JP3799146B2 - 1-bit signal processor - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、1ビット信号処理装置に関し、特に、フィルタを有するn(≧3)次のデルタ−シグマ変調器を備えた1ビット信号処理装置に関する。なお、本発明の実施例では、音声信号処理装置について説明しているが、本発明は、音声信号処理装置に限定されるものではない。
【0002】
【従来の技術】
アナログ信号を、ナイキスト周波数以上の周波数でサンプリングし、得られるサンプルの振幅をmビットで量子化することによって、アナログ信号をディジタル信号に変換することが知られている。例えばm=8のときは、サンプル値は、8ビットの精度で量子化される。一般的に、mは1以上とされる。
【0003】
アナログ信号を1ビットのディジタル信号に量子化するアナログ/ディジタル変換器(以下、A/D変換器という。)として、「シグマ−デルタA/D変換器」又は「デルタ−シグマA/D変換器」が知られている。ここでは、「デルタ−シグマ」の用語を用いる。そのようなデルタ−シグマA/D変換器は、例えば、クレイグ・マービン(Craig Marven)、ギリアン・イーワース(Gillian Ewers)著、1993年、テキサスインストルメント(Texas Instruments)出版の「ディジタル信号処理への簡単なアプローチ(A Simple Approach to Digital Signal Processing)」(ISBN 0-904.047-00-8)に記述されている。
【0004】
デルタ−シグマA/D変換器では、図9に示すように、アナログ入力信号と、1ビットの出力信号の積分値(シグマ)との差分(デルタ)が加算器101によって求められ、1ビット量子化器102に供給される。出力信号は、論理0と論理1のビットよりなるが、論理0と論理1は、実際の値としては−1と+1をそれぞれ表している。積分器103は、1ビットの出力信号を累積し、アナログ入力信号の値に追従する累積値を出力する。1ビット量子化器102は、生成するビット毎に、累積値を増加(+1)又は減少(−1)させる。デルタ−シグマA/D変換器のサンプリング周波数は、累積値がアナログ入力信号に追従するような出力ビットストリームを生成することができるように、高い周波数とされる。
【0005】
特許請求の範囲及び以下の説明で用いている「1ビット」信号の用語は、例えばデルタ−シグマA/D変換器によって生成され、1ディジタルビットの精度で量子化された信号を意味する。
【0006】
デルタ−シグマ変調器(以下、DSMという。)は、1ビット信号を直接処理するn次のフィルタとして構成され、このn次のフィルタは、1993年10月7日〜10日に行われた第95回AES(Audio Engineering Society)会議でエヌ・エム・ケーシー(N.M. Casey)、ジェームス・エー・エス・アンガス(James A.S. Angus)によって発表された論文「音声信号の1ビットディジタル処理(One Bit Digital Processing of Audio Signals)」−信号処理:音声研究グループ、電気部門、ヨーク大学、ヘスリングトン、ヨークY01 5DD 英国(Signal Processing : Audio Research Group, The Electronics Department, The University of York, Heslington, York YO1 5DD England)で提案されたものである。図10は、DSMの3(n=3)次のフィルタ部分の構成を示すブロック図である。
【0007】
DSMは、図10に示すように、1ビット信号が入力される入力端子111と、処理された1ビット信号を出力する出力端子117とを備える。1ビット信号の各ビットは、DSM全体において所定のクロック(図示せず)に同期して処理される。出力ビット信号は、例えば閾値が0の比較器からなる1ビット量子化器115によって生成される。DSMは、入力端子111に接続された1ビット乗算器112,112,112と、出力端子117に接続された1ビット乗算器116,116,116と、加算器113,113,113と、積分器114,114,114とを備えている。
【0008】
1ビット乗算器112〜112は、入力端子111を介して供給される1ビット信号にpビットからなる係数A〜Aをそれぞれ乗算し、得られるpビットの乗算値を加算器113〜113にそれぞれ供給し、1ビット乗算器116〜116は、出力信号にpビットの係数C〜Cをそれぞれ乗算し、得られるpビットの乗算値を加算器113〜113にそれぞれ供給する。加算器113〜113は、それらの乗算値をそれぞれ加算し、得られる加算値を積分器114〜114に供給する。また、中間段の加算器113,113は、前段の積分器114,114の出力もそれぞれ加算する。最終段は、入力端子111に接続された1ビット乗算器112と、加算器113とを備え、1ビット乗算器112は、入力1ビット信号にpビットの係数Aを乗算し、加算器113は、この乗算値に前段の積分器114の出力を加算する。そして、得られる加算値は、1ビット量子化器115に供給される。
【0009】
DSMでは、正及び負のpビットの数を表すために2の補数計算が用いられる。1ビット量子化器115は、正の値が入力されると、それを+1(論理1)に量子化し、負の値が入力されると、それを−1(論理0)に量子化して出力する。
【0010】
ケーシー及びアンガス著の論文には、「1ビットの処理装置は、雑音により許容できないほど不明瞭な音声信号を含む1ビットの出力信号を生成するので、・・・量子化雑音を適切に除去しなければならない。」との記載がある。音声信号を不明瞭にする雑音は、1ビット量子化器115によって発生する量子化雑音である。
【0011】
1ビット量子化器115は、音声信号が供給される第1の入力端子と、音声信号と実質的に相関がないランダムビットストリーム(量子化雑音)が供給される第2の入力端子とを有する加算器と見なすことができる。このモデルでは、入力端子111を介して入力される音声信号は、1ビット乗算器112〜112によって出力端子117にフィードフォワードされるとともに、1ビット乗算器116〜116によってフィードバックされる。したがって、フィードフォワードパスにおける係数A〜Aは、音声信号の伝達関数のz変換における零点を定め、フィードバックパスにおける係数C〜Cは、伝達関数のz変換における極を定めている。
【0012】
一方、雑音信号は、1ビット量子化器115から1ビット乗算器116〜116によってフィードバックされ、係数C〜Cは、雑音信号の伝達関数の極を定めている。雑音信号の伝達関数は、入力信号の伝達関数とは異なっている。
【0013】
係数A〜A,C〜Cは、他の所望の特性の中で回路安定度が得られるように定められる。
【0014】
係数C〜Cは、例えば図11に実線120で示すように、音声帯域内における量子化雑音を除去して最小にするように定められる。
【0015】
係数A〜A,C〜Cは、また所望の音声信号特性が得られるように定められる。
【0016】
係数A〜A,C〜Cは、以下のようにして定めることができる。
【0017】
a)例えば雑音除去機能を有する所望のフィルタ特性の伝達関数をz変換してH(z)を求める。
【0018】
b)H(z)を係数に変換する。
【0019】
これは、「5次のシグマ−デルタA/D変換器の理論と実践(Theory and Practical Implementation of a Fifth Order Sigma-Delta A/D Converter)」、オーディオ・エンジニアリング・ソサィティ・ジャーナル、39巻、No.7/8、1991年、7月/8月、アール・ダブル・アダムス等著(Journal of Audio Engineering Society, Volume 39, no. 7/8, 1991 July/August by R.W Adamset al.)、及びアンガスとケーシーの上述した論文に記述されている方法を用いて、行うことができる。
【0020】
ここで、係数を定める具体的な方法について説明する。
【0021】
5次のDSMを解析する過程と、所望のフィルタ特性が得られる係数を計算する過程とを概説する。
【0022】
5次のDSMは、図12に示すように、係数a〜fの乗算器121〜121と、加算器122〜122と、積分器123〜123と、係数A〜Eの乗算器125〜125とを備えている。積分器123〜123は、それぞれ単位遅延時間を有する。積分器123〜123は、それぞれ信号s[n],t[n],u[n],v[n],w[n]を出力する。DSMには、信号x[n]が入力される。ここで、[n]は、クロックに同期した連続のサンプルにおける1つのサンプルを表している。量子化器124は、信号y[n]を出力し、この信号y[n]は、DSMの出力信号でもある。量子化器124を信号にランダム雑音を加える単なる加算器として動作すると見なしたモデルに基づいて解析する。したがって、量子化器124は、この解析では無視される。
