專利名稱：具有取樣頻率轉(zhuǎn)換的數(shù)模轉(zhuǎn)換系統(tǒng)及其取樣頻率轉(zhuǎn)換方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種音訊數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，特別是涉及一種通過一低通濾波器來降低取樣頻率轉(zhuǎn)換的運算量的音訊數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換系統(tǒng)及其相關方法。
背景技術：
目前業(yè)界所釆用的音訊數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換(audio DAC )系統(tǒng)架構中，在數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器的輸入端之前，往往僅針對所輸入的音頻訊號做升頻補零點(interpolation)及濾波(filter)的處理，卻缺少支援不同取樣頻率的音訊播放功能。
為了支^^爰不同取樣頻率的播放功能，音訊數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換系統(tǒng)必須搭配一精準的工作時鐘，且此工作時鐘必須是取樣頻率的整數(shù)倍。請參考圖1，圖1為顯示出一音訊數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的取樣頻率與工作時鐘的對應值的表格100。 一般常見的工作時鐘有256xFs/384xFs/512xFs/768xFs,其中Fs即為上述的取樣頻率。然而，在一般的多媒體播放器中，表格100中所列的工作時鐘并不存在于原本的系統(tǒng)中。為適應不同取樣頻率的音訊播放功能，設計上必須增加一個相對應于所產(chǎn)生的工作時鐘的專屬鎖相回路(PLL)電路，但卻會造成硬件制作成本的提高。
為了在一 固定的工作時鐘下，提供具有取樣頻率轉(zhuǎn)換功能的音訊數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，目前已有不少學者提出了一些方法。請參考圖2至圖4,圖2、圖3與圖4分別為現(xiàn)有技術中具有取樣頻率轉(zhuǎn)換的數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的示意圖。于圖2中，其作法是將數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換系統(tǒng)200的輸入訊號In均先轉(zhuǎn)換成取樣頻率為48KHz的音訊訊號，其中濾波器& (z)、 H2 (z)將大幅增加系統(tǒng)運算的負擔。以44.1KHz轉(zhuǎn)48KHz為例，在B = 160、 A=147的條件下，設定截止頻帶(stop-band)增益為(-90dB ),則H！ (z)為一個9665階的有限脈沖響應濾波器(FIRfilter),即使將補點/丟點機制切成三個
6階段(8-7, 10-7, 2-3)再做處理，其運算成本亦高。
于圖3中，其作法是將不同取樣頻率的輸入訊號，通過數(shù)字^t擬轉(zhuǎn)換系統(tǒng)300中的A、 B以及H3 (z)做補點/丟點的組合，其中濾波器Hs(z)同樣會增加系統(tǒng)的運算成本。以44.1KHz轉(zhuǎn)48KHz為例，在B-2500、 A=147的條件下，設定截止頻帶增益為(-90dB),則H3 (z)為一個7917階的有限脈沖響應濾波器，即使將補點/丟點機制切成三個階段(25-7， 10-7,10-3)再做處理，其運算成本亦高。若是將濾波器H3 (z)直接移除，僅做補點/丟點的機制，則在音頻范圍內(nèi)(20Hz~ 20kHz )會引入大量的鏡像訊號(image),導致音訊品質(zhì)低落。
于圖4中，模擬轉(zhuǎn)換系統(tǒng)350已揭示于美國專利第6834292號專利中，以在模擬轉(zhuǎn)換系統(tǒng)350的輸入端進行44.1KHz至48KHz的頻率轉(zhuǎn)換為例，其中各項參數(shù)分別為R1 = 2、 R2-32、 R3=160、 Si = 4704,則Hu ( z )為126階的有限脈沖響應濾波器、H22 (z)為143階的有限脈沖響應濾波器以及&3 (z)為3階的梳狀濾波器(comb filter)。在不考慮H44 (z)的運算量的情況下，總共需要193次的乘加法運算才能完成一次頻率轉(zhuǎn)換，以基四布斯乘法器(Radix-4 Booth Multiplier)為例來將乘法換算成加法，總共需要1737次的加法才能完成一次頻率轉(zhuǎn)換。
由此可見，現(xiàn)有技術中已提出不少應用于音訊數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的取樣頻率轉(zhuǎn)換機制，但這些機制的運算量太大且無法省略，對于成本以及整
