KR100782855B1 - Method and apparatus for converting sampled digital signal into natural sampled digital signal - Google Patents
Method and apparatus for converting sampled digital signal into natural sampled digital signal Download PDFInfo
- Publication number
- KR100782855B1 KR100782855B1 KR1020060090470A KR20060090470A KR100782855B1 KR 100782855 B1 KR100782855 B1 KR 100782855B1 KR 1020060090470 A KR1020060090470 A KR 1020060090470A KR 20060090470 A KR20060090470 A KR 20060090470A KR 100782855 B1 KR100782855 B1 KR 100782855B1
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- digital signal
- sampled digital
- natural
- naturally
- sampled
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03M—CODING; DECODING; CODE CONVERSION IN GENERAL
- H03M5/00—Conversion of the form of the representation of individual digits
- H03M5/02—Conversion to or from representation by pulses
- H03M5/04—Conversion to or from representation by pulses the pulses having two levels
- H03M5/06—Code representation, e.g. transition, for a given bit cell depending only on the information in that bit cell
- H03M5/08—Code representation by pulse width
-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03K—PULSE TECHNIQUE
- H03K7/00—Modulating pulses with a continuously-variable modulating signal
- H03K7/08—Duration or width modulation ; Duty cycle modulation
-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03K—PULSE TECHNIQUE
- H03K9/00—Demodulating pulses which have been modulated with a continuously-variable signal
- H03K9/08—Demodulating pulses which have been modulated with a continuously-variable signal of duration- or width-mudulated pulses or of duty-cycle modulated pulses
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Theoretical Computer Science (AREA)
- Compression, Expansion, Code Conversion, And Decoders (AREA)
Abstract
본 발명은 샘플링된 디지털 신호를 자연 샘플링된 디지털 신호로 변환하기 위한 방법 및 장치에 관한 것으로, 본 발명에 따른 방법은 샘플링된 디지털 신호를 자연 샘플링된 디지털 신호로 변환하는 방법에 있어서, 샘플링된 디지털 신호를 수신하는 단계, 및 보간 함수를 이용하여 샘플링된 디지털 신호로부터 자연 샘플링된 디지털 신호를 결정하는 단계를 포함하며, 자연 샘플링된 디지털 신호를 결정하기 위해, 샘플링된 디지털 신호로부터 자연 샘플링된 디지털 신호를 결정하는 단계를 소정의 횟수만큼 반복적으로 수행하는 것을 특징으로 한다. 이에 의해, 리소스들을 절감하며, 훌륭한 오디오 품질을 유지할 수 있다.The present invention relates to a method and apparatus for converting a sampled digital signal into a naturally sampled digital signal, and the method according to the present invention relates to a method of converting a sampled digital signal into a naturally sampled digital signal. Receiving a signal, and determining a naturally sampled digital signal from the sampled digital signal using an interpolation function, wherein the naturally sampled digital signal is sampled from the sampled digital signal to determine the naturally sampled digital signal. It is characterized in that the step of determining repeatedly to perform a predetermined number of times. This saves resources and maintains good audio quality.
Description
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 PWM 변환 장치(100)의 블록도이다.1 is a block diagram of a
도 2는 PWM 변환부(104)의 출력단에서의 고조파 스펙트럼이다.2 is a harmonic spectrum at the output terminal of the
도 3은 도 1의 자연 샘플링 변환부(102)의 구성도이다.3 is a configuration diagram of the
도 4는 자연 샘플링 변환 원리를 도시하고 있다.4 illustrates the principle of natural sampling conversion.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 반복적 연산에 의한 보간 방법의 개념도이다.5 is a conceptual diagram of an interpolation method by iterative operation according to an embodiment of the present invention.
도 6은 도 2의 자연 샘플링 변환부(102)의 구조를 도시하는 개략도이다.FIG. 6 is a schematic diagram showing the structure of the
도 7은 균일 샘플링을 가진 복조된 PWM의 스펙트럼을 도시하고 있다.7 shows the spectrum of demodulated PWM with uniform sampling.
도 8은 자연 샘플링을 가진 복조된 PWM의 스펙트럼을 도시하고 있다.8 shows the spectrum of demodulated PWM with natural sampling.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따라 균일하게 샘플링된 디지털 신호를 자연 샘플링된 디지털 신호로 변환하기 위한 방법을 기술하는 흐름도이다.9 is a flowchart describing a method for converting a uniformly sampled digital signal into a naturally sampled digital signal in accordance with one embodiment of the present invention.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>
100 : 디지털 오디오 증폭기100: digital audio amplifier
101 : 업 샘플러101: Up Sampler
102 : 자연 샘플링 변환부102: natural sampling conversion unit
102a : 계수 계산부102a: coefficient calculation unit
102b : 자연 샘플러102b: Natural Sampler
103 : 노이즈 쉐이퍼103: Noise Shaper
104 : PWM 변환부104: PWM converter
105 : 파워 스테이지105: power stage
본 발명은 본 발명은 샘플링된 디지털 신호를 자연 샘플링된 디지털 신호로 변환하기 위한 방법 및 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 (a) 샘플링된 디지털 신호를 수신하는 단계; 및 (b) 보간 함수를 이용하여 상기 샘플링된 디지털 신호로부터 자연 샘플링된 디지털 신호를 결정하는 단계;를 포함하며, 상기 자연 샘플링된 디지털 신호를 결정하기 위해, 상기 (b) 단계를 소정의 횟수만큼 반복적으로 수행하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method and apparatus for converting a sampled digital signal into a naturally sampled digital signal, and more particularly, (a) receiving a sampled digital signal; And (b) determining a natural sampled digital signal from the sampled digital signal using an interpolation function, wherein the step (b) is performed a predetermined number of times to determine the natural sampled digital signal. It relates to a method to perform repeatedly.
