単一クロック共有形コンピュータシステム
【課題】 音楽編集、音楽再生や画像映像編集再生等を行うコンピュータにおいて多数の異なる発振子から発生させたクロックを利用する為に生じた雑音発生による音楽再生編集品質の劣化、および映像や画像処理の品質の劣化を防止し、かつ使用発振子の数を減らし、さらに音楽と映像、または複数ある機器の同期タイミングをとるための遅延時間を少なくすることを目的とする。
【解決手段】 一台または複数台のコンピュータで使われているＣＰＵや周辺回路を動作させるクロックと、クロックを利用する周辺機器又は外部機器を、単一の基準クロックから生成したクロックを用いて動作させる。
【解決手段】 一台または複数台のコンピュータで使われているＣＰＵや周辺回路を動作させるクロックと、クロックを利用する周辺機器又は外部機器を、単一の基準クロックから生成したクロックを用いて動作させる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、音声映像信号処理コンピュータ装置および音声映像処理用外部接続機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
コンピュータを構成するＣＰＵ（マイクロプロセッサ）や周辺インターフェース回路及び、それらに接続される外部機器はデジタル動作の基準となるクロックが用いられている。当該クロックは実用精度とコストの面で通常水晶振動子を用いて発生させＰＬＬによる周波数変換回路により異なる周波数のクロックに変換されＣＰＵと接続される回路で用いられているが、ＣＰＵや周辺インターフェース回路で使用されるクロックと周辺インターフェース回路に接続される音声録音再生機器や映像録画再生機器で使用されるクロックは構成するモジュールが異なることや、異なる周波数を用いるため、それらを構成する部分毎にそれぞれ異なる水晶振動子を用いており、各々異なる水晶振動子から生成される微小な周波数の偏差による差分周波数の「うなり」の発生と、異なる成分の位相雑音の発生があり、それらの「うなり」や位相雑音が音声信号の劣化や映像信号を劣化し悪影響を与えている。
【０００３】
一方で、音楽製作や映像製作を行う業務用機器や、高音質再生を目的とする音楽再生やマルチメディアを扱うデジタル周辺機器では音質や映像品質向上のため高精度水晶発振器やルビジウム発信器を用いた高精度基準クロックを用いて高音質高画質を目的として編集や再生を行っているが、それらの装置と接続される周辺インターフェース装置及びＣＰＵの動作クロックは従来通り水晶振動子が用いられているために、周波数の偏差の影響やそれらから発生する雑音は周辺インターフェース回路へ接続されるワイヤーの信号線やシールド線、もしくは空中への電波雑音となりデジタル周辺機器やワードクロックのジッターを増加させるなど映像や音声信号を復調する際の悪影響は避けられなかった。またマイクロプロセッサを使用する機器では同一周波数のクロックを扱うことが多く、クロックの精度差からくる微小な周波数の偏差による「うなり」の音楽信号への影響は避けられなかった。差分の周波数が低い場合や意図しない検波回路が生じてしまう場合にはアナログ信号へ直接影響を及ぼすこともあり、音質への影響はさらに大きくなる。
【０００４】
デジタルでの音声再生を行う場合、他のそれらの機器との同期を行う場合はワードクロックというサンプリング周波数に応じたクロックを用いている。ワードクロックは機器ごとに異なるデジタル音声出力のタイミングをとるためには有効な手段であり、サンプリング定理により、正確な周波数と理想的なクロックで動作している場合は元のアナログ信号に完全に復調されるが、実際には、それらを制御しているＣＰＵなどのクロックとは同期していない為に、異なるクロックから発生する微小な周波数の偏差によるワードクロックへの「うなり」や「雑音」の影響は避けられず、ワードクロックは音声復調時の周波数側の基準となっているために、雑音がワードクロックに重乗しジッター成分がある場合には、Ｄ／Ａ変換でアナログ信号に変換する際に音質へ悪影響を与えてしまう。さらにコンピュータを含むシステムを構成するために多くの異なる特性の水晶振動子を使わなくてはならないため位相雑音や直接発生する雑音など、雑音が様々な周波数やタイミングで発生するために雑音を防ぐ処理をすることが容易ではない。
【０００５】
デジタル再生を行う場合にワードクロックよりもさらに高性能を得る手段としてデータ送り出しの最終的な内部処理で利用するワードクロックの２５６倍のクロックなど、より内部クロックに近い周波数を基準クロックとして用いる工夫もされているが、それらをコントロールするＣＰＵの動作クロックとはタイミングが異なるために、ワードクロック同様クロックからの雑音や微小な周波数の偏差による影響は避けられない。
【０００６】
