JPH0697899A - 再生クロック周波数の調整方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】サンプリング周期に同期した信号が得られない
ディジタル信号再生装置において、再生クロックの周波
数を調整することにより、データの過不足のない正常な
再生を実現する。 【構成】ＦＩＦＯバッファ、パルス欠落による周波数調
整回路、ディジタル信号再生装置とによってフィードバ
ックループを形成する。受信側基準クロックｆ0を送信
側基準クロックより僅かに高い周波数に設定し、周期的
にパルス欠落させて、単位時間当たりのクロックパルス
数としての周波数を調整する。パルス欠落周期Ｎと調整
周波数ｆの関係はｆ＝ｆ0（１−１／Ｎ）であり、バッ
ファ内のデータ量が多いときはＮを大きくし、少ないと
きはＮを小さくする制御を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】ディジタル通信のデータ再生、デ
ィジタルデータ再生装置からのデータ再生などでリアル
タイム再生を必要とする信号の再生装置において、サン
プリング周期に同期した信号が与えられない場合の再生
クロック周波数の調整方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】音声信号などのアナログ信号をＰＣＭで
ディジタル化して伝送し、Ｄ／Ａ変換器などの再生装置
で再生する場合、再生時のサンプリング周期は、エンコ
ード時のサンプリング周期と一致している必要がある。
またＰＣＭでディジタル化された信号が記録媒体に記録
されており、このデータを読み出して再生する場合につ
いても同様であり、データの読み出しの周期が、エンコ
ード時のサンプリング周期に相当し、これは再生サンプ
リング周期と一致している必要がある。もし、エンコー
ド時と再生時すなわちデコード時のサンプリング周期が
異なっていると、データの過不足が生じ、正常な再生が
できなくなる。例えば音声信号ならば、波形歪や、音切
れ、音飛びなどの現象となって現われる。

【０００３】このサンプリング周期の一致を実現するた
めには、基準となる単一のクロックを用い、双方のサン
プリング周期を同一にするのが一般的である。例えば、
記録媒体からデータを読み出す場合は、再生時のクロッ
クを基準にして、データ読み出し周期が、これと等しく
なるようサーボ制御を行っている。

【０００４】また、データは、ある分量をまとめて時間
軸上で圧縮して転送することも可能である。このデータ
転送がフレーム同期転送であり、サンプリングの周期に
同期したタイミングで送られるならば、基準クロックが
直接与えられなくても受信側でＰＬＬ（Phase Locked L
oop）回路を用いて再生クロックを作り出すことができ
る。またデータ転送が送信側の基準クロックに同期し
た、バイト同期転送でもＰＬＬ回路で再生クロックを生
成することができる。

【０００５】ディジタル音声データ再生装置の代表的な
ものにコンパクトディスク（以下ＣＤと略す）プレーヤ
がある。音声再生専用のＣＤプレーヤでは、データ読み
出し部とディジタル音声再生部は１つの筺体内にあり、
基準となる単一のクロックが存在し、ＣＤからのデータ
読み出し速度とディジタル音声再生速度が等しくなるよ
う、この基準クロックを基に制御を行っている。

【０００６】一方、音楽用のＣＤプレーヤ技術を利用し
てディジタルデータの記録を行う装置としてＣＤ−ＲＯ
Ｍ装置があり、コンピュータの記憶装置として使われて
いる。このＣＤ−ＲＯＭ装置からディジタル音声データ
を得てホストコンピュータ側で音声再生を行うような、
データ読み出し部と、音声再生部が分離されたシステム
も存在する。このような分離された音声再生システムで
はリアルタイムに再生を行う場合に、ＣＤからのデータ
読み出し周期と再生時のサンプリング周期を一致させる
手段が必要である。

【０００７】データ読み出し側と音声再生側で同一周波
数ではあっても別の発振器を用いると、２つの発振器の
僅かな周波数の差が累積されることによりデータの過不
足が生じてしまう。

【０００８】このため一般には、図８（ａ）に示すよう
に、ＣＤ−ＲＯＭ装置など、ディジタルデータ再生装置
11から読み出しクロックを直接ディジタル音声データ再
生装置12に与えるか、図８（ｂ）に示すようディジタル
データ再生装置21から読み出しクロックに同期した信号
を再生装置側に与えてＰＬＬ回路23を用いて再生クロッ
クを生成し、ディジタル音声データ再生装置22に与える
方法が採られる。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかし、データの転送
が非同期で行なわれ、サンプリング周期を決める同期信
号がない場合は、上記の方法が使えない。