가정 또는 모바일 용도를 위해 순수한 디지털 증폭기들은 현대의 오디오 시스템들의 주된 구성요소들이 되어 가고 있다. 디지털 증폭의 주된 장점은 스피커들로의 높은 효율의 전력 전달 및 훌륭한 오디오 성능이다. 증폭기는 사이에 다른 능동 회로들이 없어도 디지털 오디오 스트림을 직접 스피커를 구동하는 높은 및 높은 전력 펄스 신호로 변환한다. 대부분 스피커 전단에는 고주파 신호 성분들의 제거를 위한 복조용 L-C 필터(demodulating L-C filter)가 존재한다. 펄스폭 변조(Pulse Width Modulation: PWM)는 펄스 스트림을 만드는 가장 보편적이며 적절한 기술이다. PWM 순수한 디지털 증폭기들의 설계 문제들 및 원리들에 관한 많은 문헌들이 있다.Pure digital amplifiers for home or mobile applications are becoming a major component of modern audio systems. The main advantages of digital amplification are high efficiency power delivery to the speakers and good audio performance. The amplifier converts the digital audio stream into high and high power pulsed signals that directly drive the speaker without other active circuitry in between. Most speaker fronts have a demodulating L-C filter for the removal of high frequency signal components. Pulse Width Modulation (PWM) is the most common and appropriate technique for creating pulse streams. There is a lot of literature on the design problems and principles of PWM pure digital amplifiers.
한편, 기존의 PCM(Pulsed Coded Modulation) - PWM 변환기는 결과적인 출력 신호들에 높은 차수의 고조파 왜곡을 야기시키며, 그러한 왜곡을 일으키는 한 가지 방법은 균일 샘플링을 사용하고 있다.On the other hand, conventional Pulsed Coded Modulation (PCM) -PWM converters cause high order harmonic distortion on the resulting output signals, and one method of causing such distortion is using uniform sampling.
왜곡을 감소시키는 균일 샘플링에 대한 대안적 방법은 자연 샘플링(natural sampling)이라고 일컫어진다. 자연 샘플링은 PCM 신호를 PWM신호들로 변환하는 이론적으로 이상적인 기술을 말한다. 한 가지 종래 기술은 반복적인 3차 다항식 곡선 피팅(curve fitting)을 수행함에 의해 자연 샘플링을 근사화했다. 이러한 방법은 잠재적으로는 상당히 유용하지만, 상기 방법을 구현하기 위해서는 전형적으로 상당한 양의 처리 시간을 필요로 하기 때문에 폭넓게 사용되지 않았다. 즉, “자연 샘플링(natural sampling)”은 결과의 정확성 및 연산 속도 사이에 트레이드-오프를 주는 보간 과정을 필요로 한다. An alternative method for uniform sampling to reduce distortion is called natural sampling. Natural sampling is a theoretically ideal technique for converting PCM signals into PWM signals. One prior art approximates natural sampling by performing repeated third order polynomial curve fitting. This method is potentially quite useful, but has not been widely used because the implementation typically requires a significant amount of processing time. That is, "natural sampling" requires an interpolation process that trades off between the accuracy of the results and the computational speed.
본 발명은 상기와 같은 문제점들을 해결하기 위하여 창출된 것으로, 3차 다항식 보간법을 해결하기 위해 반복적 방법을 사용함으로써, 높은 주파수의 입력까지 빠른 변환 속도를 제공하기 위한 방법 및 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above problems, and by using an iterative method to solve the third order polynomial interpolation method, an object of the present invention is to provide a method and apparatus for providing a fast conversion rate up to a high frequency input have.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 샘플링된 디지털 신호를 자연 샘플링된 디지털 신호로 변환하기 위한 방법이 제공되는데, 상기 방법은 샘플링된 디지털 신호를 자연 샘플링된 디지털 신호로 변환하는 방법에 있어서, (a) 샘플링된 디지털 신호를 수신하는 단계; 및 (b) 보간 함수를 이용하여 상기 샘플링된 디지털 신호로부터 자연 샘플링된 디지털 신호를 결정하는 단계;를 포함하며, 상기 자연 샘플링된 디지털 신호를 결정하기 위해, 상기 (b) 단계를 소정의 횟수만큼 반복적으로 수행하는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, there is provided a method for converting a sampled digital signal into a naturally sampled digital signal, the method comprising the steps of: a) receiving a sampled digital signal; And (b) determining a natural sampled digital signal from the sampled digital signal using an interpolation function, wherein the step (b) is performed a predetermined number of times to determine the natural sampled digital signal. It is characterized by performing repeatedly.
