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EP1297627A1 - Interpolation filter and method for digitally interpolating a digital signal - Google Patents

Interpolation filter and method for digitally interpolating a digital signal

Info

Publication number
EP1297627A1
EP1297627A1 EP01969330A EP01969330A EP1297627A1 EP 1297627 A1 EP1297627 A1 EP 1297627A1 EP 01969330 A EP01969330 A EP 01969330A EP 01969330 A EP01969330 A EP 01969330A EP 1297627 A1 EP1297627 A1 EP 1297627A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
interpolation filter
filter
digital input
signal
input signal
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.)
Withdrawn
Application number
EP01969330A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Andreas Menkhoff
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Infineon Technologies AG
Original Assignee
Infineon Technologies AG
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Infineon Technologies AG filed Critical Infineon Technologies AG
Publication of EP1297627A1 publication Critical patent/EP1297627A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03H—IMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
    • H03H17/00—Networks using digital techniques
    • H03H17/02—Frequency selective networks
    • H03H17/0294—Variable filters; Programmable filters
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03H—IMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
    • H03H17/00—Networks using digital techniques
    • H03H17/02—Frequency selective networks
    • H03H17/06—Non-recursive filters
    • H03H17/0621—Non-recursive filters with input-sampling frequency and output-delivery frequency which differ, e.g. extrapolation; Anti-aliasing
    • H03H17/0635—Non-recursive filters with input-sampling frequency and output-delivery frequency which differ, e.g. extrapolation; Anti-aliasing characterized by the ratio between the input-sampling and output-delivery frequencies
    • H03H17/065—Non-recursive filters with input-sampling frequency and output-delivery frequency which differ, e.g. extrapolation; Anti-aliasing characterized by the ratio between the input-sampling and output-delivery frequencies the ratio being integer
    • H03H17/0664—Non-recursive filters with input-sampling frequency and output-delivery frequency which differ, e.g. extrapolation; Anti-aliasing characterized by the ratio between the input-sampling and output-delivery frequencies the ratio being integer where the output-delivery frequency is lower than the input sampling frequency, i.e. decimation

Definitions

  • the invention relates to an interpolation filter and a method for interpolating a digital signal, which can be used in particular for converting the sampling rate.
  • Interpolation filters are used as subcircuits in digital circuit systems that require a change in the sampling rate of digital signals. Systems that deal only with simple integer sample rate ratios are not the subject of the invention.
  • the associated circuits are referred to as hybrid systems, which consist of a first interpolation filter with a fixed sampling rate ratio and a second interpolation filter.
  • the second interpolation filter determines intermediate values that lie at any time between the fixed sample values of the sampling grid after the second interpolation filter and thus permit any sampling rate relationships.
  • the first interpolation filter contains a combination of an interpolation device and a digital filter. With the interpolation device, which is also referred to as an oversampling device, "0" values are corresponding to an oversampling factor N between the original ones
  • the first interpolation filter is designed such that larger frequency range gaps are formed in the infinitely extending frequency spectrum. It also applies to oversampling that the frequency spectra are reflected at half the original sampling frequency and its multiples.
  • a new sampling frequency can be assumed which is in an integer frequency ratio to the original sampling frequency. The digital filter removes the remaining spectral components between the useful signal band and the mirrored frequency band at the new sampling frequency and the associated frequency multiples.
  • the digital filter simply functions as a digital low-pass filter, which passes the useful signal frequency range and suppresses the frequency components above it. However, in accordance with the sampling theorem, a mirroring occurs at half the sampling frequency. A digital low pass filter can therefore not suppress multiples of the sampling frequency.
  • the spectral signal components at the new sampling frequency and the frequency multiple values must be suppressed in order to implement any sampling rate relationships. If these signal interference components are not suppressed, then signal interference components occur in the useful signal frequency band when generating any sampling rate ratios.
  • the first interpolation filter is described in "Proceedings of the IEEE",
  • EP-A-0 561 067 describes a method with a hybrid
  • a second interpolation filter is implemented as a low-pass filter, which suppresses all signal components whose frequencies are above 1.5 times the value of the original sampling frequency.
  • the analog low-pass behavior is achieved with a transversal filter, in which the weighting factors of the stored samples depend on a time difference value.
  • Such a low-pass filter not only suppresses the remaining spectral signal components at the frequency multiple values of the new sampling frequency, but also the entire frequency spectral range above a blocking edge. According to a comparable pass / block behavior, such a low-pass filter can be realized only with great effort in comparison with a corresponding comb filter arrangement.
  • Theory and VLSI Architectures for Asynchronous Sample Rate Converters describes a method for a sample rate conversion system which, on the one hand, treats the use of simpler sample and hold circuits and, on the other hand, the use of low-pass filters as analog resamplers.
  • interference signal frequency ranges the center frequencies of which lie at the frequency multiple values of the new sampling frequency.
  • the frequency bandwidth of each signal interference area is equal to twice the frequency bandwidth of the useful signal. If the Nyquist condition for the original digitization is met, the frequency bandwidth of the interference signal range has the maximum value of the original sampling frequency in the limit case.
  • the location and bandwidth of all interference areas is in Frequency spectrum defined by the original sampling frequency and the original oversampling factor N.
  • the N-fold oversampling of the original digital sampling sequence has the effect that the relative frequency bandwidth of the interference signal ranges in the frequency spectrum is reduced by a factor of 1 / N in relation to the new sampling frequency. This facilitates the separation of the useful signal frequency band from the respective interference signal frequency range, since the transition range between the pass and the blocking frequency range for the second interpolation filter is increased. This reduces the circuitry required for the second interpolation filter. However, this is paid for by a higher circuit complexity for the smoothing filter in the first interpolation filter.
  • EP 0 696 848 AI therefore proposed a method for digital interpolation of signals which leads to a very high signal-to-noise ratio with, at the same time, low circuit complexity for the filter system, which consists of a first and second interpolation filter.
  • weighting factors or filter coefficients are multiplied by delayed input values of a digital signal having a first clock frequency, the delay being dependent on a time difference value which is determined by the time of interpolation and by the time grid of the first clock signal ,
  • the filter coefficients of the interpolation filter are determined by the impulse response h (t) in the time domain.
  • the associated transfer function H (F) has a signal damping behavior in the frequency domain, which essentially relates to the signal interference ranges lying at the frequency multiples of the first clock frequency is limited. Each of these signal interference areas in the frequency spectrum are assigned at least two adjacent zeros. If there are double-order zeros, at least one of the interference areas and the associated periodic interference areas is assigned at least one further zero of the transfer function H (F).
  • the amplitude response of the interpolation filter described in EP 0 696 841 AI is comb-shaped and, because of the narrowband interference signal frequency ranges, has only a very narrowband useful signal frequency range.
  • the invention provides an interpolation filter for filtering a digital input signal, the amplitude response of which has a low-pass attenuation curve in the useful signal frequency range of the digital input signal.
  • the interpolation filter according to the invention offers the advantage that broadband digital input signals can also be processed.
  • interpolation filter according to the invention can also be used for analog / digital converters with the highest sampling frequencies, since in practice Applications the entire circuit is calculated on only one to four times the useful signal bandwidth.
  • the low sampling frequencies or the long clock periods T of the digital signal processing offer the advantage that the components of the interpolation filter, for example demultiplexers, operate at low frequencies and are therefore particularly simple to implement in terms of circuitry.
  • the interpolation filter is followed by a high-pass filter to compensate for the low-pass amplitude response of the interpolation filter.
  • the group delay of the interpolation filter advantageously runs essentially constant.
  • the digital input signal which is filtered by the interpolation filter according to the invention, is preferably an equidistant digital signal with a predetermined clock period T in .
  • the group delay of the interpolation filter according to the invention is preferably adjustable within the clock period T ⁇ n of the digital input signal.
  • the ratio of the clock periods of the digital input signal T in and the digital output signal T aUs filtered by the interpolation filter is preferably adjustable.
  • the interpolation filter and the downstream high-pass filter together have a sinc filter characteristic.
  • a further interpolation filter for narrowing the useful signal frequency range is preferably connected upstream of the interpolation filter.
  • the upstream interpolation filter is preferably a polyphase filter.
  • the interpolation filter consists of a filter coefficient generator for generating filter coefficients as a function of a base function, a multiplier for multiplying the digital input signal with the generated filter coefficients, and an accumulator for accumulating the by multiplication weighted digital input signal.
  • the basic function is preferably stored in a memory device of the interpolation filter.
  • the interpolation filter according to the invention has a basic function generating device for generating the basic function as a function of basic functions.
  • a memory device is preferably provided for storing the basic functions.
  • this has a controllable switching device which can be switched as a digital output signal for reading out the weighted digital input signal.
  • the accumulator consists of an adder and a register, the output of which is fed back to an input of the adder.
  • the invention also provides a method for digital interpolation of a digital input signal with the features specified in claim 16.
  • the invention provides a method for digitally interpolating a digital input signal with the following steps, namely
  • the filter coefficients of the interpolation filter are preferably determined as a function of a basic function.
  • This basic function is preferably stored beforehand in a memory.
  • the basic function is generated according to a further embodiment of the method according to the invention from predetermined basic functions.
  • a first basic function is preferably a time-limited potentiated sine function.
  • the second basic function is preferably a sample hold function of the first order.
  • a multiplicity of filter coefficient sets of the interpolation filter are generated as a function of the basic function, each of which has an essentially identical amplitude response but different group delays in the useful signal frequency range, with the filter coefficient set subsequently being used to determine the filter coefficients of the Interpolation filter is selected, the group delay ⁇ corresponds to the set group delay.
  • FIG. 1 shows a typical circuit arrangement which contains the interpolation filter according to the invention
  • 3b shows the group delay curve of an interpolation filter according to the invention
  • 4a shows the amplitude response of a first exemplary interpolation filter according to the invention
  • FIG. 4b shows the associated group delay curve of the interpolation filter according to the invention with the amplitude response according to FIG. 4a;
  • 5a shows the amplitude response of a further interpolation filter according to the invention
  • 5b shows the group delay curve of the interpolation filter with the amplitude response shown in FIG. 5a;
  • FIG. 6 shows an example of a basic function which is used to determine the filter coefficients of the interpolation filter according to the invention
  • FIG. 7 shows the course of the group delay of a preferred embodiment of the interpolation filter according to the invention with the basic function shown in FIG. 6 in comparison to the curve of the group delay of an interpolation filter according to the prior art.
