专利名称：Nicam音频信号重采样器的制作方法
技术领域：
本申请涉及从广播载波中对数字采样音频的提取，例如NICAM (准瞬 时压扩音频复用)。
背景技术：
通常用32 kHz时钟在传输点对NICAM音频进行采样。作为解调过程 的一部分，通常在接收机处产生本地32 kHz采样时钟以驱动数模转换器。 然而，该本地采样时钟一般不与远程采样时钟同步。此外， 一些解码器在 例如48 kHz或44.1 kHz的不同频率处使用本地采样时钟。
远程采样时钟和本地采样时钟之间的不同步会在处理过程中产生误 差，结果导致音频失真。为消除这种失真，需要快速执行大量计算，从而 增加了解码器的成本和复杂度。
发明内容
一种数字采样率转换器可以包括数字上采样器，配置为以第一频率接 收模拟信号的第一数字采样流，并以第二频率生成第二数字采样流，所述 第二频率基本上高于所述第一频率，并且基本上跟踪所述第一数字采样流。 所述转换器还可以包括非线性内插器，配置为在所述第二数字采样流中的 两个连续数字采样之间以非线性方式进行内插。
所述非线性内插器可以配置为通过确定非线性函数来在所述两个连续
数字采样之间进行内插，所述非线性函数基本上与包含所述两个连续数字 采样的所述第二流中的三个连续数字采样拟合。所述非线性函数为抛物线 函数。
所述数字采样率转换器可以包括数字延时线，配置为生成所述第二数 字采样流的至少两个版本，每个版本相对于所述第二数字采样流延时不同 的时间量。
所述非线性内插器可以配置为在基于所述第一数字采样流和本地采样 时钟之间的相位差的时间点处进行内插。
所述数字采样率转换器可以包括相位差计算器，配置为计算所述相位 差。所述相位差计算器可以包括锁相环。
所述数字采样率转换器可以包括同步器，配置为使所述非线性内插器
进行的内插与所述本地采样时钟同步。所述同步器包括2字FIFO。
所述第一数字采样流可以是在约32 kHz的频率上的所解调的NICAM 音频采样。
所述本地采样时钟可以具有约31.25 kHz、 32 kHz、 44.1 kHz、 46.875 kHz 或48kHz的频率。
所述第二频率可以介于128 kHz到1.024 mHz之间。所述第二频率可以 约为384kHz。
所述数字上采样器可以包括采样内插器，配置为将所述第一流中的每 个数字采样划分为整数倍个采样。所述采样内插器可以配置为将所述第一 流中的每个数字采样划分为4到32个采样之间数量的采样。所述采样内插 器可以配置为将所述第一流中的每个数字采样划分为12个采样。
所述整数倍个采样中的一个可以基于所述第一流中的数字采样，而其 它整数倍个采样基本为零。
所述数字上采样器包括数字低通滤波器，并且其中，所述数字低通滤 波器配置为对所述整数倍个采样进行滤波。
一种相位差计算器可以包括第一相位累加器，配置为生成具有第一分 辨率的指示本地采样时钟相位的信息。所述相位差计算器可以包括时钟生 成器，配置为生成一个生成时钟和具有第二分辨率的指示所述生成时钟相 位的信息，所述第二分辨率低于所述第一分辨率，其作为相位比较结果的
函数并与远程采样时钟同步。所述相位差计算器可以包括相位比较器，配 置为基于指示所述本地采样时钟相位的信息和指示所述生成时钟相位的信 息之间的相位差来生成所述相位比较结果。
所述时钟生成器可以包括加法器，配置为将一个数值重复累加到一个 总和，该总和为所述相位比较结果的函数并与所述远程采样时钟同步。所 述总和可以配置为在预定次数的加法之后复位。
所述生成时钟可以基于所述加法器产生的所述总和。
所述时钟生成器可以配置为基于二阶锁相环滤波器对所述相位比较结 果的滤波来生成所述第二时钟。
所述时钟生成器可以配置为在所述远程采样时钟的整数倍频率上对指 示所述生成时钟相位的信息进行更新。
一种NICAM音频信号重采样器可以包括非线性内插器，配置为在基于 所解调的NICAM音频采样流的连续数字采样之间以非线性方式进行内插。
