专利名称：用于从基本不均匀样本重构基本均匀样本的方法或结构的制作方法
技术领域：
本公开总体上涉及数字信号处理领域中的再采样。
背景技术：
数字信号值的采样在许多应用中发生，例如信号、话音和视频处理、高速数据转换器、功率谱估计等等。许多信号处理过程或显示系统对基本均勻间隔的样本起作用；但是， 有时可用的是基本不均勻数字信号样本而不是基本均勻信号样本。对于不均勻采样，如果待采样的信号被假定为要以不均勻和周期地采样，则常规重构方法可涉及使用滤波器组结构。一应用解决时间交替(Tl)模数转换器(ADCs)中的时序失配。例如假定TI ADCs中的时序失配是已知和固定的，使用时变有限冲击响应 (FIR)滤波器可能可以实现合成滤波器组。参见例如Eldar Y. C.和Oppenheim Α. V 的"Filterbank reconstruction of bandlimited signals from nonuniform and generalized samples" (IEEE Trans. Signal Process.，vol. 48, no. 10，第 2864-2875 页， 2000 年 10 月)；H. Johansson and P.L0wenborg 的"Reconstruction of nonuniformly sampled bandlimited signals by means of digital fractional delay filters"(IEEE Trans. Signal Process. , vol. 50, no. 11，第 2757-2767 页，2002 年 11 月)；以及 S. Prendergast> B. C. Levy 禾口 P. J. Hurst 白勺“Reconstruction of bandlimited periodic nonuniformly sampled signals through multirate filter banks" (IEEE Trans. Circuits Syst. I，Fundam. Theory App 1.，vol. 51，no. 8，第 1612—1622 页，2004 年 8 月)。 但是，如果在操作期间时间偏差误差发生变化，则可能出现问题。这可因各种原因而发生， 例如组件老化、温度变化或者其它原因。合成滤波器组可重新设计以处理时序失配。但是， 这可能涉及使用通用乘法器，这可能趋向于增加实现成本、高数据速率下的功率消耗或者具有其它缺点。近来，已经提出使用诸如多元多项式冲击响应时变FIR滤波器之类的更复杂的数字滤波器来实现可调合成滤波器组。参见例如H. Johansson、P.L0wenboi"g和 K.Vengattaramane 的"Reconstruction of M-periodic nonuniformly sampled signals using multivariate polynomial impulse response time-varying FIR filter，， (in Proc. XII Eur. Signal Process. Conf.，Florence, Italy, 2006 年 9 月 4—8 日)；以及 S. Huang 禾口 B.C.Levy 白勺"Blind calibration of timing offset for four-channel time-interleaved ADCs" (IEEE Trans. Circuits Syst.I, Reg. Papers, vol.54, no. 4,第 863-876页，2006年4月)。不同通道的时间偏差误差可包含在合成滤波器组中，使得滤波器响应可通过若干调整变量来调整。从实现观点来看，除了有限数量的调整变量之外，合成滤波器组可在没有乘法器的情况下实现，这会是有利的。虽然对于少量通道或小范围的时间偏差误差比较成功，但是在其它方面可存在问题。例如，M通道TI ADC—般具有作为M个变量的函数的至少(M-I)个合成滤波器。