  • FIG. 1 shows a typical circuit arrangement in which the interpolation filter according to the invention is used to filter a digital input signal.
  • the interpolation filter 5 has setting lines 6, 7 for setting the target group delay ⁇ and the decimation factor K.
  • the interpolation filter 5 filters the digital input signal present on the line 4 and outputs a filtered one digital output signal via a signal line 8 to a downstream high-pass filter 9.
  • the high-pass filter 9 filters the filtered output signal of the interpolation filter 5 according to the invention, which is present on the line 8, and emits a corresponding filtered output signal via a line 10.
  • the signal at the interpolation filter 5 digital input signal has a clock frequency f ⁇ n, which corresponds to the sampling frequency f abt branch of the analog / digital converter. 2
  • the filtered digital output signal applied to the signal output line 8 has an output clock frequency f out .
  • the decimation factor K which can be set via the setting line 7, indicates the ratio between the input frequency f n of the digital input signal and the output frequency f from the filtered digital output signal.
  • the interpolation filter 5 has an amplitude response with a low-pass-shaped attenuation curve in the useful signal frequency range of the digital input signal present on line 4. Due to the low-pass attenuation curve of the interpolation filter, signal distortions of the digitized output signal of the interpolation filter 5 occur.
  • the downstream high-pass filter 9 is used to eliminate these distortions by compensating the low-pass amplitude response of the interpolation filter 5 by an amplitude response that is complementary to it.
  • FIG. 2 shows a preferred embodiment of the interpolation filter 5 according to the invention shown in FIG. 1.
  • the interpolation filter 5 has a signal input 11 for receiving a digital input signal.
  • the digital signal input 11 of the interpolation filter 5 is connected to a multiplication device 13 via a line 12.
  • the multiplication device 13 multiplies the digital input signal present on the line 12 by filter coefficients or weighting factors which are present on a line 14 of the interpolation filter 5.
  • the filter coefficients of the interpolation filter 5 are generated in a filter coefficient generator 15 of the interpolation filter 5.
  • the filter coefficient generating device 15 is connected via internal setting lines 16, 17 to setting connections 18, 19 of the interpolation filter 5.
  • the desired decimation factor K can be set via the setting connection 18 of the interpolation filter 5.
  • the desired group delay ⁇ of the interpolation filter 5 can be set at the setting connection 19.
  • the filter coefficient generator 15 generates the filter coefficients depending on a basic function.
  • the base function in the embodiment shown in FIG. 2 is stored in a memory device 20 and is read out via an internal line 21 by the filter coefficient generator 15.
  • the basic function is not stored in advance, but is generated by a basic function generation device as a function of basic functions.
  • the basic functions are preferably stored in a memory device.
  • the multiplication-weighted digital input signal passes from the multiplication device 13 via an internal line 22 to an accumulator 23 for accumulation of the weighted digital input signal.
  • the accumulator 23 contains an adder 24 which is connected on the output side to a register 26 via a line 25.
  • the output line 27 of the register 26 is connected to a via a line 28 1 1 CN ⁇ P 1 1 P 1 1 J 1 1 1 c ⁇ m 1 oo P rö G ⁇ GPG CO CO N 1 £ rö
  • the group delay time ⁇ of the interpolation filter 5 in the useful signal frequency band .DELTA.f nut for the digital input signal is substantially constant and does not expire until the higher frequency in the frequency ranges auseinan-.
  • the group delays caused by the different filter coefficient sets, which are generated based on the basic function by the filter coefficient generator 15, are different.
  • the filter coefficient generator 15 compares the group delays ⁇ with that via the setting line 17 set target group delay ⁇ so ⁇ and selects the filter coefficient set whose group delay within the useful signal frequency range ⁇ f use corresponds to the set target group delay.
  • the filter coefficient set is selected in which the deviation between the group delay ⁇ constant in the useful signal frequency range and the target group delay ⁇ S oi ⁇ is minimal.
  • FIGS. 5a, 5b show a further example of an interpolation filter 5 according to the invention, the useful signal frequency range of which is approximately 0.24 fi n . It can be seen from FIGS. 5a, 5b that the attenuation curve inside and outside the useful signal frequency range is low-pass.
  • FIGS. 4a, 4b shows the course of the basic function BF (x) used for the interpolation filter shown in FIGS. 4a, 4b.
  • the interpolation filter 5 can be followed by a high-pass filter 9 in order to compensate for distortions which arise due to the low-pass-shaped attenuation curve of the amplitude response of the interpolation filter 5.
  • the series connection of the interpolation filter 5 with the high-pass filter 9 preferably has a sinc filter characteristic.
  • the interpolation filter 5 can be preceded by another interpolation filter of conventional type for narrowing the useful signal frequency range.
  • This upstream interpolation filter can be a polyphase filter.
  • the filter coefficients of the adjustable interpolation filter 5 are determined in such a way that the amplitude response has a low-pass attenuation curve in the useful signal frequency range ⁇ f util of the digital input signal.
  • the filter coefficients of the interpolation filter 5 become dependent determined by a basic function BF.
  • This basic function BF is either stored beforehand in an internal memory 20 of the interpolation filter 5 or generated by a basic function generating device on the basis of predetermined basic functions GF.
  • Two fundamental basic functions are preferably used, the first basic function being a time-limited potentiated sine function with the following equation:
  • the second fundamental basic function is a first order hold function with the following equation:
  • h 2 (t) ⁇ (t) - ⁇ (tn) (4) where ⁇ (tn) is the unit jump at time n.
  • the basic functions BF can either consist of the basic functions GF according to equations (3), (4) themselves or can be generated by linking operations of the basic functions in the basic function generating device.
  • the link operations include the following operations:
  • the basic function can be stored as a sampled impulse response in a memory device 20, for example a ROM memory, of the interpolation filter 5.
  • a memory device 20 for example a ROM memory
  • Generation device 15 read out. It is also possible to approximate the impulse response of the basic function BF as a whole or in sections using polynomials.
  • the basic functions BF can also be generated on the basis of the basic functions GF by multiple operative linking.
  • the interpolation filter according to the invention meets various requirements.
  • the difference in the amplitude responses of the individual polyphases is minimized with a given circuit complexity.
  • the group delays ⁇ of the individual polyphases run essentially constant within a clock period T in of the digital input signal.
  • Each individual polyphase has an amplitude difference of at least 2 dB.
  • the interpolation filter according to the invention has a low-pass characteristic.
  • Hybrid systems can also be constructed with the interpolation filter according to the invention.
  • the interpolation filter is divided into two poly phases, with two architectures being available for implementation.
  • the first architecture the even filter coefficients are multiplied by one polyphase and the odd filter coefficients by the other polyphase.
  • a low pass signal is generated by adding the two poly phases. This signal is then folded using the sampled time-continuous filter.
  • a high-pass signal is also generated by subtracting one polyphase from the other. Thereupon every second sample value is inverted in the continuous-time filter before a signal convolution is carried out. Finally, the folded low-pass and high-pass signals are added together.
  • FIG. 7 shows the group delay curve of an interpolation filter 5 according to the invention in comparison to the group delay curve of a conventional interpolation filter according to the prior art, which has a sinc filter characteristic.

Landscapes

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Abstract

The invention relates to an interpolation filter and to a method for filtering a digital input signal. The interpolation filter has an amplitude characteristic with a low-pass-shaped damping curve in the useful signal frequency range of the digital input signal. The group delay time of the interpolation filter is essentially constant in the useful signal frequency range and can be adjusted within a clock period of the equidistant digital signal.

Description

Beschreibung description
Interpolationsfilter und Verfahren zur digitalen Interpolation eines digitalen SignalsInterpolation filter and method for digital interpolation of a digital signal
Die Erfindung betrifft ein Interpolationsfilter und ein Verfahren zur Interpolation eines digitalen Signals, das insbesondere zur Abtastratenwandlung einsetzbar sind.The invention relates to an interpolation filter and a method for interpolating a digital signal, which can be used in particular for converting the sampling rate.
Es gibt eine Vielzahl von Anwendungen, bei denen es notwendig ist, die Frequenz eines gegebenen digitalen aquidistanten Zeitsignals durch digitale Filterung zu verändern. Interpolationsfilter werden als Teilschaltungen in digitalen Schaltungssystemen eingesetzt, bei denen eine Änderung der Abtast- rate von digitalen Signalen erforderlich ist. Systeme, die sich nur mit einfachen ganzzahligen Abtastratenverhältnissen befassen, sind nicht Gegenstand der Erfindung.There are a variety of applications in which it is necessary to change the frequency of a given digital constant time signal by digital filtering. Interpolation filters are used as subcircuits in digital circuit systems that require a change in the sampling rate of digital signals. Systems that deal only with simple integer sample rate ratios are not the subject of the invention.
