JP3921821B2 - 標本化周波数変換装置およびこれを具備した電子機器 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は標本化周波数変換装置に関し、さらに詳しくは標本化周波数を変換するための自動制御による標本化周波数変換装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図５は従来の標本化周波数変換装置の概略構成を示したブロック図である。情報が標本化手段１において、標本化周波数Ｆ₁ により標本化された信号となる。該信号が第１の装置１９に入力され、標本化周波数Ｆ₁ と同期し、且つＦ₁ のｎ倍（ｎは整数）の標本化周波数ｎ×Ｆ₁ によりオーバーサンプリングフィルタ４において再び標本化される。また、必要に応じて折り返し信号を取り除かれた後、第２の装置２０に入力される。入力された信号は標本化手段９において標本化周波数Ｆ₂ で標本化された情報となる。また、標本化周波数Ｆ₁ と標本化周波数Ｆ₂ の周波数比によっては標本化手段９の前段に標本値を補間する標本値補間手段が設けられることもある（図示せず）。
【０００３】
一方、標本化周波数Ｆ₁ と標本化周波数Ｆ₂ の間にはｎ×Ｆ₁ ＝ｍ×Ｆ₂ の関係がある（ｎ、ｍは整数）。標本化周波数ｎＦ₁ は計数手段８により（ｍ／ｎ）倍され標本化周波数Ｆ₂ と等しくなる。計数手段８の出力は第２の装置２０の標本化周波数Ｆ₂ と比較手段７において位相比較される。比較手段７の出力により周波数可変手段６の出力周波数が制御される。この結果、第２の装置２０に内在する標本化周波数Ｆ₂ と第１の装置に内在する標本化周波数Ｆ₁ の位相が同期される。
【０００４】
以上により、標本化周波数Ｆ₁ で標本化された情報が標本化周波数Ｆ₂ に変換されることが説明された。周波数可変手段６、計数手段８、および比較手段７によって構成されるフィードバック制御ループはいわゆるＰＬＬ（位相同期制御ループ、以下ＰＬＬと記す）と呼ばれるものである。
【０００５】
前述した第１の装置１９とは、例えばパーソナルコンピュータやセットトップボックスなどであり、第２の装置２０は、例えば、第１の装置１９と位相同期して使用される音声モジュールやビデオモジュールなどの電子装置や音響機器、ビデオ機器などの電子機器である。近年、パーソナルコンピュータ、セットトップボックス、音響機器、ビデオ機器、携帯電話などがネットワークされて用いられるに伴い、位相同期しつつ、且つ標本化周波数の変換を容易に行い得る標本化周波数変換装置が求められている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
従来の標本化周波数変換装置においては下記の問題があった。すなわち、ＰＬＬ２３は計数手段８において、前述した（ｍ／ｎ）を決定する必要があるため、予め標本化周波数Ｆ₁ と標本化周波数Ｆ₂ の関係を計測して知っておく必要があった。すなわち、標本化周波数Ｆ₂ と標本化周波数Ｆ₁ の両方を知らないと第１の装置１９と、第２の装置２０の間の位相同期をとり標本化周波数の変換を行うことができないという問題があった。
【０００７】
また従来の標本化周波数変換装置においては、ＰＬＬ２３は殆ど全ての場合、ハードウェアによって構成され、このため、ある特定の装置と他の特定の装置との間でのみ、ある特定のＰＬＬを設けるというように制限がつくことになり、自由度がなかった。また、これらのハードウェアによって構成されたＰＬＬを内蔵する装置が、そのＰＬＬの分だけ構成規模が大きくなるという問題があった。
【０００８】