體效能的考慮上都不是很理想。因此，為了在不增加專屬的鎖相回路電路的條件下，能夠提供具有取樣頻率轉(zhuǎn)換功能的音訊數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，且必須達到降低系統(tǒng)的運算量的目的，現(xiàn)今的音訊數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換系統(tǒng)必須加以改良。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的之一在于提供一種具有取樣頻率轉(zhuǎn)換的數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換系統(tǒng)及其相關方法，以解決現(xiàn)有技術中的問題。
本發(fā)明的實施例揭示了 一種具有取樣頻率轉(zhuǎn)換的數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換系統(tǒng)。數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換系統(tǒng)包含插補器、S級運算濾波單元、升頻與降頻電路以及訊號處理電路。插補器用來將第一數(shù)字輸入訊號進行N倍插補點運算以產(chǎn)生第二數(shù)字輸入訊號，其中第二數(shù)字輸入訊號的第二頻率為第 一數(shù)字輸入訊號的第一頻率的N倍。每一級運算濾波單元包含有一K倍補零點電路以及 一濾波電路。K倍補零點電路用來將第二數(shù)字輸入訊號進行K倍補零點運 算以產(chǎn)生第三數(shù)字輸入訊號，其中第三數(shù)字輸入訊號的第三頻率為第二頻 率的K倍。濾波電路耦接于K倍補零點電路，用來對第三數(shù)字輸入訊號進 行濾波處理以產(chǎn)生一濾波后數(shù)字輸入訊號。升頻與降頻電路執(zhí)行B倍升頻 操作與A倍降頻操作于濾波后數(shù)字輸入訊號上，以產(chǎn)生一第四數(shù)字輸入訊 號。訊號處理電路耦接于升頻與降頻電路，其依據(jù)第四數(shù)字輸入訊號產(chǎn)生 一模擬輸出訊號。其中，第一數(shù)字輸入訊號為一音訊訊號，且數(shù)字模擬轉(zhuǎn) 換系統(tǒng)為 一音訊數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換系統(tǒng)。
本發(fā)明的實施例揭示了 一種應用于 一數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的取樣頻率轉(zhuǎn) 換方法。該方法包含有將第一數(shù)字輸入訊號進行N倍插補點運算以產(chǎn)生 第二數(shù)字輸入訊號，其中第二數(shù)字輸入訊號的第二頻率為第 一數(shù)字輸入訊 號的第一頻率的N倍；將第二數(shù)字輸入訊號進行K倍補零點運算以產(chǎn)生第 三數(shù)字輸入訊號，其中第三數(shù)字輸入訊號的第三頻率為第二頻率的K倍； 對第三數(shù)字輸入訊號進行濾波處理以產(chǎn)生一濾波后數(shù)字輸入訊號；重復上 述的K倍補零點運算以及濾波處理的步驟S次；執(zhí)行B倍升頻操作與A倍 降頻操作于濾波后數(shù)字輸入訊號上，以產(chǎn)生第四數(shù)字輸入訊號；以及依據(jù) 第四數(shù)字輸入訊號產(chǎn)生一模擬輸出訊號。
由上可知，本發(fā)明提供一種具有取樣頻率轉(zhuǎn)換的數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換系統(tǒng)及 其相關取樣頻率轉(zhuǎn)換方法。通過增加S級的運算濾波單元(包含兩倍補零 點電路與低通濾波電路)于數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換系統(tǒng)中，可以大幅降低傳統(tǒng)的音 訊數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的運算量。且由于濾波后數(shù)字輸入訊號的鏡像訊號的 中心頻率皆會落在兩倍音頻范圍之外，則可省略原本位于升頻部份與降頻 部份的間的高階濾波器，對于降低計算量以及控制成本的成效皆十分顯著。 再者，可依據(jù)本發(fā)明所揭示的演算法來決定A、 B、 S的最佳數(shù)值。如此一 來，在不增加專屬的鎖相回路電路的條件下，本發(fā)明所揭示的音訊數(shù)字模 擬轉(zhuǎn)換系統(tǒng)不但能夠提供取樣頻率轉(zhuǎn)換功能，還可以達到降低系統(tǒng)的運算 量的目的，且仍可以維持音訊播放的品質(zhì)。


圖1為顯示出一音訊數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的音訊取樣頻率與工作時鐘的對應值的表格。
圖2為現(xiàn)有技術中具有取樣頻率轉(zhuǎn)換的數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的示意圖。
