專利名稱：采樣速率轉(zhuǎn)換裝置及采樣速率轉(zhuǎn)換方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及采樣速率轉(zhuǎn)換裝置及采樣速率轉(zhuǎn)換方法，特別是涉及利用內(nèi)插濾波器的采樣速率轉(zhuǎn)換裝置及其采樣速率轉(zhuǎn)換方法。
采樣速率轉(zhuǎn)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(zhuǎn)換裝置是一個圖像定標(biāo)器。該采樣速率轉(zhuǎn)換裝置一般利用一作為線性相位低通濾波器的內(nèi)插濾波器。


圖1表示常規(guī)的利用內(nèi)插濾波器的采樣速率轉(zhuǎn)換裝置的示例，其中采用的濾波器系數(shù)是固定的。換句話說，將與多個轉(zhuǎn)換(掃描)速率對應(yīng)的濾波器系數(shù)存儲在濾波器系數(shù)存儲單元101中。如輸入一任意的轉(zhuǎn)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(jìn)行上采樣，以便輸出一按公式(1)表達(dá)的上采樣信號u(n) 采樣速率變化單元110的內(nèi)插濾波器113是一線性相位低通濾波器的內(nèi)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(nèi)插濾波器112必須滿足公式(2) 內(nèi)插濾波器113利用與從濾波器系數(shù)存儲單元101讀出的轉(zhuǎn)換速率對應(yīng)的濾波器系數(shù)對上采樣信號進(jìn)行濾波，輸出一經(jīng)濾波的信號，如公式(3)表達(dá)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(zhuǎn)換速率確定的下采樣速率Ld對經(jīng)濾波的信號進(jìn)行下采樣器，然后，將經(jīng)下采樣的信號輸出，如公式(4)表達(dá)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(nèi)插版本，其轉(zhuǎn)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(zhuǎn)換裝置作為內(nèi)插濾波器的優(yōu)點是易于擴(kuò)展到二維轉(zhuǎn)換。
然而，由于將對應(yīng)于各種不同轉(zhuǎn)換速率的第M頻帶濾波器系數(shù)存儲在濾波器系數(shù)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(shù)。因此，在采樣速率轉(zhuǎn)換裝置能夠適應(yīng)轉(zhuǎn)換速率A的情況下，濾波器系數(shù)存儲單元101應(yīng)能存儲K+1個系數(shù)，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(shè)置到其它任何整數(shù)的之前，產(chǎn)生倍數(shù)(multiplier)“4”，但必須是一個整數(shù)，例如2或6，因為第M頻帶濾波器的長度必須是奇數(shù)。
為了解決上述缺陷，已經(jīng)提出圖2中所示的采樣速率轉(zhuǎn)換裝置。按照這種裝置，對原型半頻帶濾波器中的系數(shù)按照該采樣速率進(jìn)行余弦調(diào)制，然后，提供到一內(nèi)插濾波器，即第M頻帶濾波器，因為其系數(shù)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(nèi)插濾波器213的原型半頻帶濾波器中的系數(shù)預(yù)存儲在采樣速率變化單元210中。如果應(yīng)用輸入信號的轉(zhuǎn)換速率，濾波器系數(shù)調(diào)制器202讀出在采樣速率變化單元210中存儲的濾波器系數(shù)p(n)并進(jìn)行余弦調(diào)制，以便得到第M頻帶濾波器系數(shù)濾波器系數(shù)hc(n)，如公式(5)表達(dá)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(shù)具有不良的抑止頻帶衰減，導(dǎo)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(jìn)行前置濾波。前置濾波器204按由轉(zhuǎn)換速率確定的M×M尺寸的窗口對輸入信號x(n)進(jìn)行前置濾波。
濾波器系數(shù)均衡器203均衡從濾波器系數(shù)調(diào)制器202輸出的濾波器系數(shù)hc(n)，以便均衡前置濾波產(chǎn)生的幅值畸變，然后將經(jīng)均衡的濾波器系數(shù)提供到內(nèi)插濾波器213。內(nèi)插濾波器213利用經(jīng)均衡的濾波器系數(shù)對從上采樣器211輸出的上采樣信號u(n)進(jìn)行濾波，然后將經(jīng)內(nèi)插-濾波的信號發(fā)送到下采樣器215。相應(yīng)地，采樣速率變化單元210輸出該輸入信號x(n)的內(nèi)插版本y(n)。
