DE69628109T2

DE69628109T2 - Gerät zur Verminderung des Quantisierungsrauschens

Info

Publication number: DE69628109T2
Application number: DE69628109T
Authority: DE
Inventors: Toshio Sagamihara-shi Iwata
Original assignee: Kenwood KK
Current assignee: Kenwood KK
Priority date: 1995-09-29
Filing date: 1996-09-19
Publication date: 2004-02-26
Anticipated expiration: 2016-09-20
Also published as: DE69628109D1; EP0766386B1; EP0766386A2; DE766386T1; US5852566A; JP3268624B2; EP0766386A3; JPH0998092A

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Verminderung der Quantisierungsverzerrung und insbesondere eine Vorrichtung zur Verminderung der Quantisierungsverzerrung, die in der Lage ist, eine Quantisierungsverzerrung eines digitalen Eingangssignals zu verringern.
2. Verwandter technischer Hintergrund
Ein analoges Signal wird in ein digitales Signal umgewandelt (A/D-Umsetzung) und das umgesetzte digitale Signal wird wieder in ein analoges Signal gewandelt (D/A-Umsetzung). In diesem Fall enthält das wiedergewonnene analoge Signal unvermeidlich eine Quantisienungsverzerrung. Diese Quantisierungsverzerrung wird umso auffälliger, je geringer der Dynamikbereich des ursprünglichen analogen Signals ist.
Beispielsweise weist, wie in 19 dargestellt, ein analoges Signal X eine gedämpfte Welle von 2 kHz auf, die von einer überlagerten Sinuswelle von 10 kHz gefolgt wird, die der gedämpften Welle bei deren hinterem Abschnitt überlagert ist. Dieses analoge Signal wird mit einer Abtastfrequenz von 48 kHz abgetastet, um es in ein digitales Signal D₀ umzuwandeln, das mit 16 Bit quantisiert ist. In diesem Fall tritt, wie in 20 dargestellt, ein aufeinanderfolgende Punkte mit gleichem Wert aufweisender Zeitraum am hinteren Abschnitt der gedämpften Welle von 20 kHz auf (in 20 sind alle digitalen Daten des digitalen Signals D₀ durch einen Impuls dargestellt, welcher eine dem digitalen Wert entsprechende Amplitude aufweist).
Eine D/A-Umsetzung eines digitalen Signals D ist im Wesentlichen äquivalent zur Ausgabe einer Rechteckwelle, deren Amplitude proportional zu den digitalen Daten ist und deren Breite der Abtastzeitdauer entspricht, das heißt äquivalent zum Erhalt des in 20 dargestellten Impulszuges. Die Ausgangsgröße nach einer D/A-Umsetzung ist in 21 dargestellt. Wenn es sich bei dem ursprünglichen analogen Signal um ein Sprachsignal handelt, wird die Wellenform des Sprachsignals, das zur Beseitigung einer gefalteten Verzerrung durch ein analoges Tiefpassfilter mit einer Abschneidfrequenz von 20 kHz geleitet wurde, wie in 22 dargestellt.
In der vorderen Hälfte in 22 ist die Form eines jeden Rechtecks im Wesentlichen geglättet und weist eine relativ geringe Quantisierungsverzerrung auf. Jedoch ist in der hinteren Hälfte die Wellenform stufenartig und eine Quantisierungsverzerrung ist nicht so stark verringert.
Wie zuvor beschrieben, ergibt sich während des Zeitraums mit geringen Signalamplituden (Zeitraum, bei welchem der Dynamikbereich des Signals in der Nähe von 1 LSB der digitalen Daten liegt) ein aufeinanderfolgender Zustand mit einen gleichen Wert aufweisenden digitalen Daten und es verbleibt sogar nach der D/A-Umsetzung eine definierte Quantisierungsverzerrung.
Um bei der hinteren Hälfte des in 22 dargestellten Signals eine Wellenform ähnlich dem ursprünglichen Analogsignal zu erzielen, kann das Signal durch ein analoges Tiefpassfilter durchgeleitet werden, das nicht eine Abschneidfrequenz von 20 kHz sondern von etwa 3 kHz aufweist. Jedoch wird in diesem Fall, wie in 23 dargestellt, das dem hinteren Abschnitt überlagerte Signal von 10 kHz gedämpft. Siehe dazu auch GB-A-21 30 829.
INHALT DER ERFINDUNG
Es ist ein Ziel der Erfindung, das zuvor beschriebene herkömmliche Problem zu lösen und eine Vorrichtung zur Verringerung der Quantisierungsverzerrung bereitzustellen, die zu einer Verringerung der Quantisierungsverzerrung in der Lage ist.
Gamäß einem Aspekt der Erfindung wird eine Vorrichtung zur Verminderung der Quantisierungsverzerrung bereitgestellt, welche aufweist: ein digitales Filter, welches ein Abtasten der niederfrequenten Komponenten eines digitalen Eingangssignals durchführt, das eine Frequenz mir einer vorbestimmten Abschneidfrequenz oder einer niedrigeren Frequenz aufweist, und dabei die Bitlänge des digitalen Eingangssignals nach unten erweitert; eine Zähleinrichtung, welche bei jedem Punkt des digitalen Eingangssignals die Anzahl der davor und dahinter liegenden Abtastpunkte zählt, welche den gleichen Wert haben; und eine Auswahleinrichtung, welche in Übereinstimmung mir dem Zählwert der Zähleinrichtung ein Auswählen und Ausgeben durchführt, und zwar entweder des digitalen Eingangssignals, dessen Bitlänge nach unten erweitert wurde, bei Abschnitten, deren Zählwert kleiner ist als ein vorbestimmter Wert, oder des Eingangssignals, welches das Digitalfilter durchlaufen hat, bei Abschnitten, deren Zählwert genauso groß oder größer ist als ein vorbestimmter Wert.
Das Digitalfilter kann eine Mehrzahl von Digitalfiltern beinhalten, von denen jedes eine unterschiedliche Abschneidfrequenz aufweist; und die Auswahleinrichtung führt ein Auswählen und Ausgeben des digitalen Eingangssignal durch, dessen Bitlänge nach unten erweitert wurde, und zwar für Abschnitte, deren durch die Zähleinrichtung gezählter Zählwert genauso groß oder kleiner ist als ein vorbestimmter Wert, oder eines Signals, welches eines der Digitalfilter, das in Übereinstimmung mit zunehmendem Zählwert eine geringere Abschneidfrequenz hat, durchlaufen hat, und zwar für Abschnitte, deren Zählwert genauso groß oder größer ist als ein vorbestimmter Wert.
Die Vorrichtung kann weiter eine Ableitungseinrichtung, die einen in der Ausgangsgröße der Auswahleinrichtung enthaltenen diskontinuierlichen Punkt ableitet, und eine Korrektureinrichtung aufweisen, welche dazu dient, den diskontinuierlichen Punkt kontinuierlich zu machen.
Die Ableitungseinrichtung kann als diesen diskontinuierlichen Punkt einen Punkt herleiten, welcher zwischen dem Wert der Ausgangsgröße der Auswahleinrichtung bei jedem Punkt und dem Wert des digitalen Eingangssignals beim entsprechenden Punkt eine Differenz von einem vorbestimmten Wert oder größer aufweist.
Die Ableitungseinrichtung kann als diesen diskontinuierlichen Punkt einen Punkt herleiten, welcher zwischen dem Wert der Ausgangsgröße der Auswahleinrichtung bei jedem Punkt und dem Wert des digitalen Eingangssignals beim entsprechenden Punkt eine Differenz von einem vorbestimmten Wert oder größer aufweist und zwischen positiven und negativen Differenzwerten unterscheidet; und die Korrektureinrichtung kann den diskontinuierlichen Punkt in der Ausgangsgröße der Auswahleinrichtung, der von der Ableitungseinrichtung hergeleitet wurde, durch einen Wert ersetzen, der mittels Addition oder Subtraktion eines in Übereinstimmung mit der positiven oder negativen Differenz vorbestimmten Wertes zu oder von dem digitalen Eingangssignal erhalten wird, um das Ausgangssignal zu glätten.