【0023】
サンプル[n]における出力信号y[n]は、入力信号x[n]に係数fを乗算し、それに前段の積分器123の出力信号w[n]を加算したものであり、例えばy[n]=fx[n]+w[n]で表される。
【0024】
同じ原理を積分器123〜123の各出力信号に適用すると、下記式1が得られる。
【0025】
y[n]=fx[n]+w[n]
w[n]=w[n−1]+ex[n−1]+Ey[n−1]+v[n−1]
v[n]=v[n−1]+dx[n−1]+Dy[n−1]+u[n−1]
u[n]=u[n−1]+cx[n−1]+Cy[n−1]+t[n−1]
t[n]=t[n−1]+bx[n−1]+By[n−1]+s[n−1]
s[n]=s[n−1]+ax[n−1]+Ay[n−1]
・・・式1
これらの式1をz変換すると、下記式2が得られる。
【0026】
Y(z)=fX(z)+W(z)
W(z)(1−z−1)=z−1(eX(z)+EY(z)+V(z))
V(z)(1−z−1)=z−1(dX(z)+DY(z)+U(z))
U(z)(1−z−1)=z−1(cX(z)+CY(z)+T(z))
T(z)(1−z−1)=z−1(bX(z)+BY(z)+S(z))
S(z)(1−z−1)=z−1(aX(z)+AY(z))
・・・式2
z変換式2において、Y(z)をX(z)の単一関数として解くと、下記式3が得られる。
【0027】
【数1】

Figure 0003799146
【0028】
DSMの伝達関数は、Y(z)/X(z)であり、下記式4に示すように、zの級数で表される。この式4の右辺の1行目は、式3に基づいて2行目に示すように表すことができる。
【0029】
【数2】
Figure 0003799146
【0030】
式4において、所望の伝達関数を満足するように係数α,βを決め、係数α〜αから係数f〜aを、係数β〜βから係数E〜Aを導く。
【0031】
右辺の2行目の分子におけるzの項はfだけであり、したがって、f=αである。
【0032】
次に、右辺の1行目の分子からα(1−z−1)を引くと、α+α−1・・・+・・・α−5−α(1−z−1)が得られる。
【0033】
同様に、右辺の2行目の分子からf(1−z−1)を引く。このとき、z−1の項はeだけであり、このeは、右辺の1行目の対応したαと等しい。
【0034】
以上の処理を、式4の分子の全ての項に対して繰り返して、係数d〜aを求める。また、この処理を式4の分母の全ての項に対して繰り返して、係数E〜Aを求める。
【0035】
【発明が解決しようとする課題】
DSM間で信号をフィルタリングし、またDSM間で1ビット信号のストリームを維持することが望ましい。このフィルタリングが必要な理由は、例えば縦続接続されたDSMにおいて望ましくない量子化雑音が蓄積されるのを防止するためである。しかしながら、適切なディジタルフィルタは、少なくとも、ビットストリームの各ビットを加算して多ビットの信号を生成し、及び/又はビットストリームにp(≧1)ビットの係数を乗算する。そして、このようなフィルタに縦続したDSMの全ての係数乗算器は、pビット信号が供給されるpビットの乗算器でなければならず、非常に不経済である。
【0036】
本発明は、上述したような実情に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、1ビット信号を処理する直列又は縦続接続された複数のデルタ−シグマ変調器を備える1ビット信号処理装置を提供することである。なお、上述した論文には、このような提案については、何ら記載も示唆もされていない。
【0037】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る1ビット信号処理装置は、n(≧3)次のデルタ−シグマ変調手段を備える。このn次のデルタ−シグマ変調手段は、第1の1ビット信号が入力される第1の入力手段と、第2の1ビット信号が入力される第2の入力手段と、pビット信号を1ビット信号に再量子化して、当該1ビット信号処理装置の出力信号として出力する量子化手段と、複数の信号混合手段とを有する。これらの複数の信号混合手段は、入力される第1の1ビット信号と第1の係数の積と、入力される第2の1ビット信号と第2の係数の積と、出力信号と第3の係数の積との加算値の積分値を求める第1段目の信号混合手段と、入力される第1の1ビット信号と第1の係数の積と、入力される第2の1ビットと第2の係数の積と、上記出力信号と第3の係数の積と、前段の積分値との加算値の積分値を求める少なくとも1つの中間段の信号混合手段と、入力される1ビット信号と第1の係数の積と、入力される第2の1ビット信号と第2の係数と、前段の積分値との加算値を求めて、量子化手段で1ビット信号に再量子化されるpビット信号を生成する最終段の信号混合手段とからなる。
【0038】
第1の1ビット信号と第2の1ビット信号は、第1の係数と第2の係数の比率で混合される。また、第3の係数は、雑音除去のために固定の値とされる。更に、第1の係数及び又は第2の係数は、可変である。
【0039】
この1ビット信号処理装置は、制御信号に基づいて、上記可変の第1及び第2の係数を発生し、上記複数の信号混合手段に供給する係数発生手段を更に備える。また、係数発生手段は、第1及び第2の係数を予め記憶したメモリからなり、制御信号をアドレス信号として、第1及び第2の係数を読み出す。
【0040】
また、1ビット信号処理装置は、複数の混合手段を同期させて動作させるためのクロックを発生するクロック発生手段と、入力される第1及び第2の1ビット信号をクロック発生手段からのクロックに同期させる同期手段とを更に備える。
【0041】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る1ビット信号処理装置について、図面を参照しながら説明する。
【0042】
本発明に係る1ビット信号処理装置は、本発明を適用したデルタ−シグマ変調器(以下、DSMという。)を備える。このDSMは、図1に示すように、5次のDSMであり、5つの積分部と、最終段とを備えている。このDSMは、1ビット信号が供給される入力端子11と、信号処理を施した1ビット信号を出力する出力端子17とを備える。
【0043】
最終段の量子化器15には、例えば正と負の両方の数を表す2の補数形式のpビットの信号が供給される。量子化器15は、例えば閾値が0の比較器からなり、pビットの信号を、正の信号が+1に、負の信号が−1となるように量子化して、出力信号を生成する。
【0044】
1段目の積分部は、入力端子11に接続された1ビット係数乗算器12と、出力端子17に接続された1ビット係数乗算器16と、1ビット係数乗算器12及び1ビット係数乗算器16の出力を加算する加算器13と、加算器13の出力を積分する積分器14とを備える。1ビット係数乗算器12,16は、1ビット信号に、pビットからなる係数A,Cをそれぞれ乗算する。加算器13は、1ビット係数乗算器12,16の各出力を加算して、積分器14に供給する。
【0045】
中間段の4つの積分部は、それぞれ、入力端子11に接続された1ビット係数乗算器12,12,12,12と、出力端子17に接続された1ビット係数乗算器16,16,16,16と、加算器13,13,13,13と、積分器14,14,14,14とを備える。1ビット係数乗算器12〜12,16〜16は、1ビット信号にpビットからなる係数A〜A,C〜Cをそれぞれ乗算する。加算器13〜13は、対応する段の1ビット係数乗算器12〜12,16〜16の各出力と、前段の積分器14〜14の出力とがそれぞれ供給され、それらを加算して積分器14〜14に供給する。
【0046】
積分器14〜14は、例えば図2に示すように、加算器21と、この加算器21に直列に接続された遅延回路22とをそれぞれ備える。遅延回路22の出力は加算器21にフィードバックされており、加算器21は、1ビット係数乗算器12〜12,16〜16の各出力を加算した加算器13〜13の出力を累積する。図2に示す加算器21での加算を、1ビット係数乗算器12〜12,16〜16の各出力を加算するその段の加算器13〜13で行うようにしてもよい。したがって、1ビット係数乗算器用の加算器13〜13と積分器用の加算器21を必ずしも独立して設ける必要はない。
【0047】
最終段は、入力端子11に接続された1ビット係数乗算器12と、加算器13とを備える。加算器13は、1ビット係数乗算器12の出力と前段の積分器14の出力を加算して、加算値を量子化器15に供給する。
【0048】
図1に示すように、係数A〜A,C〜Cが固定値であり、積分器14〜14の中に独立した加算器21を設けている場合、1ビット係数乗算器12〜12の各出力と1ビット係数乗算器16〜16の各出力をそれぞれ加算する加算器13〜13を、ルックアップテーブルで置き換えるようにしてもよい。具体的には、1ビット信号に係数A,Cを乗算すると、出力は、+A、−A、+C、−Cとなる。そこで、ルックアップテーブルに、+A、−Aと+C、−Cとの全ての組み合わせを記憶しておく。そして、1ビット信号をアドレスとしてルックアップテーブルからその組み合わせを読み出すようにする。