コンピュータの時間管理は内部タイマー又はインターネット経由の基準時間、もしくは外部から利用する基準時間信号を利用することになるが、タイマーの精度や分解能は、音声映像の編集再生などの処理においては不十分であり、さらに処理の効率化などから複数台のコンピュータを利用する場合も多いが、細かなタイミングが問題となる映像や音声の録画や録音、そして再生では高精度のクロックを用いなければ正確な処理は不可能であるため必ずワードクロックを利用することとなりワードクロックは内部処理のタイマーや動作クロックとは同期していない為更に多くのノイズが発生することとなる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ＣＰＵや周辺回路及び音声やビデオ回路に異なる発振子による同一周波数のクロックもしくは隣接した周波数のクロックを多数使うことによる、微小な周波数偏差から発生する「うなり」を抑え、音声や映像信号への影響を避ける。複数台のコンピュータを使い処理する場合にはさらに同一周波数の異なる発振子から生成されたクロックを利用することになり、さらに微少な周波数偏差が問題となるため、これらの影響を避けて高性能とするためには、同時に利用するクロックの周波数の変移を同傾向にして各クロックの周波数の微小な偏差を生じないようにする必要がある。たとえば、特許文献１にはドッキングステーションから同期クロックを受けノートパソコンに送るデータを高い信頼性の下に伝送する為の同期クロックと非同期クロックの切り替え利用手法が掲載されている。
【特許文献１】特許公開平１１−３０５８６８ 号公報
【０００８】
また音声再生における品質向上の手段として高精度水晶や高精度ルビジウムクロックなど外部同期クロックを使った音声処理が行われているが、音声再生のスタートタイミングを同期する目的と、最終的な音声再生機器の時間軸側の復調用の同期信号となるために、これらをコントロールするコンピュータの使用クロックから発生する雑音が音声処理用の同期クロックに与える影響を避けるか、効果的にノイズと除去をしないと高音質を得ることが出来ない。たとえば特許文献２にはスタンバイ解除後に輻射されるノイズのパターンを一定にし、マイクロコンピュータ外でのノイズ対策を容易化する手段が掲載されている。
【特許文献１】特許公開平１０−３１５２８ 号公報
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は上記目的を達成するため次の構成を備える。ＣＰＵ及びコンピュータを構成する機器を動作させるための外部クロックを入力する構造を備え、外部機器と同一精度で偏差の同期した内部クロックを生成することにより、周波数の偏差を同傾向にし、同一周波数を利用するクロックがある場合でも「うなり」の発生を防止し、かつクロックから発生する雑音の少ない装置を作ることができる。本発明ではＣＰＵ周辺の動作クロックはＣＰＵへの動作クロック生成と同一クロックを使い生成することにより、ＣＰＵ周辺インターフェース及びそれらにつながる周辺回路も周波数偏差は同傾向に統一されることとなる。更に映像や音声処理用のクロックを同一の基準クロックから生成することで、これらの周波数偏差も同一傾向となる。ＣＰＵ及びＣＰＵに接続されるインターフェースや周辺回路で利用するクロックは外部から注入するクロックをそのまま使用しても良いし、内部で周波数変換して利用しても良い。周波数変換方式はどのような回路でもかまわないが、理想的には周波数精度が変わらず、位相雑音が増加しないものが望ましい。
【発明の効果】
【００１０】
本発明に係る構造によれば以下のような優れた効果を発揮することができる。ＣＰＵに供給される外部クロックはＣＰＵやそれに接続されるインターフェース回路及びそれらに接続される回路全てが外部機器と同一クロックにより動作するために、生成された同一周波数のクロックは、その中心周波数の偏差は同一傾向で同方向に同量の偏差となり、これらを要因とする周波数差分信号による「うなり」が基本的に発生しなくなり、クロックが音声や映像へ与える悪影響の少ないシステム構成が可能となる。異なる周波数で同期しないクロック周波数の場合でも同一クロックから生成されたクロックであるために、精度は同傾向であり、時間や温度変化などの環境の変化が生じてもそれぞれのクロックの偏差は同傾向となり不要なノイズ成分の変化が少なくなる。さらに発生した雑音もそのクロックの精度が同一であるためにフィルタでその雑音を除去する場合にも通過帯域を狭めることが可能で効率的に雑音の除去が可能である。本発明の構成は外部機器とも同期して動作させることが可能となるため一つの発振子で全ての機器の動作をまかなうことができ高精度の装置を構成する場合、コストの面でも有利となる。また複数台のコンピュータを並列動作させるような使い方をする場合には同一クロックによるそれぞれのコンピュータの同期を行うことで全てのコンピュータが同一クロックで動作し、周波数の変位も同一傾向となるために、差分周波数に起因する雑音の発生が抑制され、さらにコンピュータ処理のタイミングが同一になる。なおクロックの供給方法や回路方式、発振子やクロックの種類、クロックの波形の形式、クロックを生成する信号の波形や形式はどのようなものでもかまわないし、本発明を逸脱しない範囲において改変も可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明の好適な実施の形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。
図１は本発明に係る実施の形態を表す構造を記載した図面である。図２は図１の構成を複数台のコンピュータで構成した場合の構成図である。図３は複数台のコンピュータのクロックを外部で生成した場合の構成図である。図４は一般的なデジタル映像音声処理用のコンピュータの本発明を使用した構成図である。図５は異なるクロックをそれぞれ使ったときの影響を説明した図である。
【００１２】