바람직하게는, 상기 (b) 단계는 상기 샘플링된 디지털 신호를 이용하여 상기 보간 함수의 계수를 결정하는 단계; 및 상기 보간 함수와 기준 신호와의 교점을 결정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.Advantageously, step (b) comprises determining coefficients of said interpolation function using said sampled digital signal; And determining an intersection of the interpolation function and the reference signal.
바람직하게는, 상기 보간 함수는 3차 다항식이며, 상기 샘플링된 디지털 신호는 균일하게 샘플링된 디지털 신호이며, 상기 기준 신호는 톱니파인 것을 특징으로 한다.Preferably, the interpolation function is a cubic polynomial, the sampled digital signal is a uniformly sampled digital signal, and the reference signal is a sawtooth wave.
본 발명의 제2 태양에 따르면, 샘플링된 디지털 신호를 자연 샘플링된 디지털 신호로 변환하는 장치가 제공되는데, 상기 장치는 샘플링된 디지털 신호를 이용하여 보간 함수의 계수를 결정하는 계수 계산부; 및 상기 보간 함수를 이용하여, 샘플링된 디지털 신호로부터 자연 샘플링된 디지털 신호를 결정하는 자연 샘플러를 포함하며, 상기 자연 샘플러는 상기 자연 샘플링된 디지털 신호를 결정하기 위해 반복적인 연산을 수행하는 것을 특징으로 한다.According to a second aspect of the present invention, there is provided an apparatus for converting a sampled digital signal into a naturally sampled digital signal, the apparatus comprising: a coefficient calculator for determining a coefficient of an interpolation function using the sampled digital signal; And a natural sampler for determining a naturally sampled digital signal from the sampled digital signal using the interpolation function, wherein the natural sampler performs an iterative operation to determine the natural sampled digital signal. do.
바람직하게는, 상기 보간 함수는 3차 다항식이며, 상기 샘플링된 디지털 신 호는 균일하게 샘플링된 디지털 신호인 것을 특징으로 한다.Preferably, the interpolation function is a cubic polynomial and the sampled digital signal is a uniformly sampled digital signal.
본 발명의 제3태양에 따르면, 상기 방법을 컴퓨터로 실행하기 위한 프로그램이 기록된 컴퓨터로 독출 가능한 기록매체가 제공된다.According to a third aspect of the present invention, there is provided a computer-readable recording medium having recorded thereon a program for executing the method by a computer.
이하, 첨부한 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 샘플링된 디지털 신호를 자연 샘플링된 디지털 신호로 변환하기 위한 장치 및 방법의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호로 표기되었음에 유의하여야 한다. 또한, 하기의 설명에서는 구체적인 회로의 구성소자 등과 같은 많은 특정사항들이 도시되어 있는데, 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐 이러한 특정사항들 없이도 본 발명이 실시될 수 있음은 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게는 자명하다 할 것이다. 그리고, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.Hereinafter, a preferred embodiment of an apparatus and method for converting a sampled digital signal into a naturally sampled digital signal according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In adding reference numerals to the components of the drawings, it should be noted that the same components are denoted by the same reference numerals as much as possible even if they are shown in different drawings. In addition, in the following description, many specific details are shown, such as components of a specific circuit, which are provided to help a more general understanding of the present invention, and the present invention may be practiced without these specific details. It is self-evident to those of ordinary knowledge in Esau. In describing the present invention, when it is determined that detailed descriptions of related known functions or configurations may obscure the gist of the present invention, the detailed description thereof will be omitted.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 PWM 변환 장치(100)의 블록도로, 업샘플러(101), 자연 샘플링 변환부(102), 노이즈 쉐이퍼(103), PWM 변환부(104), 파워 스테이지(105)를 포함하여 이루어진다.1 is a block diagram of a
도 1을 참조하면, 업샘플러(101)는 입력 스트림의 샘플링 주파수를 PWM 신호의 샘플링 주파수로 증가시킨다. 이러한 단계는 주파수 밴드를 넓히며, 올바른 노이즈 쉐이퍼 동작을 위해 필요하다. Referring to FIG. 1, the
자연 샘플링 변환부(102)는 샘플링된 디지털 신호를 자연 샘플링된 디지털 신호로 변환함으로써, 주어진 샘플들 간에 놓여진 입력 오디오 신호의 실제 값을 추정하기 위해 사용된다. 균일하게 샘플링된 스트림(uniformly sampled stream)에 대해서 디지털 영역에서 생성된 원하지 않는 성분들로부터 자유로운 PWM 신호의 오디오 밴드를 생성한다는 점을 알 수 있으며, 따라서 시스템 성능을 상당히 개선시킨다.The
노이즈 쉐이퍼(103)는 입력 스트림을 수용할 만한 정밀도로 양자화하는 것이며, 가청 스펙트럼 영역으로부터 고주파 밴드로 양자화 잡음을 이동시키는 것이다. 우리의 모델은 8비트 스트림으로 양자화된 20비트 정밀도의 데이터로 개시하였다. The
PWM 변환부(104)는 Fc 레이트의 모든 샘플에 대해 8비트 정밀도(precision)를 가지는 새로운 1-비트 디지털 스트림(채널당)을 생성한다. 따라서, 변조기에 의해 사용되는 클록 주파수에 대한 최소한의 조건은 다음과 같다:The
PWM 변환부(104)에서 출력된 PWM 신호는 파워 스테이지(105)에서 증폭되어 출력된다.The PWM signal output from the
도 2는 PWM 변환부(104)의 출력단에서의 고조파 스펙트럼으로, 도 2에서 알 수 있는 바와 같이, PWM 변조기의 출력 신호는 오디오-밴드 신호 및 잡음 형성 성분들의 혼합과 함께 일련의 고조파들을 가진다. 복조 필터(demodulation filter)는 들을 수 있는 것(audible)을 제외하고 나머지는 모두 억제해야 한다.2 is a harmonic spectrum at the output of the
한편, 도 3은 도 1의 자연 샘플링 변환부(102)의 구성도로, 계수 계산부(102a) 및 자연 샘플러(102b)를 포함하여 이루어진다.3 is a block diagram of the
계수 계산부(102a)는 샘플링된 디지털 신호를 이용하여 보간 함수인 3차 다항식의 계수를 결정한다.The
자연 샘플러(102b)는 보간 함수를 이용하여, 샘플링된 디지털 신호로부터 자연 샘플링된 디지털 신호를 결정하며, 이하에서 설명되는 바와 같이 자연 샘플러(natural sampler)는 자연 샘플링된 디지털 신호를 결정하기 위해 구간 동안 반복적인 연산을 수행한다.The
도 4는 자연 샘플링의 변환 원리를 도시하고 있으며, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따라 반복적 연산에 의한 보간 방법의 개념도이다.4 illustrates a conversion principle of natural sampling, and FIG. 5 is a conceptual diagram of an interpolation method by iterative operation according to an embodiment of the present invention.