【0049】
上述したように、係数A〜A,C〜Cは、上述の論文に記述されている方法によって定められる。勿論、係数は、回路の安定度が得られるように定められる。ところで、本発明では、更に、係数を、図3Aに示すように、実線25で示す雑音除去特性が得られるように設定する。それによって、入力信号の帯域における雑音(帯域内雑音)は減少する。
【0050】
図1,3Cを参照し、本発明の実施例について説明する。これらの係数を、更に、図3Bに示すように、入力信号及び雑音を全帯域で例えば6dB減衰させ、帯域外の雑音を減衰させたままで、入力信号(及び帯域内雑音)を例えば6dB増幅して補償する図3Cの実線27に示すようなローパスフィルタ特性が得られるように、設定する。
【0051】
図3Cに示すように、ローパスフィルタ特性27のロールオフ周波数において、帯域外の雑音の一部は、上述した補償のための増幅により、増幅されるが、全体の雑音は低減される。図3A〜3Cは、2次のローパスフィルタを3次のDSMに組み込んだ設計原理に基づいたものである。2次と3次を組み合わせた結果の5次のDSMでは、係数は、DSM全体の中に分散されている。
【0052】
本発明に係る1ビット信号処理装置は、上述のようにして係数が設定されたDSMを複数縦続接続したものであり、例えば図4に示すように、縦続接続された3つのDSM31,32,33を備える。DSMの安定度は、帯域外であろうと帯域内であろうと、過大な雑音によって損なわれる。ところで、本発明では、上述したようなローパスフィルタ特性によって、少なくとも入力1ビット信号の周波数帯域外の雑音を減少させることにより、複数のDSMを、例えば図4に示すように3つのDSM31,32,33を縦続接続することができる。
【0053】
図5及び関連出願(英国出願番号9624671.5)に記述されているように、DSMを、入力端子11aを介して供給される1ビット信号に係数Aを乗算する1ビット係数乗算器12と、入力端子11bを介して供給される1ビット信号に係数Bを乗算する1ビット係数乗算器18と、1ビット係数乗算器12,18の各出力を加算する加算器13とを備えた信号ミキサとして構成するようにしてもよい。なお、この図5は、1段の積分部の構成を示すブロック図である。
【0054】
関連出願(英国出願番号9624671.5)に記載されているDSMでは、図6に示すように、各積分部は、3つの入力を有する加算器45,45,45と、加算器45〜45の各出力端子にそれぞれ接続された積分器46,46,46と、加算器45〜45の第1の入力端子に接続され、第1の1ビット信号に係数A,A,Aを乗算する第1の係数乗算器43、43,43と、加算器45〜45の第2の入力端子に接続され、第2の1ビット信号に係数B,B,Bを乗算する第2の係数乗算器44、44,44と、加算器45〜45の第3の入力端子に接続され、このDSMの出力信号に係数C,C,Cを乗算する第3の係数乗算器48、48,48とを備える。
【0055】
DSMの最終段は、3つの入力を有する加算器45と、加算器45の第1の入力端子に接続され、第1の1ビット信号に第1の係数Aを乗算する第1の係数乗算器43と、加算器45の第2の入力端子に接続され、第2の1ビット信号に第2の係数Bを乗算する第2の係数乗算器44とを備え、前段の積分器46の出力端子に接続されている。加算器45の出力端子は、量子化器47に接続されている。
【0056】
中間段の加算器45,45は、それぞれ第4の入力端子を有し、この入力端子を介して前段の積分器46,46からの出力が供給される。
【0057】
係数乗算器43〜43,44〜44,48〜48は、全て1ビットの乗数器であり、供給される1ビット信号にpビットからなる係数を乗算して、pビットの乗算値を生成する。
【0058】
加算器45〜45及び積分器46〜46は、pビットで動作する。
【0059】
pビットの信号は、例えば正数と負数を表す2の補数表現となっている。
【0060】
量子化器47は、閾値が0の比較器を備え、負の入力を−1(論理0)に、正の入力を+1(論理1)にエンコードして、1ビットの出力信号を出力端子49を介して出力する。
【0061】
同期回路42は、入力端子41a,41bを介して第1の1ビット信号と第2の1ビット信号が供給され、これらの第1及び第2の1ビット信号を、クロック発生回路1から供給される局部クロックに同期させる。この同期回路42は、2つの入力1ビット信号を、別々に同期させる場合もある。クロック発生回路1は、DSMのクロッキング制御も行う。
【0062】
係数A〜A,B〜B,C〜Cは、上述の論文に述べられた方法を用いて、下記条件を満足するように決定される。
【0063】
a)回路安定度、b)雑音除去、c)入力1ビット信号の帯域内で所定ゲインを有し、帯域外でこの所定ゲインよりも小さなゲインを有する。
【0064】
係数C〜Cは、雑音除去のために固定の値とされる。
【0065】
係数A〜A,B〜Bは、入力1ビット信号の伝達関数の零点を定義しており、したがって入力1ビット信号のゲインを制御するものである。
【0066】
そして、例えば、係数A〜A,B〜Bは、係数の値で決定される固定の比率で第1の1ビット信号と第2の1ビット信号を加算する係数である。したがって、係数A〜Aと係数B〜Bは異なる値としてもよいし、それぞれが等しい値としてもよい。
【0067】
また、例えば、係数A〜A,B〜Bは、第1の1ビット信号と第2の1ビット信号の混合比を変えることができるように、可変とする。これらの可変係数A〜A,B〜Bは、係数発生器2から供給される。例えば、係数発生器2は、係数の組を予め記憶した係数メモリからなり、制御信号CSに応じた種々なアドレスによって係数A〜A,B〜Bを読み出して、係数乗算器13〜13,14〜14に供給する。
【0068】
あるいは、係数発生器2を、制御信号CSに対応した係数を発生するマイクロコンピュータで構成するようにしてもよい。
【0069】
本発明では、このように構成されるDSMにおいても、DSMの係数を、入力1ビット信号の帯域内で所定ゲインを有し、帯域外でこの所定ゲインよりも小さなゲインを有するように設定する。
【0070】
また、本発明に係る1ビット信号処理装置を、例えば関連出願(英国出願番号9624671.5)に記述されているように、構成してもよい。すなわち、本発明に係る1ビット信号処理装置は、図7に示すように、2つの入力信号を混合する混合器51,52,53,54を備え、これらの混合器51〜54は、可変係数を発生する係数発生器2を有する図6に示すDSMからなる。混合器51,52の出力対は、加算器55に供給され、混合器53,54の出力対は加算器56に供給される。これらの加算器55,56は、固定の係数A〜A,B〜Bを有する図6のDSMからなる。最終の加算器57は、加算器55,56と同様に、固定の係数を有するDSMからなる。
【0071】
ここで、図8に他のフィルタ特性を示す。このフィルタ特性は、例えば入力1ビット信号の帯域において一定ゲインであり、音声帯域外においてそれよりも小さな一定ゲインである。図1に示す5次のDSMの係数を、図8の周波数特性を満たすように設定する。
【0072】
【発明の効果】
本発明に係る1ビット信号処理装置は、n(≧3)次のデルタ−シグマ変調手段を備える。このデルタ−シグマ変調手段は、1ビット信号が入力される入力手段と、pビット信号を1ビット信号に再量子化して、当該1ビット信号処理装置の出力信号として出力する量子化手段と、複数の信号混合手段とを有する。複数の信号混合手段は、入力1ビット信号と係数の積と、出力信号と係数の積との加算値の積分値を求める第1段目の信号混合手段と、入力1ビット信号と係数の積と、出力信号と係数の積と、前段の積分値との加算値の積分値を求める少なくとも2つの中間段の信号混合手段と、入力1ビット信号と係数の積と、前段の積分値との加算値を求めて、量子化手段で1ビット信号に再量子化されるpビット信号を生成する最終段の信号混合手段とからなる。そして、係数を、入力1ビット信号の帯域内で所定ゲインを有し、帯域外で所定ゲインよりも小さなゲインを有するように設定することにより、入力信号帯域の外の量子化雑音を低減することができる。量子化雑音を低減することにより、回路の安定度を高めることができ、また安定度を低下させる大きな雑音の蓄積を防ぐことにより、複数のデルタ−シグマ変調器を縦続接続することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明を適用したデルタ−シグマ変調器の具体的な構成を示すブロック図である。
【図2】図1に示すデルタ−シグマ変調器の積分器の具体的な構成を示すブロック図である。
【図3】図1に示すデルタ−シグマ変調器の入力1ビット信号に対するフィルタ特性を説明するための図である。
【図4】図1に示すデルタ−シグマ変調器を複数縦続接続したときの具体的な構成を示すブロック図である。
【図5】図1に示すデルタ−シグマ変調器を変更したデルタ−シグマ変調器の具体的な構成を示すブロック図である。
【図6】本発明を適用したデルタ−シグマ変調器の具体的な構成を示すブロック図である。
【図7】図6に示すデルタ−シグマ変調器を用いた信号ミキサの具体的な構成を示すブロック図である。