Die Ableitungseinrichtung kann als diesen diskontinuierlichen Punkt einen Punkt ableiten, welcher zwischen dem Wert der Ausgangsgröße der Auswahleinrichtung bei jedem Punkt und dem Wert des digitalen Eingangssignals beim entsprechenden Punkt eine Differenz von einem vorbestimmten Wert oder größer aufweist und zwischen positiven und negativen Differenzwerten unterscheidet; und die Korrektureinrichtung kann den diskontinuierlichen Punkt in der Ausgangsgröße der Auswahleinrichtung, der von der Ableitungseinrichtung hergeleitet wurde, durch einen Wert ersetzen, der durch Addieren oder Subtrahieren eines in Übereinstimmung mit der positiven oder negativen Differenz vorbestimmten Wertes zu oder von dem Wert eines diskontinuierlichen Punktes erhalten wird, um das Ausgangssignal zu glätten.
Die Korrektureinrichtung kann den diskontinuierlichen Punkt in der Ausgangsgröße der Auswahleinrichtung, der von der Ableitungseinrichtung hergeleitet wurde, durch einen Durchschnitt der Werte einer Mehrzahl von Punkten in der Nähe des diskontinuierlichen Punktes ersetzen, um das Ausgangssignal zu glätten.
Die Korrektureinrichtung kann den diskontinuierlichen Punkt in der Ausgangsgröße der Auswahleinrichtung, der von der Ableitungseinrichtung hergeleitet wurde, durch einen Durchschnitt aus dem Wert des diskontinuierlichen Punktes und dem Wert des digitalen Eingangssignals am entsprechenden Punkt ersetzen.
Die Korrektureinrichtung kann den diskontinuierlichen Punkt in der Ausgangsgröße der Auswahleinrichtung, der von der Ableitungseinrichtung hergeleitet wurde, durch einen Wert bei einem kontinuierlichen Punkt unmittelbar vor dem diskontinuierlichen Punkt ersetzen.
Gemäß der Vorrichtung zur Verminderung der Quantisierungsverzerrung der Erfindung werden die niederfrequenten Komponenten des digitalen Eingangssignals, das eine Frequenz mit einer vorbestimmten Abschneidfrequenz oder einer niedrigeren Frequenz aufweist, durch ein Digitalfilter abgetastet und dabei die Bitlänge des digitalen Eingangssignals nach unten erweitert. Die Zähleinrichtung zählt bei jedem Punkt des digitalen Eingangssignals die Anzahl der davor und dahinter liegenden Abtastpunkte, welche den gleichen Wert haben. In Übereinstimmung mit dem Zählwert der Zähleinrichtung führt die Auswahleinrichtung ein Auswählen und Ausgeben durch, und zwar entweder des digitalen Eingangssignals, dessen Bitlänge nach unten erweitert wurde, für Abschnitte, deren Zählwert genauso groß oder kleiner ist als ein vorbestimmter Wert, oder eines Signals, welches das Digitalfilter durchlaufen hat, und zwar für Abschnitte, deren Zählwert genauso groß oder größer ist als ein vorbestimmter Wert.
Daher wird für die Abschnitte, welche eine vorbestimmte Anzahl oder mehr aufeinanderfolgende Punkte gleichen Wertes aufweisen und eine relativ große Quantisierungsverzerrung im Vergleich zur Signalamplitude aufweisen, das digitale Eingangssignal durch ein Signal ersetzt, das die niederfrequenten Komponenten des digitalen Eingangssignals enthält und dessen Frequenz gleich groß oder kleiner ist als die vorbestimmte Abschneidfrequenz und durch das digitale Filter abgetastet wurde, wobei dabei die Bitlänge des digitalen Eingangssignals nach unten erweitert wird. Daher kann das digitale Ausgangssignal in eine geglättete Kurve überführt werden und die Quantisierungsverzerrung kann verringert werden. Für Abschnitte, bei denen die Anzahl aufeinanderfolgender Punkte von gleichem Wert genauso groß oder größer ist als eine vorbestimmte Anzahl und die eine im Vergleich zur Signalamplitude relativ geringe Quantisierungsverzerrung aufweisen, wird das digitale Eingangssignal, dessen Bitlänge nach unten erweitert wurde, unverändert verwendet. Daher werden die hochfrequenten Komponenten nicht unnötigerweise gedämpft.
Weiter sind eine Mehrzahl digitaler Filter vorgesehen, wobei jedes Filter eine unterschiedliche Abschneidfrequenz aufweist. Die Auswahleinrichtung führt ein Auswählen und Ausgeben des digitalen Eingangssignals durch, dessen Bitlänge nach unten erweitert wurde, und zwar für Abschnitte, bei denen der von der Zähleinrichtung gezählte Zählwert gleich groß oder kleiner als ein vorbestimmter Zählwert ist, oder eines Signals, das eines der digitalen Filter durchlaufen hat, welche in Übereinstimmung mit einer Erhöhung des Zählwertes eine geringere Abschneidfrequenz aufweisen. Daher lassen sich im Vergleich zur Signalamplitude große und kleine Quantisierungsverzerrungen zuverlässig verringern, und dabei wird eine Dämpfung der Signalkomponenten vermieden.
Und außerdem leitet die Ableitungseinrichtung einen in der Ausgangsgröße der Auswahleinrichtung enthaltenen diskontinuierlichen Punkt ab, und die Korrektureinrichtung macht den diskontinuierlichen Punkt kontinuierlich. Daher ist es möglich, eine neuerliche Erzeugung einer Wellenformverzerrung zu vermindern.
Weiter leitet die Ableitungseinrichtung als diesen diskontinuierlichen Punkt einen Punkt ab, welcher zwischen dem Wert der Ausgangsgröße der Auswahleinrichtung bei jedem Punkt und dem Wert des digitalen Eingangssignals beim entsprechenden Punkt eine Differenz von einem vorbestimmten Wert oder größer aufweist. Daher kann ein diskontinuierlicher Punkt der Ausgangsgröße der Auswahleinrichtung in einfacher und korrekter Weise beurteilt werden.
Weiter leitet die Ableitungseinrichtung als diesen diskontinuierlichen Punkt einen Punkt ab, welcher zwischen dem Wert der Ausgangsgröße der Auswahleinrichtung bei jedem Punkt und dem Wert des digitalen Eingangssignals beim entsprechenden Punkt eine Differenz von einem vorbestimmten Wert oder größer aufweist und zwischen positiven und negativen Differenzwerten unterscheidet. Die Korrektureinrichtung ersetzt den diskontinuierlichen Punkt in der Ausgangsgröße der Auswahleinrichtung, der von der Ableitungseinrichtung hergeleitet wurde, durch einen Wert, der mittels Addition oder Subtraktion eines in Übereinstimmung mit der positiven oder negativen Differenz vorbestimmten Wertes zu oder von dem digitalen Eingangssignal erhalten wird, um das Ausgangssignal zu glätten. Daher wird es möglich, in zuverlässiger Weise eine Erzeugung eines diskontinuierlichen Punktes im Ausgangssignal zu vermeiden, welcher einen Wert gleich groß oder größer als ein vorbestimmter Wert aufweist, und zwar unter Verwendung einer einfachen Schaltungsanordnung.