図１において、映像音声の処理をするコンピュータ１３０は外部基準クロック１０１を使用し周波数変換回路１０２を使い水晶発振子１５２と同一周波数に変換されたコンピュータ用クロック（ＣＬＫ０）１４１を使いコンピュータ内部周波数変換回路１５３を使いＣＰＵおよび周辺回路用クロック（ＣＬＫ２）、インターフェース回路用クロック（ＣＬＫ３）ビデオ回路用クロック（ＣＬＫ４）、サウンド回路用クロック（ＣＬＫ５）、外部バス用クロック（ＣＬＫ６）等に変換され各回路で利用される。外部基準クロック１０１から出力された基準クロックａ１１１と基準クロックｂ１１２は同一のクロックである。また外部サウンド回路１０４およびＤ／Ａ変換器１０５で利用するワードクロック１１４とワードクロック１１５は、外部基準クロック１０１から出力された基準クロックａ１１１を使用してワードクロック生成器１０３にて生成され外部サウンド回路１０４とＤ／Ａ変換器１０５に供給され同期される。これらで構成される内部に同一周波数のクロックが存在しても外部基準クロック１０１で生成されたクロックを使用しているため、その中心周波数は周波数精度範囲内で全て同じように移動するために基本的に周波数の差は生じず、「うなり」は発生しない。またワードクロック生成器１０３で生成されたワードクロックａ１１４およびワードクロックｂ１１５とコンピュータ内部で使用している周波数変換回路１５３で生成されたクロックＣＬＫ２、クロックＣＬＫ３は、外部基準クロック１０１の精度に依存するために、位相雑音の成分は基本的に同一傾向となる。周波数変換回路１０２、ワードクロック生成器１０３はどのような構造でもよいし、コンピュータ１３０の内部でも外部にあってもかまわないが外部基準クロック１０１の精度を継承するもの、たとえばＰＬＬ回路、分周器などを利用することが望ましい。また複数の周波数を利用する場合は同一モジュール内に複数の周波数変換回路を収納し、温度変化による動作に影響がないようにすると更に望ましい。本発明の構成はクロックを利用するコンピュータや周辺回路はどのようなものでも良いし、内部バスで接続されている構成でも良いし、外部に接続されていてもかまわない。また利用するクロックの周波数、信号形式、波形はどのようなものであってもかまわない。なおクロックの伝送は同軸ケーブル、光ケーブル、無線通信によるものなどどのような方式でもかまわないが、位相差が生じないものが望ましい。
【００１３】
図２は図１の構成を複数台のコンピュータで構成した場合の構成図である。外部基準クロック２０１で発生したクロック２０２はコンピュータ２３１、コンピュータ２３２、コンピュータ２３３、及びコンピュータ２３４など複数台の機器に接続されている。一つの基準クロックから個々のクロックを生成しているために個々のコンピュータ周辺や内部の環境にクロックの精度は依存されない。図２では４台の構成であるが、４台に限定しているわけではなく、１台以上で更に多くの構成でもよく、外部基準クロック２０１を同じように供給する。コンピュータの内部にある周波数変換回路２２１、周波数変換回路２２２、２２３、２２４はそれぞれ 内部で使う周波数に内部クロック２０３、内部クロック２０４、内部クロック２０５に変換する。この場合、周波数変換回路２２１、周波数変換回路２２２、周波数変換回路２２３、周波数変換回路２２４はコンピュータ２３１，コンピュータ２３２、コンピュータ２３３、コンピュータ２３４の内部にあるために、必要などのような周波数に変換しても良く、必要とされる周波数が何種類もある場合には周波数変換回路は複数台あっても良い。また外部基準クロック２０１を供給する機器は、コンピュータに限らずとも良く、図１の様に、映像編集再生装置や音楽編集再生などの音響装置などクロックを使う機器に同時に供給しても良い。
【００１４】
図３は図２で表される構成で、コンピュータの必要としているクロックの周波数が同じ場合の構成例であり、外部基準クロック３０１から供給されるクロック３０２は、周波数変換回路３１１で変換生成されクロック３０３となり、コンピュータ３２１、コンピュータ３２２、コンピュータ３２３、コンピュータ３２４それぞれへ供給される。この場合、クロック３０３が供給される機器全てが同一クロックで動作されることとなる。つまり、それぞれ個々のコンピュータのクロックの精度は、基本的に個々のコンピュータの環境に依存しない。さらにそれぞれのコンピュータにデジタル音楽再生のワードクロックや映像の同期クロックのような基準となるクロックを供給することで完全に同期した動作を行うことも可能になる。
【００１５】
図４は、クロックを使う機器の構成例として映像と音声をデジタル編集する装置に本発明を使った図である。外部基準クロック４０１で発生したクロック４０２、クロック４０３、クロック４０４は同一周波数のクロックであり、それぞれ周波数変換回路４１１、周波数変換回路４１２及びワードクロック生成器４１３に入力され、接続される機器に必要なクロック４２１、クロック４２２、クロック４２３、クロック４２４に変換される。生成されたクロックのうち周波数変換回路４１２で生成されたクロック４２２はコンピュータ４３０の内部で使用されるクロックとして周波数変換回路４３４で変換されＣＰＵおよび周辺回路４３５やインターフェース回路４３６で利用される。また周波数変換回路４１１で変換されたクロック４２１は、コンピュータ４３０内部のグラフィック回路４３７で使用される。グラフィック回路では映像処理用のプロセッサやモニターに映し出すためのビデオ信号の生成などを行うが、ここでも同一の外部基準クロック４０１から生成したクロックとなるためにそれぞれの周波数の精度は同傾向となり、周波数変位が異なることによる偏差の幅が抑制される。さらにワードクロック生成器４１３で作られたワードクロック４２３をサウンド回路４３９及びＤ／Ａ変換器４４１で利用することにより、音楽信号をデジタルＰＣＭデータから作る際のノイズ成分はコンピュータ４３０内部で使用しているクロック４２１、クロック４２２、クロック４３２、クロック４３３と同傾向となり音質への悪影響が少なくなる。