【図8】他のフィルタ特性を示す図である。
【図9】従来のデルタ−シグマ変調器の構成を示すブロック図である。
【図10】n次のフィルタとして構成されたデルタ−シグマ変調器の構成を示すブロック図である。
【図11】雑音除去特性を示す図である。
【図12】5次のデルタ−シグマ変調器の構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
12〜12,16〜16 1ビット係数乗算器、13〜13 加算器、14〜14 積分器、15 量子化器[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a 1-bit signal processing apparatus, and more particularly to a 1-bit signal processing apparatus including an n (≧ 3) order delta-sigma modulator having a filter. In the embodiments of the present invention, the audio signal processing apparatus is described. However, the present invention is not limited to the audio signal processing apparatus.
[0002]
[Prior art]
It is known to convert an analog signal into a digital signal by sampling the analog signal at a frequency equal to or higher than the Nyquist frequency and quantizing the amplitude of the obtained sample with m bits. For example, when m = 8, the sample value is quantized with an accuracy of 8 bits. In general, m is 1 or more.
[0003]
An analog / digital converter (hereinafter referred to as an A / D converter) that quantizes an analog signal into a 1-bit digital signal is referred to as a “sigma-delta A / D converter” or “delta-sigma A / D converter”. "It has been known. Here, the term “delta-sigma” is used. Such delta-sigma A / D converters are described, for example, by Craig Marven, Gillian Ewers, 1993, Texas Instruments, “Texas Instruments for Digital Signal Processing. It is described in “A Simple Approach to Digital Signal Processing” (ISBN 0-904.047-00-8).
[0004]
In the delta-sigma A / D converter, as shown in FIG. 9, the difference (delta) between the analog input signal and the integrated value (sigma) of the 1-bit output signal is obtained by the adder 101, and the 1-bit quantum is obtained. Is supplied to the generator 102. The output signal is composed of bits of logic 0 and logic 1, and logic 0 and logic 1 represent -1 and +1 as actual values, respectively. The integrator 103 accumulates the 1-bit output signal and outputs a cumulative value that follows the value of the analog input signal. The 1-bit quantizer 102 increases (+1) or decreases (−1) the accumulated value for each bit to be generated. The sampling frequency of the delta-sigma A / D converter is set to a high frequency so that an output bit stream whose accumulated value follows the analog input signal can be generated.
[0005]
The term “1 bit” signal as used in the claims and in the following description means a signal generated, for example, by a delta-sigma A / D converter and quantized with an accuracy of 1 digital bit.
[0006]
The delta-sigma modulator (hereinafter referred to as DSM) is configured as an n-th order filter that directly processes a 1-bit signal, and this n-th order filter is the first performed on October 7-10, 1993. Paper published in the 95th AES (Audio Engineering Society) conference by NM Casey and James AS Angus “One Bit Digital Processing Signal Processing: Audio Research Group, Electrical Department, University of York, Heslington, York Y01 5DD UK (Signal Processing: Audio Research Group, The Electronics Department, The University of York, Heslington, York YO1 5DD England) It has been proposed. FIG. 10 is a block diagram showing the configuration of the filter part of the 3rd order (n = 3) of the DSM.
[0007]
As shown in FIG. 10, the DSM includes an input terminal 111 to which a 1-bit signal is input and an output terminal 117 that outputs the processed 1-bit signal. Each bit of the 1-bit signal is processed in synchronization with a predetermined clock (not shown) in the entire DSM. The output bit signal is generated by a 1-bit quantizer 115 including a comparator having a threshold value of 0, for example. The DSM is a 1-bit multiplier 112 connected to the input terminal 111. 1 , 112 2 , 112 3 And a 1-bit multiplier 116 connected to the output terminal 117 1 , 116 2 , 116 3 And the adder 113 1 , 113 2 , 113 3 And integrator 114 1 , 114 2 , 114 3 And.