本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、標本化周波数Ｆ₁ と標本化周波数Ｆ₂ の比を予め計測して知る必要もなく、また、ソフトウェアで構成でき、任意の装置間を位相同期して標本化周波数変換を行い得る標本化周波数変換装置およびこれを具備した電子機器を提供することを課題とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
前述の課題を解決するために、本発明の標本化周波数変換装置およびこれを具備した電子機器においては、第１の標本化周波数で標本化された情報を、未知の標本化周波数で標本化された情報に変換する標本化周波数変換装置であって、第１の標本化周波数で標本化された情報より、補間標本値を算出して、可変標本化周波数で標本化する標本値補間手段と、補間標本値を可変標本化周波数で記憶するための先入れ先出し記憶手段と、先入れ先出し記憶手段に記憶された補間標本値を、未知の標本化周波数で読み出し、且つ読み出された補間標本値の記憶を先入れ先出し記憶手段中より削除する読み出し手段と、先入れ先出し記憶手段中の補間標本値の数量を観測する記憶占有量観測手段と、記憶占有量観測手段の制御により、可変標本化周波数を生成する可変標本化周波数生成手段と、可変標本化周波数の初期位相を設定するための可変標本化周波数初期位相設定手段とを具備することを特徴とする。
【００１０】
また、本発明の標本化周波数変換装置およびこれを具備した電子機器の望ましい形態としては下記する如くである。
【００１１】
標本値補間手段と、読み出し手段と、記憶占有量観測手段と、可変標本化周波数生成手段と、可変標本化周波数初期位相設定手段とをソフトウェアで構成し得るようにするものである。
【００１２】
標本化周波数変換開始時においては、先入れ先出し記憶手段の記憶容量に占める補間標本値の数量の割合（以下記憶占有率と記す）が５０％に達するまでは、読み出し手段により先入れ先出し記憶手段から補間標本値を読み出さないようにするものである。
【００１３】
標本値補間手段と、先入れ先出し記憶手段と、読み出し手段と、記憶占有量観測手段と、可変標本化周波数生成手段と、可変標本化周波数初期位相設定手段とで構成される離散的フィードバック制御ループの制御収束に要する時間τと、可変標本化周波数生成手段により生成された任意のｊ番目の離散的フィードバック制御における可変標本化周波数を表すＦ₂ ’（ｊ）と、未知の標本化周波数Ｆ₂ と、先入れ先出し記憶手段の記憶容量ＢＦとの間に｜∫^t ₀ ｛Ｆ₂ −Ｆ₂ ’（ｊ）｝ｄｔ｜≦０．５×ＢＦ、（但し、０＜ｔ≦τ）なる関係が成立するように、先入れ先出し記憶手段の記憶容量ＢＦを確保し得るようにするものである。
【００１４】
上記した手段による作用について以下に記す。
前述した先入れ先出し記憶手段および記憶占有量観測手段は、標本値補間手段からの先入れ先出し記憶手段への標本値を記憶する速度と読み出し手段による先入れ先出し記憶手段からの読み出し速度が等しくなった時点で、可変標本化周波数生成手段の生成する可変標本化周波数Ｆ₂ ’（ｊ）は読み出し手段の読み出し速度であるところの未知の標本化周波数Ｆ₂ に等しくなる。
【００１５】
標本値補間手段、記憶占有量観測手段、可変標本化周波数生成手段、および可変標本化周波数初期位相設定手段はマイクロコンピュータを用いた電子機器の制御プログラムの一部を利用してソフトウェアにより構成し得る。
【００１６】
【発明の実施の形態】
本発明は、第１の標本化周波数で標本化された情報を、第２の標本化周波数で標本化された情報に変換する標本化周波数変換装置およびこれを具備した電子機器に適用することができる。第２の標本化周波数は未知であってもよい。図１は本発明の標本化周波数変換装置４１の概略構成を示したブロック図である。情報が標本化手段３０によって標本化周波数Ｆ₁ で標本化され、さらにオーバーサンプリングフィルタ３４によって標本化周波数Ｆ₁ の整数倍である標本化周波数ｎ×Ｆ₁ （ｎは整数）で標本化される。また、必要に応じて折り返し信号が除去される。
