JPH07120924B2 - 標本化周波数変換装置 - Google Patents

標本化周波数変換装置

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JPH07120924B2
JPH07120924B2 JP2186981A JP18698190A JPH07120924B2 JP H07120924 B2 JPH07120924 B2 JP H07120924B2 JP 2186981 A JP2186981 A JP 2186981A JP 18698190 A JP18698190 A JP 18698190A JP H07120924 B2 JPH07120924 B2 JP H07120924B2
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Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は、標本化周波数変換装置に関し、特に変換する
標本化周波数間の比が1に近い標本化周波数変換装置に
おいて、標本化周波数変換装置のメモリを最小限にする
と共に、変換動作の速度を最大限にするため、係数の数
を低減した標本化周波数変換装置に関する。
[従来の技術] 映像及び音声の世界においては、多くの異なる標準が、
これまでに作成されており、また、現在も作成されつつ
ある。テレビジョン産業におけるデジタル技術の利用が
急激に増大したことに伴って、高画質テレビジョン(HD
TV)が出現し、更に、最近では、多くの新たな標準が現
れてくると共に、提案されつつある。標本化周波数は、
上述した標準における仕様項目中の1つである。標準が
異なれば、異なった標本化周波数が定められる。一次元
形式では、標本化周波数は、標本点(サンプル)間の間
隔(標本間隔)を定める。これに対して、テレビジョン
映像用の二次元及び三次元形式では、標本化周波数は、
夫々、水平ライン及びフレーム周波数を定める。従っ
て、異なる仕様(標本化周波数)のシステム間の通信を
可能とするために、標本化周波数変換装置の必要性が高
まっている。
標本化周波数を変換するためには、第1標本化周波数に
おいて、標本の間に位置する信号の値を求める必要があ
る。この目的のため、標本点の間を補間(内挿)するた
めにカーネル(kernel)を使用する。上記カーネルは、
標本点間を補間するために用いる関数であり、sinc関数
(標本化関数),即ち、(sinX)/X関数が理想的であ
る。しかし、sinc関数は無限関数なので、その代わりに
種々の異なる有限関数が使用される。1個の出力標本値
を計算するためには、N個の入力標本値が必要となるの
で、カーネルは充分な長さである必要がある。従って、
標本化されたN個のカーネルの値がある。このカーネル
の値は、入力データ値と乗算する係数になる。もし、入
力及び出力標本点の位置間の関連、又は分離状態が、異
なる出力標本点に対して変化する場合,換言すれば、入
力及び出力標本化周波数が異なる場合には、以下のこと
がいえる。つまり、標本化された出力毎に、N個の係数
からなる異なる係数群,即ち、カーネルの標本化された
値が、必要になる。このように必要とされる係数群の数
は、入力及び出力標本化周波数の関数になっている。も
し、入力及び出力標本化周波数間の比が1に近づけば、
非常に大きな係数群が必要になる。
[発明が解決しようとする課題] 例えば、映像においては、1つの標本化周波数は、色幅
搬送波周波数の4倍である。即ち、NTSC方式の場合に
は、14.318180Mサンプル/秒であり、PAL方式の場合に
は、17.734475Mサンプル/秒である。また、他の標本化
周波数は、CCIR601の標準である13.5Mサンプル/秒であ
る。更に、他の標本化周波数は、PAL方式におけるライ
ン・ロックド標本化周波数の17.734375Mサンプル/秒で
ある。上記2つのPAL方式の標本化周波数を選べば、ほ
ぼ1.000005639:1の比に相当する100Hzだけの違いしかな
い。PAL方式の場合、1フレーム当たりの標本点の数
は、上記標本化周波数17.734475Mサンプル/秒をフレー
ム周波数25Hzで割った値である709379個である。即ち、
709379個の別個の出力標本点の位置がある。従って、70
9379×N個のたたみ込み(convolution)カーネルの標
本値がある。N=10では、7×106以上の係数値の計算
を必ず伴う。ビデオ信号周波数において、これらの値を
処理中に計算することは、容易ではない。また、この代
わりに、これらの係数値を予め計算すると共に蓄積する
場合には、大容量のメモリが必要となる。異なる出力値
毎に異なる係数群を必要とするので、メモリ・アクセス
周波数は、ビデオ出力周波数17.734475MHzである必要が
ある。従って、高速なメモリが必要となるので、コスト
が高くなる。
本発明の目的は、入力標本化周波数と出力標本化周波数
との比が1に近似している場合に、必要なフィルタ係数