所述NICAM音频信号重采样器可以包括本地采样时钟和同步器，所述 同步器配置为使执行了内插的所解调的NICAM音频采样流与所述本地釆 样时钟同步。
所述NICAM音频信号重采样器可以包括相位比较器，配置为生成与所 解调的N1CAM音频采样流同步的信号和与所述本地采样时钟同步的信号 之间的相位差的测量结果。
通过对示例性实施例、附图及权利要求的以下详细描述，这些以及其它组件、步骤、 特征、目的、效果和优点将变得清楚。
附图公幵了示例性的实施例。附图并未提供全部实施例。可以附加地 或替代地使用其它实施例。省略了明显或不必要的细节以节约空间或更有 效地进行说明。当相同标号出现在不同附图中时，其指示相同或相似的部 件或步骤。
图1是用于NICAM信号的一 个音频信道的重采样器的方框图。
图2是包括图1所示的NICAM重采样器的MCAM处理器的方框图。
图3是现有技术中的FM/DQPSK解调器的方框图，其可以用于产生图
2所示的NICAM处理器所使用的信号。
具体实施例方式
现在讨论示例性的实施例。可以附加地或替代地使用其它实施例。可 以省略明显或不必要的细节以节约空间或更有效地进行说明。
图1是用于NICAM信号的一个音频信道的重采样器的方框图。如图1 所示，上采样器101可以接收所解调的音频采样和远程采样时钟。
所解调的音频采样可以为任意类型的音频采样。例如，其可为已从 NICAM信号解调出的数字音频采样的一个信道。
所解调的音频采样可以为任意频率或分辨率。例如，其可以在32kHz 频率处，并且具有14位分辨率。
远程采样时钟可以为与所解调的音频采样同步的时钟。例如，远程采 样时钟可以为己从NICAM解码器解码出的32 kHz的NICAM启动信号。
上采样器101可以包括时钟倍乘器103。时钟倍乘器103可以被配置为 产生倍乘远程采样时钟，该倍乘远程采样时钟代表远程采样时钟在频率上 与一个整数值相乘。该整数值被选择得足够高以提供所需程度的分辨率， 但并不是高到需要用昂贵的系统来快速处理大量计算的程度。在一个实施 例中，时钟倍乘器103可以将远程采样时钟频率乘以4到32之间的倍数， 如12倍。
当远程采样时钟是32 kHz的NICAM启动信号并且整数乘数是12时， 时钟倍乘器103可以在大约384 kHz频率处产生倍乘远程采样时钟。
为完成所述倍乘，可以用接近所需倍乘远程采样时钟频率的高频本地 时钟来驱动时钟倍乘器103。在给出的实例中，其可以是约384 kHz的频率。 可以根据高频本地系统时钟导出高频本地时钟，所述高频本地系统时钟例 如可以在大约35.804 mHz处运行的本地系统时钟。
时钟倍乘器103可以被配置为使用远程采样时钟中的周期边缘，例如 周期上升或下降边缘，作为倍乘远程采样时钟的第一边缘。时钟倍乘器103 被配置为在来自高频本地时钟的远程采样时钟的下一个周期边缘之前插入 剩余所需脉冲。例如，如果对于时钟倍乘器103将12用作乘数，则时钟倍 乘器103可传送来自远程采样时钟的第一个脉冲，接着是来自高频本地时 钟的11个脉冲，在此之后，可以反复执行来自远程采样时钟的1个脉冲和 来自高频本地时钟的11个脉冲的循环。
上采样器101可以包括内插器105。内插器105可以被配置为在所解调 的音频采样的采样之间进行内插。内插器105可以被配置为在由时钟倍乘 器103产生的倍乘远程采样时钟的频率处与时钟倍乘器相同步地执行上述 操作。在此配置中，内插器105可以被配置为输出所解调的音频采样的当 前值以作为第一值。在倍乘远程采样时钟的接下来的ll个循环期间，内插 器105可以被配置为输出代表零的值。
上采样器101可以包括低通滤波器107。来自内插器105的内插采样可 以通过该低通滤波器107。低通滤波器可以被配置为对来自内插器105的内 插采样进行平滑。低通滤波器107可为数字低通滤波器，其可以在倍乘远 程采样时钟的频率处提供滤波值。因此，低通滤波器107的作用可以是在 可能位于很低频率的所解调音频采样的每个变值之间，在倍乘远程采样时 钟的频率处创建内插值。