도면부호 400은 이상적인 아날로그 신호, 도면부호 410은 기준 신호인 톱니파, 도면부호 510은 보간 함수인 다항식을, 도면부호 500은 반복적인 연산 프로세스를 도시하고 있다.
도시된 바와 같이, 디지털 증폭기의 입력부의 PCM(Pulse Coded Modulated) 데이터는 전형적으로 시간에 따라 균일하게 분포된 일련의 샘플들이거나 또는 균일하게 샘플링된 시리즈들(US)이다. PWM 인코딩의 특징은 톱니파인 기준 신호와 교차하는 순간들에서 알려진 일련의 실제 신호 값들, 또는 자연적으로 샘플링된 데이터(NS)를 필요로 한다. 그것은 PWM 인코더의 아날로그 구현에서는 쉽게 얻어질 수 있으나, 디지털 증폭기에서는 간단하지 않다. 자연 샘플링 변환부(natural sampling converter)의 목표는 이용 가능한 US 데이터에만 의존하는 허용 가능한 리소스 소모 및 최대로 가능한 정확성을 가진 NS 값들을 발견하는 것이다.As shown, the PCM (Pulse Coded Modulated) data at the input of the digital amplifier is typically a series of samples uniformly distributed over time or uniformly sampled series US. A feature of PWM encoding requires a known series of actual signal values, or naturally sampled data NS, at the moments that intersect the sawtooth reference signal. It can easily be obtained in the analog implementation of a PWM encoder, but it is not simple in a digital amplifier. The goal of the natural sampling converter is to find NS values with acceptable resource consumption and maximum possible accuracy that depend only on the available US data.
문제점은 2가지 서브작업들로 나뉘어질 수 있는데, (a) 구간 보간을 수행하는 것, 그리고 (b) 보간 함수와 기준 신호 간의 교차점을 찾는 것이다. 첫 번째 문제점에 대한 가장 간단한 해결책은 다항식 보간법(polynomial interpolation approach)이다. 우리의 실험들은 선형 및 2차 보간 함수들은 고조파 성능에 대해 만족스럽지 못하기 때문에, 우리는 3차 (즉, 큐빅) 다항식을 선택했다. 그 경우에, 두 번째의 서브작업은 3차 대수방정식의 해결을 필요로 한다. 이러한 해결책에 대한 직접적인 방법은 매우 복잡하고 실용적이지 못하다. 따라서, 우리는 반복적 방법(method of iterations)을 사용했다. 본 명세서에서는 이러한 방법이 적절하며 가장 높은 주파수의 입력까지 빠른 변환 속도를 제공한다는 점을 보여주고 있다.The problem can be divided into two subtasks: (a) performing interpolation and (b) finding the intersection between the interpolation function and the reference signal. The simplest solution to the first problem is the polynomial interpolation approach. Since our experiments show that linear and quadratic interpolation functions are not satisfactory for harmonic performance, we chose a third-order (ie cubic) polynomial. In that case, the second subtask requires the solution of the cubic algebraic equation. The direct way to this solution is very complicated and not practical. Thus, we used a method of iterations. It is shown here that this method is adequate and provides fast conversion rates up to the highest frequency input.