【００１７】
前述したように、オーバーサンプリングフィルタ３４のカットオフ周波数は、標本化周波数Ｆ₁ と未知の標本化周波数Ｆ₂ との間にナイキスト条件が成立しないとき、標本化周波数Ｆ₁ で標本化された情報を未知の標本化周波数Ｆ₂ で直接標本化することにより生ずる折り返し信号を防止するよう、設定しなくてはならない。
【００１８】
オーバーサンプリングフィルタ３４の出力は後述する標本値補間手段３５に入力される。標本値補間手段３５の出力は先入れ先出し記憶手段３７に記憶される。先入れ先出し記憶手段３７は、いわゆるＦＩＦＯと呼ばれるもので、最初に記憶された補間標本値が最初に読み出されるような記憶手段である。記憶された補間標本値は読み出し手段３８により、第２の標本化周波数（未知の標本化周波数）Ｆ₂ で先入れ先出し記憶手段３７から読み出される。読み出し手段３８は補間標本値を読み出すとともに、読み出した補間標本値の記憶を削除する。
【００１９】
記憶占有量観測手段３９は先入れ先出し記憶手段３７中の補間標本値の数量が、一定期間Ｔ経過後に観測して、増大する場合は、標本値補間手段３５から先入れ先出し記憶手段３７への記憶速度が、先入れ先出し記憶手段３７からの読み出し速度よりも速いと判断し、減少する場合は、標本値補間手段３５から先入れ先出し記憶手段３７への記憶速度が、先入れ先出し記憶手段３７からの読み出し速度よりも遅いと判断する。
【００２０】
記憶占有量観測手段３９は前述の標本値補間手段３５から先入れ先出し記憶手段３７への記憶速度と、先入れ先出し記憶手段３７からの読み出し速度との関係により、可変標本化周波数生成手段４０を制御し、標本値補間手段３５の可変標本化周波数Ｆ₂ ’（ｊ）を制御する。この結果、標本値補間手段３５から先入れ先出し記憶手段３７への補間標本値を記憶する速度と、読み出し手段３８による読み出し速度は等しくなる。すなわち、可変標本化周波数生成手段４０の生成する可変標本化周波数Ｆ₂ ’（ｊ）は読み出し速度を決める第２の標本化周波数（未知の標本化周波数）Ｆ₂ と等しくなる。
【００２１】
ここで、ｊは整数であり、前述した標本値補間手段と、先入れ先出し記憶手段と、読み出し手段と、記憶占有量観測手段と、可変標本化周波数生成手段と、可変標本化周波数初期位相設定手段とで構成される離散的フィードバック制御ループの第ｊ番目を示すインデックスであり、可変標本化周波数Ｆ₂ ’（ｊ）は第ｊ番目の離散的フィードバックにおける可変標本化周波数である。
【００２２】
次に、標本値補間手段３５の動作について説明する。図２はオーバーサンプリングフィルタ３４からの出力標本値を可変標本化周波数生成手段４０からの標本化周波数により標本化し、標本値補間手段３５を用いて補間する動作を説明するためのものである。
【００２３】
図２において、周期Ｔ₀ はオーバーサンプリングフィルタ３４の標本化周波数の周期であり、Ｔ₀ ＝１／（標本化周波数ｎ×Ｆ₁ ）である。また、周期Ｔ₂ ’（ｊ）は可変標本化周波数生成手段４０からの可変標本化周波数Ｆ₂ ’（ｊ）の周期である。オーバーサンプリングの標本点の任意の位置ｋ×Ｔ₀ （Ｂ点）と（ｋ＋１）×Ｔ₀ （Ｃ点）の間にｉ番目の標本点位置ｉ×Ｔ₂ ’（ｊ）（Ａ点）が入るとする。但しｉ，ｋは任意の整数であり、後述する関係を有する。この場合、オーバーサンプリングの標本化周期Ｔ₀ で、且つＢ点を基準にしたＣ点の位相を求めると下記式（１）のようになる。
【００２４】
２π×｛（ｉ×Ｔ₂ ’（ｊ）−ｋ×Ｔ₀ ）／Ｔ₀ ｝ （１）
但し ｉ×Ｔ₂ ’（ｊ）＞ｋ×Ｔ₀