Aus "IEEE, Transactions of Acoustics, Speech and Signal Pro- cessing", Band ASSP-32, Nr. 3, Juli 1984, S. 577-591, sind unter dem Titel "Digital Methods for Conversion between Ar- bitrary Sampling Frequencies" , Autor: T. A. Ramstad, Verfahren zur beliebigen Änderung von Abtastraten beschrieben. Die zugehörigen Schaltungen werden als hybride Systeme bezeich- net, die aus einem ersten Interpolationsfilter mit festem Abtastratenverhältnis und einem zweiten Interpolationsfilter bestehen. Durch das zweite Interpolationsfilter werden Zwischenwerte bestimmt, die zeitlich beliebig zwischen den festen Abtastwerten des Abtastrasters nach dem zweiten Interpo- lationsfilter liegen und damit beliebige Abtastratenverhältnisse zulassen. Das erste Interpolationsfilter enthält als Kombination eine Interpolationseinrichtung und ein digitales Filter. Mit der Interpolationseinrichtung, die auch als Über- abtasteinrichtung bezeichnet wird, werden "0"-Werte entspre- chend einem Überabtastfaktor N zwischen die ursprünglichenFrom "IEEE, Transactions of Acoustics, Speech and Signal Processing", volume ASSP-32, No. 3, July 1984, pp. 577-591, under the title "Digital Methods for Conversion between Arbitrary Sampling Frequencies" , Author: TA Ramstad, procedure for changing sample rates arbitrarily. The associated circuits are referred to as hybrid systems, which consist of a first interpolation filter with a fixed sampling rate ratio and a second interpolation filter. The second interpolation filter determines intermediate values that lie at any time between the fixed sample values of the sampling grid after the second interpolation filter and thus permit any sampling rate relationships. The first interpolation filter contains a combination of an interpolation device and a digital filter. With the interpolation device, which is also referred to as an oversampling device, "0" values are corresponding to an oversampling factor N between the original ones
Abtastwerte eingefügt. Erst ein nachfolgendes digitales Filter glättet den Verlauf der digitalen Abtastwerte, wobei ins- besondere die Signalsprünge auf die O- erte ausgeglichen werden, so dass das Spektrum des Nutzsignals nicht durch höhere Frequenzkomponenten verfälscht wird. Hierzu ist das erste Interpolationsfilter so ausgebildet, dass größere Frequenzbe- reichslücken in dem sich unendlich erstreckenden Frequenzspektrum gebildet werden. Auch bei der Überabtastung gilt, dass sich die Frequenzspektren bei der halben ursprünglichen Abtastfrequenz und deren Vielfachen spiegeln. Nach der Interpolationseinrichtung und nach dem digitalen Filter ist aller- dings von einer neuen Abtastfrequenz auszugehen, die in einem ganzzahligen Frequenzverhältnis zu der ursprünglichen Abtastfrequenz steht. Das digitale Filter entfernt dabei die verbleibenden spektralen Komponenten zwischen dem Nutzsignalband und dem gespiegelten Frequenzband bei der neuen Abtast- frequenz und den zugehörigen Frequenzvielfachen. Das digitale Filter funktioniert dabei einfach als digitaler Tiefpaßfilter, der den Nutzsignal-Frequenzbereich durchläßt und die darüber liegenden Frequenzkomponenten unterdrückt. Dabei tritt allerdings entsprechend dem Abtasttheorem eine Spiege- lung bei der halben Abtastfrequenz auf. Ein digitales Tiefpaßfilter kann daher die Vielfachen der Abtastfrequenz nicht unterdrücken.Samples inserted. Only a subsequent digital filter smoothes the course of the digital samples, whereby in particular, the signal jumps to the top are compensated for, so that the spectrum of the useful signal is not falsified by higher frequency components. For this purpose, the first interpolation filter is designed such that larger frequency range gaps are formed in the infinitely extending frequency spectrum. It also applies to oversampling that the frequency spectra are reflected at half the original sampling frequency and its multiples. However, after the interpolation device and after the digital filter, a new sampling frequency can be assumed which is in an integer frequency ratio to the original sampling frequency. The digital filter removes the remaining spectral components between the useful signal band and the mirrored frequency band at the new sampling frequency and the associated frequency multiples. The digital filter simply functions as a digital low-pass filter, which passes the useful signal frequency range and suppresses the frequency components above it. However, in accordance with the sampling theorem, a mirroring occurs at half the sampling frequency. A digital low pass filter can therefore not suppress multiples of the sampling frequency.
Die spektralen Signalkomponenten bei der neuen Abtastfrequenz und den Frequenzvielfachwerten müssen für die Realisierung beliebiger Abtastratenverhältnisse unterdrückt werden. Werden diese Signalstörkomponenten nicht unterdrückt, dann treten bei der Erzeugung beliebiger Abtastratenverhältnisse Signalstörkomponenten im Nutzsignal-Frequenzband auf. Das erste In- terpolationsfilter wird in "Proceedings of the IEEE",The spectral signal components at the new sampling frequency and the frequency multiple values must be suppressed in order to implement any sampling rate relationships. If these signal interference components are not suppressed, then signal interference components occur in the useful signal frequency band when generating any sampling rate ratios. The first interpolation filter is described in "Proceedings of the IEEE",
Band 61, Nr. 6, Juni 1973, S. 692-702, und in dem Aufsatz "A Digital Signal Processing Approach to Interpolation" von R. . Schafer und L. R. Rabbiner beschrieben.Volume 61, No. 6, June 1973, pp. 692-702, and in the article "A Digital Signal Processing Approach to Interpolation" by R.. Schafer and L. R. Rabbiner described.
Aus der EP-A-0 561 067 ist ein Verfahren mit einem hybridenEP-A-0 561 067 describes a method with a hybrid
System zur Abtastratenumsetzung bekannt. Dieses System arbeitet mit einem Überabtastfaktor N = 2 und erreicht damit nur ein relativ schlechtes Signal-/Rauschverhältnis . Dieses schlechte Signal-/Rauschverhältnis ist bei diesem hybriden System tolerierbar, da es für Video-Signalanwendungen eingesetzt wird. Ein zweites Interpolationsfilter ist als Tiefpaß- filter realisiert, das alle Signalkomponenten unterdrückt, deren Frequenzen über dem 1,5-fachen Wert der ursprünglichen Abtastfrequenz liegen. Das analoge Tiefpaßverhalten wird mit einem Transversalfilter erreicht, bei dem die Gewichtungsfaktoren der gespeicherten Abtastwerte von einem Zeitdifferenz- wert abhängig sind. Ein derartiger Tiefpaßfilter unterdrückt dabei nicht nur die verbleibenden spektralen Signalkomponenten bei den Frequenzvielfachwerten der neuen Abtastfrequenz, sondern den gesamten Frequenz-Spektralbereich oberhalb einer Sperrflanke. Nach einem vergleichbaren Durchlaß-/Sperrverhal- ten ist ein derartiger Tiefpaß im Vergleich zu einer entsprechenden Kammfilteranordnung nur sehr aufwendig zu realisieren.System for sampling rate conversion known. This system works with an oversampling factor N = 2 and thus only achieves a relatively poor signal to noise ratio. This poor signal to noise ratio is tolerable in this hybrid system because it is used for video signal applications. A second interpolation filter is implemented as a low-pass filter, which suppresses all signal components whose frequencies are above 1.5 times the value of the original sampling frequency. The analog low-pass behavior is achieved with a transversal filter, in which the weighting factors of the stored samples depend on a time difference value. Such a low-pass filter not only suppresses the remaining spectral signal components at the frequency multiple values of the new sampling frequency, but also the entire frequency spectral range above a blocking edge. According to a comparable pass / block behavior, such a low-pass filter can be realized only with great effort in comparison with a corresponding comb filter arrangement.
Aus "Journal of Audio Engineering Society", Band 41, Nr. 7/8, 1993, S. 539-555, von R. Adams und T. Com mit dem TitelFrom "Journal of Audio Engineering Society", Volume 41, No. 7/8, 1993, pp. 539-555, by R. Adams and T. Com with the title
"Theory and VLSI Architectures for Asynchronous Sample Rate Converters" wird ein Verfahren für ein Abtastraten- Wandlungssystem beschrieben, das einerseits die Verwendung einfacherer Abtasthalteschaltungen und andererseits die Ver- wendung von Tiefpaßfiltern als analoge Resampler behandelt."Theory and VLSI Architectures for Asynchronous Sample Rate Converters" describes a method for a sample rate conversion system which, on the one hand, treats the use of simpler sample and hold circuits and, on the other hand, the use of low-pass filters as analog resamplers.
Bei den oben genannten Systemen sind nach der N-fachen Überabtastung und Filterung nach dem ersten Interpolationsfilter im Frequenzspektrum auf jeden Fall Störsignal-Frequenz- bereiche vorhanden, deren Mittenfrequenzen bei den Frequenzvielfachwerten der neuen Abtastfrequenz liegen. Die Frequenzbandbreite eines jeden Signalstörbereichs ist dabei gleich der doppelten Frequenzbandbreite des Nutzsignals. Wenn die Nyquist-Bedingung für die ursprüngliche Digitalisierung er- füllt ist, hat die Frequenzbandbreite des Störsignalbereichs im Grenzfall maximal den Wert der ursprünglichen Abtastfrequenz. Die Lage und Bandbreite sämtlicher Störbereiche ist im Frequenzspektrum durch die ursprüngliche Abtastfrequenz und den ursprünglichen Überabtastfaktor N definiert. Die N-fache Überabtastung der ursprünglichen digitalen Abtastfolge bewirkt, dass die relative Frequenzbandbreite der Störsignalbe- reiche im Frequenzspektrum bezogen auf die neue Abtastfrequenz um den Faktor 1/N reduziert wird. Dies erleichtert die Trennung des Nutzsignal-Frequenzbandes von dem jeweiligen Störsignal-Frequenzbereich, da der Übergangsbereich zwischen dem Durchlaß und dem Sperrfrequenzbereich für das zweite In- terpolationsfilter vergrößert wird. Hierdurch wird der erforderliche Schaltungsaufwand für das zweite Interpolationsfilter verringert. Dies wird jedoch durch einen höheren Schaltungsaufwand für das Glättungsfilter in dem ersten Interpolationsfilter erkauft. Es ist daher entweder ein sehr aufwendi- ges erstes Interpolationsfilter und ein einfaches zweites Interpolationsfilter, beispielsweise ein linearer Interpolator, notwendig, oder man hat ein einfaches erstes Interpolationsfilter, beispielsweise mit einer sehr geringen Überabtastung, und ein sehr aufwendiges Tiefpaßfilter, mit dem der analoge Resampler realisiert wird.In the systems mentioned above, after the N-fold oversampling and filtering after the first interpolation filter in the frequency spectrum there are in any case interference signal frequency ranges, the center frequencies of which lie at the frequency multiple values of the new sampling frequency. The frequency bandwidth of each signal interference area is equal to twice the frequency bandwidth of the useful signal. If the Nyquist condition for the original digitization is met, the frequency bandwidth of the interference signal range has the maximum value of the original sampling frequency in the limit case. The location and bandwidth of all interference areas is in Frequency spectrum defined by the original sampling frequency and the original oversampling factor N. The N-fold oversampling of the original digital sampling sequence has the effect that the relative frequency bandwidth of the interference signal ranges in the frequency spectrum is reduced by a factor of 1 / N in relation to the new sampling frequency. This facilitates the separation of the useful signal frequency band from the respective interference signal frequency range, since the transition range between the pass and the blocking frequency range for the second interpolation filter is increased. This reduces the circuitry required for the second interpolation filter. However, this is paid for by a higher circuit complexity for the smoothing filter in the first interpolation filter. Therefore, either a very complex first interpolation filter and a simple second interpolation filter, for example a linear interpolator, are necessary, or you have a simple first interpolation filter, for example with a very low oversampling, and a very complex low-pass filter with which the analog resampler is realized.