因此，随着M增加，设计可变得极为困难。此外，另一个缺陷可能是高实现复杂度。对于各个类的不均勻采样信号，存在不使用滤波器组结构的其它重构方法。例如， 迭代方法常用于非周期采样信号的恢复，例如在F. Marvasti、M. Analoui和M. Gamshadzahi 白勺"Recovery of signals from nonuniform samples using iterative methods" (IEEE Trans. Signal Process.，vol. 39,第 872-877 页，1991 年 4 月)以及 Ε· I. Plotkin、 Μ· N.S.Swamy 禾口 Y. Yoganandam 的"A novel iterative method for the reconstruction of signals from nonuniformly spaced samples"(Signal Process, ,vol. 37,^1 203-213 页，1994年)中所述的那样。但是，这些方式的实现复杂度有时可能比滤波器组的更高，从而使它们在实时应用，如TI ADCs中不太具有吸引力。另一个缺点是由截断sine级数所形成的不良系统矩阵的可能性，这可产生较低的收敛速率或者可潜在地提高实现成本。称作混合滤波器组(HFB)ADC的另一类并行ADC阵列利用模拟分析组，并且可能能够减小时序失配。参见例如 S. R Velazquez、T. Q. Nguyen 和 S. R. Broadstone 的“Hybrid filter bank analog/digital converter"(美国专利 5568142，1996 年 10 月)。虽然 HFB ADCs的性能对失配通常可比常规TIADCs更不敏感，但是准确的频率选择性模拟分析滤波器和复杂的数字合成滤波器的设计可能使实现更为复杂。
发明内容
本发明提供一种集成电路，包括数字滤波器，所述数字滤波器具有输入端口和输出端口 ；所述数字滤波器的所述输入端口，接收基本不均勻数字信号样本；所述数字滤波器的所述输出端口，提供基本均勻数字信号样本；所述数字滤波器还使用可变延迟数字滤波器来处理所述不均勻数字信号样本值，以迭代地恢复所述均勻数字信号样本值。本发明提供一种方法，包括使用实现为迭代过程的可变延迟数字滤波器来对基本不均勻数字信号样本值进行数字滤波；以及输出基本均勻数字信号样本值。本发明提供一种系统，包括数字滤波器，接收基本不均勻数字信号样本并且提供基本均勻数字信号样本；所述数字滤波器还使用可变延迟数字滤波器来处理所述不均勻数字信号样本值，以迭代地恢复所述基本均勻数字信号样本值；其中所述数字滤波器被构造成应用包括一个或多个可变数字滤波器的迭代过程，所述可变数字滤波器的至少一个包括 L个子滤波器以及使用Farrow结构所实施的调整参数。本发明提供一种信号转换器系统，包括:M通道时间交替模数转换器，其中具有近似相似速度的M个模数子转换器并行操作，使得输出采样率是所述子转换器其中之一的M 倍；以及迭代时序失配调整器，用于降低来自所述M通道时间交替模数转换器的输出序列的时序失配。
下面将参照以下附图来描述非限制性且非穷尽的实施例，其中，除非另加说明，相同的参考标号在各个附图中表示相同部分。图1(a)、图1(b)和图1(c)分别是示出连续时间信号的均勻采样和不均勻采样的两个信号图以及示出产生信号样本值的一实施例的框图。图2是示出用于可变数字滤波器的示例实现的Farrow结构的一实施例的框图。
图 3(a)、图 3(b)和图 3(c)是示出用于 Richardson、Jacobi 和 Gaussleidel 迭代的示例实现的可变数字滤波器结构的实施例的框图。图4是示出对于区间(-0. 1,0. 1)中随机分布的时间偏差，随着迭代次数的增加的 Richardson、Jacobi和Gauss-Seidel迭代的重构精度的信号图。图5是示出M通道时间交替模数转换器的示例实现的一实施例的框图。图6是示出用于周期性不均勻采样的可变数字滤波器的示例实现的经修改的 Farrow结构的一实施例的框图。图7(a)和图7(b)是分别示出应用解决时序失配的技术之前和之后的多正弦信号谱的信号图。图8是示出包括线性模拟系统的示例实现的一实施例的框图。