3차 다항식 보간법(3rd order polynomial interpolation CUBICCUBIC POLINOMIALPOLINOMIAL INTERPOLATIONINTERPOLATION ))
US 데이터의 4개의 연속적인 샘플들에 의해 제한된 오디오 신호의 어떤 구간을 고려하자. 단순화를 위해 우리는 연속하는 샘플들 간의 시간 구간들은 x(n+1) - x(n) = 1 이라고 가정하고, 보간된 영역의 좌측 점에 있는 계수 원점(counting origin)으로 선택하자. 따라서, 4개의 포인트들의 구간은 {Y-1, Y0, Y1, Y2}과 같이 정의될 것이다(도 5 참조). 다음, Yn ∈ [-1:1]로 놓는다. 3차 보간 다항식 및 경계 조건들은 다음과 같은 형식을 가진다.Consider some interval of an audio signal limited by four consecutive samples of US data. For simplicity we assume that the time intervals between successive samples are x (n + 1)-x (n) = 1 and choose as the counting origin at the left point of the interpolated region. Therefore, the interval of four points will be defined as {Y -1 , Y 0 , Y 1 , Y 2 } (see FIG. 5). Then set Yn ∈ [-1: 1]. Third-order interpolation polynomials and boundary conditions have the form
여기서, a, b, c, d는 미지의 변수들이며, P0, P1은 경계들에 있는 아날로그 신호의 추정된 미분값들이다. Where a, b, c, d are unknown variables and P 0 , P 1 are estimated derivatives of the analog signal at the boundaries.
수학식 (3)은 미분값 추정을 위한 3-포인트 공식(3-point formula)이다.Equation (3) is a 3-point formula for differential value estimation.
수학식 (3)을 풀면, 3차 다항식의 변수들은 수학식 (4)와 같이 경계 조건들(boundary conditions)의 매우 간단한 함수들이라는 것을 알 수 있다.Solving Equation (3), it can be seen that the variables of the cubic polynomial are very simple functions of boundary conditions, as in Equation (4).
다음 단계에서, 우리는 고려된 구간동안 다음 수학식 (5)를 가지는 기준 함수 g(x) 및 함수(2) 간의 교점(intersection)을 찾아야 한다(도 5 참조).In the next step, we must find the intersection between the reference function g (x) and the
이하에서, 구간 내에 단지 하나의 교점만이 존재하며, 그것은 명백히 다음의 대수방정식의 해라는 것을 알 수 있다.In the following, there is only one intersection point in the interval, and it can be seen that it is clearly the solution of the following algebraic equation.
구간 동안 수학식 (6)이 하나 이상의 해를 가진다고 가정하자. 이것은 좌측 도함수의 절대값은 교점에서 1보다 작아야 하며, 그 외에서는 1보다 커야 한다는 것을 의미한다. 우리의 시스템의 조건들 하에서는 후자의 서술은 진실이 아니라는 것을 증명하기로 한다. 만약 Q가 오버샘플링 인자를 의미하며(우리 시스템에서는 Q=8), 입력 신호가 최악의 경우 1. -1, 1, -2, ...이라면, (6)의 좌측부분의 도함수인 D(x)의 절대값은 다음 부등식에 의해 추정(upper estimated)될 수 있다.Suppose Equation (6) has more than one solution over a period. This means that the absolute value of the left derivative must be less than 1 at the intersection and otherwise greater than 1. Under the conditions of our system, we will prove that the latter statement is not true. If Q is the oversampling factor (Q = 8 in our system), and the input signal is the
마지막 값은 Q>1에 대해 1보다 작으며, 따라서 Q=8에 대해 |D(x)|<1/16<<1이다. 따라서, 보간 구간에서는 단지 하나의 교점이 존재할 수 있으며, 마지막 문제점은 어떻게 수학식 (6)을 풀며 교점을 발견할 것인가이다.The last value is less than 1 for Q> 1, so | D (x) | <1/16 << 1 for Q = 8. Therefore, only one intersection point may exist in the interpolation interval, and the last problem is how to solve the equation (6) and find the intersection point.
반복적 해결 알고리즘(Iterative Solving Algorithm ( ITERATIVEITERATIVE SOLVINGSOLVING ALGORITHMALGORITHM ))
정확한 값을 찾는 것은 불필요하기 때문에, 수학식 (6)의 직접 해는 명백히 실용적이지 못하다. 대신에, 연산의 복잡성과 속도간의 트레이드-오프를 제공할 수 있는 알고리즘을 제공할 수 있다. 그러한 문제에 대한 많은 방법들이 있다.Since it is unnecessary to find the correct value, the direct solution of equation (6) is obviously not practical. Instead, an algorithm can be provided that can provide a trade-off between computational complexity and speed. There are many ways to such a problem.
PWM 증폭기는 (PWM 변조기 및 다른 블록들에서 동작하기 위해) 오디오 스트림의 샘플링 주파수보다 더 높은 클록 주파수들을 사용한다는 점을 고려하면, 느리지만 복잡한 스킴을 사용하는 대신 더욱 간단한 아키텍처로부터 나오는 시간 공유 방법(time sharing method)을 사용하는 것이 합리적이다. Considering that the PWM amplifier uses clock frequencies higher than the sampling frequency of the audio stream (to operate in PWM modulators and other blocks), a time-sharing method that results from a simpler architecture instead of using a slower but more complex scheme. It is reasonable to use a time sharing method.
반복법(iteration method)은 단순히 그러한 데이터에 따른다. 상기 방법은 다음의 맵의 반복에 의한 해에 대한 연속적인 방법을 생성한다. Iteration methods simply follow such data. The method produces a continuous method for the solution by iteration of the next map.