然而，圖2中所示的采樣速率轉(zhuǎn)換裝置具有的缺點在于，基于前置濾波和均衡的計算是復(fù)雜的，當(dāng)要處理圖像序列時特別明顯。
為了解決上述問題，本發(fā)明的第一個目的是提供一種采樣速率轉(zhuǎn)換裝置及轉(zhuǎn)換輸入信號采樣速率的方法，通過提供一種具有根據(jù)原型濾波器按照轉(zhuǎn)換速率通過對系數(shù)進(jìn)行內(nèi)插得到內(nèi)插數(shù)據(jù)作為其系數(shù)的的內(nèi)插濾波器實現(xiàn)。
本發(fā)明的第二個目的是提供一種采樣速率轉(zhuǎn)換裝置及一種用于轉(zhuǎn)換輸入信號采樣速率的方法，通過提供一種具有按照轉(zhuǎn)換速率通過對原型濾波器的系數(shù)進(jìn)行內(nèi)插得到內(nèi)插系數(shù)作為其系數(shù)的的內(nèi)插濾波器實現(xiàn)。
本發(fā)明的第三個目的是提供一種采樣速率轉(zhuǎn)換裝置及一種用于轉(zhuǎn)換輸入信號采樣速率的方法，通過提供一種具有按照轉(zhuǎn)換速率在對原型濾波器的系數(shù)進(jìn)行內(nèi)插時的中間內(nèi)插結(jié)果以及最終內(nèi)插結(jié)果作為其系數(shù)的內(nèi)插濾波器實現(xiàn)。
因此，為了實現(xiàn)第一目的，提供一種采樣速率轉(zhuǎn)換裝置，包含內(nèi)插器，用于根據(jù)原型濾波器按照轉(zhuǎn)換速率內(nèi)插預(yù)定的數(shù)據(jù)，以便得到所需的濾波器系數(shù)；以及采樣速率轉(zhuǎn)換器，用于利用由內(nèi)插器提供的濾波器系數(shù)對輸入信號進(jìn)行內(nèi)插濾波。
最好，該預(yù)定的數(shù)據(jù)是原型濾波器的系數(shù)，或者是按照轉(zhuǎn)換速率在內(nèi)插原型濾波器的系數(shù)時得到的中間內(nèi)插結(jié)果。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供一種采樣速率轉(zhuǎn)換方法，包含的步驟有根據(jù)原型濾波器按照轉(zhuǎn)換速率內(nèi)插預(yù)定的數(shù)據(jù)并得到所需的濾波器系數(shù)；以及利用得到的所需的濾波器系數(shù)對輸入信號進(jìn)行內(nèi)插濾波，以便轉(zhuǎn)換輸入信號的采樣速率。
通過參照附圖詳細(xì)介紹本發(fā)明的一優(yōu)選實施例，將會使本發(fā)明上述目的和優(yōu)點變得更加明顯，其中圖1是利用固定濾波器系數(shù)的常規(guī)采樣速率轉(zhuǎn)換裝置的方塊圖；圖2是利用余弦調(diào)制的常規(guī)采樣速率轉(zhuǎn)換裝置的方塊圖；圖3是根據(jù)本發(fā)明的采樣速率轉(zhuǎn)換裝置的方塊圖；圖4表示圖3所示的濾波器系數(shù)內(nèi)插器的內(nèi)插概念示意圖；圖5是描述根據(jù)本發(fā)明的采樣速率轉(zhuǎn)換方法的操作流程圖。
下面參照附圖詳細(xì)介紹本發(fā)明。
參照圖3，根據(jù)本發(fā)明的采樣速率轉(zhuǎn)換裝置包括濾波器系數(shù)存儲單元301、濾波器系數(shù)內(nèi)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(shù)存儲單元301存儲原型濾波器的系數(shù)，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(chǎn)生的誤差的矩陣。由公式(6)可以看出，在bp處產(chǎn)生btPpb的最小值。在濾波器系數(shù)存儲單元301中存儲的滿足公式(6)的原型濾波器系數(shù)hp由公式(7)表達(dá)hp＝[h(K-p)，…h(huán)(Kp)]t………(7)其中當(dāng)將一任選的轉(zhuǎn)換速率應(yīng)用于濾波器系數(shù)內(nèi)插器302時，從濾波器系數(shù)內(nèi)插器302中讀出原型濾波器系數(shù)hp。
濾波器系數(shù)內(nèi)插器302提供一種具有線性相位和長度為4M-1的內(nèi)插濾波器313的系數(shù)。這里，M是上采樣速率Lu和下采樣速率Ld中的最大值。該內(nèi)插濾波器系數(shù)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(nèi)插濾波器313的系數(shù)，可以利用公式(9)由原型濾波器系數(shù)得到bd＝Tbp………(9)為了利用公式(9)由原型濾波器系數(shù)得到第M頻帶內(nèi)插濾波器的系數(shù)，必須求出T。本發(fā)明提供通過正則化得到的T。