[0008]
1-bit multiplier 112 1 ~ 112 3 Is a coefficient A composed of p bits in a 1-bit signal supplied via the input terminal 111. 1 ~ A 3 And the resulting p-bit multiplication value is added to the adder 113. 1 ~ 113 3 1-bit multiplier 116 1 ~ 116 3 Is a p-bit coefficient C in the output signal 1 ~ C 3 And the resulting p-bit multiplication value is added to the adder 113. 1 ~ 113 3 To supply each. Adder 113 1 ~ 113 3 Respectively adds those multiplication values, and adds the obtained addition values to the integrator 114. 1 ~ 114 3 To supply. Further, an intermediate stage adder 113 is used. 2 , 113 3 Is the previous integrator 114 1 , 114 2 Are also added. The final stage is a 1-bit multiplier 112 connected to the input terminal 111. 4 And the adder 113 4 1-bit multiplier 112 4 Is a p-bit coefficient A to the input 1-bit signal. 4 And the adder 113 4 Is obtained by adding the preceding integrator 114 to the multiplication value. 3 Add the outputs of. The obtained addition value is supplied to the 1-bit quantizer 115.
[0009]
In DSM, two's complement calculation is used to represent positive and negative p-bit numbers. When a positive value is input, the 1-bit quantizer 115 quantizes it to +1 (logic 1), and when a negative value is input, it quantizes it to -1 (logic 0) and outputs it. To do.
[0010]
In a paper written by Casey and Angus, “The 1-bit processor produces a 1-bit output signal that includes an unacceptably unclear audio signal due to noise. There must be a description. " Noise that obscure the audio signal is quantization noise generated by the 1-bit quantizer 115.
[0011]
The 1-bit quantizer 115 has a first input terminal to which an audio signal is supplied, and a second input terminal to which a random bit stream (quantization noise) substantially uncorrelated with the audio signal is supplied. It can be regarded as an adder. In this model, an audio signal input via the input terminal 111 is converted into a 1-bit multiplier 112. 1 ~ 112 4 Is fed forward to output terminal 117 and 1-bit multiplier 116. 1 ~ 116 3 Is fed back by. Therefore, the coefficient A in the feedforward path 1 ~ A 4 Defines the zero point in the z-transform of the transfer function of the audio signal, and the coefficient C in the feedback path 1 ~ C 3 Defines the poles in the z-transform of the transfer function.
[0012]
On the other hand, the noise signal is converted from the 1-bit quantizer 115 to the 1-bit multiplier 116. 1 ~ 116 3 And the coefficient C 1 ~ C 3 Defines the pole of the transfer function of the noise signal. The transfer function of the noise signal is different from the transfer function of the input signal.
[0013]
Factor A 1 ~ A 4 , C 1 ~ C 3 Is defined so that circuit stability is obtained among other desired characteristics.
[0014]
Coefficient C 1 ~ C 3 For example, as indicated by a solid line 120 in FIG. 11, quantization noise in the voice band is removed and minimized.
[0015]
Factor A 1 ~ A 4 , C 1 ~ C 3 Is also determined so that desired audio signal characteristics can be obtained.
[0016]
Factor A 1 ~ A 4 , C 1 ~ C 3 Can be determined as follows.
[0017]
a) For example, H (z) is obtained by z-transforming a transfer function of a desired filter characteristic having a noise removal function.
[0018]
b) Convert H (z) into a coefficient.
[0019]
This is “Theory and Practical Implementation of a Fifth Order Sigma-Delta A / D Converter”, Audio Engineering Society Journal, Vol. 39, No. . 7/8, 1991, July / August, by Earl Double Adams et al. (Journal of Audio Engineering Society, Volume 39, no. 7/8, 1991 July / August by RW Adamset al.) This can be done using the method described in Casey's above mentioned paper.
[0020]
Here, a specific method for determining the coefficient will be described.
[0021]
An outline of the process of analyzing the fifth-order DSM and the process of calculating the coefficient for obtaining a desired filter characteristic will be described.
[0022]
As shown in FIG. 12, the fifth-order DSM is a multiplier 121 having coefficients a to f. 1 ~ 121 6 And the adder 122 1 ~ 122 5 And integrator 123 1 ~ 123 5 And a multiplier 125 of coefficients A to E 1 ~ 125 5 And. Integrator 123 1 ~ 123 5 Each have a unit delay time. Integrator 123 1 ~ 123 5 Respectively output signals s [n], t [n], u [n], v [n], and w [n]. A signal x [n] is input to the DSM. Here, [n] represents one sample in consecutive samples synchronized with the clock. The quantizer 124 outputs a signal y [n], and this signal y [n] is also an output signal of the DSM. The quantizer 124 is analyzed based on a model that is considered to operate as a simple adder that adds random noise to the signal. Therefore, the quantizer 124 is ignored in this analysis.
[0023]
The output signal y [n] in the sample [n] multiplies the input signal x [n] by the coefficient f, and the integrator 123 in the previous stage. 5 Output signal w [n] is added, for example, y [n] = fx [n] + w [n].
[0024]
The same principle with integrator 123 1 ~ 123 4 When applied to each output signal, the following equation 1 is obtained.
[0025]
y [n] = fx [n] + w [n]
w [n] = w [n-1] + ex [n-1] + Ey [n-1] + v [n-1]
v [n] = v [n-1] + dx [n-1] + Dy [n-1] + u [n-1]
u [n] = u [n-1] + cx [n-1] + Cy [n-1] + t [n-1]
t [n] = t [n-1] + bx [n-1] + By [n-1] + s [n-1]
s [n] = s [n-1] + ax [n-1] + Ay [n-1]
... Formula 1
When these equations 1 are z-transformed, the following equation 2 is obtained.
[0026]
Y (z) = fX (z) + W (z)
W (z) (1-z -1 ) = Z -1 (eX (z) + EY (z) + V (z))
V (z) (1-z -1 ) = Z -1 (dX (z) + DY (z) + U (z))
U (z) (1-z -1 ) = Z -1 (cX (z) + CY (z) + T (z))
T (z) (1-z -1 ) = Z -1 (bX (z) + BY (z) + S (z))
S (z) (1-z -1 ) = Z -1 (aX (z) + AY (z))
... Formula 2
In the z conversion equation 2, when Y (z) is solved as a single function of X (z), the following equation 3 is obtained.
[0027]
[Expression 1]
Figure 0003799146
[0028]
The transfer function of DSM is Y (z) / X (z), and is represented by a series of z as shown in the following formula 4. The first line on the right side of Expression 4 can be expressed as shown in the second line based on Expression 3.
[0029]
[Expression 2]
Figure 0003799146
[0030]
In Equation 4, the coefficient α so as to satisfy the desired transfer function n , Β n The coefficient α 0 ~ Α 5 To the coefficient f to a, the coefficient β 0 ~ Β 5 The coefficients EA are derived from
[0031]
Z in the second row of molecules on the right 0 Is only f, so f = α 0 It is.
[0032]
Next, from the first row of molecules on the right side, α 0 (1-z -1 ) 5 Subtracting α 0 + Α 1 z -1 ... + ... α 5 z -50 (1-z -1 ) 5 Is obtained.
[0033]
Similarly, from the numerator in the second row on the right side, f (1-z -1 ) 5 pull. At this time, z -1 Is only e, and this e is the α corresponding to the first line on the right side. 1 Is equal to
[0034]
The above processing is repeated for all the terms of the numerator of Equation 4 to obtain the coefficients d to a. Further, this process is repeated for all the terms in the denominator of Equation 4 to obtain the coefficients E to A.
