專利名稱：上下采樣率轉換器的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種用于將信號的輸入采樣率轉換成輸出采樣率的采樣率轉換器。
本發明還涉及一種用于將信號的輸入采樣率轉換成輸出采樣率的方法，以及一種用于將信號的輸入采樣率轉換成輸出采樣率的計算機程序產品，以及一種包括上述采樣率轉換器的設備。
采樣率轉換器例如被用在像唱機、記錄器和/或音頻和/或視頻接收機的設備中，像是例如CD唱機、數字錄音帶播放器和/或記錄器、電視接收機、數字多功能光盤播放器和/或記錄器等等，和/或例如被用在如視頻重現裝置的設備中，例如監視器、顯示器、屏幕，等等。
背景技術：
現有技術的采樣轉換器可以從US 6,208,671B1獲知，US 6,208,671B1揭示了一種采樣率轉換器，其包括用上采樣系數U進行上采樣的內插濾波器、用于重采樣的目的的重采樣器，以及用下采樣系數D進行下采樣的抽取器。如US 6,208,671B1的第9欄中所述，使用了變量插入，這包括改變上采樣系數U和/或下采樣系數D以確保系數D和輸出采樣率的乘積不等于或接近等于系數U和輸入采樣率的乘積。
已知的采樣率轉換器是不利的，尤其是，由于很復雜重采樣器必須計算系數U和輸入采樣率的乘積的估計量，并將這信息反饋給內插濾波器中的先進先出存儲器，如US 6,208,671B1的第8欄中所述，該存儲器用于根據系數U而零階保持數據，根據系數D而重新調整數據的時間，以及補償系數U和輸入采樣率的積與由重采樣器所計算的這個積的估計量之間的差值。
發明內容
本發明的一個目標是特別提供一種比較不復雜的采樣率轉換器，其能夠從上采樣模式切換到下采樣模式，反之亦然。
本發明的進一步目標是，特別提供一種比較不復雜的方法和一種比較不復雜的計算機程序產品以及一種包括采樣率轉換器的比較不復雜的設備，該方法、計算機程序產品和采樣率轉換器可以從上采樣模式切換到下采樣模式，反之亦然。
根據本發明的用于將信號的輸入采樣率轉化為輸出采樣率的采樣率轉換器包括一個采樣率適配器，用于響應具有第一值的控制信號，調節中間采樣率以使得輸出采樣率大于輸入采樣率，以及響應具有第二值的控制信號，調節中間采樣率以使得輸出采樣率小于輸入采樣率。
通過提供具有用于調節中間采樣率的采樣率適配器的采樣率轉換器，響應具有第一值的控制信號，將采樣率轉換器轉換為上采樣模式(輸出采樣率大于輸入采樣率)，并且響應具有第二值的控制信號，將采樣率轉換器切換為下采樣模式(輸出采樣率小于輸入采樣率)，其中在采樣率轉換器中該中間采樣率可以提供(定位或設置)在輸入采樣率和輸出采樣率之間。與現有技術的重采樣器相比，這樣的采樣率適配器具有低得多的復雜度，并且現有技術的反饋回路不再是必要的了。
在根據本發明的采樣率轉換器的第一實施例中，采樣率適配器包括一個可變采樣率減小裝置，用于可變地減小中間采樣率。因此，正如下進一步論述的，由于這種采樣率轉換器解決了DC問題，該采樣率轉換器可以在要求DC-輸出等于DC-輸入的視頻應用中使用。
在根據本發明的采樣率轉換器的第二實施例中，采樣率轉換器包括一個固定采樣率增大裝置，用于固定地增大輸入采樣率以及生成一個傳送到可變采樣率減小裝置的具有中間采樣率的信號。因此，位于固定采樣率增大裝置和可變采樣率減小裝置之間的濾波器，可以單獨根據固定采樣增大裝置來設計，而與可變采樣率減小裝置無關(與可調整的中間采樣率無關)。與US 6,208,671 B1對比，在US 6,208,671 B1中在一個用于可變地用可變系數U(的部分)對輸入采樣率進行上采樣的單元之后的濾波器必須根據可變系數U(的該部分)來調節，而根據本發明的在固定采樣率增大裝置和可變采樣率減小裝置之間的采樣率轉換器中的濾波器可以是固定的，并且不需要根據可變減小系數來調節。這是有利的。