圖3為現(xiàn)有技術中具有取樣頻率轉(zhuǎn)換的數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的示意圖。 圖4為現(xiàn)有技術中具有取樣頻率轉(zhuǎn)換的數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的示意圖。 圖5為本發(fā)明具有取樣頻率轉(zhuǎn)換的數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的一實施例的示 意圖。
圖6本發(fā)明應用于一音訊數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的取樣頻率轉(zhuǎn)換方法的一 操作范例的流程圖。
圖7本發(fā)明決定圖5中各參數(shù)S、 A、 B的演算法的一操作范例的流程圖。
圖8為圖5所示的兩倍補零點電路與低通濾波電路的參考電路的示意圖。
圖9為圖5所示的升頻與降頻電路的參考電路的示意圖。
附圖符號說明
200、 300、 350、 400
數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換系統(tǒng)
H！ (z)、 H2 (z)、 H3 (z)、 H (z)、
H22 ( z )、 410 420 430
HLP ( z )
440
442
444
450
460
470
480
H33 (z)、 H44 (z) 插補器
運算濾波單元 兩倍補零點電路
低通濾波電路
升頻與降頻電路
升頻部份
降頻部份
訊號處理電路
重復器
三角積分調(diào)制器 數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器 第一數(shù)字輸入訊號 第二數(shù)字輸入訊號
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濾波器第三數(shù)字輸入訊號 第四數(shù)字輸入訊號 濾波后數(shù)字輸入訊號 模擬輸出訊號 參數(shù)
第一部份 第二部份
具體實施例方式
請參考圖5,圖5為本發(fā)明具有取樣頻率轉(zhuǎn)換的數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換系統(tǒng)400 的一實施例的示意圖。數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換系統(tǒng)400包含(但不局限于)插補器 410、 S級運算濾波單元420、升頻與降頻電路440以及訊號處理電路450。 插補器410用來將第一數(shù)字輸入訊號So肌進行一N倍插補點運算以產(chǎn)生第
二數(shù)字輸入訊號SDIN2，其中第二數(shù)字輸入訊號Sdjn2的第二頻率f2為第一數(shù)
字輸入訊號SD肌的第一頻率&的N倍。舉例而言，插補器410為1: 8插 補器(亦即N-8),則第二頻率f2為第一頻率&的八倍，但本發(fā)明并不局 限于此。每一級運算濾波單元420包含有兩倍補零點電路430以及一低通 濾波電路Hw(z)，其中兩倍補零點電路430用來將第二數(shù)字輸入訊號SDIN2 進行兩倍補零點(zero interpolation)運算以產(chǎn)生第三數(shù)字輸入訊號SDIN3， 而第三數(shù)字輸入訊號Sdin3的第三頻率f3為第二頻率&的兩倍(亦即f3 = 2xf2)，低通濾波電路Kb> (z)則耦接于兩倍補零點電路430,用來對第三 數(shù)字輸入訊號SmN3進行濾波處理以產(chǎn)生濾波后數(shù)字輸入訊號SDF。升頻與 降頻電路440則包含升頻部份442以及降頻部份444，分別用來執(zhí)行B倍升 頻操作與A倍降頻操作于濾波后數(shù)字輸入訊號Sdf上，以產(chǎn)生第四數(shù)字輸 入訊號SDIN4。訊號處理電路450耦接于升頻與降頻電路440,其包含重復 器(Holder) 460、三角積分調(diào)制器(delta-sigma modulator, DSM) 470以 及數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器480,其中重復器460用來執(zhí)行1/2/4倍數(shù)據(jù)重復的操作 于第四數(shù)字輸入訊號SDIN4，而三角積分調(diào)制器470則是執(zhí)行三角積分運算 于經(jīng)過數(shù)據(jù)重復后的第四數(shù)字輸入訊號So腿以產(chǎn)生一輸出數(shù)據(jù)Data,最后 數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器480執(zhí)行數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換于輸出數(shù)據(jù)Data上以產(chǎn)生模擬輸出 訊號SA0UT。關于重復器460、三角積分調(diào)制器470以及數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器480