具体实施例方式在以下对实施例的描述中，参照了作为其一部分的附图，附图中通过说明要求保护的主题的具体实施例的方式对其进行了展示。需要理解的是，可使用其它实施例；例如， 可进行诸如结构变化之类的变化或变更。诸如结构变化之类的实施例、变化或变更不是对要求保护的主题的范围的背离。图1(a)是示出连续时间(CT)信号^(t)的均勻采样的示例的信号图，其中通过使用ADC以常规间隔对信号采样来得到离散时间(DT)序列x[n]。序列x[n]包括一系列数字信号样本值。图1(b)是示出^(t)的不均勻采样的示例的信号图，其中DT序列y[n] 定义为y[n] =χε(ηΤ-φηΤ) ；T包括采样间隔，并且| Φη|彡0. 5。图1(c)示出经由不均勻采样器从^(0来生成y[n]的一个实施例的框图。序列y[n]再次包括一系列数字信号样本值。在一些情况下，可能希望具有从y [η]来确定χ[η]的能力。另一方面，在采样率转换中也可能遇到逆问题(例如从均勻采样的数字信号样本值序列计算一组不均勻样本)。下面将首先介绍逆问题，并且提供一实施例的示例实现用于讨论。同样，从这个具体实施例出发，我们还将示范用于解决正向问题的示例实现。当然，要求保护的主题不是要局限于这些示例实施例或实现。提供它们是出于说明的目的。因此，本申请的主题旨在包含远多于这些说明性示例。假定x。(t)具有频率极限fmax，并且应用于的采样率仁=1/T大于Nyquist 速率2fmax，按照采样定理，基本不均勻采样序列y [η]可根据基本均勻采样序列χ [η]来表达为
COγ[π] = χ0(ηΤ-φηΤ)= |>[众]·sinc( —武-女)，Vn.(1)
A=-OO对于本专利申请，术语“基本” 一般被理解为被包含在通篇说明书，甚至在没有明确采用该术语的情况下。只作为一个示例，均勻采样序列被理解为包括基本均勻采样序列。 如果给出Φη，则y[n]可包括均勻采样序列x[n]的延迟形式。根据(1)，分数延迟运算的 DT冲击响应可表达为hideal[n0, Φ] = sine (η0-φ), η0 =···,-1,0,1, ...,(2)而hideal[n，Φ]的离散时间傅立叶变换(DTFT)可包括Hideal (eJ", Φ) = ，ω e [-π , π], (3)
在O)中看到理想延迟运算可以被表示出来，因为它有具有无限长度的冲击响应。下面考虑对hideal[rv Φ]的适当近似。在常规迭代方法中，无限sine级数可经过截断以近似理想分数延迟运算，例如在O)中。但是，至少部分由于sine函数的慢衰减，近似的截断误差有时可能相当大。 作为一般惯例，可假定对连续时间信号^(t)略微过采样，并且因此x[n]的DTFT对于 α π ^ I ω I ^ π (0 < α < 1)为零。这个假设使得可以放宽Hideal ，Φ)的要求如下Hideal (eJ", Φ) = ，ω e [- α ji , α ji ]. (4)设h[n0，Φ]是理想冲击响应hideal[n0，Φ]的对应近似。假定h[n0，Φ]的频率响应被设计成在感兴趣的频带中近似Hideal(e>，Φ)，则等式(1)可改写为
n+Nh]y[n]^ Σ 4k]'h[n~kJn], /n.(5)其中，^ll和Nh2是正整数。现在让我们考虑两种可能的情况。情况1 :Nhl和^2是有限的；h[rv Φ]可实现为通过分数延迟小 参数化的HR滤波器。情况2 :Nhl是有限的而^2是无限的；h[rv Φ]可实现为通过分数延迟Φη参数化的IIR滤波器。现在让我们考虑(5)的矩阵形式y = Ax, (6)其中，y=[y[-°°]，…，y[①]]τ，χ = [x[_ ①]，…，x[①]]τ 以及[A]n,k = an,k = h[n-k, Φη],对于 η, k =...,-1,0,1,…。一个挑战可能是在给定其不均勻的对应y的情况下恢复均勻序列χ。例如，可能希望处理下面提供的(7)中的线性方程的系统。