換の簡略ブロック図
が示されている。以下に個々の機能ブロックを説明す
る。アナログ／デジタル変換器２００（ＡＤＣ）は、ア
ナログ入力信号をオーバーサンプルされたビットストリ
ームに変換するための３次シグマデルタ変換器である。
現在、信号は１２８×４４．１ｋＨｚ（＝５．６４４８
ＭＨｚ）でオーバーサンプルされる。
【００１４】ＡＤＣ２００の次に、ソース信号はデシメ
ーションフィルタ２３０に与えられる。デシメーション
フィルタブロック２３０は以下の構成要素を有する。す
なわち、４次積分器２１０、４次微分器２２０、有限イ
ンパルス応答（ＦＩＲ）下垂補正ユニット２２５、２７
次ＦＩＲハーフバンドフィルタ２４０、および５１次Ｆ
ＩＲハーフバンドフィルタ２５０である。
【００１５】積分器２１０および微分器２２０は、とも
に４次ＳＩＮＣフィルタを構成し、オーバーサンプルさ
れたソース信号のサンプル速度を１２８×４４．１ｋＨ
ｚから０．５×４４．１ｋＨｚ、１×４４．１ｋＨｚ、
２×４４．１ｋＨｚ、および４×４４．１ｋＨｚに、そ
れぞれ、デシメーション係数２５６、１２８、６４、お
よび３２によってデシメートする。デシメーション係数
の選択は、シンクサンプル速度情報を記憶するプログラ
マブルレジスタ２６１から伝送される情報に基づく。以
下に説明するように、デシメーション係数は、デシメー
ションフィルタ２３０の後、結果としてサンプル速度が
シンクサンプル速度の１倍から２倍の間の範囲にくるよ
う選択される。
【００１６】積分器２１０および微分器２２０の後に、
信号はＦＩＲ下垂補正ユニット２２５に与えられる。下
垂補正とは、積分器２１０および微分器２２０によって
生じた高周波数の減衰を補正するものである。
【００１７】下垂補正ユニット２２５の次に、信号は、
２つのＦＩＲハーフバンドフィルタ２４０、２５０に与
えられる。これらは、それぞれ係数２によって信号をデ
シメートする。現在、第１のハーフバンドフィルタ２４
０は２７次であり、第２のハーフバンドフィルタ２５０
は５１次である。
【００１８】第２のハーフバンドフィルタ２５０の後の
中間（ＩＭ）信号のサンプル速度は、積分器２１０が使
用するデシメータ係数に依存して、５．５１２５ｋＨ
ｚ、１１．０２５ＫＨｚ、２２．０５ｋＨｚ、および４
４．１０ｋＨｚのいずれであってもよい。これらのサン
プル速度が依然として、ソースサンプル速度１２８×４
４．１ｋＨｚの２のべき乗の分数である、すなわち、そ
れぞれ１２８×４４．１ｋＨｚに２-10 、２-9、２-8お
よび２-7をかけたものであることに注意されたい。
【００１９】デジタル方式での混合またはマルチメディ
アアプリケーションでの伝送のためにＩＭ信号を準備す
るためには、サンプル速度変換器（ＳＲＣ）２６０を用
いて、サンプル速度を４ｋＨｚから４４．１ｋＨｚの間
の範囲に変換できねばならない。
【００２０】プログラマブルレジスタ２６１はシンクサ
ンプル速度を記憶する。このレジスタは、４次ＳＩＮＣ
フィルタ、下垂補正ユニット２５５、ＦＩＲハーフバン
ドフィルタ２４０、２５０、およびＳＲＣ２６０に、制
御情報を送り、各ユニットによるデシメーションの範囲
を指示する。
【００２１】上述の分布されたデシメーションによれ
ば、ＳＲＣ２６０は、１から２の間の係数によってダウ
ンコンバージョンを行なうのみでよく、したがって、資
源が節約される。この後は、アプリケーション、および
シンクサンプルが伝送されるか、記憶されるか、または
混合されるかに依存して、シンクサンプル速度は４から
４４．１ｋＨｚまでのいずれの値でもあり得る。
【００２２】この発明の利益および利点を示すため、表
１に、分布されたデシメーションサンプル速度変換が、
今や１から２の間の範囲に限定され得るＳＲＣ係数に与
える効果が列挙されている。要求される資源が最大のダ
ウンサンプル係数に比例することに注意されたい。たと
えば、行１を見ると、所望されるシンクサンプル速度が
４ｋＨｚならば、ＳＩＮＣフィルタのデシメーション係
数は２５６に設定され、まず、ソースサンプル速度を
０．５×４４．１ｋＨｚ（＝２２．０５ｋＨｚ）にデシ
メートする。