[0035]
[Problems to be solved by the invention]
It is desirable to filter signals between DSMs and maintain a stream of 1-bit signals between DSMs. The reason for this filtering is to prevent unwanted quantization noise from accumulating in cascaded DSMs, for example. However, a suitable digital filter at least adds each bit of the bitstream to generate a multi-bit signal and / or multiplies the bitstream by a p (≧ 1) bit coefficient. All the coefficient multipliers of the DSM cascaded to such a filter must be p-bit multipliers to which a p-bit signal is supplied, which is very uneconomical.
[0036]
The present invention has been made in view of the above-described circumstances, and an object of the present invention is to provide a 1-bit signal processing device including a plurality of serial or cascaded delta-sigma modulators for processing a 1-bit signal. Is to provide. The above-mentioned paper does not describe or suggest any such proposal.
[0037]
[Means for Solving the Problems]
The 1-bit signal processing apparatus according to the present invention includes n (≧ 3) -order delta-sigma modulation means. The n-th order delta-sigma modulation means includes a first input means to which a first 1-bit signal is input, a second input means to which a second 1-bit signal is input, and a p-bit signal as 1 A quantization unit that re-quantizes the bit signal and outputs the signal as an output signal of the 1-bit signal processing apparatus; and a plurality of signal mixing units. The plurality of signal mixing means include a product of the input first 1-bit signal and the first coefficient, a product of the input second 1-bit signal and the second coefficient, an output signal, and a third A first-stage signal mixing means for obtaining an integral value of an addition value of the product of the coefficients of the first, a product of the input first 1-bit signal and the first coefficient, and an input second 1-bit At least one intermediate stage signal mixing means for obtaining an integral value of the sum of the product of the second coefficient, the product of the output signal and the third coefficient, and the integral value of the previous stage, and an input 1-bit signal And the first coefficient, the input second 1-bit signal, the second coefficient, and the integrated value of the previous stage are obtained and re-quantized by the quantization means into a 1-bit signal. It comprises signal mixing means at the final stage for generating a p-bit signal.
[0038]
The first 1-bit signal and the second 1-bit signal are mixed at a ratio of the first coefficient and the second coefficient. The third coefficient is a fixed value for noise removal. Furthermore, the first coefficient and / or the second coefficient are variable.
[0039]
The 1-bit signal processing apparatus further includes coefficient generating means for generating the variable first and second coefficients based on the control signal and supplying the first and second coefficients to the plurality of signal mixing means. The coefficient generating means is composed of a memory in which the first and second coefficients are stored in advance, and reads the first and second coefficients using the control signal as an address signal.
[0040]
In addition, the 1-bit signal processing device includes a clock generation unit that generates a clock for operating a plurality of mixing units in synchronization, and the first and second 1-bit signals that are input are clocks from the clock generation unit. Synchronization means for synchronizing.
[0041]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
A 1-bit signal processing apparatus according to the present invention will be described below with reference to the drawings.
[0042]
A 1-bit signal processing apparatus according to the present invention includes a delta-sigma modulator (hereinafter referred to as DSM) to which the present invention is applied. As shown in FIG. 1, this DSM is a fifth-order DSM, and includes five integration units and a final stage. The DSM includes an input terminal 11 to which a 1-bit signal is supplied and an output terminal 17 that outputs a 1-bit signal subjected to signal processing.
[0043]
The final-stage quantizer 15 is supplied with a p-bit signal in two's complement format representing both positive and negative numbers, for example. The quantizer 15 includes a comparator having a threshold value of 0, for example, and quantizes a p-bit signal so that a positive signal becomes +1 and a negative signal becomes −1 to generate an output signal.
[0044]
The first stage integration unit includes a 1-bit coefficient multiplier 12 connected to the input terminal 11. 1 And a 1-bit coefficient multiplier 16 connected to the output terminal 17 1 And a 1-bit coefficient multiplier 12 1 And 1-bit coefficient multiplier 16 1 Adder 13 for adding the outputs of 1 And the adder 13 1 Integrator 14 for integrating the output of 1 With. 1-bit coefficient multiplier 12 1 , 16 1 Is a coefficient A consisting of p bits in a 1-bit signal. 1 , C 1 Respectively. Adder 13 1 Is a 1-bit coefficient multiplier 12 1 , 16 1 Are added to obtain an integrator 14. 1 To supply.
[0045]
The four integration units in the intermediate stage are each a 1-bit coefficient multiplier 12 connected to the input terminal 11. 2 , 12 3 , 12 4 , 12 5 And a 1-bit coefficient multiplier 16 connected to the output terminal 17 2 , 16 3 , 16 4 , 16 5 And the adder 13 2 , 13 3 , 13 4 , 13 5 And integrator 14 2 , 14 3 , 14 4 , 14 5 With. 1-bit coefficient multiplier 12 2 ~ 12 5 , 16 2 ~ 16 5 Is a coefficient A consisting of 1 bit signal and p bits. 2 ~ A 5 , C 2 ~ C 5 Respectively. Adder 13 2 ~ 13 5 Is the corresponding 1-bit coefficient multiplier 12 2 ~ 12 5 , 16 2 ~ 16 5 And the integrator 14 in the previous stage 1 ~ 14 4 Are added to each other and added to the integrator 14. 2 ~ 14 5 To supply.
[0046]
Integrator 14 1 ~ 14 5 For example, as shown in FIG. 2, each includes an adder 21 and a delay circuit 22 connected in series to the adder 21. The output of the delay circuit 22 is fed back to the adder 21, which adds the 1-bit coefficient multiplier 12. 1 ~ 12 5 , 16 1 ~ 16 5 Adder 13 adding the outputs of 1 ~ 13 5 Accumulate the output of. The addition by the adder 21 shown in FIG. 1 ~ 12 5 , 16 1 ~ 16 5 The adder 13 at that stage for adding the outputs of 1 ~ 13 5 You may make it carry out. Therefore, an adder 13 for a 1-bit coefficient multiplier 1 ~ 13 5 And the adder 21 for the integrator are not necessarily provided independently.
[0047]
The final stage is a 1-bit coefficient multiplier 12 connected to the input terminal 11. 6 And the adder 13 6 With. Adder 13 6 Is a 1-bit coefficient multiplier 12 6 Output and the previous integrator 14 5 Are added, and the added value is supplied to the quantizer 15.
[0048]
As shown in FIG. 1 ~ A 5 , C 1 ~ C 5 Is a fixed value and integrator 14 1 ~ 14 5 1 is provided with an independent adder 21, a 1-bit coefficient multiplier 12 1 ~ 12 5 1-bit coefficient multiplier 16 1 ~ 16 5 Adders 13 for adding the outputs of 1 ~ 13 5 May be replaced with a lookup table. Specifically, the coefficient A is added to the 1-bit signal. 1 , C 1 Multiply the output by + A 1 , -A 1 , + C 1 , -C 1 It becomes. So, in the lookup table, + A 1 , -A 1 And + C 1 , -C 1 Remember all the combinations. Then, the combination is read from the lookup table using the 1-bit signal as an address.
[0049]
As mentioned above, the coefficient A 1 ~ A 5 , C 1 ~ C 5 Is determined by the method described in the above paper. Of course, the coefficient is determined so that the stability of the circuit can be obtained. By the way, in the present invention, the coefficient is further set so as to obtain the noise removal characteristic indicated by the solid line 25 as shown in FIG. 3A. Thereby, noise in the band of the input signal (in-band noise) is reduced.