여기서, Xn은 해에 대한 n번째 접근이며, X0는 초기 조건으로, 이전 구간의 교점의 추정 값인 의 값으로부터 나온다. 첫 번째 초기 조건은 구간 [0;1]의 어떤 값으로도 세팅될 수 있는데, 그 이유는 스킴의 동작에 영향을 미치지 않기 때문이다. N은 하나의 구간에 대한 반복 횟수이며, 연산 정확성 및 속도 간의 필요한 트레이드-오프를 설정하기 위해 쉽게 변할 수 있다. Where X n is the nth approach to the solution and X 0 is the initial condition, which is an estimate of the intersection of the previous interval Comes from the value of. The first initial condition can be set to any value in the interval [0; 1] because it does not affect the behavior of the scheme. N is the number of iterations for one interval and can easily be changed to set the required trade-off between computational accuracy and speed.
수학식 (8)은 수학식 (7)에 따라 안정적이고 유일한 해를 가지며, 잘 알려진 안정도 이론(stability theorem)이다. 수학식 (8)의 수렴율(convergence rate)는 |D(x)|에 의해 결정되며, π/2Q에 의해 보다 빨리 추정될 수 있다. 따라서, 추정 오류의 최악의 경우는 다음과 같다.Equation (8) is a stable and unique solution according to equation (7) and is a well known stability theorem. The convergence rate of equation (8) is determined by | D (x) | and can be estimated more quickly by π / 2Q. Therefore, the worst case of the estimation error is as follows.
여기서, 는 이전의 구간 추정 및 정확한 솔루션 거리(exact solution distance)이다. 이전의 교점 추정은 다음 구간에서의 교점에 대한 훌륭한 예측이기 때문에, 라는 점은 명백하다. 예를 들면, 만약 Q=8 및 N=8, R(N)<10-6, 그리고 N=16, R(N)<10-12이라면, 실제 값에 대한 근접한 근사화에 대한 매우 훌륭한 근사화를 제공할 것이다.here, Is the previous interval estimation and the exact solution distance. Because the previous intersection estimate is a good prediction of the intersection in the next interval, It is obvious. For example, if Q = 8 and N = 8, R (N) <10 −6 , and N = 16, R (N) <10 −12 , they provide a very good approximation of close approximation to the actual value. something to do.
도 6은 도 2의 자연 샘플링 변환부(102)의 구조를 도시하고 있다.6 illustrates the structure of the
도 6을 참조하면, 자연 샘플링 변환부(102)는 다항식 계수 연산부, 3차 다항식 블록(Cubic_eq)(600), 및 반복적 피드백 루프로 이루어져 있다. 다항식 계수 연산부는 3차 다항식 블록(Cubic_eq)(600)의 좌측부분에 해당하며, 수학식 (4)로부터 구성될 수 있다. 한편, 3차 다항식 블록(Cubic_eq)(600) 및 반복적 피드백 루프는 수학식 (5) 및 (8)로부터 구성될 수 있다.Referring to FIG. 6, the natural
피드백 및 다항식 블록은 나머지 서브시스템보다 N배 빠른 클록 주파수를 가진다. 컨버터는 다수의 장점들을 가지는데, 모든 이득들은 하드웨어 구현을 위해 매우 간단한 2 또는 1/2이며, 단지 4개의 메모리 셀들을 가지며, 분할기(divider) 가 아닌 단지 5개의 승산기를 포함한다. 승산 동작들은 단지 하나의 공유된 하드웨어 승산기를 사용해서 최종 상태 머신(Final State Machine, FSM) 구조에 의해 쉽게 행해질 수 있다.The feedback and polynomial blocks have clock frequencies N times faster than the rest of the subsystem. The converter has a number of advantages, all of which are very simple 2 or 1/2 for hardware implementation, have only 4 memory cells and include only 5 multipliers, not dividers. Multiplication operations can be easily done by a Final State Machine (FSM) architecture using only one shared hardware multiplier.
본 명세서에서 기술된 모델은 자이링스(Xlinx) FPGA 기반의 디지털 서브시스템 및 독점적인 전력 스테이지에 기초하여 평가보드를 사용하는 하드웨어로 구현되었다. 또한 시뮬레이션에 의해 철저히 검증되었다.The model described herein was implemented in hardware using an evaluation board based on Xlinx FPGA-based digital subsystems and proprietary power stages. It was also thoroughly verified by simulation.
도 7은 US PWM에 대한 3 kHz 하모닉 입력 증폭의 스펙트럼을 도시하고 있다. 오디오 품질을 매우 약화시키는 강한 고조파들이 생성되었음을 알 수 있다.7 shows the spectrum of 3 kHz harmonic input amplification for US PWM. It can be seen that strong harmonics have been created which greatly degrade audio quality.
도 8는 자연 샘플링을 가진 복조된 PWM의 스펙트럼을 도시하고 있다.8 shows the spectrum of demodulated PWM with natural sampling.
도 8에서, 우리의 알고리즘에 의한 자연 샘플링 변환의 결과를 볼 수 있다. 3차 보간자(Cubic interpolator)는 균일하게 샘플링된 데이터에 의해 야기되는 하모닉들을 상당히 감소시킴으로써, 실제적인 응용에 대해 THD+N < 0.01%를 얻을 수 있도록 한다.In Fig. 8 we can see the result of the natural sampling transform by our algorithm. The cubic interpolator significantly reduces the harmonics caused by uniformly sampled data, allowing THD + N <0.01% for practical applications.