在根據本發明的采樣率轉換器的第三實施例中，固定采樣率增大裝置以固定增大系數K來增大輸入采樣率，可變采樣率減小裝置以可變減小系數L可變地減小中間采樣率，L≤K。因此，位于可變采樣率減小裝置之后的濾波器將與可變減小系數L無關，并且不需要根據可變減小系數L來調節。這是有利的。
在根據本發明的采樣率轉換器的第四實施例中，采樣率轉換器包括一個固定采樣率減小裝置，用于以固定系數M固定地減小可變地減小后的中間采樣率，以及生成具有輸出采樣率的信號。因此，位于可變采樣率減小裝置和固定采樣率減小裝置之間的濾波器可以單獨根據固定采樣率減小裝置來設計，而與可變采樣率減小裝置無關。與US 6,208,671 B1對比，其中恰好在用于可變地以可變系數D(的部分)對輸出采樣率進行下采樣的單元之前的濾波器必須根據可變系數D(的部分)來調節，而在可變采樣率減小裝置和固定采樣率減小裝置之間根據該發明的采樣率轉換器中的濾波器可以是固定的，并且不需要根據可變減小系數來調節。這是有利的。
在根據本發明的采樣率轉換器的第五實施例中，采樣率適配器包括一個可變采樣率增大裝置，用于可變地增大中間采樣率。因此，由于這種采樣率轉換器不解決DC問題，該采樣率轉換器可以在不要求DC-輸出等于DC-輸入的音頻應用中使用。可變增大系數L引入了可變數量的頻譜圖像，而DC輸入信號引入了可變數量的L圖像，這實際上不能夠通過濾波器而得到完全抑制。因此相應于DC輸入信號的輸出信號將會包含干擾成分，這個問題只能通過引入更多失真的措施來加以解決。
在根據本發明的采樣率轉換器的第六實施例中，采樣率轉換器包括一個固定采樣率增大裝置，用于固定地增大輸入采樣率以及生成一個傳送到可變采樣率增大裝置的具有中間采樣率的信號。因此，位于固定采樣率增大裝置和可變采樣率增大裝置之間的濾波器可以單獨根據固定采樣率增大裝置來設計，而有利地與可變采樣率增大裝置無關。
在根據本發明的采樣率轉換器的第七實施例中，采樣率轉換器包括一個固定采樣率減小裝置，用于固定地減小可變地增大后的中間采樣率，以及生成具有輸出采樣率的信號。因此，位于可變采樣率增大裝置和固定采樣率減小裝置之間的濾波器可以單獨根據固定采樣率減小裝置來設計，而有利地與可變采樣率增大裝置無關。
根據本發明的方法和根據該發明的計算機程序產品和根據該發明的設備的實施例與根據該發明的采樣率轉換器的實施例相對應。
本發明是特別以一種這樣的理解作為依據的，現有技術的采樣率轉換器不是具有用于上采樣和下采樣的雙重(并行)結構，就是具有包含適應性的濾波器的復雜結構，該雙重(并行)結構要求分類記錄并且引入了切換問題，并且該發明是特別以一種這樣的基本概念作為依據的，其中，在具有非-雙重(非-并行)或單(串行)結構的采樣率轉換器中，中間采樣率既不是輸入采樣率也不是輸出采樣率，其要被調節成使得全面上采樣和全面下采樣是可能的。
本發明特別解決了提供比較不復雜的采樣率轉換器的問題，該采樣率轉換器能夠從上采樣模式切換到下采樣模式，反之亦然，由于這采樣率轉換器具有低復雜度并且不要求任何分類記錄并且沒有引入任何切換問題，因而特別有利。
參考下面描述的實施例，發明的這些和其它方面將會明顯而清晰。
圖1以框圖的形式示出了一個根據該發明的采樣率轉換器，其包括一個采取可變采樣率減小裝置的形式的采樣率適配器，圖2示出了一些關于固定系數K、固定系數M以及五個可變系數L的值的圖1中所示采樣率轉換器的頻譜，圖3以框圖的形式示出了一個根據該發明的采樣率轉換器，其包括一個采取可變采樣率增大裝置的形式的采樣率適配器，以及圖4以框圖的形式示出了一個根據該發明的設備，其包括一個根據該發明的采樣率轉換器。
具體實施例方式
圖1中所示的根據該發明的采樣率轉換器12包括一個固定采樣率增大裝置1，用于固定地增大輸入信號的輸入采樣率Fs1以及生成具有/在增大后的輸入采樣率或要經由第一濾波器2提供給可變采樣率減小裝置3的中間采樣率Fs2的信號。起源于可變采樣率減小裝置3的、可變地減小后的中間采樣率Fs3通過第二濾波器4而被提供給用于生成具有/在輸出頻率采樣率Fs4的輸出信號的固定采樣率減小裝置5。