10
SdiN3 S畫4
Sdf Saout A、 B、 S 820 840的相關細節(jié)與運作為本領域技術人員所熟知，于此不再贅述。
于本實施例中，數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換系統(tǒng)400為一音訊數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換系統(tǒng)， 且第一數(shù)字輸入訊號Smm為一音訊訊號。
請注意，上述所提及的各參數(shù)S、 A、 B的數(shù)值是可依據(jù)一特定演算法 來計算的，將于下列的實施例詳加說明。舉例而言，當?shù)谝粩?shù)字輸入訊號 Sdini的第一頻率fi等于48KHz時，S等于0、 A等于8以及B等于125; 當?shù)谝粩?shù)字輸入訊號Sm^的第一頻率f,等于44.1KHz時，S等于4、 A等 于127以及B等于135;以及當?shù)谝粩?shù)字輸入訊號SDIN1的第一頻率等于 32KHz時，S等于4、 A等于71以及B等于104。換言之，當?shù)谝粩?shù)字輸 入訊號SD,的第一頻率&等于48KHz時，無須使用任何的運算濾波單元 420;當?shù)谝粩?shù)字輸入訊號SDIN1的第一頻率&等于44.1KHz或者32KHz時， 則需要使用四級的運算濾波單元420。但是，以上所述的實施例僅用來作為 本發(fā)明的范例說明，并非本發(fā)明的限制條件。
值得注意的是，上述的低通濾波器Hu> (z)可由一低階有限脈沖響應 濾波器來實施，例如一四階有限脈沖響應濾波器，其脈沖響應為(0.25, 0.75, 0.75, 0.25 )，本領域的技術人員應可了解，此并非本發(fā)明的限制條 件，本發(fā)明亦可采用其他濾波器來實施。此外，上述的低通濾波器Hu (z) 于音頻范圍內(nèi)(亦即20Hz 20kHz)的脈沖響應的衰減量僅有0.036dB,符 合業(yè)界標準。通過此低通濾波器HLP (z)來作取樣頻率的轉(zhuǎn)換，可以大幅 降低傳統(tǒng)的音訊數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的運算量。且由于濾波后數(shù)字輸入訊號 S加的鏡像訊號(image)的中心頻率于頻譜上的位置皆會落在兩倍的音頻 范圍之外(亦即大于40KHz),無須額外設置其他的濾波器于升頻部份442 與降頻部4分444的間。
請再注意，以進行44.1KHz至48KHz的頻率轉(zhuǎn)換為例，本發(fā)明所揭示 的數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換系統(tǒng)400總共需要96次的乘法運算以及240次的加法運算， 同樣以基四布斯乘法器為例來將乘法換算成加法，總共需要1104次的加法 即可完成一次頻率轉(zhuǎn)換。與圖4所揭示的數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換系統(tǒng)350進行比較， 可以減少36.44%的運算量，進而有效地降低運算功率的消耗。
請參考圖6,圖6本發(fā)明應用于一音訊數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的取樣頻率轉(zhuǎn) 換方法的一"^喿作范例的流程圖，其包含(但不局限于)以下的步驟(請注意， 假若可獲得實質(zhì)上相同的結果，則這些步驟并不一定要遵照圖6所示的執(zhí)行次序來執(zhí)行)
步驟602:開始。
步驟604:將第一數(shù)字輸入訊號進行N倍插補點運算以產(chǎn)生第二數(shù)字輸 入訊號。
步驟606:將第二數(shù)字輸入訊號進行兩倍補零點運算以產(chǎn)生第三數(shù)字輸 入訊號。
步驟608:對第三數(shù)字輸入訊號進行濾波處理以產(chǎn)生濾波后數(shù)字輸入訊號。
步驟610:重復上述的兩倍補零點運算以及濾波處理的步驟S次。 步驟612:執(zhí)行B倍升頻操作與A倍降頻操作于濾波后數(shù)字輸入訊號
上，以產(chǎn)生第四^t字輸入訊號。
步驟614:依據(jù)第四數(shù)字輸入訊號產(chǎn)生模擬輸出訊號。
步驟616:依據(jù)一特定演算法來計算S、 A以及B的數(shù)值。
請結合圖6所示的各步驟以及圖5所示的各元件即可了解各元件如何
運作，為簡潔起見于此不再贅述。接下來，舉例子說明該特定演算法如何
計算S、 A以及B的數(shù)值。
請參考圖7,圖7是本發(fā)明決定圖5中各參數(shù)S、 A、 B的演算法的一
操作范例的流程圖，其包含(但不局限于)以下的步驟 步驟702:開始。
