專利名稱：采樣速率轉換裝置及采樣速率轉換方法
技術領域：
本發明涉及采樣速率轉換裝置及采樣速率轉換方法，特別是涉及利用內插濾波器的采樣速率轉換裝置及其采樣速率轉換方法。
采樣速率轉換裝置用于按照可變的采樣速率改變輸入信號。通常的采樣速率轉換裝置是一個圖像定標器。該采樣速率轉換裝置一般利用一作為線性相位低通濾波器的內插濾波器。
圖1表示常規的利用內插濾波器的采樣速率轉換裝置的示例，其中采用的濾波器系數是固定的。換句話說，將與多個轉換(掃描)速率對應的濾波器系數存儲在濾波器系數存儲單元101中。如輸入一任意的轉換速率，采樣速率變化單元110中的上采樣器111確定上采樣速率Lu并對輸入信號x(n)按照上采樣速率Lu進行上采樣，以便輸出一按公式(1)表達的上采樣信號u(n) 采樣速率變化單元110的內插濾波器113是一線性相位低通濾波器的內插濾波器，其截止頻率(Wc)為π/M并采用第M頻帶濾波器。這里，M是采樣速率Lu和下采樣速率Ld中的最大值。作為第M頻帶濾波器的內插濾波器112必須滿足公式(2) 內插濾波器113利用與從濾波器系數存儲單元101讀出的轉換速率對應的濾波器系數對上采樣信號進行濾波，輸出一經濾波的信號，如公式(3)表達v(n)＝h(n)*u(n)……(3)采樣速率變化單元110的下采樣器115按照由轉換速率確定的下采樣速率Ld對經濾波的信號進行下采樣器，然后，將經下采樣的信號輸出，如公式(4)表達y(n)＝V(Ldn)=Σk∈Zh(k)u(Ld-k)······(4)]]>=Σm∈Zh(Ldn-Lum)×(m)]]>其中y(n)是輸入信號x(n)的內插版本，其轉換速率為Lu/Ld。公式(4)中的第三行是多相符號，可以用于圖1、2或3中的采樣速率變化單元。
利用第M頻帶濾波器的采樣速率轉換裝置作為內插濾波器的優點是易于擴展到二維轉換。
然而，由于將對應于各種不同轉換速率的第M頻帶濾波器系數存儲在濾波器系數存儲單元101，需要一大的單片存儲器。就是說，對于第M頻帶濾波器需要K+1個系數。因此，在采樣速率轉換裝置能夠適應轉換速率A的情況下，濾波器系數存儲單元101應能存儲K+1個系數，其中K＝(N-1)/2及N＝4M-1。這里，N是第M頻帶濾波器的長度。在將變量M可以設置到其它任何整數的之前，產生倍數(multiplier)“4”，但必須是一個整數，例如2或6，因為第M頻帶濾波器的長度必須是奇數。
為了解決上述缺陷，已經提出圖2中所示的采樣速率轉換裝置。按照這種裝置，對原型半頻帶濾波器中的系數按照該采樣速率進行余弦調制，然后，提供到一內插濾波器，即第M頻帶濾波器，因為其系數要用于改變輸入信號的采樣速率。
換句話說，將適合于采樣速率變化單元210中的內插濾波器213的原型半頻帶濾波器中的系數預存儲在采樣速率變化單元210中。如果應用輸入信號的轉換速率，濾波器系數調制器202讀出在采樣速率變化單元210中存儲的濾波器系數p(n)并進行余弦調制，以便得到第M頻帶濾波器系數濾波器系數hc(n)，如公式(5)表達hc(n)=limx→np(n)sin(/Mxp)sin(xp/2)······(5)]]>然而，由公式(5)得到的第M頻帶濾波器系數具有不良的抑止頻帶衰減，導致形成不希望有的贗象。
因此，改變輸入信號x(n)的采樣速率之前，利用前置濾波器204對輸入信號x(n)進行前置濾波。前置濾波器204按由轉換速率確定的M×M尺寸的窗口對輸入信號x(n)進行前置濾波。