次に、標本化手段３０の標本化周波数Ｆ₁ の周期をＴ₁ とすると、Ｔ₁ ＝ｎ×Ｔ₀ であるから、これを用いて式（１）を書き直すと下記式（２）となる。
Φ＝２π×｛ｉ×ｎ×（Ｔ₂ ’（ｊ）／Ｔ₁ ）−ｋ｝ （２）
ここで、（Ｔ₂ ’（ｊ）／Ｔ₁ ）＝ｍ（ｊ）とすると、下記式（３）が成立する。
Φ＝２π×｛ｉ×ｎ×ｍ（ｊ）−ｋ｝ （３）
次に、ｉとｋとは次のような関係にある。例えば、ｍ（ｊ）＝Ｔ₂ ’（ｊ）／Ｔ₁ ＝１．２で、ｎ＝３であったとすると、ｉ＝１，２，３，…のとき、ｉ×ｎ×ｍ（ｊ）＝３．６，７．２，１０．８になり、このとき、ｋ＝３，７，１０…となる。すなわち、ｋはｉ×ｎ×ｍ（ｊ）の値の小数点以下切り捨てとなっている。この小数点以下切り捨てのことを［ｉ×ｎ×ｍ（ｊ）］と書くことにすればｋ＝［ｉ×ｎ×ｍ（ｊ）］である。よって、式（３）を書き直して下記式（４）を得る。
Φ＝２π×｛ｉ×ｎ×ｍ（ｊ）−［ｉ×ｎ×ｍ（ｊ）］｝（４）
【００２５】
前述の式（４）によって、標本化周波数Ｆ₁ の周期Ｔ₁ で正規化された場合の標本点Ａの位置はｉ×ｎ×ｍ（ｊ）であり、標本点Ｂの位置はｋ＝［ｉ×ｎ×ｍ（ｊ）］であらわされることになる。図３は図２のＡ、Ｂ、Ｃの標本点を部分的に取り出して示したものである。図３において、標本点Ｇを標本点Ｄと標本点Ｆによって下記式（５）のように補間して補間標本値Ｙ（ｉ，ｊ）を得る。

【００２６】
前述したように、可変標本化周波数生成手段４０は、記憶占有量観測手段３９からの制御信号により可変標本化周波数Ｆ₂ ’（ｊ）の周期Ｔ₂ ’（ｊ）を読み出し手段３８の読み出し周波数、すなわち、第２の標本化周波数（未知の標本化周波数）Ｆ₂ の周期Ｔ₂ に近づけていき、最終的には未知の標本化周波数Ｆ₂ に等しくなる。すなわち、標本化周波数の変換の観点からすれば、標本化周波数Ｆ₁ と標本化周波数Ｆ₂ の比を予め計測して知ることなく、標本化周波数Ｆ₁ により標本化された情報が第２の標本化周波数（未知の標本化周波数）Ｆ₂ で標本化された情報に変換されたことになる。
【００２７】
可変標本化周波数初期位相設定手段３６は、図１に示されたように、可変標本化周波数生成手段４０の生成する可変標本化周波数Ｆ₂ ’（ｊ）（周期Ｔ₂ ’（ｊ））の初期位相を設定するものである。
【００２８】
図４は、以上説明した本発明の標本化周波数変換装置４１の詳細な動作を示すフローチャートである。主要な部分の補足説明を以下に行うと共に、本発明の標本化周波数変換装置４１の望ましい形態についても説明する。
「Ｓ−６」先入れ先出し記憶手段３７の記憶占有率が５０％になるまで、先入れ先出し記憶手段３７からの補間標本値の読み出しを行わず待機している状態である。これは、先入れ先出し記憶手段３７への補間標本値の記憶される速度と該補間標本値の読み出される速度が平衡にいたるまでの時間、すなわち、標本値補間手段３５と、先入れ先出し記憶手段３７と、記憶占有量観測手段３９と、可変標本化周波数生成手段４０と、可変標本化周波数初期位相設定手段３６からなる離散的フィードバック制御ループの制御が収束されるまでの間の、先入れ先出し記憶手段３７から読み出し手段３８により、未知の標本化周波数Ｆ₂ で読み出す補間標本値数を確保し、記憶占有量観測手段３９が先入れ先出し記憶手段３７中の補間標本値の数量を観測できるように初期設定するためである。すなわち、先入れ先出し記憶手段３７の記憶占有率は５０％を境に増減する。これは本発明の標本化周波数変換装置およびこれを具備した電子機器の望ましい形態の一つである。
【００２９】