【００１６】
図５は異なるクロックをそれぞれ使ったときの影響を説明した図である。説明のために基準となる信号を信号（ａ）として比較している。つまり周期５２１と周期５２２は同一で周期５２３は周期と同一であり位相のみずれている。周期５２４は他の周期と異なり少し周期が長い。これらの信号において理想的な周波数が全く同じ信号で位相のみずれている場合は位相差５１１や位相差５１２が生じるが、この差は時間とともには変化しないし「うなり」も生じない。しかし周波数が少しずれている場合は位相差５１３や位相差５１４が生じ、なおかつ温度変化などの水晶振動子への影響から一般には時間とともにその差は変化する。これらの周期の偏差は同一周波数表示のクロックでの平均周波数の偏差及び、温度変化や経年変化で生じる偏差から生じる。微少な周期の差がある場合、周期５２３と周期５２４の差から発生する「うなり」が発生する。周波数の差は、同一周波数の水晶発振子を使う場合でも微少な周波数の偏差が生じるのと、温度による変化や経年変化は一定の変化率ではなく、同じ周波数表示のクロックであってもクロックの数だけ様々な周波数の偏差が生じるクロックを使っていることとなってしまう。本発明では、異なる装置や異なるコンピュータで使用するクロックを単一の外部基準クロックから生成するために、基本的に周波数の偏差は外部基準クロックに支配され、偏差は同じ方向に変移するため、図５で説明している周波数の偏差から生じる影響は生じない。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明に係る構成図である。
【図２】図１の構成を複数台のコンピュータで構成した場合の構成図である。
【図３】複数台のコンピュータ又は周辺機器のクロックを外部で生成した場合の構成図である。
【図４】一般的なデジタル映像音声処理用のコンピュータを使用した構成図である。
【図５】異なるクロックをそれぞれ使ったときの影響を説明した図である。
【符号の説明】
【００１８】
１０１ 外部基準クロック
１０２ 周波数変換回路
１０３ ワードクロック生成器
１０４ 外部サウンド回路
１０５ Ｄ／Ａ変換器
１１１ 基準クロックａ
１１２ 基準クロックｂ
１１３ コンピュータ用クロックＣＬＫ１
１１４ ワードクロックａ
１１５ ワードクロックｂ
１１６ ＳＰＤＩＦデジタル信号
１２１ アナログ音声出力
１３０ コンピュータ
１４１ コンピュータ用クロックＣＬＫ０
１４２ ＣＰＵおよび周辺回路用クロックＣＬＫ２
１４３ インターフェース回路用クロックＣＬＫ３
１４４ ビデオ回路用クロックＣＬＫ４
１４５ サウンド回路用クロックＣＬＫ５
１４６ 外部バス用クロックＣＬＫ６
１５１ クロック切り替えスイッチ
１５２ コンピュータ用水晶発振子
１５３ パソコン内部周波数変換回路
１５４ ＣＰＵおよび周辺回路
１５５ インターフェース回路
１５６ グラフィック回路
１５７ サウンド回路
２０１ 外部基準クロック
２０２ クロックＣＬＫ０
２０３ 内部クロックＣＬＫ１
２０４ 内部クロックＣＬＫ２
２０５ 内部クロックＣＬＫ３
２０６ 内部クロックＣＬＫｎ
２２１ 周波数変換回路１
２２２ 周波数変換回路２
２２３ 周波数変換回路３
２２４ 周波数変換回路ｎ
２３１ コンピュータ１
２３２ コンピュータ２
２３３ コンピュータ３
２３４ コンピュータｎ
３０１ 外部基準クロック
３０２ クロックＣＬＫ０
３０３ コンピュータクロック
３１１ 周波数変換回路
３２１ コンピュータ１
３２２ コンピュータ２
３２３ コンピュータ３
３２４ コンピュータｎ
４０１ 外部基準クロック
４０２ クロック
４０３ クロック
４０４ クロック
４１１ 周波数変換回路１
４１２ 周波数変換回路２
４１３ ワードクロック生成器
４２１ クロックＣＬＫ０
４２２ クロックＣＬＫ１
４２３ ワードクロック
４２４ ワードクロック
４３０ コンピュータ
４３１ 水晶振動子
４３２ クロック２
４３３ クロック３
４３４ 周波数変換回路１
４３５ ＣＰＵおよび周辺回路
４３６ インターフェース回路
４３７ グラフィック回路
４３８ デジタル音声回路
４３９ ＳＰＤＩＦデジタル出力
４４１ Ｄ／Ａ変換器
４５１ アナログ音声出力
４５２ アナログ音声出力
４５３ ビデオ出力
５０１ 信号（ａ）
５０２ 信号（ｂ）
５０３ 信号（ａ）
５０４ 信号（ｃ）
５１１ 位相差
５１２ 位相差
５１３ 位相差
５１４ 位相差
５２１ 周期
５２２ 周期
５２３ 周期
５２４ 周期
【技術分野】
【０００１】
本発明は、音声映像信号処理コンピュータ装置および音声映像処理用外部接続機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
コンピュータを構成するＣＰＵ（マイクロプロセッサ）や周辺インターフェース回路及び、それらに接続される外部機器はデジタル動作の基準となるクロックが用いられている。当該クロックは実用精度とコストの面で通常水晶振動子を用いて発生させＰＬＬによる周波数変換回路により異なる周波数のクロックに変換されＣＰＵと接続される回路で用いられているが、ＣＰＵや周辺インターフェース回路で使用されるクロックと周辺インターフェース回路に接続される音声録音再生機器や映像録画再生機器で使用されるクロックは構成するモジュールが異なることや、異なる周波数を用いるため、それらを構成する部分毎にそれぞれ異なる水晶振動子を用いており、各々異なる水晶振動子から生成される微小な周波数の偏差による差分周波数の「うなり」の発生と、異なる成分の位相雑音の発生があり、それらの「うなり」や位相雑音が音声信号の劣化や映像信号を劣化し悪影響を与えている。