In der EP 0 696 848 AI wurde daher ein Verfahren zur digitalen Interpolation von Signalen vorgeschlagen, das zu einem sehr hohen Signal-/Rauschverhältnis führt bei gleichzeitig geringem schaltungstechnischen Aufwand für das Filtersystem, das aus einem ersten und zweiten Interpolationsfilter besteht. Bei diesem Verfahren zur digitalen Interpolation von Signalen werden Gewichtungsfaktoren bzw. Filterkoeffizienten mit verzögerten Eingangswerten eines digitalen Signals, das eine erste Taktfrequenz aufweist, multipliziert, wobei die Verzögerung von einem Zeitdifferenzwert abhängig ist, der durch den Interpolationszeitpunkt und durch das Zeitraster des ersten Taktsignals bestimmt wird. Die Filterkoeffizienten des Interpolationsfilters sind durch die Impulsantwort h(t) im Zeitbereich bestimmt. Die zugehörige Übertragungsfunktion H(F) weist im Frequenzbereich ein Signaldämpfungsverhalten auf, das bezüglich der Sperrbereiche im wesentlichen auf die bei den Frequenzvielfachen der ersten Taktfrequenz liegenden Signalstörbereiche beschränkt ist. Dabei werden jedem dieser Signalstörbereiche im Frequenzspektrum mindestens zwei nebeneinanderliegende Nullstellen zugeordnet. Bei Vorhandensein von Nullstellen doppelter Ordnung wird mindestens einem der Störbereiche und den zugehörigen periodischen Störbereichen mindestens eine weitere Nullstelle der Übertragungsfunktion H(F) zugeordnet.EP 0 696 848 AI therefore proposed a method for digital interpolation of signals which leads to a very high signal-to-noise ratio with, at the same time, low circuit complexity for the filter system, which consists of a first and second interpolation filter. In this method for digital interpolation of signals, weighting factors or filter coefficients are multiplied by delayed input values of a digital signal having a first clock frequency, the delay being dependent on a time difference value which is determined by the time of interpolation and by the time grid of the first clock signal , The filter coefficients of the interpolation filter are determined by the impulse response h (t) in the time domain. The associated transfer function H (F) has a signal damping behavior in the frequency domain, which essentially relates to the signal interference ranges lying at the frequency multiples of the first clock frequency is limited. Each of these signal interference areas in the frequency spectrum are assigned at least two adjacent zeros. If there are double-order zeros, at least one of the interference areas and the associated periodic interference areas is assigned at least one further zero of the transfer function H (F).
Der Amplitudengang des in der EP 0 696 841 AI beschriebenen Interpolationsfilter verläuft kammförmig und weist aufgrund der schmalbandigen Störsignal-Frequenzbereiche einen nur sehr schmalbandigen Nutzsignal-Frequenzbereich auf.The amplitude response of the interpolation filter described in EP 0 696 841 AI is comb-shaped and, because of the narrowband interference signal frequency ranges, has only a very narrowband useful signal frequency range.
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einenIt is therefore the object of the present invention, a
Interpolationsfilter zur Filterung eines digitalen Eingangssignals und ein Verfahren zur digitalen Interpolation von digitalen Eingangssignalen zu schaffen, die einen breitbandigen Nutzsignal-Frequenzbereich aufweisen .To provide interpolation filter for filtering a digital input signal and a method for digital interpolation of digital input signals that have a broadband useful signal frequency range.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Interpolationsfilter mit den im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst .This object is achieved by an interpolation filter with the features specified in claim 1.
Die Erfindung schafft ein Interpolationsfilter zur Filterung eines digitalen Eingangssignals, dessen Amplitudengang einen tiefpaßförmigen Dämpfungsverlauf im Nutzsignal-Frequenzbereich des digitalen Eingangssignals aufweist.The invention provides an interpolation filter for filtering a digital input signal, the amplitude response of which has a low-pass attenuation curve in the useful signal frequency range of the digital input signal.
Aufgrund des breitbandigen Nutzsignal-Frequenzbereichs bietet das erfindungsgemäße Interpolationsfilter den Vorteil, dass auch breitbandige digitale Eingangssignale verarbeitbar sind.Because of the broadband useful signal frequency range, the interpolation filter according to the invention offers the advantage that broadband digital input signals can also be processed.
Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass das erfindungsgemäße Interpolationsfilter auch für Analog-/Digitalwandler mit höchsten Abtastfrequenzen einsetzbar ist, da in praktischen Anwendungen die gesamte Schaltung auf nur einfache bis vierfache Nutzsignalbandbreite berechnet wird.Another advantage is that the interpolation filter according to the invention can also be used for analog / digital converters with the highest sampling frequencies, since in practice Applications the entire circuit is calculated on only one to four times the useful signal bandwidth.
Die niedrigen Abtastfrequenzen bzw. die langen Taktperioden T der digitalen Signalverarbeitung bieten den Vorteil, dass die Bauelemente des Interpolationsfilters, beispielsweise Demul- tiplexer, bei niedrigen Frequenzen arbeiten und daher schaltungstechnisch besonders einfach realisierbar sind.The low sampling frequencies or the long clock periods T of the digital signal processing offer the advantage that the components of the interpolation filter, for example demultiplexers, operate at low frequencies and are therefore particularly simple to implement in terms of circuitry.
Dies hat wiederum den Vorteil, dass die Bauelemente des Interpolationsfilters auf einer geringen Chipfläche integrierbar sind und einen geringen Stromverbrauch haben.This in turn has the advantage that the components of the interpolation filter can be integrated on a small chip area and have low power consumption.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Interpolationsfilters ist dem Interpolationsfilter ein Hochpaßfilter zur Kompensation des tiefpaßförmigen Amplitudenganges des Interpolationsfilters nachgeschaltet.In an advantageous embodiment of the interpolation filter according to the invention, the interpolation filter is followed by a high-pass filter to compensate for the low-pass amplitude response of the interpolation filter.
Dies bietet den Vorteil, dass Signalverzerrungen aufgrund des tiefpaßförmigen Dämpfungsverlaufs in dem gefilterten Ausgangssignal des Interpolationsfilters beseitigt werden.This offers the advantage that signal distortions due to the low-pass attenuation curve in the filtered output signal of the interpolation filter are eliminated.
Im Nutzsignal-Frequenzbereich des digitalen Eingangssignals verläuft die Gruppenlaufzeit des Interpolationsfilters vor- teilhafterweise im wesentlichen konstant.In the useful signal frequency range of the digital input signal, the group delay of the interpolation filter advantageously runs essentially constant.
Das digitale Eingangssignal, welches durch das erfindungsgemäße Interpolationsfilter gefiltert wird, ist vorzugsweise ein äquidistantes digitales Signal mit einer vorbestimmten Taktperiode Tin.The digital input signal, which is filtered by the interpolation filter according to the invention, is preferably an equidistant digital signal with a predetermined clock period T in .
Dabei ist die Gruppenlaufzeit des erfindungsgemäßen Interpolationsfilters vorzugsweise innerhalb der Taktperiode Tιn des digitalen Eingangssignals einstellbar. Das Verhältnis der Taktperioden des digitalen Eingangssignals Tin und des durch das Interpolationsfilter gefilterten digitalen Ausgangssignals TaUs ist vorzugsweise einstellbar.The group delay of the interpolation filter according to the invention is preferably adjustable within the clock period Tι n of the digital input signal. The ratio of the clock periods of the digital input signal T in and the digital output signal T aUs filtered by the interpolation filter is preferably adjustable.
Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform weist das Interpolationsfilter und das nachgeschaltete Hochpaßfilter zusammen eine sinc-Filtercharakteristik auf.In a particularly preferred embodiment, the interpolation filter and the downstream high-pass filter together have a sinc filter characteristic.
Dem Interpolationsfilter ist vorzugsweise ein weiteres Inter- polationsfilter zur Einengung des Nutzsignal-Frequenzbereichs vorgeschaltet .A further interpolation filter for narrowing the useful signal frequency range is preferably connected upstream of the interpolation filter.
Bei dem vorgeschalteten Interpolationsfilter handelt es sich vorzugsweise um ein Polyphasenfilter.The upstream interpolation filter is preferably a polyphase filter.
Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Interpolationsfilters besteht das Interpolationsfilter aus einer Filterkoeffizienten-Erzeugungseinrichtung zur Erzeugung von Filterkoeffizienten in Abhängigkeit von einer Basisfunktion, einer Multiplikationseinrichtung zur Multiplikation des digitalen Eingangssignals mit den erzeugten Filterkoeffizienten, und aus einem Akkumulator zur Akkumulation des durch die Mul- tiplikation gewichteten digitalen Eingangssignals.In a particularly preferred embodiment of the interpolation filter according to the invention, the interpolation filter consists of a filter coefficient generator for generating filter coefficients as a function of a base function, a multiplier for multiplying the digital input signal with the generated filter coefficients, and an accumulator for accumulating the by multiplication weighted digital input signal.
Die Basisfunktion wird vorzugsweise in einer Speichereinrichtung des Interpolationsfilters abgespeichert.The basic function is preferably stored in a memory device of the interpolation filter.
Alternativ dazu verweist das erfindungsgemäße Interpolationsfilter gemäß einer weiteren Ausführungsform eine Basisfunkti- on-Generierungseinrichtung zum Generieren der Basisfunktion in Abhängigkeit von Grundfunktionen auf.As an alternative to this, the interpolation filter according to the invention, according to a further embodiment, has a basic function generating device for generating the basic function as a function of basic functions.
Hierzu wird vorzugsweise eine Speichereinrichtung zum Speichern der Grundfunktionen vorgesehen. Bei einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Interpolationsfilters weist dieses eine steuerbare Schalteinrichtung auf, die zum Auslesen des gewichteten digitalen Eingangssignals als digitales Ausgangssignal schaltbar ist.For this purpose, a memory device is preferably provided for storing the basic functions. In a preferred embodiment of the interpolation filter according to the invention, this has a controllable switching device which can be switched as a digital output signal for reading out the weighted digital input signal.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform besteht der Akkumulator aus einem Addierer und einem Register, dessen Ausgang an einen Eingang des Addierers rückgekoppelt ist.In a preferred embodiment, the accumulator consists of an adder and a register, the output of which is fed back to an input of the adder.