Weiter leitet die Ableitungseinrichtung als diesen diskontinuierlichen Punkt einen Punkt ab, welcher zwischen dem Wert der Ausgangsgröße der Auswahleinrichtung bei jedem Punkt und dem Wert des digitalen Eingangssignals beim entsprechenden Punkt eine Differenz von einem vorbestimmten Wert oder größer aufweist und zwischen positiven und negativen Differenzwerten unterscheidet. Die Korrektureinrichtung ersetzt den diskontinuierlichen Punkt in der Ausgangsgröße der Auswahleinrichtung, der von der Ableitungseinrichtung hergeleitet wurde, durch einen Wert, der durch Addieren oder Subtrahieren eines in Übereinstimmung mit der posi tiven oder negativen Differenz vorbestimmten Wertes zu oder von dem Wert eines diskontinuierlichen Punktes erhalten wird, um das Ausgangssignal zu glätten.
Daher wird es möglich, in zuverlässiger Weise eine Erzeugung eines diskontinuierlichen Punktes im Ausgangssignal zu vermeiden, welcher einen Wert gleich groß oder größer als ein vorbestimmter Wert aufweist, und zwar unter Verwendung einer einfachen Schaltungsanordnung.
Weiter ersetzt die Korrektureinrichtung den diskontinuierlichen Punkt in der Ausgangsgröße der Auswahleinrichtung, der von der Ableitungseinrichtung hergeleitet wurde, durch einen Durchschnitt der Werte einer Mehrzahl von Punkten in der Nähe des diskontinuierlichen Punktes, um das Ausgangssignal zu glätten. Daher wird es möglich, in zuverlässiger Weise eine Erzeugung eines diskontinuierlichen Punktes im Ausgangssignal zu vermeiden, und zwar unter Verwendung einer einfachen Schaltungsanordnung.
Und weiter ersetzt die Korrektureinrichtung den diskontinuierlichen Punkt in der Ausgangsgröße der Auswahleinrichtung, der von der Ableitungseinrichtung hergeleitet wurde, durch einen Durchschnitt aus dem Wert des diskontinuierlichen Punktes und dem Wert des digitalen Eingangssignals am entsprechenden Punkt. Daher wird es möglich, in zuverlässiger Weise eine Erzeugung eines diskontinuierlichen Punktes im Ausgangssignal zu vermeiden, und zwar unter Verwendung einer einfachen Schaltungsanordnung.
Und weiter ersetzt die Korrektureinrichtung den diskontinuierlichen Punkt in der Ausgangsgröße der Auswahleinrichtung, der von der Ableitungseinrichtung hergeleitet wurde, durch einen Wert bei einem kontinuierlichen Punkt unmittelbar vor dem diskontinuierlichen Punkt. Daher wird es möglich, in zuverlässiger Weise eine Erzeugung eines diskontinuierlichen Punktes im Ausgangssignal zu vermeiden, und zwar unter Verwendung einer einfachen Schaltungsanordnung.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist ein Schaltungsdiagramm in Blockform, welches eine Vorrichtung zur Verringerung der Quantisierungsverzerrung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung aufweist.
2 ist ein Diagramm, welches die Funktionsweise einer Zähleinrichtung und eines Encoders darstellt.
3 ist ein Diagramm, welches eine Ausgangsgröße eines digitalen Tiefpassfilters mit einer Abschneidfrequenz von 7 kHz zeigt.
4 ist ein Diagramm, welches eine Ausgangsgröße eines digitalen Tiefpassfilters mit einer Abschneidfrequenz von 4 kHz zeigt.
5 ist ein Diagramm, welches eine Ausgangsgröße eines digitalen Tiefpassfilters mit einer Abschneidfrequenz von 2,5 kHz zeigt.
6 ist ein Diagramm, welches eine Ausgangsgröße einer Verzögerungseinheit zeigt.
7 ist ein Diagramm, welches eine Ausgangsgröße einer Bit-Expandiereinrichtung zeigt.
8 ist ein Diagramm, welches eine Ausgangsgröße einer Auswahleinrichtung zeigt.
9 ist ein Diagramm, welches die Funktionsweise einer Ableitungseinrichtung zeigt.
10 ist ein Diagramm, welches die Ausgangsgröße einer Addiereinrichtung zeigt.
11 ist ein Diagramm, welches die Ausgangsgröße einer Subtrahiereinrichtung zeigt.
12 ist ein Diagramm, welches die Ausgangsgröße einer Korrektureinrichtung zeigt.
13 ist ein Diagramm, welches eine Wellenform einer Ausgangsgröße der Korrektweinrichtung nach dem Durchlaufen eines D/A-Wandlers zeigt.
14 ist ein Diagramm, welches eine Wellenform einer Ausgangsgröße der Korrektureinrichtung nach dem Durchlaufen eines D/A-Wandlers und eines Analog-Tiefpassfilters zeigt.
15 ist ein Schaltungsdiagramm in Blockform, welches Modifikationen der Ableitungseinrichtung und der Korrektureinrichtung zeigt.
16 ist ein Schaltungsdiagramm in Blockform, welches weitere Modifikationen der Ableitungseinrichtung und der Korrektureinrichtung zeigt.
17 ist ein Schaltungsdiagramm in Blockform, welches weitere Modifikationen der Ableitungseinrichtung und der Korrektureinrichtung zeigt.
18 ist ein Schaltungsdiagramm in Blockform, welches weitere Modifikationen der Ableitungseinrichtung und der Korrektureinrichtung zeigt.
19 ist ein Diagramm, welches ein Beispiel eines analogen Signals zeigt.
20 ist ein Diagramm, welches die Wellenform des in 19 gezeigten analogen Signals nach der A/D-Wandlung zeigt.
21 ist ein Diagramm, welches die Wellenform des in 20 gezeigten digitalen Signals nach der D/A-Wandlung zeigt.
22 ist ein Diagramm, welches eine Wellenform des in 21 gezeigten Signals zeigt, nachdem es ein Analog-Tiefpassfilter mit einer Abschneidfrequenz von 20 kHz durchlaufen hat.
23 ist ein Diagramm, welches eine Wellenform des in 21 gezeigten Signals zeigt, nachdem es ein Analog-Tiefpassfilter mit einer Abschneidfrequenz von 3 kHz durchlaufen hat.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
1 ist ein Schaltungsdiagramm in Blockform, welches eine Vorrichtung zur Verminderung der Quantisierungsverzerrung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung zeigt.
Bezugszeichen 1 repräsentiert einen Digitalsignal-Eingangsanschluss, und diesem wird beispielsweise ein digitales Eingangssignal D₀ (zum Beispiel ein Sprachsignal mit einer Signalbandbreite von 20 kHz oder weniger) zugeführt, welches eine Abtastfrequenz von 48 kHz und eine Länge von 16 Bit aufweist. Bezugszeichen 2 repräsentiert eine Zähleinrichtung, welche bei jedem Punkt (ausschließlich dieses Punktes) die Anzahl von aufeinanderfolgenden, davor und dahinterliegenden Abtastpunkten zählt, welche den gleichen Wert des digitalen Eingangssignals D₀ haben und diesen für den Grad der Quantisierungsverzerrung repräsentativen Zählwert ausgibt. Man kann annehmen, dass, wenn der Zählwert von den gleichen Wert aufweisenden aufeinanderfolgenden Abtastpunkten groß ist, in Übereinstimmung mit der Signalamplitude am Abtastpunkt die Quantisierungsverzerrung groß ist. Bezugszeichen 3 bis 5 repräsentieren Digital-Tiefpassfilter mit Abschneidfrequenzen von 7 kHz, 4 kHz bzw. 2,5 kHz, welche die niederfrequenten Komponenten des digitalen Eingangssignals D₀ mittels vorbestimmter interner Berechnungen durchlassen, und dabei das digitale Eingangssignal D₀ um 4 Bit nach unten erweitern. Jedes digitale Tiefpassfilter 3 bis 5 gibt ein Berechnungsergebnis von 20 Bit Länge aus.
Es wird angenommen, dass die Zähleinrichtung 2 eine Verzögerungszeit Td (in diesem Beispiel 146 μs, was siebenmal so lang ist wie ein Abtastzeitraum) beginnend von der Zuführung eines Abtastzeitpunktes des digitalen Eingangssignals D₀ bis zur Ausgabe des beim Abtastzeitpunkt gefundenen Zählwertes aufweist, und dass die Gruppen-Verzögerungszeit eines jeden digitalen Tiefpassfilters 3 bis 5 den Wert Td hat.