濾波器系數均衡器203均衡從濾波器系數調制器202輸出的濾波器系數hc(n)，以便均衡前置濾波產生的幅值畸變，然后將經均衡的濾波器系數提供到內插濾波器213。內插濾波器213利用經均衡的濾波器系數對從上采樣器211輸出的上采樣信號u(n)進行濾波，然后將經內插-濾波的信號發送到下采樣器215。相應地，采樣速率變化單元210輸出該輸入信號x(n)的內插版本y(n)。
然而，圖2中所示的采樣速率轉換裝置具有的缺點在于，基于前置濾波和均衡的計算是復雜的，當要處理圖像序列時特別明顯。
為了解決上述問題，本發明的第一個目的是提供一種采樣速率轉換裝置及轉換輸入信號采樣速率的方法，通過提供一種具有根據原型濾波器按照轉換速率通過對系數進行內插得到內插數據作為其系數的的內插濾波器實現。
本發明的第二個目的是提供一種采樣速率轉換裝置及一種用于轉換輸入信號采樣速率的方法，通過提供一種具有按照轉換速率通過對原型濾波器的系數進行內插得到內插系數作為其系數的的內插濾波器實現。
本發明的第三個目的是提供一種采樣速率轉換裝置及一種用于轉換輸入信號采樣速率的方法，通過提供一種具有按照轉換速率在對原型濾波器的系數進行內插時的中間內插結果以及最終內插結果作為其系數的內插濾波器實現。
因此，為了實現第一目的，提供一種采樣速率轉換裝置，包含內插器，用于根據原型濾波器按照轉換速率內插預定的數據，以便得到所需的濾波器系數；以及采樣速率轉換器，用于利用由內插器提供的濾波器系數對輸入信號進行內插濾波。
最好，該預定的數據是原型濾波器的系數，或者是按照轉換速率在內插原型濾波器的系數時得到的中間內插結果。
根據本發明的另一方面，提供一種采樣速率轉換方法，包含的步驟有根據原型濾波器按照轉換速率內插預定的數據并得到所需的濾波器系數；以及利用得到的所需的濾波器系數對輸入信號進行內插濾波，以便轉換輸入信號的采樣速率。
通過參照附圖詳細介紹本發明的一優選實施例，將會使本發明上述目的和優點變得更加明顯，其中圖1是利用固定濾波器系數的常規采樣速率轉換裝置的方塊圖；圖2是利用余弦調制的常規采樣速率轉換裝置的方塊圖；圖3是根據本發明的采樣速率轉換裝置的方塊圖；圖4表示圖3所示的濾波器系數內插器的內插概念示意圖；圖5是描述根據本發明的采樣速率轉換方法的操作流程圖。
下面參照附圖詳細介紹本發明。
參照圖3，根據本發明的采樣速率轉換裝置包括濾波器系數存儲單元301、濾波器系數內插器302和采樣速率變化單元310。采樣速率變化單元310包括上采樣器311、上采樣器313和下采樣器315。
濾波器系數存儲單元301存儲原型濾波器的系數，即具有線性相位和長度為4Mp-1的第M頻帶濾波器，其中p代表一原型濾波器。為了使原型濾波器成為第M頻帶濾波器，原型濾波器必須滿足公式(6)bp=argminbb′ppb·········(6)]]>其中bp是一由[hp(0)，2hp(1)，…2hp(K)]t(K＝2Mp-1)定義的矢量，Pp是一在原型濾波器的通頻帶和抑止頻帶產生的誤差的矩陣。由公式(6)可以看出，在bp處產生btPpb的最小值。在濾波器系數存儲單元301中存儲的滿足公式(6)的原型濾波器系數hp由公式(7)表達hp＝[h(K-p)，…h(Kp)]t………(7)其中當將一任選的轉換速率應用于濾波器系數內插器302時，從濾波器系數內插器302中讀出原型濾波器系數hp。