Die Erfindung schafft ferner ein Verfahren zur digitalen Interpolation von einem digitalen Eingangssignal mit den im Patentanspruch 16 angegebenen Merkmalen.The invention also provides a method for digital interpolation of a digital input signal with the features specified in claim 16.
Die Erfindung schafft ein Verfahren zur digitalen Interpola- tion eines digitalen Eingangssignals mit den folgenden Schritten, nämlichThe invention provides a method for digitally interpolating a digital input signal with the following steps, namely
Empfangen eines digitalen Eingangssignals mit einer bestimmten Taktfrequenz,Receiving a digital input signal with a certain clock frequency,
Bestimmen von Filterkoeffizienten eines einstellbaren Inter- polationsfilters, dessen Amplitudengang einen tiefpaßförmigen Dämpfungsverlauf im Nutzsignal-Frequenzbereich des digitalen Eingangssignals aufweist,Determining filter coefficients of an adjustable interpolation filter whose amplitude response has a low-pass attenuation curve in the useful signal frequency range of the digital input signal,
Filtern des digitalen Eingangssignals mit dem eingestellten Interpolationsfilter .Filter the digital input signal with the set interpolation filter.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren werden die Filterkoeffizienten des Interpolationsfilters vorzugsweise in Abhängigkeit von einer Basisfunktion bestimmt.In the method according to the invention, the filter coefficients of the interpolation filter are preferably determined as a function of a basic function.
Diese Basisfunktion wird vorzugsweise vorher in einem Speicher abgespeichert.This basic function is preferably stored beforehand in a memory.
Alternativ dazu wird die Basisfunktion gemäß einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens aus vorgege- benen Grundfunktionen generiert. Dabei ist eine erste Grundfunktion vorzugsweise eine zeitbegrenzte potenzierte Sinusfunktion.As an alternative to this, the basic function is generated according to a further embodiment of the method according to the invention from predetermined basic functions. A first basic function is preferably a time-limited potentiated sine function.
Die zweite Grundfunktion ist vorzugsweise eine Abtasthalte- funktion erster Ordnung.The second basic function is preferably a sample hold function of the first order.
Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird eine Vielzahl von Filterkoeffizientensätzen des Interpolationsfilters in Abhängigkeit von der Basisfunktion generiert, die jeweils im Nutzsignal- Frequenzbereich einen im wesentlichen gleichen Amplitudengang, aber unterschiedliche Gruppenlaufzeiten aufweisen, wobei anschließend derjenige Filterkoffizienten-Satz zur Bestimmung der Filterkoeffizienten des Interpolationsfilters selektiert wird, dessen Gruppenlaufzeit τ der eingestellten Gruppenlaufzeit entspricht.In a particularly preferred embodiment of the method according to the invention, a multiplicity of filter coefficient sets of the interpolation filter are generated as a function of the basic function, each of which has an essentially identical amplitude response but different group delays in the useful signal frequency range, with the filter coefficient set subsequently being used to determine the filter coefficients of the Interpolation filter is selected, the group delay τ corresponds to the set group delay.
Im weiteren werden bevorzugte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Interpolationsfilters zur Filterung eines digi- talen Eingangssignals und des erfindungsgemäßen Verfahrens zur digitalen Interpolation eines digitalen Eingangssignals unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren zur Erläuterung erfindungswesentlicher Merkmale beschrieben.Preferred embodiments of the interpolation filter according to the invention for filtering a digital input signal and of the method according to the invention for digital interpolation of a digital input signal are described below with reference to the attached figures to explain features essential to the invention.
Es zeigen:Show it:
Fig. 1 eine typische Schaltungsanordnung, die das erfindungsgemäße Interpolationsfilter enthält;1 shows a typical circuit arrangement which contains the interpolation filter according to the invention;
Fig. 2 eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Interpolationsfilters ;2 shows a preferred embodiment of the interpolation filter according to the invention;
Fig. 3a einen Amplitudengang des erfindungsgemäßen Interpolationsfilters;3a shows an amplitude response of the interpolation filter according to the invention;
Fig. 3b den Gruppenlaufzeitverlauf eines erfindungsgemäßen Interpolationsfilters ; Fig. 4a den Amplitudengang eines ersten beispielhaften Interpolationsfilters gemäß der Erfindung;3b shows the group delay curve of an interpolation filter according to the invention; 4a shows the amplitude response of a first exemplary interpolation filter according to the invention;
Fig. 4b den zugehörigen Gruppenlaufzeitverlauf des erfindungsgemäßen Interpolationsfilters mit dem Amplitudengang gemäß Fig. 4a;4b shows the associated group delay curve of the interpolation filter according to the invention with the amplitude response according to FIG. 4a;
Fig. 5a den Amplitudengang eines weiteren Interpolationsfil- ters gemäß der Erfindung;5a shows the amplitude response of a further interpolation filter according to the invention;
Fig. 5b den Gruppenlaufzeitverlauf des Interpolationsfilters mit dem in Fig. 5a dargestellten Amplitudengang;5b shows the group delay curve of the interpolation filter with the amplitude response shown in FIG. 5a;
Fig. 6 ein Beispiel für eine Basisfunktion, die zur Ermittlung der Filterkoeffizienten des erfindungsgemäßen Interpolationsfilters eingesetzt wird;6 shows an example of a basic function which is used to determine the filter coefficients of the interpolation filter according to the invention;
Fig. 7 den Verlauf der Gruppenlaufzeit einer bevorzugten Aus- führungsform des erfindungsgemäßen Interpolationsfilters mit der in Fig. 6 dargestellten Basisfunktion im Vergleich zum Verlauf der Gruppenlaufzeit eines Interpolationsfilters nach dem Stand der Technik.7 shows the course of the group delay of a preferred embodiment of the interpolation filter according to the invention with the basic function shown in FIG. 6 in comparison to the curve of the group delay of an interpolation filter according to the prior art.
Fig. 1 zeigt eine typische Schaltungsanordnung, bei der das erfindungsgemäße Interpolationsfilter zur Filterung eines digitalen Eingangssignals eingesetzt wird.1 shows a typical circuit arrangement in which the interpolation filter according to the invention is used to filter a digital input signal.
Ein an einer Leitung 1 anliegendes Analogsignal wird durch einen Analog-/Digitalwandler 2 mit einer Abtastfrequenz fab- ast r die über eine Taktleitung 3 zugeführt wird, abgetastet und gibt ein digitalisiertes Ausgangssignal über eine Leitung 4 an das erfindungsgemäße Interpolationsfilter 5 ab. Das Interpolations ilter 5 weist Einstelleitungen 6, 7 zum Einstel- len der Soll-Gruppenlaufzeit τ und des Dezimationsfaktors K auf. Das Interpolationsfilter 5 filtert das an der Leitung 4 anliegende digitale Eingangssignal und gibt ein gefiltertes digitales Ausgangssignal über eine Signalleitung 8 an ein nachgeschaltetes Hochpaßfilter 9 ab. Das Hochpaßfilter 9 filtert das an der Leitung 8 anliegende gefilterte Ausgangssignal des erfindungsgemäßen Interpolationsfilters 5 erneut und gibt ein entsprechendes gefiltertes Ausgangssignal über eine Leitung 10 ab.A signal applied to a line 1 analog signal by an analog / digital converter 2 at a sampling frequency f ab - a st r supplied via a clock line 3, sampled and outputs a digitized output signal on a line 4 to the inventive interpolation filter 5 from. The interpolation filter 5 has setting lines 6, 7 for setting the target group delay τ and the decimation factor K. The interpolation filter 5 filters the digital input signal present on the line 4 and outputs a filtered one digital output signal via a signal line 8 to a downstream high-pass filter 9. The high-pass filter 9 filters the filtered output signal of the interpolation filter 5 according to the invention, which is present on the line 8, and emits a corresponding filtered output signal via a line 10.
Das an dem Interpolationsfilter 5 anliegende digitale Eingangssignal weist eine Taktfrequenz fιn auf, die der Abtast- frequenz fabtast des Analog-/Digitalwandlers 2 entspricht. Das an der Signalausgangsleitung 8 anliegende gefilterte digitale Ausgangssignal weist eine Ausgangstaktfrequenz faus auf. Der über die Einstelleitung 7 einstellbare Dezimationsfaktor K gibt das Verhältnis zwischen der Eingangsfrequenz fιn des di- gitalen Eingangssignals und der Ausgangsfrequenz faus des gefilterten digitalen Ausgangssignals an.The signal at the interpolation filter 5 digital input signal has a clock frequency fι n, which corresponds to the sampling frequency f abt branch of the analog / digital converter. 2 The filtered digital output signal applied to the signal output line 8 has an output clock frequency f out . The decimation factor K, which can be set via the setting line 7, indicates the ratio between the input frequency f n of the digital input signal and the output frequency f from the filtered digital output signal.
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Das erfindungsgemäße Interpolationsfilter 5 weist einen Amplitudengang auf mit einem tiefpaßförmigen Dämpfungsverlauf im Nutzsignal-Frequenzbereich des an der Leitung 4 anliegenden digitalen Eingangssignals. Aufgrund des tiefpaßförmigen Dämpfungsverlaufs des Interpolationsfilters kommt es zu Signalverzerrungen des digitalisierten Ausgangssignals des Interpolationsfilters 5. Das nachgeschaltete Hochpaßfilter 9 dient zur Beseitigung dieser aufgetretenen Verzerrungen, indem es den tiefpaßförmigen Amplitudengang des Interpolationsfilters 5 durch einen komplementär dazu verlaufenden Amplitudengang kompensiert.The interpolation filter 5 according to the invention has an amplitude response with a low-pass-shaped attenuation curve in the useful signal frequency range of the digital input signal present on line 4. Due to the low-pass attenuation curve of the interpolation filter, signal distortions of the digitized output signal of the interpolation filter 5 occur. The downstream high-pass filter 9 is used to eliminate these distortions by compensating the low-pass amplitude response of the interpolation filter 5 by an amplitude response that is complementary to it.