の数を低減して計算負荷を軽減すると共に必要なメモリ
の容量も低減できるようにした標本化周波数変換装置を
提供することである。
[課題を解決する為の手段及び作用] 本発明は、第1標本化周波数で標本化された入力信号を
受け、上記第1標本化周波数に近似した第2標本化周波
数で標本化された出力信号を出力する標本化周波数変換
装置を提供する。
テレビジョン信号の1フレーム期間のような所定の標本
化期間を必要な精度に対応した数の区間(例えば、1000
区間)に分割し、各区間内毎に1組のフィルタ係数群
(例えばN=10個のフィルタ係数)が対応する複数組の
フィルタ係数群を計算するフィルタ係数計算手段(18)
と、上記入力信号の標本値が上記第1標本化周波数で順
次記憶され、これら記憶された標本値が上記第2標本化
周波数で順次読み出される記憶手段(10)と、上記複数
の区間毎の上記1組のフィルタ係数群を上記記憶手段か
ら読み出された対応する区間内の標本値に対して順次適
用することにより、上記第2標本化周波数で上記出力信
号を発生するフィルタ処理手段(20)とを備え、上記所
定期間内において上記フィルタ係数計算手段が計算する
上記フィルタ係数群の数は、上記所定期間内における上
記出力信号の標本値の数より少なくする。
同一の区間に対応する区間内の出力標本値に対して同一
の1組のフィルタ係数値を順次使用してフィルタ処理す
るので、使用するフィルタ係数の数を大幅に低減でき
る。
本発明の目的、効果及び新規な特徴は、以下の説明及び
添付の図面を読むことにより明らかとなろう。
[実施例] 係数を低減するため、以下の事実を考慮することによ
り、問題を単純化する。即ち、出力信号標本値において
要求される精度は、bビットのオーダである。標本化し
た時点tでの±dtの誤差(タイム・ジッタ)のため、周
波数fのサイン信号に対する、振幅測定におけるピーク
誤差eは、(1)式のように与えられる。但し、Aはサ
イン信号の振幅である。
e=2Asin(πfdt) =2Aπfdt (1) 但し、πfdtは極めて0に近いものとする。少なくとも
bビットの精度は、最大誤差eがA×2-bであり得るこ
とを意味している。(1)式のeを置換して項を整理
し、(2)式を得る。
dt=1/(2πf2b) (2) 換言すれば、タイム・ジッタdtは、bビットを使用した
場合の1量子化レベル以下の振幅誤差に相当する。
(2)式から、5MHzのサイン信号に対して、少なくとも
8ビットの精度を得るためには、タイム・ジッタは、±
124.34ピコ秒を越えるべきではない。同様に、5.5MHzの
サイン信号に対して、少なくとも10ビットの出力精度を
得るためには、サンプリングの瞬間におけるタイム・ジ
ッタが±28.26ピコ秒以下であることが必要である。
第3図は、標本化周波数変換動作を説明するための説明
図である。第1標本化周波数での入力標本値と、重ね合
わせた夫々のカーネル上の点で示した係数とを乗算す
る。第2標本化周波数での出力標本点の夫々に対して、
カーネルの夫々の中心が合う。従って、出力標本値毎
に、異なった係数群が存在する。
第2図は、本発明に関わる標本化周波数変換動作におい
て、所定の区間で分割された標本間隔の状態を示す説明
図である。第2図に示すように、1入力標本間隔Tの期
間は、T/(2dt)個の区間に分割される。1区間の期間
内の標本化した点に対応する全ての出力標本値は、上記
1区間の期間の中心に対応する標本値により近似され
る。出力標本値の位置が、同一の区間に存在する限り、
同一の係数群が使用される。
従って、17.734375MHzの標本化周波数で、5.5MHzのサイ
ン信号を標本化して、10ビットの精度を得るためには、
標本間隔は、1000区間に分割される。各々の区間は、1
つの係数群で表されるため、1000×N個だけの係数が必
要となる。このことは、N=10に対して、10,000個だけ
の係数のメモリが必要であることを示す。これに比較し
て、出力標本値の正確な数値を求めるためには、7×10
6個以上の係数が必要である。もし、係数を格納するた
めのメモリ空間として、係数毎に2バイトが必要なら
ば、メモリ全体として必要な容量は、14Mバイト以上か
ら20Kバイトだけに低減される。このため、メモリ容量
を2桁以上低減することが達成される。また、1000区間
に対して標本値が709379個あるため、1区間に709.379
個の標本値が対応する。このように、計算するフィルタ
係数の数を大幅に低減させたので、計算負荷を格段に低
減させることができる。
第1図は、本発明に関わる標本化周波数変換装置の一実
施例を示すブロック図である。この標本化周波数変換装
置は、2つの標本化周波数間を変換する。入力データ信
号,例えば、17.734375MHzで標本化されたビデオ信号
は、先入れ先出し(first−in/first−out)バッファ・
レジスタ(以下FIFOレジスタという)10に入力される。
FIFOレジスタ10は、入力データ信号を第1クロック周波
数CLK1でクロックして取り込む。そしてFIFOレジスタ10
は、上記取り込んだ入力データ信号を第2クロック周波