【０００３】
一方で、音楽製作や映像製作を行う業務用機器や、高音質再生を目的とする音楽再生やマルチメディアを扱うデジタル周辺機器では音質や映像品質向上のため高精度水晶発振器やルビジウム発信器を用いた高精度基準クロックを用いて高音質高画質を目的として編集や再生を行っているが、それらの装置と接続される周辺インターフェース装置及びＣＰＵの動作クロックは従来通り水晶振動子が用いられているために、周波数の偏差の影響やそれらから発生する雑音は周辺インターフェース回路へ接続されるワイヤーの信号線やシールド線、もしくは空中への電波雑音となりデジタル周辺機器やワードクロックのジッターを増加させるなど映像や音声信号を復調する際の悪影響は避けられなかった。またマイクロプロセッサを使用する機器では同一周波数のクロックを扱うことが多く、クロックの精度差からくる微小な周波数の偏差による「うなり」の音楽信号への影響は避けられなかった。差分の周波数が低い場合や意図しない検波回路が生じてしまう場合にはアナログ信号へ直接影響を及ぼすこともあり、音質への影響はさらに大きくなる。
【０００４】
デジタルでの音声再生を行う場合、他のそれらの機器との同期を行う場合はワードクロックというサンプリング周波数に応じたクロックを用いている。ワードクロックは機器ごとに異なるデジタル音声出力のタイミングをとるためには有効な手段であり、サンプリング定理により、正確な周波数と理想的なクロックで動作している場合は元のアナログ信号に完全に復調されるが、実際には、それらを制御しているＣＰＵなどのクロックとは同期していない為に、異なるクロックから発生する微小な周波数の偏差によるワードクロックへの「うなり」や「雑音」の影響は避けられず、ワードクロックは音声復調時の周波数側の基準となっているために、雑音がワードクロックに重乗しジッター成分がある場合には、Ｄ／Ａ変換でアナログ信号に変換する際に音質へ悪影響を与えてしまう。さらにコンピュータを含むシステムを構成するために多くの異なる特性の水晶振動子を使わなくてはならないため位相雑音や直接発生する雑音など、雑音が様々な周波数やタイミングで発生するために雑音を防ぐ処理をすることが容易ではない。
【０００５】
デジタル再生を行う場合にワードクロックよりもさらに高性能を得る手段としてデータ送り出しの最終的な内部処理で利用するワードクロックの２５６倍のクロックなど、より内部クロックに近い周波数を基準クロックとして用いる工夫もされているが、それらをコントロールするＣＰＵの動作クロックとはタイミングが異なるために、ワードクロック同様クロックからの雑音や微小な周波数の偏差による影響は避けられない。
【０００６】
コンピュータの時間管理は内部タイマー又はインターネット経由の基準時間、もしくは外部から利用する基準時間信号を利用することになるが、タイマーの精度や分解能は、音声映像の編集再生などの処理においては不十分であり、さらに処理の効率化などから複数台のコンピュータを利用する場合も多いが、細かなタイミングが問題となる映像や音声の録画や録音、そして再生では高精度のクロックを用いなければ正確な処理は不可能であるため必ずワードクロックを利用することとなりワードクロックは内部処理のタイマーや動作クロックとは同期していない為更に多くのノイズが発生することとなる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ＣＰＵや周辺回路及び音声やビデオ回路に異なる発振子による同一周波数のクロックもしくは隣接した周波数のクロックを多数使うことによる、微小な周波数偏差から発生する「うなり」を抑え、音声や映像信号への影響を避ける。複数台のコンピュータを使い処理する場合にはさらに同一周波数の異なる発振子から生成されたクロックを利用することになり、さらに微少な周波数偏差が問題となるため、これらの影響を避けて高性能とするためには、同時に利用するクロックの周波数の変移を同傾向にして各クロックの周波数の微小な偏差を生じないようにする必要がある。たとえば、特許文献１にはドッキングステーションから同期クロックを受けノートパソコンに送るデータを高い信頼性の下に伝送する為の同期クロックと非同期クロックの切り替え利用手法が掲載されている。
【特許文献１】特許公開平１１−３０５８６８ 号公報
【０００８】
また音声再生における品質向上の手段として高精度水晶や高精度ルビジウムクロックなど外部同期クロックを使った音声処理が行われているが、音声再生のスタートタイミングを同期する目的と、最終的な音声再生機器の時間軸側の復調用の同期信号となるために、これらをコントロールするコンピュータの使用クロックから発生する雑音が音声処理用の同期クロックに与える影響を避けるか、効果的にノイズと除去をしないと高音質を得ることが出来ない。たとえば特許文献２にはスタンバイ解除後に輻射されるノイズのパターンを一定にし、マイクロコンピュータ外でのノイズ対策を容易化する手段が掲載されている。
【特許文献１】特許公開平１０−３１５２８ 号公報