【００２３】ハーフバンドフィルタ２４０、２５０によ
って係数４でデシメーションが行なわれた後は、ＳＲＣ
２６０は、ただ、１．２８１２５という低さのＳＲＣ係
数を用いて、５．１２５ｋＨｚから４ｋＨｚにダウンコ
ンバートするのみでよい。上述の従来の方法論において
は、ＦＩＲハーフバンド（１３０）の後、ＳＲＣは常
に、４４．１０ｋＨｚから４ｋＨｚにダウンコンバート
せねばならず、コンバージョン係数は１１より大きくな
る。ＳＲＣの負担を軽減するようなデシメーションの分
布はされていない。
【００２４】
【表１】
【００２５】したがって、この発明により、このシステ
ムは、ＳＩＮＣフィルタのデシメーション係数を設定す
る前にまず、シンクサンプル速度を考慮する。シンクサ
ンプル速度の範囲に基づいて、このシステムはデシメー
ション率を選択する。
【００２６】ＳＲＣ用にデータサンプルを記憶するラン
ダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）の要件において費用を削
減することができる。この分布されたデシメーションに
よれば、たとえ、若干積分器が大きくなるなどの必要な
増加があったとしてもコストを削減できる。なぜなら
ば、積分器２１０の大きさはＳＩＮＣデシメーション係
数のｌｏｇ2 に比例するが、ＳＲＣ ＲＡＭの大きさは
ＳＲＣデシメーション係数に比例するからである。
【００２７】ここでは、この発明のごく少しの例示的な
実施例を説明してきたが、この発明の新規の教示および
利点から実質的に逸脱することなくこの例示的な実施例
に多くの修正を加え得ることが当業者には容易に理解さ
れるであろう。したがって、このようなすべての修正
は、前掲請求項によって規定されるこの発明の範囲内に
含まれるものと意図される。特許請求の範囲において
は、ミーンズプラスファンクション節は、記載された機
能を実行するここに記載された構造をカバーするものと
意図され、単に構造上の均等物だけでなく均等な構造物
もカバーするものと意図される。したがって、たとえ
ば、釘は木部をともに固定するための円筒状の表面を有
し、一方ねじ釘は螺旋状の表面を有するという点では釘
とねじ釘とは構造上の均等物ではないかもしれないが、
木部を固定するという点では、釘とねじ釘とは均等な構
造物であろう。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の高品質サンプル速度変換システムの簡略
ブロック図である。
【図２】この発明による分布されたサンプル速度変換シ
ステムの簡略ブロック図である。
【符号の説明】
２１０ ４次積分器 ２２０ ４次微分器 ２２５ ＦＩＲ下垂補正ユニット ２３０ デシメーションフィルタ ２４０ ２７次ＦＩＲハーフバンドフィルタ ２５０ ５１次ＦＩＲハーフバンドフィルタ
フロントページの続き (72)発明者 フリッツ・エム・ロサチャー アメリカ合衆国、92663−5910 カリフォ ルニア州、ニューポート・ビーチ、シック スティーンス・ストリート、1940、アパー トメント・オゥ−340 (72)発明者 ダリュシュ・シャムロウ アメリカ合衆国、92677 カリフォルニア 州、ラグーナ・ニゲル、ベル・メゾン、 30756

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 ソースサンプル速度のソース信号を非整
    数比によってシンクサンプル速度のシンク信号にデシメ
    ートする方法であって、 ａ） ソースサンプル速度およびシンクサンプル速度に
    基づいて最大の２のべき乗のデシメーション係数を決定
    するステップと、 ｂ） ソース信号をデシメーション係数でデシメート
    し、少なくともシンクサンプル速度と同じ大きさの中間
    （ＩＭ）サンプル速度の中間信号にするステップと、 ｃ） ＩＭ信号にサンプル速度変換を行ない、シンクサ
    ンプル速度のシンク信号にダウンコンバートするステッ
    プとを含む、方法。
  2. 【請求項２】 ＩＭ信号は、シンクサンプル速度の約１
    倍から約２倍の間のサンプル速度を有する、請求項１に
    記載の方法。