步驟704:依據(jù)公式Fs， -FsxN來計算Fs，的數(shù)值，并依據(jù)公式CFILC1 =FData/Fs來計算CFILC1的數(shù)值、依據(jù)公式CFILC2 = F她/Fs，來計算CFILC2的數(shù) 值，其中Fs代表該第一數(shù)字輸入訊號So肌的第一頻率f,, Foata代表該第四 數(shù)字輸入訊號進行一數(shù)據(jù)重復操作以及一三角積分運算后的一輸出數(shù)據(jù) Data的頻率，而Chlc2代表(B/A)欲趨近的數(shù)值。
步驟706:選擇S的數(shù)值。
步驟708:判斷C肌d是否為整數(shù)來產(chǎn)生一判斷結果。當CnLd為整數(shù)
時，執(zhí)行步驟710;否則，執(zhí)行步驟720。
步驟710:判斷第一頻率等于48KHz,并設定A的數(shù)值等于N。 步驟712:依據(jù)公式B- (AxCFILC1) / (NxS，)來計算B的數(shù)值，其中
S，= Ks。
步驟720:判斷第一頻率不等于48KHz，并選擇A的一候選數(shù)值，并取C瓜C2，為Cnix2的近似值。
步驟722:依據(jù)公式Cint = floor (( AxC腦，)/S，)來計算Cint的數(shù)值， 并依據(jù)公式B= (S，max/S，) xCint來計算B的一候選數(shù)值，其中floor ((AxC慰2，) /S，)取小于或等于(AxCFILC2，) /S，的最接近整數(shù)，S，=KS, 而S，匿為S，可容許的最大值，S，max = KA(logK(floor(FData/Fs，))。
步驟730:定義a = 1: ( A-l )，并依據(jù)公式b = ( axB/A) - floor ( axB/A) 來計算b的多個數(shù)值，其中floor (axB/A)取小于或等于(axB/A )的最接 近整數(shù)。
步驟732:依據(jù)公式out-bxFs，xS，來計算out的多個數(shù)值，其中out代 表鏡像訊號的中心頻率于頻譜上的位置；并依據(jù)公式Fsnew- (FData/N)x(A/ (BxS，))來計算Fs腳,其中Fs麗代表Fs的估計值。
步驟734:判斷out的多個數(shù)值中的一最小值是否大于40KHz以及Fsnew 與Fs的一頻率誤差是否小于一預定值。當該最小值大于40KHz且該頻率誤 差小于該預定值時，執(zhí)行步驟736;否則，回到步驟708。
步驟736:將上述的A、 B的候選數(shù)值套入數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換系統(tǒng)中。
上述流程的步驟僅為本發(fā)明所舉可行的實施例，并非限制本發(fā)明的限 制條件，且在不違背本發(fā)明的精神的情況下，此方法可還包含其他的中間 步驟或者可將幾個步驟合并成單一步驟，以做適當?shù)淖兓?br> 首先，依據(jù)步驟704的公式來計算Fs，、 C亂d以及CnLC2的數(shù)值。接著， 選擇S的數(shù)值，舉例而言，可依據(jù)試誤(try and error)方式來選擇S的數(shù) 值，但本發(fā)明并不限定依據(jù)何種方式來決定S的數(shù)值。于步驟708中，判 斷CnLd是否為整數(shù)，當?shù)谝粩?shù)字輸入訊號SDIN1的第一頻率f！等于48KHz, 此時CFILC1是為整數(shù)(CFILC1 = FData/48K = 125 )，則設定A的數(shù)值等于N (N =8)、并依據(jù)步驟712的公式來計算B的數(shù)值(步驟710-712);當?shù)谝粩?shù) 字輸入訊號SDIN1的第一頻率f\不等于48KHz,此時CFILC1并非為整數(shù)，則 選擇A的候選數(shù)值、并依據(jù)步驟722的公式來計算B的候選數(shù)值(步驟720 ~ 722)。接著，利用a、 b來計算鏡像訊號的中心頻率于頻譜上的位置，并計 算取樣頻率的估計值Fsnew (步驟730 ~ 732 )。當out的最小值大于40KHz 且該頻率誤差小于該預定值時，將上述的S、 A、 B的數(shù)值套入數(shù)字模擬轉(zhuǎn) 換系統(tǒng)400的中(步驟736);否則，重復執(zhí)行步驟708 ~ 734直到找到合適 的S、 A、 B的凄t值。接下來，舉幾個例子來進行說明。于第一種情況下，當三角積分調(diào)制
器470的輸出數(shù)據(jù)Data的頻率Fd淑等于6MHz且取樣頻率Fs等于48KHz 時，選擇S等于O，此時Cnun為整數(shù)，則設定A-8、并依據(jù)公式計算出B =(8x125 ) / ( 8x20) = 125。接著，定義a- 1:7、并計算出b= ( 0.625 0.25 0.875 0.5 0.125 0.75 0.375 )，可以得到out的最小值為48KHz〉40KHz,
在此種情況下，無需增加任何的低通濾波器HLp (z)的運算。