数CLK2でクロックして出力する。上記第2クロックCLK2
は、標本化周波数,例えば、17.734475MHzに対応する。
クロック発生器12は、入力標本化周波数(第1クロック
周波数)CLK1を出力標本化周波数(第2クロック周波
数)CLK2に変換する。FIFO制御器14は、FIFOレジスタ10
のデータ入出力を制御する。予め計算された係数のため
に、格納手段である係数メモリ16は、必要な係数群を格
納する。係数メモリ16から出力されて使用する係数は、
係数計算手段である係数制御器18により決定される。演
算手段であるFIRフィルタ20に入力されるために、係数
メモリ16からの係数及びFIFOレジスタ10からのデータ
は、夫々のバスに出力される。遅延素子(ディレイ・ラ
イン)22により定められた適切な遅延期間だけ、上記デ
ータは、遅延される。そして、乗算器24により、上記デ
ータに適切な係数を乗算する。次に、加算器26により、
標本値を加算する。更に、加算器28で、加算器26からの
出力データの全てを加算する。その結果、出力標本化周
波数で、所望の出力標本値を得る。
上述の代わりに、係数制御器18及び係数メモリ16は、マ
イクロプロセッサ30に置換できる。上述の例で、各区間
に対応する出力標本値毎に必要になる係数群をマイクロ
プロセッサ30は、回路動作中に計算する。そして、コン
ピュータ(マイクロプロセッサ)に置換した場合、係数
制御器18は、コンピュータになり、係数メモリ16は、プ
ログラム及びワーキング・メモリになる。
以上本発明の好適実施例について説明したが、本発明は
ここに説明した実施例のみに限定されるものではなく、
本発明の要旨を逸脱することなく必要に応じて種々の変
形及び変更を実施し得ることは当業者には明らかであ
る。
[発明の効果] 以上説明したように、本発明の標本化周波数変換装置に
よれば、所定の標本化期間中(例えばテレビジョン信号
の1フレーム期間)を必要な精度に対応した数の区間
(例えば1000区間)に分割し、各区間毎に1組のフィル
タ係数群(例えば10個の係数)を予め計算し、記憶手段
から読み出した同一区間内の標本値に対しては、対応す
る1組のフィルタ係数群を共通に使用して出力標本値を
発生するようにしたので、各出力標本値を求めるために
別々のフィルタ係数を計算する必要がなくなり、必要な
フィルタ係数の数を格段に低減可能となり、計算負荷を
大幅に軽減すると共に、フィルタ係数を記憶するメモリ
の容量も格段に低減できる。この本発明の技法は、入力
信号の標本化周波数と出力信号の標本化周波数が極めて
近い場合、すなわち入出力の標本化周波数の比が1に近
い場合に特に有効な方法である。
【図面の簡単な説明】
第1図は、本発明に関わる標本化周波数変換装置の一実
施例を示すブロック図、第2図は、本発明に関わる標本
化周波数変換動作において、所定の区間で分割された標
本間隔の状態を示す説明図、第3図は、標本化周波数変
換動作を説明するための説明図である。 10は、記憶手段、18は、フィルタ係数計算手段、20は、
フィルタ処理手段である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平1−61114(JP,A) 特開 昭59−105712(JP,A) 特開 昭60−75117(JP,A) 特開 平1−175310(JP,A) 特開 平1−176113(JP,A) 米国特許5023825(US,A) 英国特許2236452(GB,A)

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】第1標本化周波数で標本化された入力信号
    を受け、上記第1標本化周波数に近似した第2標本化周
    波数で標本化された出力信号を出力する標本化周波数変
    換装置であって、 上記入力信号の所定の標本化期間を必要な精度に対応し
    た数の区間に分割し、各区間毎に1組のフィルタ係数群
    が対応する複数組のフィルタ係数群を計算するフィルタ
    係数計算手段と、 上記入力信号の標本値が上記第1標本化周波数で順次記
    憶され、これら記憶された標本値が上記第2標本化周波
    数で順次読み出される記憶手段と、 上記複数の区間毎の上記1組のフィルタ係数群を上記記
    憶手段から読み出された対応する区間内の標本値に対し
    て順次適用することにより、上記第2標本化周波数で上
    記出力信号を発生するフィルタ処理手段とを具え、 上記所定期間内において上記フィルタ係数計算手段が計
    算する上記フィルタ係数群の数は、上記所定期間内にお
    ける上記出力信号の標本値の数より少なくすることを特
    徴とする標本化周波数変換器。
JP2186981A 1989-07-14 1990-07-13 標本化周波数変換装置 Expired - Fee Related JPH07120924B2 (ja)

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