上采样器101的输出可以被传递到数字延时线109。数字延时线109可 以被配置为产生至少三种类型的上采样解调音频采样，其中两个上采样解 调音频采样相对于所述上采样解调音频采样而被连续延时。如图1所示， 倍乘远程采样时钟可以用于为数字延时线109提供时钟。因此，数字延时 线109可以同时输出所述上采样解调音频采样的三个连续采样。
抛物线内插器111可以被配置为在基于从相位差计算器115(下面讨论) 接收到的内插器相位信息的点处，在这些采样中的任意两个之间进行内插。 可以通过将抛物线函数拟合到含有三个连续点的集合来将抛物线内插器 111配置为执行以上操作，其中所述三个连续点包含需要在其中间进行内插 的两个连续点。抛物线内插器111可以使用该拟合抛物线函数来计算所需 内插值。
众所周知，抛物线函数是非线性函数。内插器111可被替换地配置为 将并非是抛物线函数的非线性函数拟合到所述三个点。内插器111可被替 换地配置为将线性函数拟合到需要在其中间进行内插的两个连续点。
抛物线内插器111的输出可被导入到同步器中，例如2字FIF0 (先进 先出)113中。2字FIF0 113可以被配置为根据生成时钟(下文讨论)的指
令将来自抛物线内插器111的内插值加载到FIFO的第一字中。2字FIFO 可以被配置为根据本地采样时钟(下文讨论)的指令将所加载的值移位到 FIFO的第二字中。2字FIFO 113的这种操作的最终结果是使得抛物线内插 器111所提供的内插值与本地采样时钟同步。可以替代地使用不同形式的 同步器。
本地采样时钟可为NICAM解码器从高频本地系统时钟提取出的、由 NICAM解码器用来驱动本地数模转换器以将远程解调音频采样从数字格 式转换为模拟格式的本地时钟。然而，远程解调音频采样可能与本地采样 时钟不同步。实际上，本地采样时钟甚至可能位在不同的频率处。例如， 当操作NICAM信号时，本地釆样时钟可具有约31.25 kHz、 32 kHz、 44.1 kHz、 46.875 kHz、 48 kHz或其它数值的频率。
相位差计算器115的功能可以是计算本地采样时钟和基于远程采样时 钟的信号之间的相位差，所述远程采样时钟例如倍乘远程采样时钟。该相 位差的相关信息可被抛物线内插器111用来将抛物线内插器111引导到来自 数字延时线109的两个点之间的、需要内插值的位置。
相位差计算器115可以包括相位累加器117。相位累加器117可以被配 置为生成用于指示本地采样时钟的相位的信息。
相位累加器117可使用任意方法实现上述操作。例如，相位累加器可 以使用本地采样时钟作为用于计算本地系统时钟脉冲的计数器的门限，所 述本地系统时钟脉冲例如可位于36.804 mHz频率处的脉冲。可以在本地采 样时钟的每个周期边缘处，例如在每个上升或下降边缘处开始计数，并在 下一个周期边缘处循环。因此该计数值可代表本地采样时钟的相位。
相位差计算器115可以包括可具有加法器120的时钟生成器119。时钟 生成器119可以被配置为在倍乘远程采样时钟的每个循环期间使用加法器 120累加所滤出的相位误差(下文讨论)的值。加法器120可以被配置为在 预定数量的倍乘远程采样时钟脉冲之后复位，以产生具有循环频率的累加 值流，其在图1中被称为生成时钟，该时钟实际上与本地采样时钟的频率 相同。
例如，如果远程釆样时钟和本地采样时钟都在约32kHz处工作，而且 如果倍乘远程采样时钟的频率约为384kHz，则时钟生成器119可以被配置 为在循环计数之前，累加所滤出的相位误差达到计数12次。从而，所累加 的计数的值可以代表生成时钟的相位，但其是基于所滤出的相位误差而被 调整的。