알고리즘에 의해 생성된 기생 고조파 레벨이 표 1에 도시되어 있으며, 여기서 우리는 최대 고조파 레벨들을 볼 수 있다. 상기 결과들은 심지어 하이-피치 톤(high-pitched tone)에 대해서도 알고리즘의 높은 안정도 및 성능을 증명하고 있다.The parasitic harmonic levels generated by the algorithm are shown in Table 1, where we can see the maximum harmonic levels. The results demonstrate the high stability and performance of the algorithm even for high-pitched tones.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따라 샘플링된 디지털 신호를 자연 샘플링된 디지털 신호로 변환하기 위한 방법을 기술하는 흐름도이다.9 is a flowchart describing a method for converting a sampled digital signal into a naturally sampled digital signal in accordance with an embodiment of the present invention.
도 9을 참조하면, 단계 1000에서 샘플링된 디지털 신호를 수신한다.Referring to FIG. 9, a digital signal sampled at step 1000 is received.
단계 1001에서는 자연 샘플링된 디지털 신호를 결정하기 위해 3차 다항식 보간법을 이용한다. 즉, 균일하게 샘플링된 디지털 신호를 이용하여 보간 함수인 3차 다항식의 계수를 결정하고, 보간 함수와 기준 신호와의 교점을 결정한다.Step 1001 uses cubic polynomial interpolation to determine the naturally sampled digital signal. That is, the coefficients of the third-order polynomial, which is an interpolation function, are determined using a uniformly sampled digital signal, and the intersection point of the interpolation function and the reference signal is determined.
단계 1002에서는 정해진 횟수만큼 단계 1001을 반복적으로 수행한다.In step 1002, step 1001 is repeatedly performed a predetermined number of times.
이후, 단계 1003에서 자연 샘플링된 신호는 노이즈 쉐이퍼(103) 및 PWM 변환부(104)를 거쳐서 PWM 신호를 생성한다.Thereafter, the natural sampled signal in step 1003 generates a PWM signal through the
이상 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 상세히 기술하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에 있어서 통상의 지식을 가진 사람이라면, 첨부된 청구범위에 정의된 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 본 발명을 여러 가지로 변형 또는 변경하여 실시할 수 있음을 알 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 앞으로의 실시예들의 변경은 본 발명의 기술을 벗어날 수 없을 것이다.Although the preferred embodiments of the present invention have been described in detail above, those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains may make various changes without departing from the spirit and scope of the present invention as defined in the appended claims. It will be appreciated that modifications or variations may be made. Therefore, changes in the future embodiments of the present invention will not be able to escape the technology of the present invention.
상술한 바와 같이, 반복적인 3차 다항식 보간법을 해결하기 위해 반복적 방법을 사용함으로써, 높은 주파수의 입력까지 빠른 변환 속도를 제공하기 위한 방법 및 장치를 제공할 수 있다.As described above, by using an iterative method to solve an iterative cubic polynomial interpolation method, it is possible to provide a method and apparatus for providing a fast conversion speed up to a high frequency input.
또한, 본 명세서에서 제안하는 자연 샘플링 변환을 통해 변환장치는 처리 리소스들을 절감하는 한편, 훌륭한 오디오 품질을 유지하면서 동작할 수 있다. 또한 본 명세서에서 제안된 자연 샘플러의 제안된 아키텍처는 수용할만한 그리고 강인한 해결책을 제공한다.In addition, the natural sampling transform proposed in this specification allows the converter to operate while maintaining excellent audio quality while saving processing resources. In addition, the proposed architecture of the natural sampler proposed herein provides an acceptable and robust solution.
Claims (9)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020060090470A KR100782855B1 (en) | 2006-09-19 | 2006-09-19 | Method and apparatus for converting sampled digital signal into natural sampled digital signal |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020060090470A KR100782855B1 (en) | 2006-09-19 | 2006-09-19 | Method and apparatus for converting sampled digital signal into natural sampled digital signal |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR100782855B1 true KR100782855B1 (en) | 2007-12-06 |
Family
ID=39139861
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020060090470A Expired - Fee Related KR100782855B1 (en) | 2006-09-19 | 2006-09-19 | Method and apparatus for converting sampled digital signal into natural sampled digital signal |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR100782855B1 (en) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004032532A (en) | 2002-06-27 | 2004-01-29 | Pioneer Electronic Corp | Pulse width modulator and pulse width modulation method |
| JP2004032501A (en) | 2002-06-27 | 2004-01-29 | Pioneer Electronic Corp | Apparatus and method for digital signal conversion |
| KR20040071289A (en) * | 2002-01-02 | 2004-08-11 | 모토로라 인코포레이티드 | Method and apparatus for generating a pulse width modulated signal |
| KR20050006531A (en) * | 2003-07-09 | 2005-01-17 | (학)현암학원 | apparatus of distortion-less digital PWM implementation and method thereof |
-
2006
- 2006-09-19 KR KR1020060090470A patent/KR100782855B1/en not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20040071289A (en) * | 2002-01-02 | 2004-08-11 | 모토로라 인코포레이티드 | Method and apparatus for generating a pulse width modulated signal |
| JP2004032532A (en) | 2002-06-27 | 2004-01-29 | Pioneer Electronic Corp | Pulse width modulator and pulse width modulation method |