于第二種情況下，當三角積分調(diào)制器470的輸出數(shù)據(jù)Data的頻率FData 等于6MHz且取樣頻率Fs等于44.1KHz時，選擇S等于4,此時CFIIjC1并 非為整數(shù)，則選擇A- 127、 CFILC2，= 17,007 (取0^(:2 = 17.006802...的近似 值)，S， = 24=16,并依據(jù)公式計算出Cint = floor ( 127x17.007/16) = 134、 B =(16/24) xl34= 134。接著，定義a- 1:126、并計算出b= ( 0.055 0.1102... 0.9449 )，可以得到out的最小值為44.447KHz〉40KHz,但是Fsnew = 44.4261^而頻率誤差=+0.8%>0.01% (該特定值)并不理想，因此重復 執(zhí)行步驟708-734,最后可以決定A= 127、 B = 135、 S = 4。在此種情況下， 必須增加四級的兩倍補零點430與低通濾波器HLP (z)的運算，其頻率誤 差為-0.0063%。
于第三種情況下，當取樣頻率Fs等于32KHz時，同樣可依據(jù)圖6的步 驟決定A = 71、 B = 104、 S = 4。在此種情況下，必須增加四級的兩倍補零 點430與低通濾波器Hb (z)的運算，其頻率誤差為0.00375%。
于其他的情況下，假設取樣頻率為其它常見較低的取樣頻率(例如 8KHz、 11.025KHz、 12kHz、 16KHz、 22.05KHz、 24KHz等)時，則可利用 取樣頻率轉(zhuǎn)換后重復數(shù)據(jù)(例如重復器460)的機制(Hold 2/4)來完成， 或者依據(jù)圖7的步驟來決定A、 B、 S的最佳數(shù)值。
將本發(fā)明所揭示的數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換系統(tǒng)400與圖2、圖3、圖4的數(shù)字模 擬轉(zhuǎn)換系統(tǒng)200、 300、 350進行比較，可得知本發(fā)明還增加了兩塊電路-S 級運算濾波單元420 (包含兩倍補零點電路430與低通濾波電路HLP (z)) 以及升頻與降頻電路440。請參考圖8至圖9，圖8為圖5所示的兩倍補零 點電路420與低通濾波電路H^ (z)的參考電路的示意圖，圖9則為圖5 所示的升頻與降頻電路440的參考電路的示意圖。于圖8中，是以脈沖響 應為(0.25, 0.75, 0.75， 0.25 )的四階有限脈沖響應濾波器為例來實踐低 通濾波電路HLP (z)，第一部份820用來實施0.75的路徑，第二部份840
14則用來實施0.25的路徑。于圖9中，是以B = 125、 A = 8 (亦即取樣頻率為 48KHz)為例，由于125/8 = 15.625，則取計數(shù)值Cnt等于15或者16。當然， 可依據(jù)圖9所示的參考電路加以修改，即可適用于不同的取樣頻率(例如 44.1KHz、 32KHz)。以上所述的實施例僅用來作為本發(fā)明的范例說明，并 非本發(fā)明的限制條件，本領域的技術人員應可了解，運算濾波單元420、升 頻與降頻電路440亦可采用其他電路架構來實踐，此亦屬于本發(fā)明所涵蓋 的范圍。
以上所述的實施例僅用來說明本發(fā)明的技術特征，并非用來局限本發(fā) 明的范疇。由上可知，本發(fā)明提供一種具有取樣頻率轉(zhuǎn)換的數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換 系統(tǒng)及其相關取樣頻率轉(zhuǎn)換方法。通過增加S級的運算濾波單元420 (包含 兩倍補零點電路430與低通濾波電路HLP( z ))于數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換系統(tǒng)400中， 可以大幅降低傳統(tǒng)的音訊數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的運算量。且由于濾波后數(shù)字
輸入訊號SDF的鏡像訊號的中心頻率皆會落在兩倍音頻范圍之外(亦即大于
40KHz),則原本位于升頻部份442與降頻部份444的間的高階濾波器可以 省略，對于降低計算量以及降低成本的成效皆十分顯著，進而大幅減少運 算功率的消耗。再者，可依據(jù)圖7所揭示的演算法來決定A、 B、 S的最佳 數(shù)值。如此一來，在不增加專屬的鎖相回路電路的條件下，本發(fā)明所揭示 的音訊數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換系統(tǒng)400能夠提供取樣頻率轉(zhuǎn)換功能，且可以達到降 低系統(tǒng)的運算量的目的，卻又可以維持音訊播放的品質(zhì)。此外，本發(fā)明所 揭示的音訊數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換系統(tǒng)400的帶外抑制(out-of-band rejection )為-60dB,可滿足現(xiàn)今音訊數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的規(guī)格。
以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例，凡依本發(fā)明的權利要求所做的均 等變化與修飾，皆應屬本發(fā)明的涵蓋范圍。
權利要求