Bezugszeichen 6 repräsentiert eine Auswahleinrichtung, welche in Übereinstimmung mit der Ausgangsgröße der Zähleinrichtung 2 ein Auswählen und Ausgeben entweder des um 4 Bit nach unten erweiterten digitalen Eingangssignals D₀ während des Zeitraums, bei dem dieser Zählwert so groß ist wie ein vorbestimmter Wert oder kleiner, oder eine Ausgangsgröße eines der digitalen Tiefpassfilter 3 bis 5 durchführt, die eine niedrigere Abschneidfrequenz in Übereinstimmung mit einer Erhöhung des Zählwertes aufweisen, und zwar während des Zeitraums, bei dem dieser Zählwert genauso groß oder größer ist wie ein vorbestimmter Wert.
Ein in der Auswahleinrichtung enthaltener Encoder 7 klassifiziert den von der Zähleinrichtung 2 ausgegebenen Zählwert in mehrere Stadien. In diesem Beispiel wird der Zählwert r in die folgenden vier Stadien klassifiziert, und ein für dieses Stadium repräsentatives Signal i wird ausgegeben.
r = 0 .... erstes Stadium
1 ≤ r ≤ 2 .... zweites Stadium
3 ≤ r ≤ 5 .... drittes Stadium
6 ≤ r .... viertes Stadium
Der Zählwert r lässt sich in vier Stadien unterteilen, deren Bereiche sich von den zuvor beschriebenen unterscheiden.
Bezugszeichen 8 repräsentiert eine Verzögerungseinheit, welche das digitale Eingangssignal D₀ um Td verzögert, um die Verzögerungszeit der Zähleinrichtung 2 und der Digital-Tiefpassfilter 3 bis 5 zu kompensieren. Bezugszeichen 9 repräsentiert eine Bit-Expansionseinrichtung, welche das verzögerte digitale Eingangssignal D₀ um 4 Bit nach unten erweitert.
Bezugszeichen 10 repräsentiert eine Auswahleinrichtung, welche ein Auswählen und Ausgeben einer Ausgangsgröße D₁ der Bit-Expansionseinrichtung 9 durchführt, wenn die Ausgangsgröße i des Encoders 7 den Wert "1" hat, einer Ausgangsgröße D₂ des Digital-Tiefpassfilters 3, wenn die Ausgangsgröße i den Wert " 2" hat, einer Ausgangsgröße D₃ des digitalen Tiefpassfilters 3, wenn die Ausgangsgröße i den Wert "3" hat, oder einer Ausgangsgröße D₄ des digitalen Tiefpassfilters 5, wenn die Ausgangsgröße i den Wert "4" hat. Während des Zeitraums, bei dem das digitale Eingangssignal D₀ im Vergleich zur Signalamplitude eine relativ geringe Quantisierungsverzerrung aufweist und der Zählwert r den Wert "0" hat, wird die Ausgangsgröße D₁ der Bit-Expansionseinrichtung 9 so gewählt, dass die Ausgangsgröße eine Wellenform ähnlich dem digitalen Eingangssignal D₀ aufweist und ohne irgendeine Dämpfung ausgegeben wird. Während des Zeitraums, bei dem das digitale Eingangssignal D₀ im Vergleich zur Signalamplitude eine relativ große Quantisierungsverzerrung aufweist und der Zählwert r nicht "0" beträgt, wird eine Ausgangsgröße D₂ bis D₄ der digitalen Tiefpassfilter 3 bis 5 ausgewählt, so dass der die aufeinanderfolgenden Abtastzeitpunkte mit gleichem Wert aufweisende Zeitraum zu einer geglätteten Kurve wird und die Quantisierungsverzerrung verringert werden kann.
In Übereinstimmung mit einer Erhöhung des Zählwertes wird eine der Ausgangsgrößen D₂ bis D₄ der Digital-Tiefpassfilter 3 bis 5 von geringerer Abschneidfrequenz ausgewählt. Der Grund dafür liegt darin, dass Signalkomponenten nicht gedämpft werden, hingegen sowohl im Vergleich zur Signalamplitude große als auch kleine relative Quantisierungsverzerrungen zuverlässig verringert werden.
Es sei der Fall betrachtet, bei dem lediglich das Digital-Tiefpassfilter 3 mit einer Abschneidfrequenz von 7 kHz verwendet wird und während des Zeitraums von r = 0 wird die Ausgangsgröße D₁ gewählt, und während des Zeitraums 1 ≤ r wird die Ausgangsgröße D₂ des Digital-Tiefpassfilters 3 gewählt. In diesem Fall kann, auch wenn während des Zeitraums, bei dem die Anzahl der den gleichen Wert aufweisenden aufeinanderfolgenden Punkte gering ist (geringe relative Quantisierungsverzerrung im Vergleich zur Signalamplitude), das digitale Eingangssignal D₀ ohne Weiteres geglättet werden, und während des Zeitraums, bei dem die Anzahl von den gleichen Wert aufweisenden aufeinanderfolgenden Punkten groß ist (große relative Quantisierungsverzerrung im Vergleich zur Signalamplitude), kann das digitale Ein gangssignal D₀ nicht geglättet werden, da die Frequenzkomponenten zum unteren Band hin verschoben werden.
Umgekehrt dazu sei der Fall betrachtet, bei dem lediglich das Digital-Tiefpassfilter 5 mit einer Abschneidfrequenz von 2,5 kHz verwendet wird und während des Zeitraums von r ≤ 5 wird die Ausgangsgröße D₁ gewählt, und während des Zeitraums 6 ≤ r wird die Ausgangsgröße D₄ des Digital-Tiefpassfilters 5 gewählt. In diesem Fall kann, auch wenn während des Zeitraums, bei dem die Anzahl der den gleichen Wert aufweisenden aufeinanderfolgenden Punkte gering ist (geringe relative Quantisierungsverzerrung im Vergleich zur Signalamplitude), das digitale Eingangssignal D₀ ohne Weiteres geglättet werden, und der Zeitraum, welcher aufeinanderfolgende Punkte im Bereich von r ≤ 5 aufweist, kann nicht geglättet werden. Wenn D₁ während des Zeitraums r = 0 gewählt wird und D₄ des digitalen Tiefpassfilters 5 während des Zeitraums 1 ≤ r gewählt wird, weist der Zeitraum, bei dem die Anzahl der den gleichen Wert aufweisenden aufeinanderfolgenden Punkte relativ gering ist, Frequenzkomponenten auf, die gegenüber der Abschneidfrequenz in Richtung zur hohen Frequenz verschoben sind, so dass das digitale Eingangssignal gedämpft wird.
Die Auswahleinrichtung 6 gibt ein Digitalsignal D₅ aus, wodurch die Quantisierungsverzerrung verringert wird, ohne das digitale Eingangssignal zu dämpfen. Jedoch besteht die Möglichkeit, dass bei einem Umschaltzeitpunkt der Auswahleinrichtung 10 ein diskontinuierlicher Punkt erzeugt werden kann. In der in 1 dargestellten Ausführungsform wird dieser diskontinuierliche Punkt bei der auf die Auswahleinrichtung 6 folgenden Stufe kontinuierlich gemacht.
