[发明专利]数字内插电路

说明书

本发明涉及用于产生介于例如在扩展或压缩视频图象中的已知值之间的信号值的电路。

在视频信号的扩展和压缩系统中，需要对于离散时间信号进行时间换算。然而，为了对于Y（m）＝X（α·m）这一转换实现离散时间轴的一般换算，一个主要问题出现了：即输入信号X（α·m）对于索引表（α·m）的非整数值没有定义。内插就是解决这一问题的一种方法。当输出需要在具有未定义输入值的时间索引表上的输入采样时，必须提供内插值。关于内插问题有大量的文献，但有几点值得注意：a）使用以函数Sin（x）/X加权的大量输入采样的内插提供精确的结果，但是为了实现用户装置，成本太高;b）采样和保持内插最易于实现，但是性能一般较差;c）线性内插较易实现并提供优于采样和保持方法的性能，但是随着信号频率的提高衰减也在增大;d）较高阶内插提供优于线性内插的性能，但是呈现出非线性。

T.J.Christopher在美国专利No.4，694，414中描述了一种相对非复内插器，该内插器呈现出较精确的特性，并通过将两点线性内插器和相位补偿滤波器并联而得以实现。补偿滤波器的传输函数H（z）如下：

H（z）＝-1+z^-1+z^-2-z^-3（1）

其中：“z”为传统的转换变量，其指数对应于采样间隔的个数。应当注意，加权系数是正1或负1。滤波器的幅度特性A（φ）如下：

A（φ）＝2cos（φ/2）-2cos（3φ/2）    （2）

其中：φ代表频率，以弧度/秒为单位。

补偿滤波器与增益单元级联连接，该增益单元在对应于系统被设计来产生内插值的那些可能位置上，以估计的增益值来编程。这些增益益值通过计算在特定信号频率下的响应误差而得到。由于这些增益值不不是频率的函数，所以Christopher系统含有残余误差。

本发明致力于总体上相对简单的内插电路，该电路对于所有频率（高达系统的奈奎斯特采样极限）的信号具有基本精确的响应特性。

本发明为一信号内插器，它包括并联连接的线性内插器和补偿滤波器。补偿滤波器是包括分段加权、逐次依修正函数Sin（x）/X修正的有限激励响应滤波器。

图1为示出正弦采样函数的波形图;

图2为可用于本发明实施例的、归一化正弦函数的图形表示;

图3为实施本发明的内插器系统的方框图;

图4为可用来实现图3中滤波器22的、补偿滤波器的方框图。

众所周知，理想的内插可通过将输入信号与表示理想低通滤波器的激励响应的函数S卷积而获得。对于连续信号，把函数S定义为：

S（t）＝Sin（2πβt）/2πβt    （3）

其中：β等于奈奎斯特频率，并且，把方程（3）的函数定义为正弦函数。函数S（t）示于图1。对应于特定时间的离散时间内插值，可以根据离散时间或采样信号，利用S（t）和采样信号g（Tn）的卷积来计算。也就是说，对于采样时间to的内插采样值g（to），可以根据g（Tn）×Sn（to）的乘积和中计算出来，其中，Sn（to）对反于函数S的离散时间形式，并如下给出：

Sn（t）＝Sin（2πβ（t-nT））/（2πβ（t-nT））    （4）

更详细地说，内插值g（to）如下给出：

g（to）＝Σn = - ∞∞]]>｛g（Tn）×Sn（to）｝（5）

然而应当注意，对于所有指定值进行计算是不实际的。

为了在可实现的硬件中实现该函数，用了以下约束条件。

1）把两个采样点之间的内插值的数目限制到N（例如：N＝64）;

2）在计算中，只利用在要计算内插值的那一点之前的M个采样和之后的M个采样。在所示实施例中，M等于4，这样总数为8的采样用在每次计算之中。

把采样函数Sn（t）分成线性部分和非线性部分。更详细地说，这些项是：

S₀（t）＝F₀（t）+（1-t/T） （6）

S₁（t）＝F₁（t）+t/T （7）

以及，Sn（t）＝Fn（t），对于除了0和1的n值

函数Fn（t）进一步定义为：