[0050]
An embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. As shown in FIG. 3B, these coefficients are further amplified by, for example, 6 dB while the input signal and noise are attenuated by, for example, 6 dB over the entire band, and the noise outside the band is attenuated by, for example, 6 dB. The low-pass filter characteristic as shown by the solid line 27 in FIG. 3C to be compensated is set.
[0051]
As shown in FIG. 3C, at the roll-off frequency of the low-pass filter characteristic 27, a part of the out-of-band noise is amplified by the above-described compensation amplification, but the entire noise is reduced. 3A to 3C are based on a design principle in which a second-order low-pass filter is incorporated in a third-order DSM. In the fifth order DSM resulting from the combination of the second order and the third order, the coefficients are distributed throughout the DSM.
[0052]
The 1-bit signal processing apparatus according to the present invention is obtained by cascading a plurality of DSMs having coefficients set as described above. For example, as shown in FIG. 4, three cascading DSMs 31, 32, 33 are connected. Is provided. DSM stability, whether out of band or in band, is compromised by excessive noise. By the way, in the present invention, by reducing the noise outside the frequency band of at least the input 1-bit signal by the low-pass filter characteristics as described above, a plurality of DSMs, for example, as shown in FIG. 33 can be connected in cascade.
[0053]
As described in FIG. 5 and the related application (UK Application No. 9624671.5), the DSM is applied to the 1-bit signal supplied via the input terminal 11a by the factor A. n 1-bit coefficient multiplier 12 n And a coefficient B for the 1-bit signal supplied via the input terminal 11b. n 1-bit coefficient multiplier 18 n And a 1-bit coefficient multiplier 12 n , 18 n Adder 13 for adding the outputs of n It may be configured as a signal mixer provided with. FIG. 5 is a block diagram showing a configuration of a one-stage integrating unit.
[0054]
In the DSM described in the related application (UK Application No. 9624671.5), each integrator is an adder 45 having three inputs as shown in FIG. 1 , 45 2 , 45 3 And the adder 45 1 ~ 45 3 Integrators 46 connected to the respective output terminals of the 1 , 46 2 , 46 3 And the adder 45 1 ~ 45 3 Connected to the first input terminal of the first A-bit signal, the coefficient A 1 , A 2 , A 3 The first coefficient multiplier 43 that multiplies 1 43 2 , 43 3 And the adder 45 1 ~ 45 3 Is connected to the second input terminal, and the second 1-bit signal has a coefficient B 1 , B 2 , B 3 The second coefficient multiplier 44 that multiplies 1 44 2 44 3 And the adder 45 1 ~ 45 3 Is connected to the third input terminal, and the output signal of the DSM 1 , C 2 , C 3 A third coefficient multiplier 48 1 48 2 , 48 3 With.
[0055]
The final stage of the DSM is an adder 45 with three inputs. 4 And the adder 45 4 Connected to the first input terminal of the first coefficient A to the first 1-bit signal. 4 The first coefficient multiplier 43 that multiplies 4 And the adder 45 4 To the second input terminal of the second one-bit signal to the second coefficient B 4 The second coefficient multiplier 44 that multiplies 4 The integrator 46 in the previous stage 3 Is connected to the output terminal. Adder 45 4 The output terminal is connected to the quantizer 47.
[0056]
Intermediate stage adder 45 2 , 45 3 Each have a fourth input terminal through which the integrator 46 of the previous stage is connected. 1 , 46 2 The output from is supplied.
[0057]
Coefficient multiplier 43 1 ~ 43 4 44 1 ~ 44 4 , 48 1 ~ 48 3 Are all 1-bit multipliers, and multiply the supplied 1-bit signal by a coefficient consisting of p bits to generate a p-bit multiplied value.
[0058]
Adder 45 1 ~ 45 4 And integrator 46 1 ~ 46 3 Operates on p bits.
[0059]
The p-bit signal has a two's complement representation representing, for example, a positive number and a negative number.
[0060]
The quantizer 47 includes a comparator having a threshold value of 0, encodes a negative input to -1 (logic 0) and a positive input to +1 (logic 1), and outputs a 1-bit output signal to an output terminal 49. Output via.
[0061]
The synchronization circuit 42 is supplied with the first 1-bit signal and the second 1-bit signal via the input terminals 41 a and 41 b, and these first and second 1-bit signals are supplied from the clock generation circuit 1. Synchronize with the local clock. The synchronizing circuit 42 may synchronize two input 1-bit signals separately. The clock generation circuit 1 also performs DSM clocking control.
[0062]
Factor A 1 ~ A 4 , B 1 ~ B 4 , C 1 ~ C 3 Is determined to satisfy the following conditions using the method described in the above paper.
[0063]
a) circuit stability, b) noise removal, c) a predetermined gain within the band of the input 1-bit signal, and a gain smaller than the predetermined gain outside the band.
[0064]
Coefficient C 1 ~ C 3 Is a fixed value for noise removal.
[0065]
Factor A 1 ~ A 4 , B 1 ~ B 4 Defines the zero of the transfer function of the input 1-bit signal, and therefore controls the gain of the input 1-bit signal.
[0066]
For example, the coefficient A 1 ~ A 4 , B 1 ~ B 4 Is a coefficient that adds the first 1-bit signal and the second 1-bit signal at a fixed ratio determined by the value of the coefficient. Therefore, the coefficient A 1 ~ A 4 And coefficient B 1 ~ B 4 May be different values, or may be equal to each other.
[0067]
For example, the coefficient A 1 ~ A 4 , B 1 ~ B 4 Is variable so that the mixing ratio of the first 1-bit signal and the second 1-bit signal can be changed. These variable coefficients A 1 ~ A 4 , B 1 ~ B 4 Is supplied from the coefficient generator 2. For example, the coefficient generator 2 includes a coefficient memory in which a set of coefficients is stored in advance. 1 ~ A 4 , B 1 ~ B 4 And the coefficient multiplier 13 1 ~ 13 4 , 14 1 ~ 14 4 To supply.
[0068]
Alternatively, the coefficient generator 2 may be configured by a microcomputer that generates a coefficient corresponding to the control signal CS.
[0069]
In the present invention, even in the DSM configured as described above, the coefficient of the DSM is set so as to have a predetermined gain within the band of the input 1-bit signal and to have a gain smaller than the predetermined gain outside the band.
[0070]
The 1-bit signal processing apparatus according to the present invention may be configured as described in a related application (UK application number 9624671.5), for example. That is, the 1-bit signal processing apparatus according to the present invention includes mixers 51, 52, 53, and 54 for mixing two input signals as shown in FIG. 7, and these mixers 51 to 54 have variable coefficients. The DSM shown in FIG. 6 has a coefficient generator 2 for generating. The output pair of the mixers 51 and 52 is supplied to the adder 55, and the output pair of the mixers 53 and 54 is supplied to the adder 56. These adders 55 and 56 have a fixed coefficient A 1 ~ A 4 , B 1 ~ B 4 The DSM of FIG. Similar to the adders 55 and 56, the final adder 57 is composed of a DSM having a fixed coefficient.
[0071]
Here, another filter characteristic is shown in FIG. This filter characteristic is, for example, a constant gain in the input 1-bit signal band, and a constant gain smaller than that outside the audio band. The coefficients of the fifth-order DSM shown in FIG. 1 are set so as to satisfy the frequency characteristics of FIG.