由于采樣率適配器3，采樣率轉換器12以可變的方式將輸入信號的輸入采樣率Fs1轉換成輸出信號的輸出采樣率Fs4，其中頻率適配器3響應具有第一值的控制信號CTRL，調節經由濾波器2到達的信號的中間采樣率Fs2，以使得采樣率轉換器12執行上采樣，并且，響應具有第二值的控制信號CTRL，調節中間采樣率Fs2以使得采樣率轉換器12執行下采樣。
固定采樣率增大裝置1以固定增大系數K來增大輸入采樣率Fs1，可變采樣率減小裝置3以可變減小系數L可變地減小中間采樣率Fs2，固定采樣率減小裝置5以固定系數M減小可變地減小后的中間采樣率Fs3。假設R＝Fs4/Fs1，R＝K/(M·L)。對于上采樣來說，R＞1并且L＜K/M。在這種情況下，一個或更多的第一值是這樣的L＜K/M。對于下采樣來說，R＜1并且L＞K/M。在這種情況下，一個或更多的第二值是這樣的L＞K/M。由于R1＜R＜R2并且R1＜1，R2＞1，采樣率轉換器12可以在兩個非整數值R1和R2之間切換，因此通過改變系數L來在下采樣和上采樣之間切換。優選地，相對變化ΔL/L是盡可能地小。當例如小于20％的時候，相對誤差較小，當例如大約50％或大約100％的時候，相對誤差較大。
在K是固定的的情況下，具有濾波器特性G0(z)的第一濾波器2可以與系數L無關地被設計，在L≤K的情況下，在可變采樣率減小裝置3的輸出信號中就將不會有混疊。這第一濾波器2包括一個用于抑制由采樣率增大裝置1所生成的信號中的K-1圖像的低通濾波器。濾波器2的帶寬是例如π/K，π對應于在采樣率增大裝置1的輸出端的采樣率的一半。
圖2示出了一些K＝5、M＝2以及L＝1、2、3、4的圖1中所示采樣率轉換器12的頻譜，輸入信號(輸入)是可以包括它的頻譜中的每一頻率上的能量的任意信號。固定采樣率增大裝置1(K＝5)的輸出信號包括輸入信號和四個圖像，這四個圖像被第一濾波器2(G0(z))濾波。可變采樣率減小裝置3的輸出信號(L＝1，L＝2，L＝3，L＝4，L＝5)是通過第二濾波器2(G1(z))來加以濾波的，該第二濾波器2包括一個具有例如π/M的帶寬的低通濾波器。對于L＝1和L＝2，第二濾波器2可以取消。對于L＝3、L＝4以及L＝5，第二濾波器2正好使導致混疊的頻率分量衰減。
對于DC輸入信號，固定采樣率增大裝置1以輸入采樣頻率的倍數產生了不需要的分量。由于第一濾波器1被設計成具有在這些頻率上的零點，該圖像得到很好地抑制。因此，DC問題被這種采樣率轉換器12解決了，因此該轉換器適合于在視頻應用中使用。
在圖1中所示的采樣率轉換器12的實際設計中，為了按比例縮放視頻序數，K＝64，M＝2并且1≤L≤64。輸入信號的采樣頻率是Fs1，在第一濾波器2的采樣頻率是Fs2＝64Fs1，并且G0(z)已被設計成具有從0到0.35Fs1的通頻帶以及±0.5dB之間的轉移，具有從0.65Fs1到32Fs1＝Fs2/2的阻帶以及-46dB的阻帶衰減，并且在Fs1的倍數上具有頻譜零點以解決DC問題。
在第二濾波器4的采樣頻率是Fs3，并且G1(z)已經被設計成具有從0到0.35Fs3的通頻帶以及±0.07dB之間的轉移，具有從0.65Fs3到Fs3的阻帶以及-50dB的阻帶衰減，并且在Fs3上具有頻譜零點以解決DC問題。
圖3中所示的根據該發明的采樣率轉換器12包括相同的固定采樣率增大裝置1和相同的采樣率減小裝置5以及不同的可變采樣率增大裝置6，能夠在不要求DC-輸出等于DC-輸入的音頻應用中使用，這是因為這種采樣率轉換器不解決DC問題。可變增大系數L引入了可變數量的頻譜圖像，DC輸入信號引入了可變數量的L圖像，這實際上不能夠通過濾波器而得到完全抑制。因此，對應于DC輸入信號的這采樣率轉換器12的輸出信號將包含干擾成分，這個問題只能通過引入更多失真的措施來加以解決。但是，在音頻應用(K可等于例如215)中，這種DC問題是比較不重要的。