相位差计算器可以包括相位比较器121。相位比较器121可以被配置为 将来自相位累加器117的指示本地采样时钟相位的信息与来自时钟生成器 119的指示生成时钟相位的信息进行比较，g口，与加法器120提供的值进行 比较。相位比较器121可以生成指示上述比较结果的相位误差。相位差计 算器115可以包括滤波器123，该滤波器123被配置为滤出这种相位误差并 将所滤出的相位误差传递给时钟生成器119。滤波器123可以提供任意类型 的滤波功能。例如，滤波器123可为二阶锁相环滤波器。在允许锁相环相 位误差影响输出前，可以调整滤波器123以允许固定量的抖动。
在倍乘远程采样时钟的每个循环期间，可以将滤波器123的输出作为 加法器120所累加的值，直到加法器复位为止。最终结果可以为创建锁相 环，该锁相环通过将指示生成时钟相位的信息与指示本地采样时钟相位的 信息进行比较，产生基本锁相到本地采样时钟的生成时钟。与对指示本地 采样时钟相位的计数进行更新时的频率相比，以较低的频率对指示生成时 钟相位的计数进行更新。从而，与指示本地采样时钟相位的信息相比，指 示生成时钟相位的信息可能具有较低的分辨率。
如上所述，相位比较器121的输出可被抛物线内插器109用来表示数 字延时线109中需要进行内插的两个点之间的位置。
图2是包括图1中所示的NIC AM重采样器的NICAM处理器的方框图。 图2符合标准信号命名惯例，其中，前缀表示所命名信号的方向和位宽"i" 表示输入、"w"表示导线以及"ow"表示输出线。类型前缀后面接有信号 位宽的数值表示。
图1所示的NICAM重采样器可以是图2中重采样器201的一部分，用 于对所解调音频采样的两个NICAM信道之一进行重采样，如图2中的 wl4NICAMRight所示。图1所示的重采样器的复本可以是重采样器201的 另一部分，用于对所解调音频采样的另一NICAM信道进行重采样，如图2 中wl4NICAMLeft所示。到重采样器201的信号wlRightLeftEn可以为远 程采样时钟，参照图l和上述讨论。
图2所示的NICAM处理器的其余部分可以与标准NICAM 728处理器相同。
在发射系统中进行调制之前，NICAM 32 kHz采样音频数据流可能已被 压縮、分帧、交织、扰频并分配奇偶位，以及嵌入混合信息以利于接收设 备处的扩展。图2所示的其它功能实体可以从DQOSK解调器(i2QPSKData) 和启动(i2QPSKDataEn)信号中得到连续双位，并逆转所有的这些调制前 处理。首先，可以实现帧同步。然后，可以对每帧中的数据进行解扰频。 在解扰频之后，可以对所述数据进行解交织。最后，可以校验奇偶位，以 及可以对音频采样进行扩展。
每个NICAM帧可以具有1毫秒的长度(在传输点被定义)，并且在扩 展之后可以为每个立体信道(wl4NICAMRight、 wl4NICAMLeft)传递32 个14位采样。每个1毫秒间隔可以被定义为再生的ilQPSKDataEn脉冲中 的364个。这些脉冲可以在DQPSK解调器中由符号定时再生算法生成。所 述32个采样可以与伴随启动(wlRightLeftEn)脉冲一起以32 kHz (每1 毫秒32个)的速率被传递给图1所示的重采样器。
图3是现有技术中的FM/DQPSK解调器的方框图，其可用于产生图2 中所示的NICAM处理器所使用的信号。在一些中频处的数字音频输入(IF 数据)首先被下变频器301向下变换到基带。然后，可以经由下采样器302 中的低通滤波器移除不期望的混合结果，这也能满足NICAM根升余弦脉冲 整形需求。在滤波之后，数据在下采样器302中由16个上采样进行子采样。 在这点上，基带正交信号对于DQPSK解调器303是可用的。DQPSK解调 器303可以再生符号时钟，并在每个符号点处做出判决。所判决的2位数 据可以与数据启动一起输出，这一过程以发射系统的符号时钟所确定的速 率发生。
图1-图3中所示的以及前面已描述的不同功能实体可以根据公知的技 术由硬件、软件或硬件与软件的组合来实现。例如，可以根据公知的技术， 编写硬件描述语言(HDL)编码，从而可以创建集成硬件实现。在2006年 1月5日提交的申请号为60〃56,515、名称为"NICAM Decoder With Output Resampler(具有输出重采样器的NICAM解码器)"、代理方案号为56233-287 的美国临时申请中提出了这样的HDL编码的实例，在此通过参考并入这项