1.一種具有取樣頻率轉(zhuǎn)換的數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，包含有一插補器，用來將一第一數(shù)字輸入訊號進行一N倍插補點運算以產(chǎn)生一第二數(shù)字輸入訊號，其中該第二數(shù)字輸入訊號的一第二頻率為該第一數(shù)字輸入訊號的一第一頻率的N倍；S級運算濾波單元，每一級運算濾波單元包含有一K倍補零點電路，用來將該第二數(shù)字輸入訊號進行K倍補零點運算以產(chǎn)生一第三數(shù)字輸入訊號，其中該第三數(shù)字輸入訊號的一第三頻率為該第二頻率的K倍；以及一濾波電路，耦接于該K倍補零點電路，用來對該第三數(shù)字輸入訊號進行濾波處理以產(chǎn)生一濾波后數(shù)字輸入訊號；一升頻與降頻電路，用來執(zhí)行一B倍升頻操作與一A倍降頻操作于該濾波后數(shù)字輸入訊號上，以產(chǎn)生一第四數(shù)字輸入訊號；以及一訊號處理電路，耦接于該升頻與降頻電路，用以依據(jù)該第四數(shù)字輸入訊號產(chǎn)生一模擬輸出訊號。
2. 如權利要求1所述的數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，其中該第一數(shù)字輸入訊號 為一音訊訊號，以及該數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換系統(tǒng)為一音訊數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換系統(tǒng)。
3. 如權利要求2所述的數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，其中當該第一數(shù)字輸入訊 號的該第一頻率等于48KHz時，N等于8、 K等于2、 S等于0、 A等于8 以及B等于125。
4. 如權利要求2所述的數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，其中當該第一數(shù)字輸入訊 號的該第一頻率等于44.1KHz時，N等于8、 K等于2、 S等于4、 A等于 127以及B等于135。
5. 如權利要求2所述的數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，其中當該第一數(shù)字輸入訊 號的該第一頻率等于32KHz時，N等于8、 K等于2、 S等于4、 A等于71 以及B等于104。
6. —種應用于一數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的取樣頻率轉(zhuǎn)換方法，包含有 將一第一數(shù)字輸入訊號進行一 N倍插補點運算以產(chǎn)生一第二數(shù)字輸入訊號，其中該第二數(shù)字輸入訊號的 一第二頻率為該第 一數(shù)字輸入訊號的一 第一頻率的N倍；將該第二數(shù)字輸入訊號進行K倍補零點運算以產(chǎn)生一第三數(shù)字輸入訊號，其中該第三數(shù)字輸入訊號的一第三頻率為該第二頻率的K倍；對該第三數(shù)字輸入訊號進行濾波處理以產(chǎn)生一濾波后數(shù)字輸入訊號；重復上述的K倍補零點運算以及濾波處理的步驟S次；執(zhí)行一 B倍升頻操作與一 A倍降頻操作于該濾波后數(shù)字輸入訊號上，以產(chǎn)生一第四數(shù)字輸入訊號；以及依據(jù)該第四數(shù)字輸入訊號產(chǎn)生 一模擬輸出訊號。
7. 如權利要求6所述的取樣頻率轉(zhuǎn)換方法，其中該第一數(shù)字輸入訊號為 一音訊訊號，以及該數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換系統(tǒng)為 一音訊數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換系統(tǒng)。
8. 如權利要求7所述的取樣頻率轉(zhuǎn)換方法，其還包含依據(jù)一特定演算法來計算S、 A以及B的數(shù)值，以及該特定演算法包含(a) 依據(jù)一第一公式Fs， = FsxN來計算Fs，的數(shù)值，并依據(jù)一第二公式CFILC1 = FData/Fs來計算CFILC1的數(shù)值、依據(jù)一第三公式CFILC2 = Foata/Fs，來計算CnLC2的數(shù)值，其中Fs代表該第一數(shù)字輸入訊號的該第一頻率，CFILC2代表(B/A)欲趨近的數(shù)值，F(xiàn)oata代表該第四數(shù)字輸入訊號進行一數(shù)據(jù)重復操作以及一三角積分運算后的一輸出數(shù)據(jù)的頻率；(b) 選擇S的數(shù)值；(c) 判斷C肌d是否為整數(shù)來產(chǎn)生一判斷結果；以及(d) 依據(jù)該判斷結果與S的數(shù)值來決定A與B的數(shù)值。