【００１０】同様の問題はディジタル音声通信分野でも
生じ、送信側と受信側のサンプリング周期を一致させる
ためクロックの同期性を確保する手段が必要となる。伝
送路が時分割多重で、データが時間軸上で等時間間隔で
伝送されればＰＬＬ回路で同期がとれるが、回線の使用
効率向上のために、時間軸圧縮したり、適合差分パルス
コード変調（ＡＤＰＣＭ）による音声圧縮や可変長符号
化方式によるデータ圧縮などを行い、加えて回線の遅延
などにより同期信号が送れない場合もある。

【００１１】すなわち、データ受信時にサンプリング周
期に同期した信号が得られない場合、あるいは非同期に
再生装置にデータが送られる場合、ＰＬＬ回路による再
生クロックの生成が不可能となるという問題がある。

【００１２】本発明の目的は、非同期に送られるデータ
を受信して再生装置側でデータの過不足が生じないよう
に再生速度を調整することである。受信時の再生クロッ
ク調整方法としては、受信されるデータ量から判断して
再生クロックの周波数を調整する方法があり、例えば特
開平2-179045がある。

【００１３】本発明は、再生クロックの調整範囲が、送
信側基準クロックの発振器固有の偏差と温度や電源電圧
変動による周波数変化以内の微小範囲内であり、かつＦ
ＩＦＯバッファを用いれば完全に周波数を一致させる必
要がないことに着目し、従来例のように電圧制御発振器
でアナログ的にフィードバック制御するのではなく、固
定発振器とディジタル回路のみで再生クロックの周波数
調整を実現する方法を提供する。

【００１４】

【課題を解決するための手段】（1）時間軸圧縮され非
同期に送られてくるデータを一時蓄えるＦＩＦＯバッフ
ァ、（2）再生サンプリング周期を決めるクロックの周
波数を調整する周波数調整回路および、その制御手段、
（3）ＦＩＦＯバッファからデータを読み出して信号の
再生を行うディジタル信号再生装置、以上によりフィー
ドバックループを形成し、データの過不足が生じないよ
うデータ再生速度を制御する。

【００１５】送信側基準クロックの周波数偏差および諸
要因による周波数変動分を調整するために、受信側の基
準クロックは、送信側基準クロックより高く設定し、こ
れに周期的なクロックパルスの欠落を生じる加工を施
し、単位時間内のパルス数としての周波数を、欠落周期
を変化させることにより調整する。この受信側基準クロ
ックは、サンプリング周波数より十分大きい整数比倍の
周波数とすることにより、パルス欠落による周波数調整
の分解能を確保する。再生サンプリング周期は、この基
準クロックを基に調整されたクロックを整数比で分周し
て与えられるが、調整による周期の変動分は高々基準ク
ロックの１クロックパルス分の時間に抑さえられる。

【００１６】

【作用】受信側の発振器は、パルス欠落による周波数の
調整範囲を確保するため、送信側発振器の最大周波数偏
位より高い周波数に設定される。

【００１７】ＦＩＦＯバッファは、ディジタル音声デー
タを一時的に蓄える働きをし、時間軸圧縮され非同期的
に送られてくるデータの書き込み速度と、クロック調整
により逐次変化する読み出し速度の緩衝となり、データ
の消失を防止する。その内部のデータ量は再生クロック
周波数調整の判断基準となる。

【００１８】パルス欠落による再生クロック生成回路お
よび制御手段は、データ受信速度と再生速度を一致させ
るようにクロックパルスの欠落を周期的に発生させ、再
生クロックの周波数を調整する。

【００１９】ディジタル信号再生装置は、調整された再
生クロックに同期したタイミングで、ＦＩＦＯバッファ
からデータを読み出して、信号を再生する。

【００２０】

【実施例】第１の実施例を説明する。

【００２１】図１は、本発明をディジタルデータ再生装
置とディジタル音声再生装置で構成されるシステムに適
用した場合のブロック図であり、点線内部200が本発明
の再生クロック調整を行なう部分である。

【００２２】送信側の基準クロックは発振器101から出
力されるｆc Hzのクロックであり、ディジタルデータ再
生装置103は、この基準クロックを分周回路102によって
ある整数比で分周されたクロックに同期してディジタル
音声データを記録媒体から読み出す。このデータは時間
軸圧縮され非同期に読み出されてＦＩＦＯバッファ202
に蓄えられる。なお可変長符号化により圧縮されたデー
タの場合には、伸長処理を施してからＦＩＦＯバッファ
202に書き込まれる。

【００２３】発振器の周波数偏差および温度や電源電圧
変動による周波数変動を考慮して、最大周波数偏位Δｆ
（水晶発振器では最大200ppm程度）を決め、（ｆc−Δ
ｆ）Hzから（ｆc＋Δｆ）Hzまでを調整範囲とする。そ
して、ｆcHzより僅かに高いｆ0＝（ｆc＋Δｆ+ｆs）Hz
の発振器201を音声再生側の基準クロックとする。ここ
でｆsは（ｆc＋Δｆ）Hz近傍での調整分解能を得るため
に加えるオフセットの周波数である。