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は上記目的を達成するため次の構成を備える。ＣＰＵ及びコンピュータを構成する機器を動作させるための外部クロックを入力する構造を備え、外部機器と同一精度で偏差の同期した内部クロックを生成することにより、周波数の偏差を同傾向にし、同一周波数を利用するクロックがある場合でも「うなり」の発生を防止し、かつクロックから発生する雑音の少ない装置を作ることができる。本発明ではＣＰＵ周辺の動作クロックはＣＰＵへの動作クロック生成と同一クロックを使い生成することにより、ＣＰＵ周辺インターフェース及びそれらにつながる周辺回路も周波数偏差は同傾向に統一されることとなる。更に映像や音声処理用のクロックを同一の基準クロックから生成することで、これらの周波数偏差も同一傾向となる。ＣＰＵ及びＣＰＵに接続されるインターフェースや周辺回路で利用するクロックは外部から注入するクロックをそのまま使用しても良いし、内部で周波数変換して利用しても良い。周波数変換方式はどのような回路でもかまわないが、理想的には周波数精度が変わらず、位相雑音が増加しないものが望ましい。
【発明の効果】
【００１０】
本発明に係る構造によれば以下のような優れた効果を発揮することができる。ＣＰＵに供給される外部クロックはＣＰＵやそれに接続されるインターフェース回路及びそれらに接続される回路全てが外部機器と同一クロックにより動作するために、生成された同一周波数のクロックは、その中心周波数の偏差は同一傾向で同方向に同量の偏差となり、これらを要因とする周波数差分信号による「うなり」が基本的に発生しなくなり、クロックが音声や映像へ与える悪影響の少ないシステム構成が可能となる。異なる周波数で同期しないクロック周波数の場合でも同一クロックから生成されたクロックであるために、精度は同傾向であり、時間や温度変化などの環境の変化が生じてもそれぞれのクロックの偏差は同傾向となり不要なノイズ成分の変化が少なくなる。さらに発生した雑音もそのクロックの精度が同一であるためにフィルタでその雑音を除去する場合にも通過帯域を狭めることが可能で効率的に雑音の除去が可能である。本発明の構成は外部機器とも同期して動作させることが可能となるため一つの発振子で全ての機器の動作をまかなうことができ高精度の装置を構成する場合、コストの面でも有利となる。また複数台のコンピュータを並列動作させるような使い方をする場合には同一クロックによるそれぞれのコンピュータの同期を行うことで全てのコンピュータが同一クロックで動作し、周波数の変位も同一傾向となるために、差分周波数に起因する雑音の発生が抑制され、さらにコンピュータ処理のタイミングが同一になる。なおクロックの供給方法や回路方式、発振子やクロックの種類、クロックの波形の形式、クロックを生成する信号の波形や形式はどのようなものでもかまわないし、本発明を逸脱しない範囲において改変も可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明の好適な実施の形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。
図１は本発明に係る実施の形態を表す構造を記載した図面である。図２は図１の構成を複数台のコンピュータで構成した場合の構成図である。図３は複数台のコンピュータのクロックを外部で生成した場合の構成図である。図４は一般的なデジタル映像音声処理用のコンピュータの本発明を使用した構成図である。図５は異なるクロックをそれぞれ使ったときの影響を説明した図である。
【００１２】
図１において、映像音声の処理をするコンピュータ１３０は外部基準クロック１０１を使用し周波数変換回路１０２を使い水晶発振子１５２と同一周波数に変換されたコンピュータ用クロック（ＣＬＫ０）１４１を使いコンピュータ内部周波数変換回路１５３を使いＣＰＵおよび周辺回路用クロック（ＣＬＫ２）、インターフェース回路用クロック（ＣＬＫ３）ビデオ回路用クロック（ＣＬＫ４）、サウンド回路用クロック（ＣＬＫ５）、外部バス用クロック（ＣＬＫ６）等に変換され各回路で利用される。外部基準クロック１０１から出力された基準クロックａ１１１と基準クロックｂ１１２は同一のクロックである。また外部サウンド回路１０４およびＤ／Ａ変換器１０５で利用するワードクロック１１４とワードクロック１１５は、外部基準クロック１０１から出力された基準クロックａ１１１を使用してワードクロック生成器１０３にて生成され外部サウンド回路１０４とＤ／Ａ変換器１０５に供給され同期される。これらで構成される内部に同一周波数のクロックが存在しても外部基準クロック１０１で生成されたクロックを使用しているため、その中心周波数は周波数精度範囲内で全て同じように移動するために基本的に周波数の差は生じず、「うなり」は発生しない。またワードクロック生成器１０３で生成されたワードクロックａ１１４およびワードクロックｂ１１５とコンピュータ内部で使用している周波数変換回路１５３で生成されたクロックＣＬＫ２、クロックＣＬＫ３は、外部基準クロック１０１の精度に依存するために、位相雑音の成分は基本的に同一傾向となる。周波数変換回路１０２、ワードクロック生成器１０３はどのような構造でもよいし、コンピュータ１３０の内部でも外部にあってもかまわないが外部基準クロック１０１の精度を継承するもの、たとえばＰＬＬ回路、分周器などを利用することが望ましい。また複数の周波数を利用する場合は同一モジュール内に複数の周波数変換回路を収納し、温度変化による動作に影響がないようにすると更に望ましい。本発明の構成はクロックを利用するコンピュータや周辺回路はどのようなものでも良いし、内部バスで接続されている構成でも良いし、外部に接続されていてもかまわない。また利用するクロックの周波数、信号形式、波形はどのようなものであってもかまわない。なおクロックの伝送は同軸ケーブル、光ケーブル、無線通信によるものなどどのような方式でもかまわないが、位相差が生じないものが望ましい。