當(dāng)?shù)玫絻?nèi)插濾波器313的系數(shù)時，濾波器內(nèi)插器302首先對從濾波器系數(shù)存儲單元301讀出的原型濾波器系數(shù)進(jìn)行內(nèi)插，以便產(chǎn)生一連續(xù)的函數(shù)hd(x)。這里，在利用作為一種內(nèi)插方法的仿樣內(nèi)插的情況下，連續(xù)的函數(shù)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(nèi)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(nèi)核可得到的常數(shù)和由濾波器系數(shù)存儲單元301提供的原型濾波器系數(shù)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(xù)的函數(shù)hd(x)，通過在均勻隔開的(4M-1)點對該連續(xù)的函數(shù)hd(x)進(jìn)行采樣得到所需的第M頻帶濾波器濾波器系數(shù)hp。對各點采樣的條件按照轉(zhuǎn)換速率是可變的，因為M是由轉(zhuǎn)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(shù)的數(shù)值組成的矩陣。
圖4A表示從濾波器系數(shù)存儲單元301中讀出的原型濾波器系數(shù)，圖4B是利用讀出的濾波器系數(shù)得到的連續(xù)函數(shù)的特性示意圖以及圖4C表示根據(jù)應(yīng)用的轉(zhuǎn)換速率的內(nèi)插的原型濾波器系數(shù)。
雖然，已經(jīng)通過利用仿樣內(nèi)插由濾波器內(nèi)插器302執(zhí)行內(nèi)插的該實施例進(jìn)行介紹，但可以借助于公知的線性內(nèi)插、二次內(nèi)插或三次內(nèi)插，通過對按照轉(zhuǎn)換速率從濾波器系數(shù)存儲單元301讀出的原型濾波器系數(shù)進(jìn)行內(nèi)插來實施本發(fā)明，因此，得到內(nèi)插濾波器313的所需系數(shù)。
包括上采樣器311、內(nèi)插濾波器313和下采樣器315的采樣速率變化單元310的結(jié)構(gòu)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(nèi)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(nèi)插的濾波器系數(shù)提供到內(nèi)插濾波器313，內(nèi)插濾波器313對上采樣信號u(n)進(jìn)行內(nèi)插-濾波并將經(jīng)內(nèi)插-濾波的信號v(n)傳輸?shù)较虏蓸悠?15。下采樣器315對經(jīng)內(nèi)插-濾波的信號v(n)進(jìn)行下采樣，以便輸出該輸入信號x(n)的內(nèi)插版本y(n)。
當(dāng)圖像或影像尺寸轉(zhuǎn)換擴(kuò)展時，也可以使用上述采樣速率轉(zhuǎn)換裝置。為了實現(xiàn)采樣速率轉(zhuǎn)換，已經(jīng)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(nèi)插得到的中間內(nèi)插的結(jié)果的s的數(shù)值濾波器系數(shù)存儲單元301中。換句話說，取代原型濾波器系數(shù)將s的數(shù)值存儲在濾波器系數(shù)存儲單元301中，然后，響應(yīng)于應(yīng)用的轉(zhuǎn)換速率讀出存儲的s數(shù)值，以便得到連續(xù)的函數(shù)hd(x)。其后，可以提供按照應(yīng)用的轉(zhuǎn)換速率確定的采樣點采樣的hd作為內(nèi)插濾波器系數(shù)。如上所述，通過利用s的數(shù)值實施采樣速率轉(zhuǎn)換，可以比用參照圖3提出的方法更簡單地得到所需的內(nèi)插濾波器系數(shù)。
圖5表示根據(jù)本發(fā)明的采樣速率轉(zhuǎn)換方法的實施。在步驟501，存儲滿足內(nèi)插濾波器313相應(yīng)要求的原型濾波器系數(shù)。在步驟502，當(dāng)應(yīng)用一任意的轉(zhuǎn)換速率時，讀出所存儲的原型濾波器系數(shù)，然后，按照本內(nèi)插方法和應(yīng)用的轉(zhuǎn)換速率進(jìn)行內(nèi)插。本內(nèi)插方法包含公知的內(nèi)插方法例如仿樣內(nèi)插、線性內(nèi)插、二次內(nèi)插和三次內(nèi)插等，如圖3中所示。在步驟503，提供內(nèi)插結(jié)果作為內(nèi)插濾波器313的系數(shù)。相應(yīng)地，在步驟504，內(nèi)插濾波器313利用提供的系數(shù)對從上采樣器311發(fā)送的上采樣信號進(jìn)行內(nèi)插濾波，然后輸出。下采樣器315對輸出信號進(jìn)行下采樣以便輸出該輸入信號x(n)的內(nèi)插信號y(n)。