濾波器系數內插器302提供一種具有線性相位和長度為4M-1的內插濾波器313的系數。這里，M是上采樣速率Lu和下采樣速率Ld中的最大值。該內插濾波器系數滿足由公式(8)給定的第M頻帶條件bd=argminbb′pdb·········(8)]]>其中bd是一按照[hd(0)，2hd(1)，…2hd(K)]t(K＝2Md-1)定義的矢量，Pd代表內插濾波器313的系數，可以利用公式(9)由原型濾波器系數得到bd＝Tbp………(9)為了利用公式(9)由原型濾波器系數得到第M頻帶內插濾波器的系數，必須求出T。本發明提供通過正則化得到的T。
當得到內插濾波器313的系數時，濾波器內插器302首先對從濾波器系數存儲單元301讀出的原型濾波器系數進行內插，以便產生一連續的函數hd(x)。這里，在利用作為一種內插方法的仿樣內插的情況下，連續的函數hd(x)由公式(10)給定hd(x)=Σks(k)B(x-k)······(10)]]>其中B(x-k)是仿樣內核(spline kernel)，s(k)是公式(11)或(12)的解。
ha＝Es ……(11) 由公式(11)和(12)可以理解，從由仿樣內核可得到的常數和由濾波器系數存儲單元301提供的原型濾波器系數hp組成的矩陣E易于得到s。如果由s和公式(10)得到一連續的函數hd(x)，通過在均勻隔開的(4M-1)點對該連續的函數hd(x)進行采樣得到所需的第M頻帶濾波器濾波器系數hp。對各點采樣的條件按照轉換速率是可變的，因為M是由轉換速率確定的。這一操作程序可以寫出如下hdBE-1hp……(13)其中B是按均勻隔開的(4M-1)點由仿樣影響函數的數值組成的矩陣。
圖4A表示從濾波器系數存儲單元301中讀出的原型濾波器系數，圖4B是利用讀出的濾波器系數得到的連續函數的特性示意圖以及圖4C表示根據應用的轉換速率的內插的原型濾波器系數。
雖然，已經通過利用仿樣內插由濾波器內插器302執行內插的該實施例進行介紹，但可以借助于公知的線性內插、二次內插或三次內插，通過對按照轉換速率從濾波器系數存儲單元301讀出的原型濾波器系數進行內插來實施本發明，因此，得到內插濾波器313的所需系數。
包括上采樣器311、內插濾波器313和下采樣器315的采樣速率變化單元310的結構和操作與在圖1中表示的相同。特別是，由于在采樣速率變化單元310中存儲的原型濾波器的長度為4M-1，內插濾波器313必須為長度為4M-1的第M頻帶濾波器。此外，如在圖1中所表示的，如果將內插的濾波器系數提供到內插濾波器313，內插濾波器313對上采樣信號u(n)進行內插-濾波并將經內插-濾波的信號v(n)傳輸到下采樣器315。下采樣器315對經內插-濾波的信號v(n)進行下采樣，以便輸出該輸入信號x(n)的內插版本y(n)。
當圖像或影像尺寸轉換擴展時，也可以使用上述采樣速率轉換裝置。為了實現采樣速率轉換，已經在其中采樣速率變化單元310中存儲原型濾波器的上述實施例中做了介紹。然而，將作為由于在公式(11)和(12)中內插得到的中間內插的結果的s的數值濾波器系數存儲單元301中。換句話說，取代原型濾波器系數將s的數值存儲在濾波器系數存儲單元301中，然后，響應于應用的轉換速率讀出存儲的s數值，以便得到連續的函數hd(x)。其后，可以提供按照應用的轉換速率確定的采樣點采樣的hd作為內插濾波器系數。如上所述，通過利用s的數值實施采樣速率轉換，可以比用參照圖3提出的方法更簡單地得到所需的內插濾波器系數。