9. 如權利要求8所述的取樣頻率轉(zhuǎn)換方法，其中步驟(d)包含(d-l)當Craxi為整數(shù)時，判斷該第一頻率等于48KHz,并設定A的數(shù)值等于N;(d-2 )依據(jù)一第四公式B = ( AxCFILC1) / (NxS,)來計算B的數(shù)值，其中S'=KS;(d-3 )定義a = l:( A-l ),并依據(jù)一第五公式b = ( axB/A ) - floor( axB/A)來計算b的多個數(shù)值，其中floor (axB/A)取小于或等于(axB/A)的最接近整數(shù)；(d-4 )依據(jù)一第六公式out = bxFs，xS，來計算out的多個數(shù)值，其中out代表鏡像訊號的中心頻率于頻譜上的位置；(d-5 )依據(jù)一第七公式Fs歸=(FData/N) x ( A/ ( BxS，))來計算Fs隨,其中FSnew代表FS的估計值，F(xiàn)oata代表該第四數(shù)字輸入訊號進行一數(shù)據(jù)重復操作以及一三角積分運算后的 一輸出數(shù)據(jù)的頻率；(d-6 )判斷out的該多個數(shù)值中的一最小值是否大于40K以及Fsnew與 Fs的一頻率誤差是否小于一預定值；以及(d-7)當該最小值大于40K且該頻率誤差小于該預定值時，依據(jù)步驟 (d-l) ~ (d-2)來決定A、 B的數(shù)值。
10. 如權利要求8所述的取樣頻率轉(zhuǎn)換方法，其中步驟(d)包含 (d-l)當Craxn并非為整數(shù)時，判斷該第一頻率不等于48KHz,并選擇A的一候選數(shù)值，并取C肌c2，為CFILC2的近似值；(d-2 )依據(jù)一第四公式Cint = floor (( AxCFILC2， ) /S，)來計算Cint的數(shù) 值，并依據(jù)一第五公式B- (S，max/S，) xCjnt來計算B的一候選數(shù)值，其中 floor (( AxC塑,)/S，)取小于或等于(AxCFILC2，) /S，的最接近整數(shù)，S，=KS, 而S，max為S，可容許的最大值，S，m『KA(logK(floor(FData/Fs，))；(d-3 )定義a = l:( A-l )，并依據(jù)一第六公式b - ( axB/A ) - floor( axB/A ) 來計算b的多個數(shù)值，其中floor (axB/A)是取小于或等于(axB/A )的最 接近整數(shù)；(d-4)依據(jù)一第七公式out-bxFs，xS，來計算out的多個數(shù)值，其中out 代表鏡像訊號的中心頻率于頻譜上的位置；(d畫5 )依據(jù)一第八公式Fsnew = ( FData/N ) x ( A/ (BxS，))來計算Fsnew，其中FS,代表FS的估計值，而Foata代表該第四數(shù)字輸入訊號進行一數(shù)據(jù) 重復操作以及一三角積分運算的后的一輸出數(shù)據(jù)的頻率；(d-6 )判斷out的該多個數(shù)值中的一最小值是否大于40K以及FSnew與Fs的一頻率誤差是否小于一預定值；以及(d-7)當該最小值不大于40K或該頻率誤差并不小于該預定值時，重 復步驟(c)、 (d-1) ~ (d-7)。
11. 如權利要求IO所述的取樣頻率轉(zhuǎn)換方法，其中步驟(d)另包含 (d-8)當該最小值不大于40K或該頻率誤差并不小于該預定值時，依據(jù)步驟(d-l) ~ (d-2)中A與B的候選數(shù)值來決定A、 B的數(shù)值。
12. 如權利要求7所述的取樣頻率轉(zhuǎn)換方法，其中當該第一數(shù)字輸入訊 號的該第一頻率等于48KHz時，N等于8、 K等于2、 S等于0、 A等于8 以及B等于125。
13. 如權利要求7所述的取樣頻率轉(zhuǎn)換方法，其中當該第一數(shù)字輸入訊號的該第一頻率等于44.1KHz時，N等于8、 K等于2、 S等于4、 A等于 127以及B等于135。
14.如權利要求7所述的取樣頻率轉(zhuǎn)換方法，其中當該第一數(shù)字輸入訊 號的該第一頻率等于32KHz時，N等于8、 K等于2、 S等于4、 A等于"71 以及B等于104。
全文摘要
一種具有取樣頻率轉(zhuǎn)換的數(shù)模轉(zhuǎn)換系統(tǒng)及其取樣頻率轉(zhuǎn)換方法。該具有取樣頻率轉(zhuǎn)換的數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換系統(tǒng)包含插補器、S級運算濾波單元、升頻與降頻電路及訊號處理電路。插補器將第一數(shù)字輸入訊號進行N倍插補點運算以產(chǎn)生第二數(shù)字輸入訊號。每一級運算濾波單元包含K倍補零點電路及濾波電路。濾波電路進行濾波處理以產(chǎn)生濾波后數(shù)字輸入訊號。升頻與降頻電路執(zhí)行B倍升頻與A倍降頻于濾波后數(shù)字輸入訊號上以產(chǎn)生第四數(shù)字輸入訊號。訊號處理電路依據(jù)第四數(shù)字輸入訊號產(chǎn)生模擬輸出訊號。
文檔編號H03M1/66GK101677246SQ20081016565
公開日2010年3月24日 申請日期2008年9月19日 優(yōu)先權日2008年9月19日
發(fā)明者馮樂天 申請人:揚智科技股份有限公司