根據(jù)本發(fā)明，轉(zhuǎn)換輸入信號的采樣速率，使得按照轉(zhuǎn)換速率實時對原型濾波器系數(shù)進(jìn)行內(nèi)插，提供內(nèi)插結(jié)果作為內(nèi)插濾波器即第M頻帶濾波器系數(shù)。因此，不使用大的單片存儲器就可以提供可適合于各種轉(zhuǎn)換速率的內(nèi)插濾波器的系數(shù)，因此，得到對于輸入信號優(yōu)異的內(nèi)插版本。
權(quán)利要求
1.一種采樣速率轉(zhuǎn)換裝置，包含內(nèi)插器，用于根據(jù)原型濾波器按照轉(zhuǎn)換速率內(nèi)插預(yù)定的數(shù)據(jù)，以便得到所需的濾波器系數(shù)；以及采樣速率轉(zhuǎn)換器，用于利用由內(nèi)插器提供的濾波器系數(shù)對輸入信號進(jìn)行內(nèi)插濾波。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的采樣速率轉(zhuǎn)換裝置，其中利用根據(jù)仿樣內(nèi)插、線性內(nèi)插、二次內(nèi)插和三次內(nèi)插所選擇的方法，內(nèi)插器得到濾波器系數(shù)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的采樣速率轉(zhuǎn)換裝置，其中該預(yù)定的數(shù)據(jù)是原型濾波器的系數(shù)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的采樣速率轉(zhuǎn)換裝置，其中該預(yù)定的數(shù)據(jù)是按照轉(zhuǎn)換速率在內(nèi)插原型濾波器的系數(shù)時得到的中間內(nèi)插結(jié)果。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的采樣速率轉(zhuǎn)換裝置，還包含一用于存儲預(yù)定數(shù)據(jù)的存儲單元。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的采樣速率轉(zhuǎn)換裝置，其中該內(nèi)插器根據(jù)預(yù)定數(shù)據(jù)得到一連續(xù)函數(shù)，在利用轉(zhuǎn)換速率確定的點對連續(xù)函數(shù)進(jìn)行采樣，以便得到所需的濾波器系數(shù)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的采樣速率轉(zhuǎn)換裝置，其可以用于轉(zhuǎn)換圖像或影像的尺寸。
8.一種采樣速率轉(zhuǎn)換方法，包含的步驟有根據(jù)原型濾波器按照轉(zhuǎn)換速率內(nèi)插預(yù)定的數(shù)據(jù)并得到所需的濾波器系數(shù)；以及利用得到的所需的濾波器系數(shù)對輸入信號進(jìn)行內(nèi)插濾波，以便轉(zhuǎn)換輸入信號的采樣速率。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的采樣速率轉(zhuǎn)換方法，其中該得到所需的濾波器系數(shù)的步驟包含的步驟有根據(jù)預(yù)定數(shù)據(jù)得到一連續(xù)函數(shù)，以及在利用轉(zhuǎn)換速率確定的點得到對連續(xù)函數(shù)的采樣結(jié)果即所需的濾波器系數(shù)。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的采樣速率轉(zhuǎn)換方法，其中該預(yù)定的數(shù)據(jù)是原型濾波器的系數(shù)。
11.根據(jù)權(quán)利要求8所述的采樣速率轉(zhuǎn)換方法，其中該預(yù)定的數(shù)據(jù)是按照轉(zhuǎn)換速率在內(nèi)插原型濾波器的系數(shù)時得到的中間內(nèi)插結(jié)果。
全文摘要
采樣速率轉(zhuǎn)換裝置及方法,通過提供一具有根據(jù)原型濾波器按照轉(zhuǎn)換速率通過對數(shù)據(jù)進(jìn)行內(nèi)插得到的內(nèi)插數(shù)據(jù)作為其系數(shù)的內(nèi)插濾波器實現(xiàn)。采樣速率轉(zhuǎn)換裝置包含:內(nèi)插器,用于根據(jù)原型濾波器按照轉(zhuǎn)換速率內(nèi)插預(yù)定的數(shù)據(jù),以便得到所需的濾波器系數(shù);以及采樣速率轉(zhuǎn)換器,用于利用由內(nèi)插器提供的濾波器系數(shù)對輸入信號進(jìn)行內(nèi)插濾波?？商峁┻m于各種轉(zhuǎn)換速率的內(nèi)插濾波器的系數(shù)不必使用大的單片存儲器,獲得對于輸入信號優(yōu)異的內(nèi)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(yōu)先權(quán)日2001年2月20日
發(fā)明者梁承俊, 文憲熙, 特朗·Q·古延 申請人:三星電子株式會社