Bezugszeichen 11 repräsentiert eine Ableitungseinrichtung zum Ableiten eines diskontinuierliches Punktes, bei dem die Differenz zwischen dem Wert der Ausgangsgröße D₅ der Auswahleinrichtung beim jeweiligem Punkt und der Wert des digitalen Eingangssignals D₀ beim entsprechenden Punkt größer ist als ein vorbestimmter Wert. Die Ableitungseinrichtung 11 unterscheidet auch zwischen positiven und negativen Differenzen. Eine in der Ableitungseinrichtung 11 enthaltene Subtrahierein richtung 12 subtrahiert von der Ausgangsgröße D₅ der Auswahleinrichtung 6 das Bit-expandierte digitale Eingangssignal D₁ , und ein Komparator 13 vergleicht eine Ausgangsgröße δ der Subtrahiereinrichtung 12 mit positiven und negativen Referenzwerten +R und –R, und gibt das Vergleichsergebnis j aus.
j = 1 für –R < δ < +R
j = 2 für +R ≤ δ
j = 3 für δ ≤ –R
j = 2 gibt an, dass eine Differenz zwischen D₅ und D₁ positiv ist, und j = 3 gibt an, dass die Differenz negativ ist. Eine Ausgangsgröße der Auswahleinrichtung 6 bei j = 2 oder j = 3 zeigt einen durch das Umschalten der Auswahleinrichtung 10 erzeugten diskontinuierlichen Punkt an.
R ist ein willkürlich gewählter positiver Wert. Beispielsweise sei hier angenommen, dass R = 8 (entsprechend (1/2) LSB des digitalen Eingangssignals D₁ von 16 Bit Länge).
Bezugszeichen 14 repräsentiert eine Korrektureinrichtung, welche einen diskontinuierlichen Punkt kontinuierlich macht, dadurch, dass sie den von der Auswahleinrichtung 6 ausgegebenen und von der Ableitungseinrichtung 11 abgeleiteten diskontinuierlichen Punkt durch einen Wert ersetzt, der durch eine Addition oder Subtraktion eines in Übereinstimmung mit der Differenz zwischen D₅ und D₁ voreingestellten Wertes zu bzw. von diesem Wert beim entsprechenden Punkt des einer Bit-Expansion unterzogenen digitalen Eingangssignals D₁ erhalten wird.
Eine in der Korrektureinrichtung 14 enthaltene Addiereinrichtung 15 addiert R' zu dem einer Bit-Expansion unterzogenen digitalen Eingangssignal D₁ und eine Subtrahiereinrichtung 16 subtrahiert R' von dem einer Bit-Expansion unterzogenen digitalen Eingangssignal D₁ . Bezugszeichen 17 repräsentiert eine Auswahleinrichtung, welche in Übereinstimmung mit dem vom Komparator erzielten Vergleichsergebnis die Ausgangsgröße D₅ der Auswahleinrichtung 6 auswählt und ausgibt, und zwar falls j = 1, eine Ausgangsgröße D₆ der Addiereinrichtung 15 ausgibt, falls j = 2, oder eine Ausgangsgröße D₇ der Subtrahiereinrichtung 16 ausgibt, falls j = 3. R' ist ein willkürlich gewählter positiver Wert, und in diesem Beispiel gilt R = R'.
Die Ausgangsgröße der Auswahleinrichtung 6 oder der von der Ableitungseinrichtung 11 abgeleitete diskontinuierliche Punkt wird durch eine Ausgangsgröße des Addierers 15 oder der Subtrahiereinrichtung 16 ersetzt. Daher ist die Differenz gegenüber dem digitalen Eingangssignal D₀ beim diskontinuierlichen Punkt auf einen Wert begrenzt, der genauso groß oder kleiner ist als der vorbestimmte Wert, so dass der diskontinuierliche Punkt geglättet werden kann.
Ein digitales Signal D₈ , das von der Korrektureinrichtung nach Verminderung der Quantisierungsverzerrung ausgegeben wird, wird über einen Ausgangsanschluss wie beispielsweise einem (nicht dargestellten) D/A-Wandler zugeführt.
Als nächstes wird die Funktionsweise der zuvor beschriebenen Ausführungsform mit Bezug auf die 2 bis 14 beschrieben.
Der Einfachheit halber sei angenommen, dass es sich bei einer am Eingangsanschluss anliegenden Eingangsgröße um ein in 20 dargestelltes digitales Eingangssignal D₀ handelt (Wellenform, die eine gedämpfte Welle von 2 kHz aufweist und bei der ein einziger Zyklus einer Sinuswelle von 10 kHz dem hinteren Abschnitt der gedämpften Welle überlagert ist).
Die Zähleinrichtung 2 zählt einen Wert r (Anzahl der aufeinanderfolgenden Punkte vor und hinter dem Abtastpunkt, abgesehen vom betreffenden Abtastpunkt selber), der für den Grad der Quantisierungsverzerrung bei jedem Punkt des digitalen Eingangssignal D₀ repräsentativ ist, wobei der Zählwert r nach der Verzögerungszeit Td ausgegeben wird (siehe 2). Die unterschiedliche Abschneidfrequenzen aufweisenden digitalen Tiefpassfilter 3 bis 5 führen eine vorbestimmte interne Berechnung durch, um die niederfrequenten Komponenten des digitalen Eingangssignals D₀ herzuleiten, wobei dabei die Bitlänge des digitalen Eingangssignals um 4 Bit nach unten erweitert wird, und gibt Signale D₂ bis Da von 20 Bit Länge aus (siehe 3 bis 5). Jedes digitale Tiefpassfilter 3 bis 5 weist die gleiche Gruppen-Verzögerungszeit des Wertes Td auf.
Das digitale Eingangssignal D₀ wird durch die Verzögerungseinheit 8 der Auswahleinrichtung 6 um Td verzögert, um die Verzögerungszeit der Zähleinrichtung 2 und der digitalen Tiefpassfilter 3 bis 5 zu kompensieren (siehe 6). Das verzögerte digitale Eingangssignal wird durch die Bit-Expansionseinrichtung 9 um 4 Bit nach unten erweitert und als Signal D₁ ausgegeben (siehe 7). Beispielsweise werden die Abtastwerte A533_h , A520_h , A52C_h und A527_A , wie dargestellt in 6, auf die in 7 dargestellten Werte A5330_h , A5200_h , A52CO_h und A5270_h verändert.
Der Encoder 7 der Auswahleinrichtung 6 kodiert den Zählwert r und gibt ein Signal i aus, das eines der vier Stadien bezeichnet. In Übereinstimmung mit dem Signal i führt die Auswahleinrichtung 10 ein Auswählen und Ausgeben von einem der Signale D₁ bis D₅ durch (siehe 2).
Während des Zeitraums von der ersten Anstiegsflanke des in 2 dargestellten digitalen Eingangssignals D₀ bis zur zweiten Anstiegsflanke ist die Amplitude der 2 kHz-Wellenform groß, und bei fast allen Punkten gibt es keinen aufeinanderfolgenden gleichen Wert. Daher gilt r = 0 und die Abschnitte A₀ bis A₂ belegen fast den gesamten Zeitraum, wobei diese Abschnitte eine relative Quantisierungsverzerrung haben, die im Vergleich zur Signalamplitude kleiner ist als ein vorbestimmter Wert. Diese Abschnitte werden mit dem Signal i = "1" versehen, so dass die Auswahleinrichtung 10 das der Bit-Expansion unterzogene digitale Eingangssignal D₁ auswählt. Dies trifft auch für die Abschnitte A₃ und A₄ zu (A₄ entspricht der 10 kHz-Wellenform). Nach der ersten Spitze des digitalen Eingangssignals D₀ gibt es Abschnitte B₀ bis B₂ , welche zwei oder drei aufeinanderfolgende Punkte mit gleichem Wert aufweisen, bedingt durch den Einfluss der Quantisierungsfehler. Auch wenn diese Abschnitte eine relative Quantisierungsverzerrung aufweisen, die im Vergleich zur Signalamplitude genauso groß oder größer als ein vorbestimmter Wert ist, ist die Verzerrung immer noch relativ gering, so dass diese Abschnitte mit dem Wert r = 1 bis 2 und i = 2 versehen werden und die Auswahleinrichtung 10 die Ausgangsgröße D₂ des digitalen Tiefpassfilters 3 auswählt. Danach treten, mit fortschreitender Dämpfung der 2 kHz-Wellenform Abschnitte B₂ bis B₅ mit zwei oder drei den gleichen Wert aufweisenden aufeinanderfolgenden Punkten und Abschnitte C₀ bis C₁ mit vier bis sechs den gleichen Wert aufweisenden aufeinanderfolgenden Punkten in Erscheinung. Diese Abschnitte weisen eine relativ große Quantisierungsverzerrung auf, so dass sie den Wert r = 3 bis 5 und i = 3 erhalten und die Auswahleinrichtung 10 wäh1t die Ausgangsgröße D₃ des digitalen Tiefpassfilters 4 aus. Mit Eintreten der starken Dämpfung der 2 kHz-Wellenform treten Abschnitte E₀ und E₁ mit sieben oder mehr den gleichen Wert aufweisenden aufeinanderfolgenden Punkten und die Abschnitte C₀ und C₁ auf. Diese Abschnitte weisen eine ziemlich große Quantisierungsverzerrung auf, so dass sie mir dem Wert r ≥ 0 und i = 4 versehen werden, und die Auswahleinrichtung 10 wählt die Ausgangsgröße D₄ des digitalen Tiefpassfilters 5 aus.