Fig. 2 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform des in Fig. 1 dargestellten erfindungsgemäßen Interpolationsfilters 5. Das Interpolationsfilter 5 besitzt einen Signaleingang 11 zum Empfang eines digitalen Eingangssignals. Der digitale Signaleingang 11 des Interpolationsfilters 5 ist über eine Leitung 12 mit einer Multiplikationseinrichtung 13 verbunden. Die Multiplikationseinrichtung 13 multipliziert das an der Leitung 12 anliegende digitale Eingangssignal mit Filterkoeffizienten bzw. Gewichtungsfaktoren, die an einer Leitung 14 des Interpolationsfilters 5 anliegen. Die Filterkoeffizienten des Interpolationsfilters 5 werden dabei in einer Filterkoeffi- zienten-Erzeugungseinrichtung 15 des Interpolationsfilters 5 erzeugt. Die Filterkoeffizienten-Erzeugungseinrichtung 15 ist über interne Einstelleitungen 16, 17 an Einstellanschlüsse 18, 19 des Interpolationsfilters 5 angeschlossen. Über den Einstellanschluß 18 des Interpolationsfilters 5 ist der ge- wünschte Dezimationsfaktor K einstellbar. An dem Einstellanschluß 19 kann die gewünschte Gruppenlaufzeit τ des Interpolationsfilters 5 eingestellt werden. Die Filterkoeffizienten-Erzeugungseinrichtung 15 erzeugt in Abhängigkeit von einer Basisfunktion die Filterkoeffizienten. Dabei ist die Ba- sisfunktion bei der in Fig. 2 dargestellten Ausführungsform in einer Speichereinrichtung 20 abgespeichert und wird über eine interne Leitung 21 durch die Filterkoeffizienten- Erzeugungseinrichtung 15 ausgelesen.FIG. 2 shows a preferred embodiment of the interpolation filter 5 according to the invention shown in FIG. 1. The interpolation filter 5 has a signal input 11 for receiving a digital input signal. The digital signal input 11 of the interpolation filter 5 is connected to a multiplication device 13 via a line 12. The multiplication device 13 multiplies the digital input signal present on the line 12 by filter coefficients or weighting factors which are present on a line 14 of the interpolation filter 5. The filter coefficients of the interpolation filter 5 are generated in a filter coefficient generator 15 of the interpolation filter 5. The filter coefficient generating device 15 is connected via internal setting lines 16, 17 to setting connections 18, 19 of the interpolation filter 5. The desired decimation factor K can be set via the setting connection 18 of the interpolation filter 5. The desired group delay τ of the interpolation filter 5 can be set at the setting connection 19. The filter coefficient generator 15 generates the filter coefficients depending on a basic function. The base function in the embodiment shown in FIG. 2 is stored in a memory device 20 and is read out via an internal line 21 by the filter coefficient generator 15.
Bei einer alternativen Ausführungsform ist die Basisfunktion nicht vorab gespeichert, sondern wird durch eine Basisfunkti- on-Generierungseinrichtung in Abhängigkeit von Grundfunktionen generiert. Dabei sind die Grundfunktionen vorzugsweise in einer Speichereinrichtung abgespeichert.In an alternative embodiment, the basic function is not stored in advance, but is generated by a basic function generation device as a function of basic functions. The basic functions are preferably stored in a memory device.
Das durch Multiplikation gewichtete digitale Eingangssignal gelangt von der Multiplikationseinrichtung 13 über eine interne Leitung 22 zu einem Akkumulator 23 zur Akkumulation des gewichteten digitalen Eingangssignals. Der Akkumulator 23 enthält einen Addierer 24, der ausgangsseitig über eine Leitung 25 mit einem Register 26 verbunden ist. Die Ausgangsleitung 27 des Registers 26 ist über eine Leitung 28 an einen 1 1 CN ^P 1 1 P 1 1 J 1 1 1 c ω m 1 oo P rö G φ G P G CO CO N 1 £ röThe multiplication-weighted digital input signal passes from the multiplication device 13 via an internal line 22 to an accumulator 23 for accumulation of the weighted digital input signal. The accumulator 23 contains an adder 24 which is connected on the output side to a register 26 via a line 25. The output line 27 of the register 26 is connected to a via a line 28 1 1 CN ^ P 1 1 P 1 1 J 1 1 1 c ω m 1 oo P rö G φ GPG CO CO N 1 £ rö
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Wie man aus Fig. 3b erkennen kann, ist die Gruppenlaufzeit τ des Interpolationsfilters 5 im Nutzsignal-Frequenzbereich Δfnutz des digitalen Eingangssignals im wesentlichen konstant und läuft erst in höherfrequenten Frequenzbereichen auseinan- der.As can be seen from Figure 3b., The group delay time τ of the interpolation filter 5 in the useful signal frequency band .DELTA.f nut for the digital input signal is substantially constant and does not expire until the higher frequency in the frequency ranges auseinan-.
Die Fig. 4a, 4b zeigen den Amplitudengang und den zugehörigen Verlauf der Gruppenlaufzeit τ als Beispiel für ein erfindungsgemäßes Interpolationsfilter 5 mit der folgenden Basis- funktion BF(x) :4a, 4b show the amplitude response and the associated course of the group delay τ as an example of an interpolation filter 5 according to the invention with the following basic function BF (x):
BF(x) =sm σ(t)-sin t - σ(t-12) (2) BF (x) = sm σ (t) -sin t - σ (t-12) (2)
Auf der Grundlage der gespeicherten oder generierten Basis- funktion werden verschiedene Filterkoeffizientensätze durch die Filterkoeffizienten-Generierungseinrichtung 15 des Interpolationsfilters 5 erzeugt, die jeweils in dem Nutzsignal- Frequenzbereich Δfnutz jeweils einen im wesentlichen , gleichen Amplitudengang, aber unterschiedliche Gruppenlaufzeiten τ aufweisen. Wie man aus Fig. 4a erkennen kann, sind die Amplitudengänge, die durch die verschiedenen Filterkoeffizientensätze erzeugt werden, im Nutzsignal-Frequenzbereich Δfnutz bis f = 0,45 fin im wesentlichen gleich. Dabei ist fin die Frequenz des am digitalen Dateneingang 11 des Interpolationsfil- ters 5 anliegenden digitalen Eingangssignals.On the basis of the stored or generated basic function, different filter coefficient sets are generated by the filter coefficient generator 15 of the interpolation filter 5, each of which has an essentially the same amplitude response but different group delay times τ in the useful signal frequency range Δf only z. As can be seen from Figure 4a., The amplitude responses which are generated by the various sets of filter coefficients, useful in the useful signal frequency band .DELTA.f f to f = 0.45 in substantially equal. Where f is the frequency of the digital data input 11 of the Interpolationsfil- ters 5 applied digital input signal.
Wie man aus Fig. 4b erkennen kann, sind jedoch die Gruppenlaufzeiten, die durch die verschiedenen Filterkoeffizientensätze, welche basierend auf der Basisfunktion durch die Fil- terkoeffizienten-Generierungseinrichtung 15 erzeugt werden, unterschiedlich. Die Gruppenlaufzeiten verlaufen dabei innerhalb des Nutzsignal-Frequenzbereichs Δfnutz bis zu f = 0,45 fin im wesentlichen konstant.As can be seen from FIG. 4b, however, the group delays caused by the different filter coefficient sets, which are generated based on the basic function by the filter coefficient generator 15, are different. The group delay times in this case run within the useful signal frequency band .DELTA.f nut for up to f = 0.45 f in substantially constant.
Die Filterkoeffizienten-Erzeugungseinrichtung 15 vergleicht die Gruppenlaufzeiten τ mit der über die Einstelleitung 17 eingestellten Soll-Gruppenlaufzeit τsoιι und selektiert denjenigen Filterkoeffizientensatz, dessen Gruppenlaufzeit innerhalb des Nutzsignal-Frequenzbereichs Δfnutz der eingestellten Soll-Gruppenlaufzeit entspricht. Es wird derjenige Filterko- effizientensatz selektiert, bei dem die Abweichung zwischen der im Nutzsignal-Frequenzbereich konstanten Gruppenlaufzeit τ und der Soll-Gruppenlaufzeit τSoiι minimal ist.The filter coefficient generator 15 compares the group delays τ with that via the setting line 17 set target group delay τ so ιι and selects the filter coefficient set whose group delay within the useful signal frequency range Δf use corresponds to the set target group delay. The filter coefficient set is selected in which the deviation between the group delay τ constant in the useful signal frequency range and the target group delay τ S oiι is minimal.
Die Fig. 5a, 5b zeigen ein weiteres Beispiel eines erfin- dungsgemäßen Interpolationsfilters 5, dessen Nutzsignal- Frequenzbereich etwa 0,24 fin beträgt. Es ist aus den Figuren 5a, 5b erkennbar, dass der Dämpfungsverlauf innerhalb und außerhalb des Nutzsignalfrequenzbereichs tiefpassförmig ist.5a, 5b show a further example of an interpolation filter 5 according to the invention, the useful signal frequency range of which is approximately 0.24 fi n . It can be seen from FIGS. 5a, 5b that the attenuation curve inside and outside the useful signal frequency range is low-pass.
Fig. 6 zeigt den Verlauf der eingesetzten Basisfunktion BF(x) für das in den Figuren 4a, 4b dargestellte Interpolationsfilter.6 shows the course of the basic function BF (x) used for the interpolation filter shown in FIGS. 4a, 4b.
Wie bereits erwähnt, kann dem Interpolationsfilter 5 ein Hochpaßfilter 9 nachgeschaltet werden, um Verzerrungen, die aufgrund des tiefpaßförmigen Dämpfungsverlaufs des Amplitudenganges des Interpolationsfilters 5 entstehen, zu kompensieren. Vorzugsweise besitzt die Reihenschaltung des Interpolationsfilters 5 mit dem Hochpaßfilter 9 eine sinc-Filter- Charakteristik. Weiterhin kann dem Interpolationsfilter 5 ein weiteres Interpolationsfilter herkömmlicher Art zur Einengung des Nutzsignal-Frequenzbereichs vorgeschaltet werden. Dieses vorgeschaltete Interpolationsfilter kann ein Polyphasenfilter sein.As already mentioned, the interpolation filter 5 can be followed by a high-pass filter 9 in order to compensate for distortions which arise due to the low-pass-shaped attenuation curve of the amplitude response of the interpolation filter 5. The series connection of the interpolation filter 5 with the high-pass filter 9 preferably has a sinc filter characteristic. Furthermore, the interpolation filter 5 can be preceded by another interpolation filter of conventional type for narrowing the useful signal frequency range. This upstream interpolation filter can be a polyphase filter.