为了便于展示，假定{y[n]}和{χ[η]}为具有有限但充分大量的数字信号样本值的DT信号。因此，y和χ在这个具体实施例中可描述为(NXl)向量，并且A包括(NXN)矩阵。另外，假定h[rv Φη]是无关联的，但是要求保护的主题当然并不局限于这个方面中的范围。此外，为了便于实现，可提供引入适当延迟。矩阵A可具有例如以下特性(i)假定φηε (-0.5,0. 5)，A为非奇异。(ii)A实际包括带状矩阵，因为h[n。，Φ J对于η。< -Nhl和η。> Nh2为零。(iii)由于h[n。，Φη]随 |η0|增加而趋向于零，A的对角元素的绝对值比其它非对角元素的要大。对于小Φη，A包括对角占优矩阵(例如对于所有n，an,J >En^k|an,k|)0对于高速应用，直接对A求逆以查找χ至少部分因计算复杂度而可能是不合需要的。但是要注意，A呈现相对稀疏结构。因此，人们可具有能力使用迭代方法来确定χ。 已经研究了各种迭代方法，参见例如Y. Saad的“Iterative methods for sparse linear systems "(Boston, Mass. :PWS Publ.，Company，1996 年)。为了实现，以逐个样本的方式来实现的方法可以，例如提供合乎需要的方式。许多可采取形式x(m+1) = Gx(m)+f, (7)其中G和f从A和y得出，并且x(m)表示第m次迭代中的解。接下来考虑划分A以形成G。例如，让我们定义分解A = D-L-U，其中D，-L和-U 分别是矩阵A的对角负严格下三角和对角负严格上三角部分。迭代依法可以非限制性地包括例如(i) Richardson 迭代(RI)
通过对于某个μ，G=I-PA和f = μ y，分量方式的形式可由下面给出
权利要求
1.一种集成电路，包括数字滤波器，所述数字滤波器具有输入端口和输出端口 ；所述数字滤波器的所述输入端口，接收基本不均勻数字信号样本；所述数字滤波器的所述输出端口，提供基本均勻数字信号样本；所述数字滤波器还使用可变延迟数字滤波器来处理所述不均勻数字信号样本值，从而迭代地恢复所述均勻数字信号样本值。
2.如权利要求1所述的集成电路，其中，所述数字滤波器是模数转换器的一部分。
3.如权利要求2所述的集成电路，其中，所述数字滤波器被用于解决时间交替模数转换的时序失配。
4.如权利要求1所述的集成电路，其中，Richardson迭代Jacobi迭代；Gauss-Seidel 迭代；或者它们的任何组合中至少一个被集成在所述集成电路(IC)中以在IC操作期间被执行。
5.如权利要求1所述的集成电路，其中，不采用除了有限数量的通用乘法器之外的乘法实现所述数字滤波器。
6.一种方法，包括使用实现为迭代过程的可变延迟数字滤波器来对基本不均勻数字信号样本值进行数字滤波；以及输出基本均勻数字信号样本值。
7.如权利要求6所述的方法，还包括在所述数字滤波之前，接收所述基本不均勻数字信号样本值。
8.如权利要求6所述的方法，其中，所述基本不均勻数字信号样本值通过对模拟信号进行采样来得到。
9.如权利要求8所述的方法，其中，所述模拟信号由线性时变模拟滤波器来预先滤波。
10.如权利要求6所述的方法，还包括将迭代过程应用于关系系统以表征所述基本均勻数字信号样本值与所述基本不均勻数字信号样本值之间的关系，从而确定近似于所述基本均勻数字信号样本值的序列。
11.如权利要求10所述的方法，其中，所述关系系统采用分数延迟数字滤波器的系数来近似理想频率响应。
12.如权利要求11所述的方法，其中，所述分数延迟数字滤波器实现为具有固定或可变系数的有限冲击响应(FIR)或者无限冲击响应(IIR)数字滤波器。
13.如权利要求10所述的方法，其中，所述迭代过程按照逐个样本的方式进行操作。
14.如权利要求13所述的方法，其中，所述迭代过程包括Richardson迭代过程、Jacobi 迭代过程、Gauss-Seidel迭代过程、或者它们的任何组合中的至少一个。
15.如权利要求6所述的方法，其中，所述数字滤波包括:M个通道的并行数字采样，其中两个连续数字信号样本值之间的采样时刻被偏移了分数1/M个时钟周期。