Demzufolge wird die Ausgangsgröße der Auswahlrichtung wie dargestellt in 8. Die Ecken der abgetasteten Rechtecke in Abschnitten, welche aufeinanderfolgende Punkte mit gleichem Wert aufweisen, wie dargestellt in 20, werden geglättet und zu einer Kurve geändert, und zwar ohne eine unnötige Dämpfung des Eingangssignals. Wie gezeigt, können sowohl eine im Vergleich zur Signalamplitude große als auch im Vergleich zu dieser kleine Quantisierungsverzerrung verringert werden.
Jedoch gibt es, wie in 8 dargestellt, diskontinuierliche Punkte α, β und γ in der Nähe der Schaltzeitpunkte der Auswahleinrichtung 10. Diese diskontinuierlichen Punkte können durch die Ableitungseinrichtung 11 und die Korrektureinrichtung 14 korrigiert werden.
Speziell leitet die Ableitungseinrichtung 11 einen diskontinuierlichen Punkt her, wenn eine Differenz δ zwischen dem Wert der Ausgangsgröße D₅ der Auswahleinrichtung 6 bei jedem Punkt und ein Wert des einer Bit-Expansion unterzogenen digitalen Eingangssignals D₁ beim entsprechenden Punkt genauso groß oder größer wie ein vorbestimmter Wert ist, und unterscheidet gleichzeitig zwischen positiven und negativen Differenzen. Wenn die Ausgangsgröße D₅ der Auswahleinrichtung 6 kein diskontinuierlicher Punkt ist, gibt die Korrektweinrichtung 14 den Wert D₅ selber aus, wenn hingegen die Ausgangsgröße D₅ ein diskontinuierlicher Punkt ist und die Differenz δ ist, wird dieser diskontinuierliche Punkt in einen Wert umgewandelt, der durch Addieren eines vorbestimmten Wertes zu einem Wert des einer Bit-Expansion unterzogenen digitalen Eingangssignals D₁ beim betreffenden Punkt erzielt wird, und wenn die Differenz δ negativ ist, wird dieser diskontinuierliche Punkt in einen Wert umgewandelt, der durch Subtrahieren eines vorbestimmten Wertes von einem Wert des einer Bit-Expansion unterzogenen digitalen Eingagssignals D₁ beim betrachteten Punkt erzielt wird. Auf diese Weise wird der diskontinuierliche Punkt kontinuierlich gemacht.
Genauer gesagt berechnet die Subtrahiereinrichtung 12 die Differenz δ zwischen der Ausgangsgröße D₅ der Auswahleinrichtung 6 und dem verzögerten und einer Bit-Expansion unterzogenen digitalen Eingangssignal D₁ (siehe 9). Der Komparator 18 vergleicht die Differenz δ mit den Werten +R und –R (R = 8), und gibt den Wert j = l aus, wenn –R < δ < +R, den Wert j = 2, wenn +R ≤ δ oder den Wert j = 3, wenn δ ≤ –R (siehe 9). In 8 nimmt der diskontinuierliche Punkt a den Wert j = 1 an, und β und γ den Wert j = 3, und andere Punkte den Wert j = 1.
Die Addiereinrichtung 15 der Korrektweinrichtung 14 addiert R' (= R) zu D₁ und gibt D₆ aus (siehe 10), und die Subtrahiereinrichtung 16 subtrahiert R' von D₁ und gibt D₇ aus (siehe 11). D₆ ist ein oberer Grenzwert, den die endgültige Ausgangsgröße annehmen kann, und D₇ ist ein unterer Grenzwert, den die endgültige Ausgangsgröße annehmen kann.
Die Auswahleinrichtung 17 führt ein Auswählen und Ausgeben der Ausgangsgröße D₅ der Auswahleinrichtung 6 durch, wenn der Komparator 13 den Wert j = 1 ausgibt. Beim diskontinuierlichen Punkt α von D₅ gibt der Komparator 13 den Wert j = 2 aus, und die Auswahleinrichtung 17 führt ein Auswählen und Ausgeben von D₆ der Addiereinrichtung 15 anstelle von a aus. In ähnlicher Weise gibt beim diskontinuierlichen Punkt β (γ) von D₅ die Komparatoreinrichtung 13 den Wert j = 3 aus, und die Auswahleinrichtung 17 führt ein Auswählen und Ausgeben von D₇ der Subtrahiereinrichtung 16 anstelle von β (γ) aus. Auf diese Weise gibt die Auswahleinrichtung 17 ein digitales Signal D₈ aus, bei welchem, wie dargestellt in 12, das Ausmaß der Diskontinuität bei den diskontinuierlichen Punkten α, β und γ verringert ist und die Punkte α', β' und γ' ausgegeben werden, um die ausgegebene Signalwellenform zu glätten.
Wenn das digitale Signal D₈ durch einen (nicht dargestellten) D/A-Wandler von 20 Bit einer D/A-Wandlung unterzogen wird, wird das umgewandelte Signal wie dargestellt in 13, und wenn dieses umgewandelte Signal durch ein (nicht dargestelltes) analoges Tiefpassfilter mit einer Abschneidfrequenz von 20 kHz durchgeleitet wird, erhält man ein Signal wie dargestellt in 14. Aus dem Vergleich des in 14 dargestellten Signals mit dem in 22 dargestellten herkömmlichen Beispiel versteht es sich, dass sich die Quantisierungsverzerrung sowohl in Bereichen mit kleiner Signalamplitude als auch in Bereichen mit großer Signalamplitude beträchtlich vermindern lässt.
In der zuvor beschriebenen Ausführungsform werden drei Tiefpassfilter verwendet, welche unterschiedliche Abschneidfrequenzen aufweisen. Stattdessen können zwei, vier oder mehr Tiefpassfilter verwendet werden. Die Quantisierungsverzerrung lässt sich auch dadurch verringern, dass ein einfaches digitales Tiefpassfilter mit vorbestimmter Abschneidfrequenzen wie beispielsweise 7 kHz, 4 kHz und 2,5 kHz bereitgestellt wird. In diesem Fall wählt, wenn der von der Zähleinrichtung 2 gezählte Zählwert r den Wert n oder kleiner hat (n = 0 oder ein ganzzahliger Wert von 1 oder mehr, beispielsweise 2, 3, 4 und 5), die Auswahleinrichtung 10 das verzögerte und einer Bit-Expansion unterzogene digitale Eingangssignal D₁ , wenn hingegen der Zählwert r größer ist als n, wählt die Ausgangseinrichtung 10 die Ausgangsgröße des digitalen Tiefpassfilters aus.