  3. 【請求項３】 ステップｃ）は、１から２の間のダウン
    コンバージョン係数によってサンプル速度変換を行なう
    ことを含む、請求項２に記載の方法。
  4. 【請求項４】 ソースサンプル速度のソース信号をシン
    クサンプル速度のシンク信号にデシメートする方法であ
    って、 ａ） ソースサンプル速度のシンクサンプル速度に対す
    る比を決定するステップと、 ｂ） 比に基づいて２のべき乗のデシメーション係数を
    決定するステップと、 ｃ） デシメーション係数によってソース信号をＩＭサ
    ンプル速度のＩＭ信号にデシメートするステップとを含
    み、ＩＭサンプル速度はシンクサンプル速度よりも大き
    く、前記方法はさらに、 ｄ） サンプル速度変換器を用いて、ＩＭ信号を非整数
    の係数によりシンクサンプル速度のシンク信号に変換す
    るステップを含む、方法。
  5. 【請求項５】 ＩＭサンプル速度は、シンクサンプル速
    度の約１倍から約２倍の間である、請求項４に記載の方
    法。
  6. 【請求項６】 ソース信号は、入力信号をオーバーサン
    プルした信号である、請求項５に記載の方法。
  7. 【請求項７】 ソースサンプル速度のソース信号を非整
    数比によってシンクサンプル速度のシンク信号にデシメ
    ートするためのシステムであって、 ソースサンプル速度とシンクサンプル速度との比に基づ
    いて２のべき乗のデシメーション係数を決定するための
    手段と、 デシメーション係数によってソース信号を、シンクサン
    プル速度以上のＩＭサンプル速度の中間信号（ＩＭ）に
    デシメートするための可変デシメーションフィルタ手段
    とを含み、可変デシメーションフィルタ手段はＳＩＮＣ
    フィルタを含み、前記システムはさらに、 ＩＭ信号を非整数の係数によってシンクサンプル速度の
    シンク信号にダウンコンバートするためのサンプル速度
    変換器手段を含む、システム。
  8. 【請求項８】 可変デシメーションフィルタ手段は、プ
    ログラマブルデシメータ係数を用いて、ソース信号を、
    シンクサンプル速度の約１倍から約２倍の間のサンプル
    速度のＩＭ信号にデシメートする、請求項７に記載のシ
    ステム。
  9. 【請求項９】 サンプル速度変換器手段は、１から２の
    間の変換係数を用いて変換を行なう、請求項８に記載の
    システム。
  10. 【請求項１０】 ソース信号は、オーバーサンプル係数
    によってオーバーサンプルされ、可変デシメーションフ
    ィルタ手段は、 オーバーサンプル係数およびシンクサンプル速度に基づ
    いて３２、６４、１２８、および２５６のデシメーショ
    ン係数のいずれかを用いて、ソース信号を積分およびデ
    シメートし、積分出力を発生するための、可変デシメー
    ション積分器手段と、 積分器手段と結合され、積分出力を微分して微分器出力
    を発生するための微分器手段と、 微分器手段と結合され、ＳＩＮＣフィルタからの高周波
    数減衰を補正して補正された出力を発生するためのＦＩ
    Ｒ下垂補正手段と、 ＦＩＲ下垂補正手段と結合され、補正された出力を係数
    ２によってダウンコンバートするための、第１のＦＩＲ
    ハーフバンドフィルタ手段と、 第１のＦＩＲハーフバンドフィルタ手段と結合され、係
    数２によってＩＭサンプル速度のＩＭ信号を生成するた
    めの、第２のＦＩＲハーフバンドフィルタ手段とを含
    む、請求項９に記載のシステム。
JP9266995A 1996-09-30 1997-09-30 分布されたデシメーションサンプル速度変換 Pending JPH10200412A (ja)

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US08/724168 1996-09-30
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