临时申请的全部内容。
已讨论的组件、步骤、特征、目的、效果和优点仅为示例性的。其中 任何一项及其相关讨论都不旨在以任何方式限制保护范围。也可以获知很 多其它实施例，包括含有更少的、附加的和/或不同的组件、步骤、特征、 目的、效果和优点的实施例。这些组件和步骤也可被不同地安排和排序。
例如，图1中示出的和以上讨论的重采样器可与NICAM信号之外的其 它音频信号结合使用，所述其它音频信号例如MP2、 MP3或MP4音频。实 际上，重采样器可以改变任意类型非同步采样流的采样速率。
虽然以上讨论主要结合32kHz的本地采样时钟频率，但是所讨论的重 采样器也可以有优势地结合其它频率的本地采样时钟来使用，所述其它频 率例如约31.25 kHz、 44.1 kHz、 46.875 kHz和/或48 kHz。
当在权利要求中使用短语"用于……的模块"时，其包含所描述的相 应结构和材料及其等价物。类似地，当在权利要求中使用短语"用于…… 的步骤"时，其包含所描述的相应操作及其等价物。没有这些短语意味着 权利要求并不限于相应结构、材料或操作中的任一个或其等价物。
任何描述或说明都不旨在对于公众专用某些组件、步骤、特征、目的、 效果、优点或等价物，无论是否记载在权利要求中。
简而言之，保护范围仅被所附的权利要求限制。该范围旨在具有与权 利要求使用的语言相一致的合理范围，并覆盖所有结构和功能的等价物。
权利要求
1. 一种数字采样率转换器，包括数字上采样器，配置为以第一频率接收模拟信号的第一数字采样流，并以第二频率生成第二数字采样流，所述第二频率基本上高于所述第一频率，并且基本上跟踪所述第一数字采样流；以及非线性内插器，配置为在所述第二数字采样流中的两个连续数字采样之间以非线性方式进行内插。
2. 根据权利要求1所述的数字采样率转换器，其中，所述非线性内插 器配置为通过确定非线性函数来在所述两个连续数字采样之间进行内插， 所述非线性函数基本上与包含所述两个连续数字采样的所述第二流中的三 个连续数字采样拟合。
3. 根据权利要求2所述的数字采样率转换器，其中，所述非线性函数 为抛物线函数。
4. 根据权利要求2所述的数字采样率转换器，还包括数字延时线，配 置为生成所述第二数字采样流的至少两个版本，每个版本相对于所述第二 数字采样流延时不同的时间量。
5. 根据权利要求1所述的数字采样率转换器，其中，所述非线性内插 器配置为在基于所述第一数字采样流和本地采样时钟之间的相位差的时间 点处进行内插。
6. 根据权利要求5所述的数字采样率转换器，还包括相位差计算器， 配置为计算所述相位差，所述相位差计算器包括锁相环。
7. 根据权利要求5所述的数字采样率转换器，还包括同步器，配置为 使所述非线性内插器进行的内插与所述本地采样时钟同步。
8. 根据权利要求7所述的数字采样率转换器，其中，所述同步器包括 2字FIFO。
9. 根据权利要求5所述的数字采样率转换器，其中，所述第一数字采 样流是在约32 kHz的频率上的所解调的NICAM音频采样。
10. 根据权利要求9所述的数字采样率转换器，其中，所述本地采样 时钟具有约31.25 kHz的频率。
11. 根据权利要求9所述的数字采样率转换器，其中，所述本地采样 时钟具有约32 kHz的频率。
12. 根据权利要求9所述的数字采样率转换器，其中，所述本地采样 时钟具有约44.1 kHz的频率。
13. 根据权利要求9所述的数字采样率转换器，其中，所述本地采样 时钟具有约46.875 kHz的频率。
14. 根据权利要求9所述的数字采样率转换器，其中，所述本地采样 时钟具有约48kHz的频率。
15. 根据权利要求9所述的数字采样率转换器，其中，所述第二频率 介于128 kHz到1.024 mHz之间。