【００２４】制御手段203はＦＩＦＯバッファ202に蓄え
られているデータ量を判断し、パルス欠落周期生成回路
204に、周期変更の制御信号を与える。パルス欠落周期
生成回路204は発振器201で与えられる基準クロックと内
部カウンタによりパルス欠落のタイミングをパルス欠落
回路205に与える。パルス欠落回路205は基準クロックに
パルス欠落を起こさせるための回路であり、周期的にパ
ルス欠落されたクロックを出力する。このクロックは分
周回路206で送信側の分周器102と同じ整数値で分周さ
れ、ディジタル音声再生装置301は、これを再生時のサ
ンプリングクロックとしてＦＩＦＯバッファ202からデ
ータを読み込み、Ｄ／Ａ変換による再生を行ない音声信
号を出力する。

【００２５】図２にパルス欠落周期Ｎと調整される周波
数ｆの関係を示す。パルス欠落により生成されるクロッ
クの周波数（単位時間当たりのパルス数）はｆ=ｆ0（1
−1／Ｎ）で与えられる。ｆεはＮを１だけ変化させた
ときの周波数であり、式が非線形であるため、Ｎの各値
によって異なる。必要とされる最小分解能は（ｆc−Δ
ｆ）Hzに対応するＮLの位置で与えられる。オフセット
周波数ｆsがないとｆ＝（ｆc＋Δｆ）が漸近線となるた
め、この近傍で周波数を調整しようとすると極めて大き
なＮの値を必要とし、カウンタのビット数が増えて実用
的でない。また調整できるＮの範囲が広いほど周波数分
解能も得られる。

【００２６】図３はパルス欠落による周波数調整回路の
１例である。Ｎ進カウンタ11は発振器10の基準クロック
をカウントし、カウント数がＮになったときＣＹ=
‘Ｈ’を出力する。Ｄ−ＦＦ12は非同期のＣＹ出力を同
期化する役割と、Ｎ進カウンタに再ロード信号を与える
役割を兼ねる。ＯＲゲート13が基準クロックにパルス欠
落を起こす。図４にこの回路のタイミングを示す。説明
の都合上Ｎの値を小さくＮ＝５としているが、実際は周
波数分解能を得るためＮは百以上の大きな値を用いる。
またリセット時には調整クロックｆがｆcに最も近くな
るような初期値Ｎcをロードする。

【００２７】図５にＦＩＦＯバッファへのデータ書き込
みと読み出しを示す。ＦＩＦＯバッファへのデータ書き
込みは離散的に、データ読み出しは連続的に行われる。

【００２８】図６に制御方法の例を示す。ｆは周波数、
ｎはデータ量、Ｎはパルス欠落周期であり、添字のｔは
送信側を、ｒは受信側を意味する。

【００２９】周波数調整の制御は、時間軸圧縮されたブ
ロックデータの転送時刻毎に行う。Ｔをブロックデータ
の書き込み周期、Ａを１バイトのデータ再生に要するク
ロック数とすると、書き込みデータ量はｎt＝（ｆt／
Ａ）・Ｔ、読み出しデータ量はｎr＝（ｆr／Ａ）・Ｔと
なる。しかし、非同期転送のため書き込み周期には遅延
時間ΔＴが存在する。送信側のデータ書き込み量は一定
であるが、この遅延時間ΔＴが読み出し側のデータ再生
速度によってデータ量ｎx＝（（ｆr／Ａ）・ΔＴ）に換
算され、書き込みデータ量は等価的に（（ｆt／Ａ）・
Ｔ−ｎx）となる。すなわち、転送の遅延時間の変動分
は、バッファ内データ量を入力とした制御系に対しては
ノイズに相当することになる。このノイズは、送信側発
振器の周波数偏差による直流分と温度変動などによるド
リフト分と比較すれば高周波の成分であり、低域通過フ
ィルタ（ＬＰＦ）によって除去できる。

【００３０】このＬＰＦは次式を元にディジタル回路で
実現できる。

【００３１】

【数１】

【００３２】ｎはバッファ内データ量、ｎ0は制御基準
となるバッファ内データ量である。ＣはＬＰＦの時定数
を決める係数で、ノイズが除去できる値に決める。この
ＬＰＦは、Ｃを２のべき乗とすればシフト演算と加減演
算回路、およびｎの平均値を記憶するレジスタで構成で
きる。