Das Ableiten eines diskontinuierlichen Punktes von der Ausgangsgröße der Auswahleinrichtung 10 und das Korrigieren des Signalwertes, damit dieser kontinuierlich wird, kann durch sich von der zuvor Ausführungsform unterscheidende weitere Verfahren erfolgen. Beispielsweise addiert, wie in 15 dargestellt, ein Addierer 15A einer Korrektweinrichtung 14A einen positiven konstanten Wert R' zur Ausgangsgröße D₅ der Auswahleinrichtung 10 und eine Subtrahiereinrichtung 16A subtrahiert den positiven konstanten Wert R' von D₅ . Die Ableitungseinrichtung 11 berechnet die Differenz δ zwischen D₅ und der Ausgangsgröße D₁ der Bit-Expansionseinrichtung 9, und der Komparator 13 vergleicht diese Differenz mit +R und –R. Wenn –R < δ < +R und D₅ keinen diskontinuierlichen Punkt (j = 1) enthält, dann führt eine Auswahleinrichtung 17A ein Auswählen und Ausgeben von D₅ durch. Wenn δ ≤ –R und D₅ einen negativen diskontinuierlichen Punkt (j = 3) enthält, dann führt die Auswahleinrichtung 17A ein Auswählen und Ausgeben der Ausgangsgröße des Addierers 15A, nämlich des Wertes D₅ aus. Wenn im Gegensatz dazu +R ≤ δ und D₅ einen positiven diskontinuierlichen Punkt (j = 2) enthält, dann führt die Auswahleinrichtung 17A ein Auswählen und Ausgeben der Ausgangsgröße der Subtrahiereinrichtung 16A aus. R' kann den gleichen Wert wie R oder einen unterschiedlichen Wert annehmen.
Sogar bei dem in 15 dargestellten Beispiel können diskontinuierliche Punkte, die einen Wert haben, der größer ist als ein vorbestimmter Wert und in der Ausgangsgröße D₅ der Auswahleinrichtung 10 enthalten sind, zuverlässig mit einer relativ einfachen Schaltungsanordnung entfernt werden.
Bei einem weiteren Verfahren zur Vermeidung eines diskontinuierlichen Punktes in einem Ausgangssignal wird, wie in 16 dargestellt, in einer Korrektureinrichtung 14BD; durch zwei Verzögerungseinheiten 19 und 20 verzögert, die jeweils eine Verzögerungszeit von einer einzigen Abtastzeitdauer aufweisen, um D₅₁ und D₅₂ zu erzeugen, und eine Durchschnittswert-Berechnungseinheit 21 berechnet den Durchschnitt von drei Werten D₅ , D₅₁ und D₅₂ . In einer Ableitungseinrichtung 11B wird D₅ durch eine Verzögerungseinheit 22 um eine Verzögerungszeit von einer einzigen Abtastzeitdauer verzögert, um D₁₁ zu erzeugen, eine Subtrahiereinrichtung 12B berechnet die Differenz zwischen D₅₁ und D₁₁ , ein Komparator 13B vergleicht diese Differenz mit +R und –R, und gibt j' = 1 aus, was angibt, dass es keinen diskontinuierlichen Punkt gibt, wenn –R < δ < R, oder j' = 2, was angibt, dass ein diskontinuierlicher Punkt hergeleitet wurde, wenn δ ≤ –R oder +R ≤ δ. Eine Auswahleinrichtung 17B der Korrektureinrichtung 14B führt ein Auswählen und Ausgeben von D₅₁ durch, wenn D₅₁ keinen diskontinuierlichen Punkt enthält und j' = 1, oder eine Ausgangsgröße der Durchschnittswert-Berechnungseinheit 21, wenn D₅₁ einen diskontinuierlichen Punkt enthält und j' = 2.
In dem in 16 dargestellten Beispiel wird ein Punkt mit einer Differenz von einem vorbestimmten Wert oder mehr zwischen dem Wert der Ausgangsgröße D₅ der Auswahleinrichtung 10 und dem Wert des einer Bit-Expansion unterzogenen digitalen Eingangssignals D₁ beim entsprechenden Punkt als diskontinuierlicher Punkt hergeleitet. Daher können diskontinuierliche Punkte, deren Wert größer ist als ein vorbestimmter Wert und die in der Ausgangsgröße D₅ der Auswahleinrichtung 10 enthalten sind, zuverlässig mit einer relativ einfachen Schaltungsanordnung entfernt werden. Wenn weiter ein diskontinuierlicher Punkt, welcher einen Wert aufweist, der so groß ist wie ein vorbestimmter Wert oder größer, in der Ausgangsgröße D₅ der Auswahleinrichtung 10 enthalten ist, wird D₅ durch den Durchschnitt einer Mehrzahl von Punkten in der Nähe des diskontinuierlichen Punktes ersetzt. Daher kann der diskontinuierliche Punkt unter Verwendung einer einfachen Schaltungsanordnung einfach in eine geglättete Kurve umgewandelt werden.
In dem in 16 dargestellten Beispiel kann die Durchschnittswert-Berechnungseinheit 21 einen Durchschnitt der zwei Punkte D₅ und D₅₁ oder der zwei Punkte D₅ und D₅₂ berechnen, oder einen Durchschnitt der zwei Punkte D₅₁ und D₅₂ berechnen, ohne den Wert am diskontinuierlichen Punkt zu verwenden.
Bei einem weiteren Verfahren zur Vermeidung eines diskontinuierlichen Punktes in einem Ausgangssignal wie dargestellt in 17 erfolgt in einer Korrektureinrichtung 14C eine Durchschnittswert-Berechnung aus den Punkten D₅ und D₁ durch eine Durchschnittswert-Berechnungseinheit 23.
In einer Ableitungseinheit 11C berechnet die Subtrahiereinrichtung 12 die Differenz zwischen D₅ und D₁ , ein Komparator 13C vergleicht diese Differenz mit +R und –R, und gibt den Wert j' = 1 aus, was angibt, dass es keinen diskontinuierlichen Punkt gibt falls –R < δ < +R, oder j' = 2, was angibt, dass ein diskontinuierlicher Punkt hergeleitet wurde falls δ ≤ –R oder +R ≤ δ. Eine Auswahleinrichtung 17C der Korrektureinrichtung 14C führt ein Auswählen und Ausgeben von D₅ durch, falls D₅ keinen diskontinuierlichen Punkt enthält, und gibt den Wert j' = 1 oder eine Ausgangsgröße der Durchschnittswertbildungseinheit 23 aus, wenn D₅ einen diskontinuierlichen Punkt enthält und j' = 2.
In dem in 17 dargestellten Beispiel wird ein in der Ausgangsgröße D₅ der Auswahleinrichtung 10 enthaltener diskontinuierlicher Punkt durch einen Durchschnitt aus dem Wert am diskontinuierlichen Punkt und dem Wert des einer Bit-Expansion unterzogenen digitalen Eingangssignals D₁ am entsprechenden Punkt ersetzt, um das Ausgangssignal kontinuierlich zu machen. Daher können diskontinuierliche Punkte unschwierig in geglättete Kurven verändert werden, und zwar mit einer relativ einfachen Schaltungsanordnung. Wenn weiter ein diskontinuierlicher Punkt, der so groß oder größer ist als ein vorbestimmter Wert, in der Ausgangsgröße D₅ der Auswahleinrichtung 10 enthalten ist, wird D₅ durch einen Durchschnittswert aus einer Mehrzahl von Punkten in der Nähe des diskontinuierlichen Punktes ersetzt. Daher lässt sich der diskontinuierliche Punkt unter Verwendung einer einfachen Schaltungsanordnung unschwierig zu einer geglätteten Kurve ändern.