16.一种方法，包括如权利要求14所述的采样方法，其中精度或计算速度增加到采样周期倍。
17.如权利要求15所述的方法，其中，所述通道的至少一些包括子转换器；并且还包括处理所述不均勻系统样本值以降低不同子转换器之间的时间偏差。
18.一种方法，包括如权利要求1所述的集成电路的有效应用，其中所述均勻数字信号样本值用于ADC处理。
19.一种系统，包括数字滤波器，接收基本不均勻数字信号样本，并且提供基本均勻数字信号样本；所述数字滤波器还使用可变延迟数字滤波器来处理所述不均勻数字信号样本值以迭代地恢复所述基本均勻数字信号样本值；其中所述数字滤波器被构造成应用包括一个或多个可变数字滤波器的迭代过程，所述可变数字滤波器的至少一个包括L个子滤波器以及使用Farrow结构所实现的调整参数。
20.如权利要求19所述的系统，其中，所述Farrow结构包括子滤波器，被设置成通过分别采用子滤波器H1 (ζ)，1 = 0，…，L-I对数字信号样本值的输入序列进行滤波来计算数字信号样本值的子滤波器输出序列U1 [η]；以及插值滤波器，被设置成通过计算在给定Φ所求得的表达式的信号样本值来计算数字信号样本值的输出序列，其中通过数字信号样本值的所述序列U1 [η]来给出所述表达式的升幂中的系数。
21.如权利要求20所述的系统，其中，所述插值滤波器被设置成通过计算在给定Φ所求得的L-I次多项式的信号样本值来计算数字信号样本值的输出序列，其中通过数字信号样本值的所述序列U1 [η]来给出所述多项式的升幂中的系数。
22.如权利要求21所述的系统，其中，所述子滤波器模块中的滤波操作经由加法器和移位寄存器来实现。
23.如权利要求21所述的系统，其中，所述加法或移位运算经由基于2的幂次方之和系数表示和乘法器块实现来实现。
24.一种信号转换器系统，包括M通道时间交替模数转换器，其中具有近似相似速度的M个模数子转换器并行操作，使得输出采样率是所述子转换器其中之一的M倍；以及迭代时序失配调整器，用于降低来自所述M通道时间交替模数转换器的输出序列的时序失配。
25.如权利要求M所述的系统，其中，所述迭代时序失配调整器至少部分基于包括 Richardson迭代过程Jacobi迭代过程；Gauss-Seidel迭代过程；或者它们的任何组合中的至少一个的迭代过程。
26.如权利要求25所述的系统，其中，所述迭代时序失配调整器包括一个或多个可变数字滤波器，可变滤波器包括L个子滤波器和调整参数Φ，并且经由经修改后的Farrow结构来实现。
27.如权利要求沈所述的系统，其中，所述经修改后的Farrow结构包括子滤波器，被设置成通过分别采用子滤波器H1(Z) ,1 = 0,…，L-I对数字信号样本值的输入序列进行滤波来计算子滤波器输出序列U1 [η]；L个解复用器，所述解复用器的至少一个被设置成划分数字信号样本值的相应子滤波器输出序列U1 [η]，从而以循环方式来形成数字信号样本值的M个子序列Vl,m[n]，m = 0，…， M-1，使得数据速率降低到大约1/M ；M个插值滤波器，所述插值滤波器的至少一个被设置成通过计算在求得的L-I次多项式的相应信号样本值来计算数字信号样本值的相应插值子序列wm[n]，其中通过数字信号样本值的解复用子序列Vl,m[n]，l =0，…，L-I来给出所述多项式的升幂中的系数；以及复用器，被设置成组合数字信号样本值的M个插值子序列V1, m[n]，从而形成数字信号样本值的预期输出序列。
28.如权利要求27所述的系统，其中，所述迭代时序失配调整器被流水线化，使得至少一个流水线级被构造成实现至少一次迭代。
29.如权利要求1所述的方法，其中，所述数字信号样本包括二维空间或者三维空间连续时间信号的数字信号样本。
全文摘要
本申请公开了用于从不均匀数字信号样本值来重构均匀数字信号样本值的方法或结构的实施例。
文档编号H03M1/12GK102414988SQ201080019458
公开日2012年4月11日 申请日期2010年4月22日 优先权日2009年4月29日
发明者徐启民, 陈成就 申请人:香港大学