【００３３】送信側周波数ｆtは、ｆ−ｎ変換11を経て
データ量ｎtとなり、これに遅延時間によるデータ量変
動ｎxを加え、帰還データ量ｎrとの差をとってＬＰＦ12
に入力される。ＬＰＦ12の出力ｎの平均値は、ｎ−Ｎ変
換13されパルス欠落周期Ｎとなり、このＮはＮ−ｆ変換
14されて受信側周波数ｆrとなる。さらにｆrは、ｆ−ｎ
変換され帰還データ量ｎrとなる。ｎ−Ｎ変換は図のよ
うな正の傾きを持った特性の変換とし、ＦＩＦＯバッフ
ァ内データ量が多いときは、読み出し周波数を大きくし
てデータ読み出し速度を速くし、ＦＩＦＯバッファ内デ
ータが少ないときは、逆に周波数を低くして読み出し速
度を遅くする。したがって、このフィードバックループ
により、受信側周波数ｆrは送信側周波数ｆtに追従する
よう制御される。

【００３４】第２の実施例を説明する。

【００３５】これは、パルス欠落による周波数調整回路
と制御方法が第１の実施例と異なり、ＦＩＦＯバッファ
内のデータ量情報を元にディジタル信号再生装置のクロ
ック周波数を変化させるという基本動作は同じである。

【００３６】図７は欠落周期を一定とした回路の例であ
り、Δｆが小さい場合に有効である。制御は固定周期の
パルス欠落を発生させるかしないかの２値で行う。固定
周期ＮLは、常にパルス欠落を発生させた場合に再生ク
ロックが（ｆc−Δｆ）Hzとなるように設定する。この
場合は先に示したｆsは不要で、発振器10の基準クロッ
クｆ0＝（ｆc＋Δｆ）Hzとすればよい。ANDゲート13
は、パルス欠落タイミング信号を、制御信号CTRLによっ
て、パルス欠落回路であるORゲート14に伝えるか伝えな
いかを決めるスィッチの役割をする。Ｎ進カウンタ11に
固定値が与えられること以外は図３の回路と動作は同じ
である。

【００３７】次に制御方法を説明する。

【００３８】ＦＩＦＯバッファ内のデータ量が基準値よ
り多いときはｆ＝（ｆc＋Δｆ）とするように制御信号C
TRL＝‘Ｌ’とし、データ量が少ないときｆ＝（ｆc−Δ
ｆ）とするようにCTRL＝‘Ｈ’とする制御を行なう。こ
のような２値制御を行う場合、その長期的な周波数はｆ
HとｆLが占める時間軸上での期間の比率によって決ま
る。

【００３９】以上２つの実施例を示したが、制御はディ
ジタル回路だけでなく、マイコンを用いてソフトウェア
によって行うことも可能である。

【００４０】

【発明の効果】ディジタル信号再生装置にデータが非同
期に与えられても、本発明による再生クロック生成方法
によって信号の再生速度が調整されるため、データの過
不足がない正常な再生が可能となる。また、ディジタル
回路と固定周波数発振器のみで構成されるため、アナロ
グ部品が不要でディジタル集積回路化が容易になり、ア
ナログ回路に特有の調整も不要となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明をディジタル音声再生装置に適用したシ
ステムのブロック図である。

【図２】パルス欠落によって生成される周波数とパルス
欠落周期の関係図である。

【図３】パルス欠落による周波数調整回路図である。

【図４】図３の回路のタイミング図である。

【図５】ＦＩＦＯバッファへのデータの書き込みと読み
出しを示す図である。

【図６】周波数調整回路の制御方法を説明する図であ
る。

【図７】２値制御のパルス欠落による周波数調整回路図
である。

【図８】従来例を示す図である。

【符号の説明】 101…送信側の発振器、 102…送信側の分周器、 103…ディジタルデータ再生装置、 200…再生クロックの周波数調整部、 201…受信側の発振器、 202…ＦＩＦＯバッファメモリ、 203…制御手段、 204…パルス欠落周期発生回路、 205…パルス欠落回路、 301…ディジタル音声再生装置。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】リアルタイム再生を行うディジタル信号再
   生装置において、データのサンプリング周期に同期した
   信号が与えられない場合の、以下に記すことを特徴とす
   る再生クロック周波数の調整方法。 （１）送られてくるデータをＦＩＦＯ（先入れ先だし）
   バッファに蓄える。 （２）サンプリング周波数の整数比倍より僅かに高い周
   波数のクロックパルスに、周期的にパルスの欠落を生じ
   るような加工を施し、同じ整数比の分周をして再生クロ
   ックを生成する。 （３）上記パルス欠落周期は、ＦＩＦＯバッファ内のデ
   ータ量により変化させ再生時にデータの過不足が生じな
   いよう制御する。