圖1和3中所示的每一個固定/可變采樣率增大裝置/減小裝置都可以包含一個或更多的(級聯的)增大裝置/減小裝置(如果多于一個那么也許會通過一個或更多的濾波器來加以分開)。例如采樣率增大裝置(SRI)1(或6)具有等于T1/K(或T1/L)的在SRI1(或6)的輸出端上的采樣間隔T2，T1是在輸入端上的采樣間隔。SRI1(或6)在每兩個輸入樣本之間插入(K-1)個零(或(L-1)個零)。如果n是K(或L)的倍數，輸出信號y[nT2]就等于x[nT1/k](或x[nT1/L])，對于所有其它的n，y[nT2]等于0。采樣率減小裝置(SRD)3(或5)具有等于LT1(或MT1)的在SRD3(或5)的輸出端上的采樣間隔T2，T1是在輸入端上的采樣間隔。SRD3(或5)的樣本x[nT1]被傳輸到輸出端，其中對于該樣本來說時刻n是整數L的倍數(這樣，如果n＝iL)或整數M的倍數(這樣，如果n＝iM)。所有其它樣本都被抑制了。信號y[nT2]可以描述如下y[nT2]＝x[nLT1](或y[nT2]＝x[nMT1])。現有技術的SRI和SRD在如A.W.M.van den Enden，″Efficiency in multirate andcomplex digital signal processing″，ISBN 90 6674 650 5，Waalre2001以及P.P.Vaidyanathan，″Multirate systems and filter banks，Prentice-Hall，Englewood Cliffs″，New Jersey，1993，ISBN 0-13-605718-7這樣的參考資料中描述了。
圖4中所示的根據該發明的設備10包括一個位于至少一個輸入單元11和至少一個輸出單元12之間的根據該發明的采樣率轉換器12，其中輸入單元11用于接收輸入信息，輸出單元12用于生成輸出信息。假設設備10是電視接收機，那么輸入單元11例如對應于調諧器和/或一個或多個放大器和/或一個或多個濾波器和/或一個或多個轉換器，輸出單元12對應于包括一個或多個驅動器的顯示器和/或屏幕。假設設備10是CD唱機，那么輸入單元11例如對應于一個或多個光電轉換器和/或一個或多個放大器和/或一個或多個濾波器，輸出單元12對應于一個或多個放大器和/或一個或多個濾波器和/或一個或多個轉換器。假設設備10是監視器，那么輸入單元11例如對應于一個或多個轉換器和/或一個或多個放大器和/或一個或多個濾波器，輸出單元12對應于包括一個或多個驅動器的顯示器和/或屏幕。假設設備10是數字打印機，那么輸入單元11例如對應于一個或多個轉換器和/或一個或多個放大器和/或一個或多個濾波器，輸出單元12對應于一個或多個包括一個或多個驅動器的打印模塊。通常，設備10會是數字處理設備。
“用于A”和“用于B”中的措辭“用于”不排斥其它功能“用于C”等等也被同時地或不同時地執行。措辭“耦合到Y的X”和“X和Y之間的耦合”以及“耦合/耦合X和Y”等等不排斥元件Z在X和Y之間。措辭“P包括Q”和“包括Q的P”等等不排斥也包括/包含元件R。
要注意上述實施例是舉例說明該發明而不是限制該發明，本領域的技術人員將能夠在不偏離所附權利要求的范圍的情況下設計許多替換實施例。在權利要求中，任何放置在括號之間的參考標記都不應該被理解為限制該權利要求。動詞“包括”的使用以及它的變形不排斥除在權利要求中所陳述的那些之外的元件或步驟的存在。在元件前的冠詞“一個”不排斥多個這樣的元件的存在。該發明可以借助于包括多個不同的元件的硬件來實現，并可以借助于適當編程的計算機來實現。在列舉了幾個裝置的裝置權利要求中，這些裝置中的幾個可以通過同一個硬件項目來加以具體化。僅僅這個事實某些措施在互不相同的從屬權利要求中被引用，不表明這些措施的組合不能用來產生良好效果。