| JP2004032501A (en) | 2002-06-27 | 2004-01-29 | Pioneer Electronic Corp | Apparatus and method for digital signal conversion |
| KR20050006531A (en) * | 2003-07-09 | 2005-01-17 | (학)현암학원 | apparatus of distortion-less digital PWM implementation and method thereof |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR100979075B1 (en) | Method and apparatus for generating pulse width modulated signal | |
| US7058464B2 (en) | Device and method for signal processing | |
| US7847651B2 (en) | Method of and apparatus to generate pulse width modulated signal from sampled digital signal by chaotic modulation | |
| JP5139321B2 (en) | Digital PWM amplifier with simulation-based feedback | |
| US6414613B1 (en) | Apparatus for noise shaping a pulse width modulation (PWM) signal and method therefor | |
| EP0890221B1 (en) | Conversion of a pcm signal into a upwm signal | |
| KR100497702B1 (en) | Digital data converter | |
| CN100514858C (en) | Word length reduction circuit | |
| US10951229B1 (en) | Digital filter | |
| US6256395B1 (en) | Hearing aid output clipping apparatus | |
| Risbo | On the design of tone-free/spl Sigma//spl Delta/modulators | |
| KR100782855B1 (en) | Method and apparatus for converting sampled digital signal into natural sampled digital signal | |
| JP4311437B2 (en) | Class D amplifier | |
| Hiorns et al. | A PWM DAC for digital audio power conversion: from theory to performance | |
| JP3858785B2 (en) | Digital signal processing apparatus and digital signal processing method | |
| US7307488B2 (en) | Method of estimating an intersection between at least two continuous signal representations | |
| RU2730443C1 (en) | Digital-to-analogue conversion device, method, data medium, electronic musical instrument and information processing device | |
| KR101306786B1 (en) | Method and apparatus for producing pulse width modulated signal by chaotic modulation from sampled digital signal | |
| US11706062B1 (en) | Digital filter | |
| US20030182109A1 (en) | Digital audio system and method therefor | |
| Midya et al. | Recursive natural sampling for digital PWM | |
| Neejarvi et al. | Sinusoidal and pulse responses of FIR-median hybrid filters | |
| JP6129858B6 (en) | Audio signal output audio signal processing device | |
| JP6129858B2 (en) | Audio signal output audio signal processing device | |
| HK1076665B (en) | Method and apapratus for generating a pulse width modulated signal |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A201 | Request for examination | ||
| PA0109 | Patent application |
St.27 status event code: A-0-1-A10-A12-nap-PA0109 |
|
| PA0201 | Request for examination |
St.27 status event code: A-1-2-D10-D11-exm-PA0201 |
|
| D13-X000 | Search requested |
St.27 status event code: A-1-2-D10-D13-srh-X000 |
|
| D14-X000 | Search report completed |
St.27 status event code: A-1-2-D10-D14-srh-X000 |
|
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| PE0701 | Decision of registration |
St.27 status event code: A-1-2-D10-D22-exm-PE0701 |
|
| GRNT | Written decision to grant | ||
| PR0701 | Registration of establishment |
St.27 status event code: A-2-4-F10-F11-exm-PR0701 |
|
| PR1002 | Payment of registration fee |
St.27 status event code: A-2-2-U10-U11-oth-PR1002 Fee payment year number: 1 |
|
| PG1601 | Publication of registration |
St.27 status event code: A-4-4-Q10-Q13-nap-PG1601 |
|
| PR1001 | Payment of annual fee |
St.27 status event code: A-4-4-U10-U11-oth-PR1001 Fee payment year number: 4 |
|
| PR1001 | Payment of annual fee |
St.27 status event code: A-4-4-U10-U11-oth-PR1001 Fee payment year number: 5 |
|
| R18-X000 | Changes to party contact information recorded |
St.27 status event code: A-5-5-R10-R18-oth-X000 |
|
| FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20121030 Year of fee payment: 6 |
|
| PR1001 | Payment of annual fee |
St.27 status event code: A-4-4-U10-U11-oth-PR1001 Fee payment year number: 6 |
|
| FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20131030 Year of fee payment: 7 |
|
| PR1001 | Payment of annual fee |
St.27 status event code: A-4-4-U10-U11-oth-PR1001 Fee payment year number: 7 |
|
| P22-X000 | Classification modified |
St.27 status event code: A-4-4-P10-P22-nap-X000 |
|
| FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20141030 Year of fee payment: 8 |
|
| PR1001 | Payment of annual fee |
St.27 status event code: A-4-4-U10-U11-oth-PR1001 Fee payment year number: 8 |
|
| LAPS | Lapse due to unpaid annual fee | ||
| PC1903 | Unpaid annual fee |
St.27 status event code: A-4-4-U10-U13-oth-PC1903 Not in force date: 20151201 Payment event data comment text: Termination Category : DEFAULT_OF_REGISTRATION_FEE |
|
| PC1903 | Unpaid annual fee |
St.27 status event code: N-4-6-H10-H13-oth-PC1903 Ip right cessation event data comment text: Termination Category : DEFAULT_OF_REGISTRATION_FEE Not in force date: 20151201 |
|
| P22-X000 | Classification modified |
St.27 status event code: A-4-4-P10-P22-nap-X000 |