また、本発明の標本化周波数変換装置４１の望ましい形態の一つは、未知の標本化周波数Ｆ₂ と、補間標本値の先入れ先出し記憶手段３７への記憶周波数、すなわち、可変標本化周波数生成手段４０からの標本化周波数Ｆ₂ ’（ｊ）と、標本値補間手段３５と、先入れ先出し記憶手段３７と、記憶占有量観測手段３９と、可変標本化周波数生成手段４０と、可変標本化周波数初期位相設定手段３６からなる離散的フィードバック制御ループの制御収束に必要な時間τと、先入れ先出し記憶手段３７の記憶容量ＢＦとの間に、下記式（６）が成立するのが望ましい。
｜∫^t ₀ ｛Ｆ₂ −Ｆ₂ ’（ｊ）｝ｄｔ｜≦０．５×ＢＦ（６）
但し ０＜ｔ≦τ
ここで、式（６）の左辺の｜ ｜は絶対値を示し、｜∫^t ₀ ｛Ｆ₂ −Ｆ₂ ’（ｊ）｝ｄｔ｜は前述のフィードバック制御の任意の時刻ｔに於ける、先入れ先出し記憶手段３７の補間標本値の増量または減量を示している。
【００３０】
式（６）の右辺ＢＦは先入れ先出し記憶手段３７の確保すべき記憶容量を示し、前述したように、初期状態では先入れ先出し記憶手段３７の記憶占有率が５０％に設定されることを考慮して０．５を掛けてある。、すなわち、以上のことから、先入れ先出し記憶手段３７の補間標本値の増減の最大量は、前述の離散的フィードバック制御が収束するまでの間、先入れ先出し記憶手段３７の記憶容量の半分以下でなくてはならない。本発明の標本化周波数変換装置においては、この記憶容量ＢＦが、如何なる未知の標本化周波数に対しても確保される。
【００３１】
「Ｓ−１３〜Ｓ−１８」Ｂｕｆ（ｊ）は先入れ先出し記憶手段３７中の補間標本値の数量であり、ここで、ｊとは補間標本値が先入れ先出し記憶手段３７へ記憶される周波数、すなわち、可変標本化周波数生成手段４０からの標本化周波数Ｆ₂ ’（ｊ）の場合と同じインデックスである。
【００３２】
すなわち、前述した一定期間Ｔ毎に現在の先入れ先出し記憶手段３７の記憶容量占有率Ｂｕｆ（ｊ）と前回の先入れ先出し記憶手段３７の記憶容量占有率Ｂｕｆ（ｊー１）の差ＤＢｕｆを測定し、ＤＢｕｆ＝０の場合は、何もせず観測を続け、ＤＢｕｆ＞０の場合は可変標本化周波数生成手段４０の可変標本化周波数Ｆ₂ ’（ｊ）の降下の命令をだし、ＤＢｕｆ＜０の場合は上昇の命令を生成する。
【００３３】
「Ｓ−２」フィードバック制御の始まりに際して、初期標本化周波数ｍ（０）を可変標本化周波数生成手段４０にて決め、初期位相を可変標本化周波数初期位相設定手段３６にて決定する。但し、ｍ（０）＝（標本化周波数Ｆ₁ ／可変標本化周波数Ｆ₂ ’（ｊ））である。
【００３４】
「Ｓ−３〜Ｓ−５」オーバーサンプリングフィルタ３４からの標本を、可変標本化周波数生成手段４０からの標本化周波数Ｆ₂ ’（ｊ）の標本点の位置で標本値補間手段３５により補間し、先入れ先出し記憶手段３７に記憶する。
【００３５】
以上によって本発明の標本化周波数変換装置４１の詳細な説明がなされた。本発明の標本化周波数変換装置およびこれを具備した電子機器の望ましい形態の一つは、以上に説明した、標本値補間手段と、読み出し手段と、記憶占有量観測手段と、可変標本化周波数生成手段と、可変標本化周波数初期位相設定手段とをソフトウェアで構成し得ることである。このように構成すれば、既存の電子機器の用いているマイクロコンピュータのソフトウェアの一部を利用することもでき、電子機器の構成規模を小型にすることができる。
【００３６】
また、標本化周波数変換装置４１はパーソナルコンピュータやセットトップボックスなどに具備して、他の装置、例えば、音声モジュールやビデオモジュール、音響機器、ビデオ機器、携帯電話などの電子機器とネットワークする場合に、これら他の装置の標本化周波数（前述の読み出し手段３８の読み出し周波数、すなわち第２の標本化周波数Ｆ₂ に相当する）がたとえ未知であったとしても、標本化周波数変換を行うことができる。
【００３７】
【発明の効果】