【００１３】
図２は図１の構成を複数台のコンピュータで構成した場合の構成図である。外部基準クロック２０１で発生したクロック２０２はコンピュータ２３１、コンピュータ２３２、コンピュータ２３３、及びコンピュータ２３４など複数台の機器に接続されている。一つの基準クロックから個々のクロックを生成しているために個々のコンピュータ周辺や内部の環境にクロックの精度は依存されない。図２では４台の構成であるが、４台に限定しているわけではなく、１台以上で更に多くの構成でもよく、外部基準クロック２０１を同じように供給する。コンピュータの内部にある周波数変換回路２２１、周波数変換回路２２２、２２３、２２４はそれぞれ 内部で使う周波数に内部クロック２０３、内部クロック２０４、内部クロック２０５に変換する。この場合、周波数変換回路２２１、周波数変換回路２２２、周波数変換回路２２３、周波数変換回路２２４はコンピュータ２３１，コンピュータ２３２、コンピュータ２３３、コンピュータ２３４の内部にあるために、必要などのような周波数に変換しても良く、必要とされる周波数が何種類もある場合には周波数変換回路は複数台あっても良い。また外部基準クロック２０１を供給する機器は、コンピュータに限らずとも良く、図１の様に、映像編集再生装置や音楽編集再生などの音響装置などクロックを使う機器に同時に供給しても良い。
【００１４】
図３は図２で表される構成で、コンピュータの必要としているクロックの周波数が同じ場合の構成例であり、外部基準クロック３０１から供給されるクロック３０２は、周波数変換回路３１１で変換生成されクロック３０３となり、コンピュータ３２１、コンピュータ３２２、コンピュータ３２３、コンピュータ３２４それぞれへ供給される。この場合、クロック３０３が供給される機器全てが同一クロックで動作されることとなる。つまり、それぞれ個々のコンピュータのクロックの精度は、基本的に個々のコンピュータの環境に依存しない。さらにそれぞれのコンピュータにデジタル音楽再生のワードクロックや映像の同期クロックのような基準となるクロックを供給することで完全に同期した動作を行うことも可能になる。
【００１５】
図４は、クロックを使う機器の構成例として映像と音声をデジタル編集する装置に本発明を使った図である。外部基準クロック４０１で発生したクロック４０２、クロック４０３、クロック４０４は同一周波数のクロックであり、それぞれ周波数変換回路４１１、周波数変換回路４１２及びワードクロック生成器４１３に入力され、接続される機器に必要なクロック４２１、クロック４２２、クロック４２３、クロック４２４に変換される。生成されたクロックのうち周波数変換回路４１２で生成されたクロック４２２はコンピュータ４３０の内部で使用されるクロックとして周波数変換回路４３４で変換されＣＰＵおよび周辺回路４３５やインターフェース回路４３６で利用される。また周波数変換回路４１１で変換されたクロック４２１は、コンピュータ４３０内部のグラフィック回路４３７で使用される。グラフィック回路では映像処理用のプロセッサやモニターに映し出すためのビデオ信号の生成などを行うが、ここでも同一の外部基準クロック４０１から生成したクロックとなるためにそれぞれの周波数の精度は同傾向となり、周波数変位が異なることによる偏差の幅が抑制される。さらにワードクロック生成器４１３で作られたワードクロック４２３をサウンド回路４３９及びＤ／Ａ変換器４４１で利用することにより、音楽信号をデジタルＰＣＭデータから作る際のノイズ成分はコンピュータ４３０内部で使用しているクロック４２１、クロック４２２、クロック４３２、クロック４３３と同傾向となり音質への悪影響が少なくなる。
【００１６】
図５は異なるクロックをそれぞれ使ったときの影響を説明した図である。説明のために基準となる信号を信号（ａ）として比較している。つまり周期５２１と周期５２２は同一で周期５２３は周期と同一であり位相のみずれている。周期５２４は他の周期と異なり少し周期が長い。これらの信号において理想的な周波数が全く同じ信号で位相のみずれている場合は位相差５１１や位相差５１２が生じるが、この差は時間とともには変化しないし「うなり」も生じない。しかし周波数が少しずれている場合は位相差５１３や位相差５１４が生じ、なおかつ温度変化などの水晶振動子への影響から一般には時間とともにその差は変化する。これらの周期の偏差は同一周波数表示のクロックでの平均周波数の偏差及び、温度変化や経年変化で生じる偏差から生じる。微少な周期の差がある場合、周期５２３と周期５２４の差から発生する「うなり」が発生する。周波数の差は、同一周波数の水晶発振子を使う場合でも微少な周波数の偏差が生じるのと、温度による変化や経年変化は一定の変化率ではなく、同じ周波数表示のクロックであってもクロックの数だけ様々な周波数の偏差が生じるクロックを使っていることとなってしまう。本発明では、異なる装置や異なるコンピュータで使用するクロックを単一の外部基準クロックから生成するために、基本的に周波数の偏差は外部基準クロックに支配され、偏差は同じ方向に変移するため、図５で説明している周波数の偏差から生じる影響は生じない。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明に係る構成図である。