[0072]
【The invention's effect】
The 1-bit signal processing apparatus according to the present invention includes n (≧ 3) -order delta-sigma modulation means. The delta-sigma modulation means includes an input means for inputting a 1-bit signal, a quantization means for requantizing the p-bit signal into a 1-bit signal and outputting it as an output signal of the 1-bit signal processing device, Signal mixing means. The plurality of signal mixing means includes a first stage signal mixing means for obtaining an integral value of the sum of the product of the input 1-bit signal and the coefficient and the product of the output signal and the coefficient, and the product of the input 1-bit signal and the coefficient. And at least two intermediate stage signal mixing means for obtaining an integral value of the product of the output signal and the coefficient and the integrated value of the preceding stage, the product of the input 1-bit signal and the coefficient, and the integrated value of the preceding stage The final stage signal mixing means for obtaining the added value and generating a p-bit signal re-quantized to a 1-bit signal by the quantization means. The quantization noise outside the input signal band is reduced by setting the coefficient to have a predetermined gain within the band of the input 1-bit signal and to have a gain smaller than the predetermined gain outside the band. Can do. By reducing the quantization noise, the stability of the circuit can be increased, and by preventing the accumulation of a large noise that lowers the stability, a plurality of delta-sigma modulators can be cascaded.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram showing a specific configuration of a delta-sigma modulator to which the present invention is applied.
2 is a block diagram showing a specific configuration of an integrator of the delta-sigma modulator shown in FIG. 1. FIG.
3 is a diagram for explaining filter characteristics for an input 1-bit signal of the delta-sigma modulator shown in FIG. 1; FIG.
4 is a block diagram showing a specific configuration when a plurality of delta-sigma modulators shown in FIG. 1 are connected in cascade. FIG.
5 is a block diagram showing a specific configuration of a delta-sigma modulator obtained by changing the delta-sigma modulator shown in FIG. 1. FIG.
FIG. 6 is a block diagram showing a specific configuration of a delta-sigma modulator to which the present invention is applied.
7 is a block diagram showing a specific configuration of a signal mixer using the delta-sigma modulator shown in FIG. 6. FIG.
FIG. 8 is a diagram illustrating another filter characteristic.
FIG. 9 is a block diagram showing a configuration of a conventional delta-sigma modulator.
FIG. 10 is a block diagram showing a configuration of a delta-sigma modulator configured as an n-th order filter.
FIG. 11 is a diagram illustrating noise removal characteristics.
FIG. 12 is a block diagram showing a configuration of a fifth-order delta-sigma modulator.
[Explanation of symbols]
12 1 ~ 12 6 , 16 1 ~ 16 5 1-bit coefficient multiplier, 13 1 ~ 13 6 Adder, 14 1 ~ 14 5 Integrator, 15 quantizer

Claims (9)

n(≧3)次のデルタ−シグマ変調手段を備え、
上記n次のデルタ−シグマ変調手段は、
第1の1ビット信号が入力される第1の入力手段と、
第2の1ビット信号が入力される第2の入力手段と
pビット信号を1ビット信号に再量子化して、当該1ビット信号処理装置の出力信号として出力する量子化手段と、
複数の信号混合手段とを有し、
上記複数の信号混合手段は、
上記入力される第1の1ビット信号と第1の係数の積と、上記入力される第2の1ビット信号と第2の係数の積と、上記出力信号と第3の係数の積との加算値の積分値を求める第1段目の信号混合手段と、
上記入力される第1の1ビット信号と第1の係数の積と、上記入力される第2の1ビットと第2の係数の積と、上記出力信号と第3の係数の積と、前段の積分値との加算値の積分値を求める少なくとも1つの中間段の信号混合手段と、
上記入力される1ビット信号と第1の係数の積と、上記入力される第2の1ビット信号と第2の係数と、前段の積分値との加算値を求めて、上記量子化手段で1ビット信号に再量子化される上記pビット信号を生成する最終段の信号混合手段とからなることを特徴とする1ビット信号処理装置。
n (≧ 3) order delta-sigma modulation means,
The n-th order delta-sigma modulation means is:
First input means for receiving a first 1-bit signal ;
Second input means for receiving a second 1-bit signal ;
quantization means for re-quantizing the p-bit signal into a 1-bit signal and outputting it as an output signal of the 1-bit signal processing device;
A plurality of signal mixing means,
The plurality of signal mixing means include:
The product of the input first 1-bit signal and the first coefficient , the product of the input second 1-bit signal and the second coefficient, and the product of the output signal and the third coefficient A first stage signal mixing means for obtaining an integral value of the added value;
The product of the input first 1-bit signal and the first coefficient , the product of the input second 1-bit and the second coefficient, the product of the output signal and the third coefficient , At least one intermediate stage signal mixing means for obtaining an integral value of the addition value of the integral value of
An addition value of the product of the input 1-bit signal and the first coefficient , the input second 1-bit signal, the second coefficient, and the previous integration value is obtained, and the quantization means A 1-bit signal processing apparatus comprising a final-stage signal mixing means for generating the p-bit signal re-quantized to a 1-bit signal.
上記第1の1ビット信号と上記第2の1ビット信号は、上記第1の係数と上記第2の係数の比率で混合されることを特徴とする請求項1記載の1ビット信号処理装置。 2. The 1- bit signal processing apparatus according to claim 1, wherein the first 1-bit signal and the second 1-bit signal are mixed at a ratio of the first coefficient to the second coefficient . 上記第3の係数は、雑音除去のために固定の値とされることを特徴とする請求項1記載の1ビット信号処理装置。 2. The 1-bit signal processing apparatus according to claim 1 , wherein the third coefficient is a fixed value for noise removal . 上記第1の係数は、可変であることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項記載の1ビット信号処理装置。 The first factor is 1-bit signal processing device of any one of claims 1 to 3, characterized in that a variable. 上記第2の係数は、可変であることを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項記載の1ビット信号処理装置。 5. The 1-bit signal processing apparatus according to claim 1 , wherein the second coefficient is variable . 6. 制御信号に基づいて、上記可変の第1及び第2の係数を発生し、上記複数の信号混合手段に供給する係数発生手段を更に備える請求項4又は5記載の1ビット信号処理装置。6. The 1-bit signal processing apparatus according to claim 4, further comprising coefficient generating means for generating the variable first and second coefficients based on a control signal and supplying the variable first and second coefficients to the plurality of signal mixing means . 上記係数発生手段は、上記第1及び第2の係数を予め記憶したメモリからなり、上記制御信号をアドレス信号として、該第1及び第2の係数を読み出すことを特徴とする請求項6記載の1ビット信号処理装置。7. The coefficient generation means comprises a memory in which the first and second coefficients are stored in advance, and reads the first and second coefficients using the control signal as an address signal. 1-bit signal processing device. 上記複数の混合手段を同期させて動作させるためのクロックを発生するクロック発生手段と、Clock generating means for generating a clock for operating the plurality of mixing means in synchronization;
上記入力される第1及び第2の1ビット信号を上記クロック発生手段からのクロックに同期させる同期手段とを更に備える請求項1乃至7のいずれか1項記載の1ビット信号処理装置。  8. The 1-bit signal processing apparatus according to claim 1, further comprising synchronization means for synchronizing the inputted first and second 1-bit signals with a clock from the clock generation means. 9.
上記第1及び第2の1ビット信号は、オーディオ信号であることを特徴とする請求項1乃至8のいずれか1項記載の1ビット信号処理装置。9. The 1- bit signal processing apparatus according to claim 1, wherein the first and second 1-bit signals are audio signals .
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