Zur digitalen Interpolation des digitalen Eingangssignals, das eine bestimmte Taktfrequenz fin aufweist, werden die Filterkoeffizienten des einstellbaren Interpolationsfilters 5 derart bestimmt, dass der Amplitudengang einen tiefpaßförmi- gen Dämpfungsverlauf in dem Nutzsignal-Frequenzbereich Δfnutz des digitalen Eingangssignals aufweist. Die Filterkoeffizienten des Interpolationsfilters 5 werden dabei in Abhängigkeit von einer Basisfunktion BF bestimmt. Diese Basisfunktion BF wird entweder vorab in einem internen Speicher 20 des Interpolationsfilters 5 abgespeichert oder durch eine Basisfunkti- on-Generierungseinrichtung auf der Grundlage von vorgegebenen Grundfunktionen GF generiert.For digital interpolation of the digital input signal, which has a specific clock frequency fi n , the filter coefficients of the adjustable interpolation filter 5 are determined in such a way that the amplitude response has a low-pass attenuation curve in the useful signal frequency range Δf util of the digital input signal. The filter coefficients of the interpolation filter 5 become dependent determined by a basic function BF. This basic function BF is either stored beforehand in an internal memory 20 of the interpolation filter 5 or generated by a basic function generating device on the basis of predetermined basic functions GF.
Vorzugsweise werden dabei zwei fundamentale Grundfunktionen eingesetzt, wobei es sich bei der ersten Grundfunktion um eine zeitbegrenzte potenzierte Sinusfunktion mit folgender Gleichung handelt:Two fundamental basic functions are preferably used, the first basic function being a time-limited potentiated sine function with the following equation:
hι(t) = sin[t-π/n]m-σ(t)-sin[t-π/n]m-σ (t-n) (3) m,n >=1 m, n € R wobei σ (t-n) Einheitssprung zum Zeitpunkt n ist.hι (t) = sin [t-π / n] m -σ (t) -sin [t-π / n] m -σ (tn) (3) m, n> = 1 m, n € R where σ (tn) unit jump at time n is.
Bei der zweiten fundamentalen Grundfunktion handelt es sich um eine Abtasthaltefunktion erster Ordnung mit folgender Gleichung:The second fundamental basic function is a first order hold function with the following equation:
h2(t) = σ (t) - σ (t-n) (4) wobei σ (t-n) der Einheitssprung zum Zeitpunkt n ist.h 2 (t) = σ (t) - σ (tn) (4) where σ (tn) is the unit jump at time n.
Die Basisfunktionen BF können entweder aus den Grundfunktionen GF gemäß Gleichung (3), (4) selbst bestehen oder durch Verknüpfungsoperationen der Grundfunktionen in der Basisfunk- tion-Generierungseinrichtung generiert werden.The basic functions BF can either consist of the basic functions GF according to equations (3), (4) themselves or can be generated by linking operations of the basic functions in the basic function generating device.
Die Verknüpfungsoperationen umfassen die folgenden Operationen:The link operations include the following operations:
a) Faltung zweier Impulsantworten der Grundfunktionen im Zeitbereich und Bilden einer resultierenden neuen Impulsantwort als Basisfunktion,a) folding two impulse responses of the basic functions in the time domain and forming a resulting new impulse response as a basic function,
b) Verschieben und Multiplizieren der Übertragungsfunktionen im Frequenzbereich und Bilden einer resultierenden neuen Impulsantwort als Basisfunktion, c) Verschieben und Addieren zweier gleicher Impulsantworten im Zeitbereich und Bilden einer resultierenden neuen Impulsantwort als Basisfunktion,b) shifting and multiplying the transfer functions in the frequency domain and forming a resulting new impulse response as a basic function, c) shifting and adding two identical impulse responses in the time domain and forming a resulting new impulse response as a basic function,
d) Addieren zweier unterschiedlicher Impulsantworten im Zeitbereich und Bilden einer resultierenden, neuen Impulsantwort als Basisfunktion,d) adding two different impulse responses in the time domain and forming a resulting new impulse response as a basic function,
e) Stauchen und Dehnen bzw. Dehnen und Stauchen der Impulsantworten im Zeitbereich bzw. Frequenzbereich,e) upsetting and stretching or stretching and upsetting the impulse responses in the time domain or frequency domain,
f) Potenzieren der Impulsantwort im Zeitbereich mit einer rationalen Zahl,f) exponentiation of the impulse response in the time domain with a rational number,
g) Fensterung der Impulsantwort mit einem vorgegebenen Fenster.g) Winding the impulse response with a given window.
Falls die Berechnung der Basisfunktion in Echtzeit schal- tungstechnisch zu aufwendig ist, kann alternativ zur Generierung der Basisfunktion die Basisfunktion als abgetastete Impulsantwort in einer Speichereinrichtung 20, beispielsweise einem ROM-Speicher, des Interpolationsfilters 5 abgespeichert werden. Dabei werden die in dem Basis-Funktionsspeicher 20 abgespeicherten Werte durch die Filterkoeffizienten-If the calculation of the basic function in real time is too complex in terms of circuitry, as an alternative to generating the basic function, the basic function can be stored as a sampled impulse response in a memory device 20, for example a ROM memory, of the interpolation filter 5. The values stored in the basic function memory 20 are
Generierungseinrichtung 15 ausgelesen. Weiterhin ist es möglich, die Impulsantwort der Basisfunktion BF als Ganzes oder abschnittsweise durch Polynome zu approximieren.Generation device 15 read out. It is also possible to approximate the impulse response of the basic function BF as a whole or in sections using polynomials.
Die Basisfunktionen BF können auf der Grundlage der Grundfunktionen GF auch durch mehrfache operative Verknüpfung erzeugt werden.The basic functions BF can also be generated on the basis of the basic functions GF by multiple operative linking.
Das erfindungsgemäße Interpolationsfilter genügt verschiede- nen Anforderungen. Die Differenz der Amplitudengänge der einzelnen Polyphasen werden bei einem vorgegebenen schaltungstechnischen Aufwand minimiert .The interpolation filter according to the invention meets various requirements. The difference in the amplitude responses of the individual polyphases is minimized with a given circuit complexity.
Weiterhin verlaufen die Gruppenlaufzeiten τ der einzelnen Polyphasen innerhalb einer Taktperiode Tin des digitalen Eingangssignals im wesentlichen konstant.Furthermore, the group delays τ of the individual polyphases run essentially constant within a clock period T in of the digital input signal.
Jede einzelne Polyphase weist Amplitudenunterschiede von in- destens 2 dB auf.Each individual polyphase has an amplitude difference of at least 2 dB.
Ferner weist das erfindungsgemäße Interpolationsfilter eine Tiefpaßcharakteristik auf.Furthermore, the interpolation filter according to the invention has a low-pass characteristic.
Mit dem erfindungsgemäßen Interpolationsfilter kann man auch hybride Systeme aufbauen. Dazu wird das Interpolationsfilter in zwei Polyphasen aufgeteilt, wobei sich zur Realisierung zwei Architekturen anbieten. Dabei werden bei der ersten Architektur die geraden Filterkoeffizienten mit der einen Poly- phase multipliziert und die ungeraden Filterkoeffizienten mit der anderen Polyphase. Bei der anderen Architektur wird ein Tiefpaßsignal erzeugt, indem man die beiden Polyphasen addiert. Daraufhin wird dieses Signal mit dem abgetasteten zeitkontinuierlichen Filter gefaltet. Ebenso erzeugt man ein Hochpaßsignal, indem man die eine Polyphase von der anderen subtrahiert. Daraufhin wird bei dem zeitkontinuierlichen Filter jeder zweite Abtastwert invertiert, bevor man eine Signalfaltung durchführt. Schließlich werden das gefaltete Tiefpaß- und Hochpaßsignal miteinander addiert.Hybrid systems can also be constructed with the interpolation filter according to the invention. For this purpose, the interpolation filter is divided into two poly phases, with two architectures being available for implementation. In the first architecture, the even filter coefficients are multiplied by one polyphase and the odd filter coefficients by the other polyphase. In the other architecture, a low pass signal is generated by adding the two poly phases. This signal is then folded using the sampled time-continuous filter. A high-pass signal is also generated by subtracting one polyphase from the other. Thereupon every second sample value is inverted in the continuous-time filter before a signal convolution is carried out. Finally, the folded low-pass and high-pass signals are added together.
Fig. 7 zeigt den Gruppenlaufzeitverlauf eines erfindungsgemäßen Interpolationsfilters 5 im Vergleich zu dem Gruppenlauf- zeitverlauf eines herkömmlichen Interpolationsfilters nach dem Stand der Technik, was eine sinc-Filtercharakteristik aufweist. 7 shows the group delay curve of an interpolation filter 5 according to the invention in comparison to the group delay curve of a conventional interpolation filter according to the prior art, which has a sinc filter characteristic.
O o O O LO O rH rH CN CN 00 O o OO LO O rH rH CN CN 00
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
1 Leitung1 line
2 Analog-/Digitalwandler2 analog / digital converters
3 Tastsignalleitung3 key signal line
4 Leitung4 line
5 Interpolationsfilter5 interpolation filters
6 Einstelleitung6 setting line
7 Einstelleitung7 setting line
8 Signalausgangsleitung8 signal output line
9 Hochpaßfilter9 high-pass filters
10 Leitung10 line
11 digitaler Signaleingang11 digital signal input
12 Leitung12 line
13 Multipliziereinrichtung13 multiplier
14 Leitung14 line
15 Filter oeffizienten-Berechnungseinrichtung15 filter coefficient calculation device
16 Einstelleitung16 setting line
17 Einstelleitung 8 Einstellanschluß 9 Einstellanschluß 0 Speichereinrichtung 1 Leitung 2 Leitung 3 Akkumulator 4 Addierer 5 Leitung 6 Register 7 Leitung 8 Rückkoppelleitung 9 Rücksetzleitung 0 Rücksetzleitung 1 Rücksetzanschluß 2 Rücksetzleitung 3 Ausgangsleitung 4 Ausgangsanschluß 17 adjustment line 8 adjustment connection 9 adjustment connection 0 memory device 1 line 2 line 3 accumulator 4 adder 5 line 6 register 7 line 8 feedback line 9 reset line 0 reset line 1 reset connection 2 reset line 3 output line 4 output connection

Claims

Patentansprüche claims
1. Interpolationsfilter zur Filterung eines digitalen Eingangssignals, dessen Amplitudengang einen tiefpaßförmigen Dämpfungsverlauf im Nutzsignal-Frequenzbereich Δfnutz des digitalen Eingangsbereichs aufweist.1. Interpolation filter for filtering a digital input signal, the amplitude response of which has a low-pass attenuation curve in the useful signal frequency range Δf nu t z of the digital input range.