標本化周波数の違う２つの装置間にはいり、標本化周波数の変換を行い、一方の装置より他方の装置へ情報を伝達する場合、他方の装置の標本化周波数を予め計測して知ることなく、他方の装置の標本化周波数へ標本化周波数を変換して情報を伝達することが可能となった。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の標本化周波数変換装置の概略構成を示すブロック図。
【図２】 オーバーサンプリングフィルタの標本化周波数と標本値補間手段の標本化周波数の関係を示す略線図。
【図３】 図２の部分を拡大し、正規化を行い、標本値補間手段の動作を示す略線図。
【図４】 本発明の標本化周波数変換装置の詳細な動作手続きを示すフローチャート図。
【図５】 従来の標本化周波数変換装置の一例の概略構成を示すブロック図。
【符号の説明】
１，９，３０，…標本化手段、５，８…計数手段、６…周波数可変手段、７…比較手段、４，３４…オーバーサンプリングフィルタ、２３…ＰＬＬ（位相同期制御ループ）、１９…第１の装置、２０…第２の装置、３５…標本値補間手段、３６…可変標本化周波数初期位相設定手段、３７…先入れ先出し記憶手段、３８…読み出し手段、３９…記憶占有量観測手段、４０…可変標本化周波数生成手段、４１…標本化周波数変換装置

Claims (5)

1. 第１の標本化周波数で標本化された情報を、未知の標本化周波数で標本化された情報に変換する標本化周波数変換装置であって、
   前記第１の標本化周波数で標本化された情報より、補間標本値を算出して、可変標本化周波数で標本化する標本値補間手段と、
   前記補間標本値を前記可変標本化周波数で記憶するための先入れ先出し記憶手段と、
   該先入れ先出し記憶手段に記憶された該補間標本値を、前記未知の標本化周波数で読み出し、且つ読み出された該補間標本値の記憶を前記先入れ先出し記憶手段中より削除する読み出し手段と、
   前記先入れ先出し記憶手段中の前記補間標本値の数量を観測する記憶占有量観測手段と、
   該記憶占有量観測手段の制御により、前記可変標本化周波数を生成する可変標本化周波数生成手段と、
   前記可変標本化周波数の初期位相を設定するための可変標本化周波数初期位相設定手段とを具備すること
   を特徴とする標本化周波数変換装置。
2. 前記標本値補間手段と、前記読み出し手段と、前記記憶占有量観測手段と、前記可変標本化周波数生成手段と、前記可変標本化周波数初期位相設定手段とをソフトウェアで構成したこと
   を特徴とする請求項１に記載の標本化周波数変換装置。
3. 標本化周波数変換を開始直後は、前記先入れ先出し記憶手段の前記補間標本値の数量が該先入れ先出し記憶手段の記憶容量に占める割合が５０％に達するまでは、前記読み出し手段により該先入れ先出し記憶手段から該補間標本値を読み出さないこと
   を特徴とする請求項１に記載の標本化周波数変換装置。
4. 前記標本値補間手段と、前記先入れ先出し記憶手段と、前記読み出し手段と、前記記憶占有量観測手段と、前記可変標本化周波数生成手段と、前記可変標本化周波数初期位相設定手段とで構成される離散的フィードバック制御ループの制御収束に要する時間τと、前記可変標本化周波数生成手段により生成された任意のｊ番目の離散的フィードバック制御における前記可変標本化周波数を表すＦ₂ ’（ｊ）と、前記未知の標本化周波数Ｆ₂ と、前記先入れ先出し記憶手段の記憶容量ＢＦが、｜∫^t ₀｛Ｆ₂ −Ｆ₂ ’（ｊ）｝ｄｔ｜≦０．５×ＢＦ、（但し、０＜ｔ≦τ）なる関係になるように、前記先入れ先出し記憶手段の記憶容量ＢＦを確保し得ること
   を特徴とする請求項１に記載の標本化周波数変換装置。
5. 請求項１に記載の標本化周波数変換装置を具備すること
   を特徴とする電子機器。

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