圖5表示根據本發明的采樣速率轉換方法的實施。在步驟501，存儲滿足內插濾波器313相應要求的原型濾波器系數。在步驟502，當應用一任意的轉換速率時，讀出所存儲的原型濾波器系數，然后，按照本內插方法和應用的轉換速率進行內插。本內插方法包含公知的內插方法例如仿樣內插、線性內插、二次內插和三次內插等，如圖3中所示。在步驟503，提供內插結果作為內插濾波器313的系數。相應地，在步驟504，內插濾波器313利用提供的系數對從上采樣器311發送的上采樣信號進行內插濾波，然后輸出。下采樣器315對輸出信號進行下采樣以便輸出該輸入信號x(n)的內插信號y(n)。
根據本發明，轉換輸入信號的采樣速率，使得按照轉換速率實時對原型濾波器系數進行內插，提供內插結果作為內插濾波器即第M頻帶濾波器系數。因此，不使用大的單片存儲器就可以提供可適合于各種轉換速率的內插濾波器的系數，因此，得到對于輸入信號優異的內插版本。
權利要求
1.一種采樣速率轉換裝置，包含內插器，用于根據原型濾波器按照轉換速率內插預定的數據，以便得到所需的濾波器系數；以及采樣速率轉換器，用于利用由內插器提供的濾波器系數對輸入信號進行內插濾波。
2.根據權利要求1所述的采樣速率轉換裝置，其中利用根據仿樣內插、線性內插、二次內插和三次內插所選擇的方法，內插器得到濾波器系數。
3.根據權利要求1所述的采樣速率轉換裝置，其中該預定的數據是原型濾波器的系數。
4.根據權利要求1所述的采樣速率轉換裝置，其中該預定的數據是按照轉換速率在內插原型濾波器的系數時得到的中間內插結果。
5.根據權利要求1所述的采樣速率轉換裝置，還包含一用于存儲預定數據的存儲單元。
6.根據權利要求1所述的采樣速率轉換裝置，其中該內插器根據預定數據得到一連續函數，在利用轉換速率確定的點對連續函數進行采樣，以便得到所需的濾波器系數。
7.根據權利要求1所述的采樣速率轉換裝置，其可以用于轉換圖像或影像的尺寸。
8.一種采樣速率轉換方法，包含的步驟有根據原型濾波器按照轉換速率內插預定的數據并得到所需的濾波器系數；以及利用得到的所需的濾波器系數對輸入信號進行內插濾波，以便轉換輸入信號的采樣速率。
9.根據權利要求8所述的采樣速率轉換方法，其中該得到所需的濾波器系數的步驟包含的步驟有根據預定數據得到一連續函數，以及在利用轉換速率確定的點得到對連續函數的采樣結果即所需的濾波器系數。
10.根據權利要求8所述的采樣速率轉換方法，其中該預定的數據是原型濾波器的系數。
11.根據權利要求8所述的采樣速率轉換方法，其中該預定的數據是按照轉換速率在內插原型濾波器的系數時得到的中間內插結果。
全文摘要
采樣速率轉換裝置及方法,通過提供一具有根據原型濾波器按照轉換速率通過對數據進行內插得到的內插數據作為其系數的內插濾波器實現。采樣速率轉換裝置包含:內插器,用于根據原型濾波器按照轉換速率內插預定的數據,以便得到所需的濾波器系數;以及采樣速率轉換器,用于利用由內插器提供的濾波器系數對輸入信號進行內插濾波。可提供適于各種轉換速率的內插濾波器的系數不必使用大的單片存儲器,獲得對于輸入信號優異的內插的版本。
文檔編號H03H17/00GK1371179SQ0112191
公開日2002年9月25日 申請日期2001年6月21日 優先權日2001年2月20日
發明者梁承俊, 文憲熙, 特朗·Q·古延 申請人:三星電子株式會社