2. Interpolationsfilter zur Filterung eines digitalen Eingangssignals, dessen Amplitudengang einen tiefpassförmigen Dämpfungsverlauf sowohl innerhalb als auch außerhalb des Nutzsignal-Frequenzbereich Δfnutz aufweist.2. Interpolation filter for filtering a digital input signal, the amplitude response of which has a low-pass attenuation curve both inside and outside the useful signal frequency range Δf nu tz.
3. Interpolationsfilter nach Anspruch 1 oder 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass dem Interpolationsfilter (5) ein Hochpaßfilter (9) zur Kompensation des tiefpaßförmigen Amplitudengangs nachgeschaltet ist.3. Interpolation filter according to claim 1 or 2, so that the interpolation filter (5) is followed by a high-pass filter (9) for compensation of the low-pass amplitude response.
4. Interpolationsfilter nach einem der vorangehenden Ansprü- ehe, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass im Nutzsignal-Frequenzbereich Frequenzbereich Δfnutz des digitalen Eingangssignales die Gruppenlaufzeit τ des Interpolationsfilters (5) im wesentlichen konstant verläuft.4. Interpolation filter according to one of the preceding claims, characterized in that in the useful signal frequency range frequency range Δf use of the digital input signal, the group delay τ of the interpolation filter (5) is essentially constant.
5. Interpolationsfilter nach einem der vorangehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c'h n e t, dass das digitale Eingangssignal ein äquidistantes digitales Signal mit einer vorbestimmten Taktperiode Tin ist.5. HNET interpolation filter according to any one of the preceding claims, dadurchgekennzeic 'that the digital input signal is an equidistant digital signal having a predetermined clock period Ti n.
6. Interpolationsfilter nach einem der vorangehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die Gruppenlaufzeit τ des Interpolationsfilters (5) innerhalb einer Taktperiode Tιn des digitalen Eingangssignals einstellbar ist. 6. Interpolation filter according to one of the preceding claims, characterized in that the group delay τ of the interpolation filter (5) is adjustable within a clock period Tι n of the digital input signal.
7. Interpolationsfilter nach einem der vorangehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass das Verhältnis der Taktperioden des digitalen Eingangssignals Tin und des durch das Interpolationsfilter (5) gefilterten digitalen Ausgangssignals Taus einstellbar ist.7. interpolation filter according to any one of the preceding claims, characterized in that the ratio of the clock periods of the input digital signal T in and filtered by the interpolating filter (5) from the digital output signal T is adjustable.
8. Interpolationsfilter nach Anspruch 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass das Interpolationsfilter (5) und das nachgeschaltete Hochpaßfilter (9) zusammen eine sinc-Filtercharakteristik aufweisen.8. Interpolation filter according to claim 3, so that the interpolation filter (5) and the downstream high-pass filter (9) together have a sinc filter characteristic.
9. Interpolationsfilter nach einem der vorangehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass dem Interpolationsfilter (5) ein weiteres Interpolationsfilter zur Einengung des Nutzsignal-Frequenzbereichs Δfnutz vorschaltbar ist.9. interpolation filter according to any one of the preceding claims, characterized in that the interpolation filter (5), a further interpolation filter to the narrowing of the useful signal frequency band .DELTA.f useful is connected upstream.
10. Interpolationsfilter nach Anspruch 9, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass das vorschaltbare Interpolationsfilter ein Polyphasen- filter ist.10. Interpolation filter according to claim 9, so that the interpolation filter which can be connected upstream is a polyphase filter.
11. Interpolationsfilter nach einem der vorangehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass es aufweist: eine Filterkoeffizienten-Erzeugungseinrichtung (15) zum Erzeugen von Filterkoeffizienten in Abhängigkeit von einer Basisfunktion BF; eine Multiplikationseinrichtung (13) zur Multiplikation des digitalen Eingangssignals mit den erzeugten Filterkoeffizienten, und einen Akkumulator (23) zur Akkumulation des durch die Multiplikation gewichteten digitalen Eingangssignals.11. Interpolation filter according to one of the preceding claims, characterized in that it comprises: a filter coefficient generator (15) for generating filter coefficients as a function of a basic function BF; a multiplication device (13) for multiplying the digital input signal by the generated filter coefficients, and an accumulator (23) for accumulating the digital input signal weighted by the multiplication.
12. Interpolationsfilter nach einem der vorangehenden Ansprü- ehe, g e k e n n z e i c h n e t durch eine Speichereinrichtung (20) zum Abspeichern der Basisfunktion.12. Interpolation filter according to one of the preceding claims, g e k e n n z e i c h n e t by a memory device (20) for storing the basic function.
13. Interpolationsfilter nach einem der vorangehenden Ansprü- ehe 1 bis 11, g e k e n n z e i c h n e t durch eine Basisfunktion- Generierungseinrichtung zum Generieren der Basisfunktion in Abhängigkeit von Grundfunktionen.13. Interpolation filter according to one of the preceding claims 1 to 11, g e k e n n e e i c h n e t by a basic function generating device for generating the basic function as a function of basic functions.
14. Interpolationsfilter nach Anspruch 13, g e k e n n z e i c h n e t durch eine Speichereinrichtung zum Abspeichern der Grundfunktionen.14. Interpolation filter according to claim 13, g e k e n n z e i c h n e t by a memory device for storing the basic functions.
15. Interpolationsfilter nach einem der vorangehenden Ansprü- ehe, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass eine steuerbare Schalteinrichtung (28) zum Auslesen des gewichteten digitalen Eingangssignals als ein digitales Ausgangssignal vorgesehen ist.15. Interpolation filter according to one of the preceding claims, so that a controllable switching device (28) is provided for reading out the weighted digital input signal as a digital output signal.
16. Interpolationsfilter nach einem der vorangehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass der Akkumulator (23) aus einem Addierer (24) und einem Register (26) besteht, dessen Ausgang an einen Eingang des Addierers (24) rückgekoppelt ist.16. Interpolation filter according to one of the preceding claims, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t that the accumulator (23) consists of an adder (24) and a register (26), the output of which is fed back to an input of the adder (24).
17. Verfahren zur digitalen Interpolation eines digitalen Eingangssignales mit den folgenden Schritten: (a) Empfangen eines digitalen Eingangssignals mit einer vor¬ bestimmten Taktfrequenz fin; (b) Bestimmen von Filterkoeffizienten eines einstellbaren Interpolationsfilters, dessen Amplitudengang einen tiefpaßförmigen Dämpfungsverlauf im Nutzsignal-Frequenzbereich des digitalen Eingangssignals aufweist; (c) Filtern des digitalen Eingangssignals durch das eingestellte Interpolationsfilter.17. A method for digital interpolation of a digital input signal with the following steps: (a) receiving a digital input signal with a predetermined clock frequency fi n ; (b) determining filter coefficients of an adjustable interpolation filter whose amplitude response has a low-pass attenuation curve in the useful signal frequency range of the digital input signal; (c) Filtering the digital input signal by the set interpolation filter.
18. Verfahren nach Anspruch 17, bei dem die Filterkoeffizienten des Interpolationsfilters (5) in Abhängigkeit von einer Basisfunktion BF bestimmt werden.18. The method according to claim 17, wherein the filter coefficients of the interpolation filter (5) are determined as a function of a basic function BF.
19. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche 17 oder 18, bei dem die Basisfunktion BF in einem Speicher (20) abgespeichert wird.19. The method according to any one of the preceding claims 17 or 18, wherein the basic function BF is stored in a memory (20).
20. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche 17 oder 18, bei dem die Basisfunktion BF aus vorgegebenen Grundfunktionen GF generiert wird.20. The method according to any one of the preceding claims 17 or 18, in which the basic function BF is generated from predetermined basic functions GF.
21. Verfahren nach Anspruch 20, bei dem eine erste Grundfunktion eine zeitbegrenzte potenzierte Sinusfunktion ist.21. The method of claim 20, wherein a first basic function is a time-limited exponentiated sine function.
22. Verfahren nach Anspruch 21, bei dem die erste Grundfunktion lautet: hι(t) = sin[t-π/n]m-σ (t) -sin [t -π/n]m-σ (t-n) m,n >=1 m, n e R wobei σ (t-n) der Einheitssprung zum Zeitpunkt n ist.22. The method according to claim 21, wherein the first basic function is: hι (t) = sin [t-π / n] m -σ (t) -sin [t -π / n] m -σ (tn) m, n> = 1 m, ne R where σ (tn) is the unit jump at time n.
23. Verfahren nach Anspruch 20, bei dem die zweite Grundfunk- tion GF eine Abtasthaltefunktion erster Ordnung ist.23. The method of claim 20, wherein the second basic function GF is a sample hold function of the first order.
24. Verfahren nach Anspruch 21, bei dem die zweite Grundfunktion lautet: h2(t) = σ (t) - σ (t-n) wobei σ (t-n) der Einheitssprung zum Zeitpunkt n ist. 24. The method of claim 21, wherein the second basic function is: h 2 (t) = σ (t) - σ (tn) where σ (tn) is the unit jump at time n.
25. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem eine Vielzahl von Filterkoeffizientensätzen des Interpolationsfilters (5) in Abhängigkeit von der Basisfunktion BF generiert werden, die jeweils im Nutzsignal-Frequenzbereich Δfnutz einen im wesentlichen gleichen Amplitudengang und unterschiedliche Gruppenlaufzeiten τ aufweisen, wobei anschließend derjenige Filterkoeffizientensatz zur Bestimmung der Filterkoeffizienten des Interpolationsfilters (5) selektiert wird, dessen Gruppenlaufzeit τ der eingestellten Soll- Gruppenlaufzeit τsoιι entspricht. 25. The method according to any one of the preceding claims, wherein a plurality of sets of filter coefficients of the interpolation filter (5) are generated as a function of the basis function BF, the payload in each case in the useful signal frequency band .DELTA.f τ having a substantially equal amplitude response and different group delay times, followed the filter coefficient set for determining the filter coefficients of the interpolation filter (5) is selected whose group delay τ corresponds to the set target group delay τ so ιι.
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