16. 根据权利要求15所述的数字采样率转换器，其中，所述第二频率 约为384kHz。
17. 根据权利要求1所述的数字采样率转换器，其中，所述数字上采 样器包括采样内插器，配置为将所述第一流中的每个数字采样划分为整数 倍个采样。
18. 根据权利要求17所述的数字采样率转换器，其中，所述采样内插 器配置为将所述第一流中的每个数字采样划分为4到32个采样之间数量的 采样。
19. 根据权利要求18所述的数字采样率转换器，其中，所述采样内插 器配置为将所述第一流中的每个数字采样划分为12个采样。
20. 根据权利要求17所述的数字采样率转换器，其中，所述采样内插 器配置为使得所述整数倍个采样中的一个基于所述第一流中的数字采样， 而其它整数倍个采样基本为零。
21. 根据权利要求20所述的数字采样率转换器，其中，所述数字上采 样器包括数字低通滤波器，并且其中，所述数字低通滤波器配置为对所述 整数倍个采样进行滤波。
22. —种相位差计算器，包括第一相位累加器，配置为生成具有第一分辨率的指示本地采样时钟相 位的信息；时钟生成器，配置为生成一个生成时钟和具有第二分辨率的指示所述 生成时钟相位的信息，所述第二分辨率低于所述第一分辨率，其作为相位 比较结果的函数并与远程采样时钟同步；以及相位比较器，配置为基于指示所述本地采样时钟相位的信息和指示所 述生成时钟相位的信息之间的相位差来生成所述相位比较结果。
23. 根据权利要求22所述的相位差计算器，其中，所述时钟生成器包 括加法器，配置为将一个数值重复累加到一个总和，该总和为所述相位比 较结果的函数并与所述远程采样时钟同步。
24. 根据权利要求23所述的相位差计算器，其中，所述总和配置为在 预定次数的加法之后复位。
25. 根据权利要求24所述的相位差计算器，其中，所述生成时钟基于 所述加法器产生的所述总和。
26. 根据权利要求22所述的相位差计算器，其中，所述时钟生成器配 置为基于二阶锁相环滤波器对所述相位比较结果的滤波来生成所述第二时 钟。
27. 根据权利要求22所述的相位差计算器，其中，所述时钟生成器配 置为在所述远程采样时钟的整数倍频率上对指示所述生成时钟相位的信息 进行更新。
28. —种NICAM音频信号重采样器，包括非线性内插器，配置为在基 于所解调的NICAM音频采样流的连续数字采样之间以非线性方式进行内 插。
29. 根据权利要求28所述的NICAM音频信号重采样器，还包括本地 采样时钟和同步器，所述同步器配置为使执行了内插的所解调的NICAM音 频釆样流与所述本地采样时钟同步。
30. 根据权利要求29所述的NICAM音频信号重采样器，还包括相位 比较器，配置为生成与所解调的NICAM音频采样流同步的信号和与所述本 地采样时钟同步的信号之间的相位差的测量结果。
31. 根据权利要求29所述的NICAM音频信号重采样器，其中，所述 本地采样时钟的频率约为31.25 kHz。
32. 根据权利要求29所述的NICAM音频信号重采样器，其中，所述本地采样时钟的频率约为32kHz。
33. 根据权利要求29所述的NICAM音频信号重采样器，其中，所述 本地采样时钟的频率约为44.1 kHz。
34. 根据权利要求29所述的NICAM音频信号重采样器，其中，所述 本地采样时钟的频率约为46.875 kHz。
35. 根据权利要求29所述的NICAM音频信号重采样器，其中，所述 本地采样时钟的频率约为48 kHz。
全文摘要
一种NICAM音频信号重采样器，可以包括非线性内插器，该非线性内插器被配置为在基于所解调的NICAM音频采样流的连续数字采样之间以非线性方式进行内插。该重采样器还可以包括对不同分辨率的相位信息进行比较的相位差计算器。
文档编号H04L7/00GK101395837SQ200780007111
公开日2009年3月25日 申请日期2007年1月4日 优先权日2006年1月5日
发明者M·F·伊斯利, M·S·巴恩西尔, R·R·达尔 申请人:塔特公司