【図２】図１の構成を複数台のコンピュータで構成した場合の構成図である。
【図３】複数台のコンピュータ又は周辺機器のクロックを外部で生成した場合の構成図である。
【図４】一般的なデジタル映像音声処理用のコンピュータを使用した構成図である。
【図５】異なるクロックをそれぞれ使ったときの影響を説明した図である。
【符号の説明】
【００１８】
１０１ 外部基準クロック
１０２ 周波数変換回路
１０３ ワードクロック生成器
１０４ 外部サウンド回路
１０５ Ｄ／Ａ変換器
１１１ 基準クロックａ
１１２ 基準クロックｂ
１１３ コンピュータ用クロックＣＬＫ１
１１４ ワードクロックａ
１１５ ワードクロックｂ
１１６ ＳＰＤＩＦデジタル信号
１２１ アナログ音声出力
１３０ コンピュータ
１４１ コンピュータ用クロックＣＬＫ０
１４２ ＣＰＵおよび周辺回路用クロックＣＬＫ２
１４３ インターフェース回路用クロックＣＬＫ３
１４４ ビデオ回路用クロックＣＬＫ４
１４５ サウンド回路用クロックＣＬＫ５
１４６ 外部バス用クロックＣＬＫ６
１５１ クロック切り替えスイッチ
１５２ コンピュータ用水晶発振子
１５３ パソコン内部周波数変換回路
１５４ ＣＰＵおよび周辺回路
１５５ インターフェース回路
１５６ グラフィック回路
１５７ サウンド回路
２０１ 外部基準クロック
２０２ クロックＣＬＫ０
２０３ 内部クロックＣＬＫ１
２０４ 内部クロックＣＬＫ２
２０５ 内部クロックＣＬＫ３
２０６ 内部クロックＣＬＫｎ
２２１ 周波数変換回路１
２２２ 周波数変換回路２
２２３ 周波数変換回路３
２２４ 周波数変換回路ｎ
２３１ コンピュータ１
２３２ コンピュータ２
２３３ コンピュータ３
２３４ コンピュータｎ
３０１ 外部基準クロック
３０２ クロックＣＬＫ０
３０３ コンピュータクロック
３１１ 周波数変換回路
３２１ コンピュータ１
３２２ コンピュータ２
３２３ コンピュータ３
３２４ コンピュータｎ
４０１ 外部基準クロック
４０２ クロック
４０３ クロック
４０４ クロック
４１１ 周波数変換回路１
４１２ 周波数変換回路２
４１３ ワードクロック生成器
４２１ クロックＣＬＫ０
４２２ クロックＣＬＫ１
４２３ ワードクロック
４２４ ワードクロック
４３０ コンピュータ
４３１ 水晶振動子
４３２ クロック２
４３３ クロック３
４３４ 周波数変換回路１
４３５ ＣＰＵおよび周辺回路
４３６ インターフェース回路
４３７ グラフィック回路
４３８ デジタル音声回路
４３９ ＳＰＤＩＦデジタル出力
４４１ Ｄ／Ａ変換器
４５１ アナログ音声出力
４５２ アナログ音声出力
４５３ ビデオ出力
５０１ 信号（ａ）
５０２ 信号（ｂ）
５０３ 信号（ａ）
５０４ 信号（ｃ）
５１１ 位相差
５１２ 位相差
５１３ 位相差
５１４ 位相差
５２１ 周期
５２２ 周期
５２３ 周期
５２４ 周期
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＣＰＵの動作クロックを外部機器と単一の基準信号または単一の基準クロックから生成されたクロックを用いることを特長とするコンピュータシステム
【請求項２】
ＣＰＵとＣＰＵへ接続されているインターフェース回路及び、インターフェース回路に接続されている、クロックを利用する回路に、単一の基準信号または単一の基準クロックから生成されたクロックを用いる事を特徴としたコンピュータ
【請求項３】
異なる複数台のコンピュータで構成されるシステムにおいて、それらのコンピュータのＣＰＵまたはクロックを利用する回路に、単一の基準信号または単一の基準クロックから生成されたクロックを用いて複数台のコンピュータが動作することを特長とするコンピュータシステム
【請求項１】
ＣＰＵの動作クロックを外部機器と単一の基準信号または単一の基準クロックから生成されたクロックを用いることを特長とするコンピュータシステム
【請求項２】
ＣＰＵとＣＰＵへ接続されているインターフェース回路及び、インターフェース回路に接続されている、クロックを利用する回路に、単一の基準信号または単一の基準クロックから生成されたクロックを用いる事を特徴としたコンピュータ
【請求項３】
異なる複数台のコンピュータで構成されるシステムにおいて、それらのコンピュータのＣＰＵまたはクロックを利用する回路に、単一の基準信号または単一の基準クロックから生成されたクロックを用いて複数台のコンピュータが動作することを特長とするコンピュータシステム
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１１−２１１６７６（Ｐ２０１１−２１１６７６Ａ）
【公開日】平成２３年１０月２０日（２０１１．１０．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−９３５０３（Ｐ２０１０−９３５０３）
【出願日】平成２２年３月２９日（２０１０．３．２９）
【出願人】（５００５８４９７４）
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１０月２０日（２０１１．１０．２０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年３月２９日（２０１０．３．２９）
【出願人】（５００５８４９７４）
【Ｆターム（参考）】
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