AES音频数据流之间的异步采样率转换

文章摘要：框图和性能优势图5中的简单框图显示了 ASRC 中所必须的两个关键设计部分。第一个部分用来确定输入采样率和输出采样率之间的变化，用“比例控制”标出。第二个部分“二次采样器”是一组原型滤波器，按照比例控制所提供的统计数据进行变化。图5 XilinxASRC参考设计的顶层框图ASRC 参考设计将立体声音频从一个采样频率转换到另一个采样频率。输入和输出频率可以互为任意的比例，或为基于不同时钟的同一个频率。输出是输入的带宽限制版本，输入被重新采样，来与输出采样时序匹配。参考设计有如下这些特点：全异步工作可扩展至多条通道最差情况下 -125dB 的THD+N，典型情况下 -130dB的 THD+N24位

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　　框图和性能优势

　　图5中的简单框图显示了 ASRC 中所必须的两个关键设计部分。第一个部分用来确定输入采样率和输出采样率之间的变化，用“比例控制”标出。第二个部分“二次采样器”是一组原型滤波器，按照比例控制所提供的统计数据进行变化。

　　

　　图5 XilinxASRC参考设计的顶层框图

　　ASRC 参考设计将立体声音频从一个采样频率转换到另一个采样频率。输入和输出频率可以互为任意的比例，或为基于不同时钟的同一个频率。输出是输入的带宽限制版本，输入被重新采样，来与输出采样时序匹配。参考设计有如下这些特点：

　　全异步工作

　　可扩展至多条通道

　　最差情况下 -125dB 的THD+N，典型情况下 -130dB的 THD+N

　　24位音频字宽度的输入和输出，31位的内部数学精度和远离0的进位

　　自动监视输入到输出的采样率之比，不断对滤波器进行调整

　　连续的有理数/小数比例，上变频为8:1

　　连续的有理数/小数比例，下变频为1:7.5

　　具有自适应滤波功能的连续输入到输出采样率监视

　　输 入/输出采样率在8kHx-192kHz连续范围内

　　更低的确定性延迟

　　参考设计有一个内插系数的FIR滤波器，它由 Virtex TM -5 中作为主数学单元的DSP48E和用作输入采样缓存和原型存储的block RAM来实现。

　　结论

　　为不同数量数字音频通道维持不同的输入到输出音频采样率，并支持新的 AVB功能的需求是一个巨大的挑战。从变化的协议、存储器管理、不同的负载和不同的系统接口等方面，很容易看到这些设计需要 ASSP 和 ASIC 所无法提供的高性能和低成本的灵活性。这些挑战为 Virtex-5 器件创造了机会，因为这些器件能够让设备厂商针对不断发展的AVB设备市场创建相应的解决方案。

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　　采样率转换理论

　　图2显示了通常情况下上变频或下变频的概念。变频比可以在带有小数的有理数范围内连续变化。

　　

　　图2 用于进行采样率转换的经典数据概念

　　从框图可以看出，先进行上变频(产生更多的样本和时间位置以供选择)，再进行下变频(选择输出数据流中与所希望的样本位置最符合的样本)。数据路径中的抗干扰/抗锯齿滤波器确保频谱范围低于输入和输出采样频率的奈奎斯特速率的一半。 图3和图4显示，对于每个输出采样位置或输出相位，都需要一组不同的 子滤波系数，因为相对于输出相位而言，输入处于不同位置上。具有一组系数与输入采样位置对应的子滤波器，由内插的原型滤波器系数实现。当子滤波器与相应的输入样本进行卷积后，将产生所需的输出样本。这一过程会不断重复，为每个输出样本插入新的子滤波器系数。

　　

　　图3 与原始样本位置相关的样本位置显示了所使用的内插样本

　　

　　图4 位于输出样本位置中心的原型滤波器

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