權利要求
1.一種用于將信號的輸入采樣率(Fs1)轉換為輸出采樣率(Fs4)的采樣率轉換器(12)其中該采樣率轉換器(12)包括一個采樣率適配器(3，6)，用于響應具有第一值的控制信號(CTRL)，調節中間采樣率(Fs2)以使得輸出采樣率(Fs4)大于輸入采樣率(Fs1)，以及響應具有第二值的控制信號(CTRL)，調節中間采樣率(Fs2)以使得輸出采樣率(Fs4)小于輸入采樣率(Fs1)。
2.如權利要求1所述的采樣率轉換器(12)，其中采樣率適配器(3，6)包括一個用于可變地減小中間采樣率(Fs2)的可變采樣率減小裝置(3)。
3.如權利要求2所述的采樣率轉換器(12)，其中該采樣率轉換器(12)包括一個固定采樣率增大裝置(1)，用于固定地增大輸入采樣率(Fs1)以及生成傳送到可變采樣率減小裝置(3)的具有中間采樣率(Fs2)的信號。
4.如權利要求3所述的采樣率轉換器(12)，其中固定采樣率增大裝置(1)以固定增大系數K來增大輸入采樣率(Fs1)，可變采樣率減小裝置(3)以可變減小系數L可變地減小中間采樣率(Fs2)，L≤K。
5.如權利要求4所述的采樣率轉換器(12)，其中該采樣率轉換器(12)包括一個固定采樣率減小裝置(5)，用于固定地以固定系數M減小可變地減小后的中間采樣率(Fs3)，以及輸出具有輸出采樣率(Fs4)的信號。
6.如權利要求1所述的采樣率轉換器(12)，其中采樣率適配器(3，6)包括一個用于可變地增大中間采樣率(Fs2)的可變采樣率增大裝置(6)。
7.如權利要求6所述的采樣率轉換器(12)，其中該采樣率轉換器(12)包括一個固定采樣率增大裝置(1)，用于固定地增大輸入采樣率(Fs1)以及生成傳送到可變采樣率增大裝置(6)的具有中間采樣率(Fs2)的信號。
8.如權利要求7所述的采樣率轉換器(12)，其中該采樣率轉換器(12)包括一個固定采樣率減小裝置(5)，用于固定地減小可變地增大后的中間采樣率(Fs3)以及生成具有輸出采樣率(Fs4)的信號。
9.一種用于將信號的輸入采樣率(Fs1)轉換為輸出采樣率(Fs4)的方法，其中該方法包括如下步驟響應具有第一值的控制信號(CTRL)，調節中間采樣率(Fs2)以使得輸出采樣率(Fs4)大于輸入采樣率(Fs1)，以及響應具有第二值的控制信號(CTRL)，調節中間采樣率(Fs2)以使得輸出采樣率(Fs4)小于輸入采樣率(Fs1)。
10.一種用于將信號的輸入采樣率(Fs1)轉換為輸出采樣率(Fs4)的計算機程序產品，其中該計算機程序產品包括如下功能響應具有第一值的控制信號(CTRL)，調節中間采樣率(Fs2)以使得輸出采樣率(Fs4)大于輸入采樣率(Fs1)，以及響應具有第二值的控制信號(CTRL)，調節中間采樣率(Fs2)以使得輸出采樣率(Fs4)小于輸入采樣率(Fs1)。
11.一種包括用于將信號的輸入采樣率(Fs1)轉換為輸出采樣率(Fs4)的采樣率轉換器(12)的設備(10)，其中采樣率轉換器(12)包括一個采樣率適配器(3，6)，用于響應具有第一值的控制信號(CTRL)，調節中間采樣率(Fs2)以使得輸出采樣率(Fs4)大于輸入采樣率(Fs1)，以及響應具有第二值的控制信號(CTRL)，調節中間采樣率(Fs2)以使得輸出采樣率(Fs4)小于輸入采樣率(Fs1)。
全文摘要
用于將信號的輸入采樣率(F
文檔編號H03H17/02GK1768476SQ200480008710
公開日2006年5月3日 申請日期2004年3月24日 優先權日2003年3月31日
發明者A·W·M·范登恩登, M·V·阿倫德斯 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司