Bei noch einem weiteren Verfahren zur Vermeidung eines diskontinuierlichen Punktes in einem Ausgangssignal, wie dargestellt in 18, wird in einer Korrektureinrichtung 14D die Ausgangsgröße einer Auswahleinrichtung 17D durch eine Verzögerungseinheit 24 verzögert, welche eine Verzögerungszeit von einer einzigen Abtastzeitdauer aufweist, und die Auswahleinrichtung 17D führt ein Auswählen und Ausgeben entweder der Ausgangsgröße D₅ der Auswahleinrichtung oder der Ausgangsgröße der Verzögerungseinheit 24 aus. In einer Ableitungseinheit 11D berechnet die Subtrahiereinrichtung 12 die Differenz zwischen D₅ und D₁ , ein Komparator 13C vergleicht diese Differenz mit +R und –R, und gibt den Wert j' = 1 aus, was angibt, dass es keinen diskontinuierlichen Punkt gibt falls –R < δ < +R, oder j' = 2, was angibt, dass ein diskontinuierlicher Punkt hergeleitet wurde falls δ ≤ –R oder +R ≤ δ. Eine Auswahleinrichtung 17C der Korrektureinrichtung 14C führt ein Auswählen und Ausgeben von D₅ durch, falls D₅ keinen diskontinuierlichen Punkt enthält, und gibt den Wert j' = 1 oder eine Ausgangsgröße der Durchschnittswertbildungseinheit 24 aus, wenn D₅ einen diskontinuierlichen Punkt enthält und j' = 2.
In dem in 18 dargestellten Beispiel wird ein diskontinuierlicher Punkt in D₅ durch den Wert eines kontinuierlichen Punktes unmittelbar vor dem diskontinuierlichen Punkt ersetzt. Daher können die diskontinuierlichen Punkte durch Verwendung einer relativ einfachen Schaltungsanordnung unschwierig zu einer geglätteten Kurve geändert werden.
Gemäß der Vorrichtung zur Verminderung der Quantisierungsverzerrung der Erfindung werden die niederfrequenten Komponenten des digitalen Eingangssignals, das eine Frequenz mit einer vorbestimmten Abschneidfrequenz oder einer niedrigeren Frequenz aufweist, durch ein Digitalfilter abgetastet und dabei die Bitlänge des digitalen Eingangssignals nach unten erweitert. Die Zähleinrichtung zählt bei jedem Punkt des digitalen Eingangssignals die Anzahl der davor und dahinter liegenden Abtastpunkte, welche den gleichen Wert haben. In Übereinstimmung mit dem Zählwert der Zähleinrichtung führt die Auswahleinrichtung ein Auswählen und Ausgeben durch, und zwar entweder des digitalen Eingangssignals, dessen Bitlänge nach unten erweitert wurde, für Abschnitte, deren Zählwert genauso groß oder kleiner ist als ein vorbestimmter Wert, oder eines Signals, welches das Digitalfilter durchlaufen hat, und zwar für Abschnitte, deren Zählwert genauso groß oder größer ist als ein vorbestimmter Wert.
Daher wird für die Abschnitte, welche eine vorbestimmte Anzahl oder mehr aufeinanderfolgende Punkte gleichen Wertes aufweisen und eine relativ große Quantisierungsverzerrung im Vergleich zur Signalamplitude aufweisen, das digitale Eingangssignal durch ein Signal ersetzt, das die niederfrequenten Komponenten des digitalen Eingangssignals enthält und dessen Frequenz gleich groß oder kleiner ist als die vorbestimmte Abschneidfrequenz und durch das digitale Filter abgetastet wurde, wobei dabei die Bitlänge des digitalen Eingangssignals nach unten erweitert wird. Daher kann das digitale Ausgangssignal in eine geglättete Kurve überführt werden und die Quantisierungsverzerrung kann verringert werden. Für Abschnitte, bei denen die Anzahl aufeinanderfolgender Punkte von gleichem Wert genauso groß oder größer ist als eine vorbestimmte Anzahl und die eine im Vergleich zur Signalamplitude relativ geringe Quantisierungsverzerrung aufweisen, wird das digitale Eingangssignal, dessen Bitlänge nach unten erweitert wurde, unverändert verwendet. Daher werden die hochfrequenten Komponenten nicht unnötigerweise gedämpft.
Weiter sind eine Mehrzahl digitaler Filter vorgesehen, wobei jedes Filter eine unterschiedliche Abschneidfrequenz aufweist. Die Auswahleinrichtung führt ein Auswählen und Ausgeben des digitalen Eingangssignals durch, dessen Bitlänge nach unten erweitert wurde, und zwar für Abschnitte, bei denen der von der Zähleinrichtung gezählte Zählwert gleich groß oder kleiner als ein vorbestimmter Zählwert ist, oder eines Signals, das eines der digitalen Filter durchlaufen hat, welche in Übereinstimmung mit einer Erhöhung des Zählwertes eine geringere Abschneidfrequenz aufweisen. Daher lassen sich im Vergleich zur Signalamplitude große und kleine Quantisierungsverzerrungen zuverlässig verringern, und dabei wird eine Dämpfung der Signalkomponenten vermieden.
Und außerdem leitet die Ableitungseinrichtung einen in der Ausgangsgröße der Auswahleinrichtung enthaltenen diskontinuierlichen Punkt ab, und die Korrektureinrichtung macht den diskontinuierlichen Punkt kontinuierlich. Daher ist es möglich, eine neuerliche Erzeugung einer Wellenformverzerrung zu vermindern.
Weiter leitet die Ableitungseinrichtung als diesen diskontinuierlichen Punkt einen Punkt ab, welcher zwischen dem Wert der Ausgangsgröße der Auswahleinrichtung bei jedem Punkt und dem Wert des digitalen Eingangssignals beim entsprechenden Punkt eine Differenz von einem vorbestimmten Wert oder größer aufweist. Daher kann ein diskontinuierlicher Punkt der Ausgangsgröße der Auswahleinrichtung in einfacher und korrekter Weise beurteilt werden.
Weiter leitet die Ableitungseinrichtung als diesen diskontinuierlichen Punkt einen Punkt ab, welcher zwischen dem Wert der Ausgangsgröße der Auswahleinrichtung bei jedem Punkt und dem Wert des digitalen Eingangssignals beim entsprechenden Punkt eine Differenz von einem vorbestimmten Wert oder größer aufweist und zwischen positiven und negativen Differenzwerten unterscheidet. Die Korrektureinrichtung ersetzt den diskontinuierlichen Punkt in der Ausgangsgröße der Auswahleinrichtung, der von der Ableitungseinrichtung hergeleitet wurde, durch einen Wert, der mittels Addition oder Subtraktion eines in Übereinstimmung mit der positiven oder negativen Differenz vorbestimmten Wertes zu oder von dem digitalen Eingangssignal erhalten wird, um das Ausgangssignal zu glätten. Daher wird es möglich, in zuverlässiger Weise eine Erzeugung eines diskontinuierlichen Punktes im Ausgangssignal zu vermeiden, welcher einen Wert gleich groß oder größer als ein vorbestimmter Wert aufweist, und zwar unter Verwendung einer einfachen Schaltungsanordnung.
Weiter leitet die Ableitungseinrichtung als diesen diskontinuierlichen Punkt einen Punkt ab, welcher zwischen dem Wert der Ausgangsgröße der Auswahleinrichtung bei jedem Punkt und dem Wert des digitalen Eingangssignals beim entsprechenden Punkt eine Differenz von einem vorbestimmten Wert oder größer aufweist und zwi schen positiven und negativen Differenzwerten unterscheidet. Die Korrektureinrichtung ersetzt den diskontinuierlichen Punkt in der Ausgangsgröße der Auswahleinrichtung, der von der Ableitungseinrichtung hergeleitet wurde, durch einen Wert, der durch Addieren oder Subtrahieren eines in Übereinstimmung mit der positiven oder negativen Differenz vorbestimmten Wertes zu oder von dem Wert eines diskontinuierlichen Punktes erhalten wird, um das Ausgangssignal zu glätten.
Daher wird es möglich, in zuverlässiger Weise eine Erzeugung eines diskontinuierlichen Punktes im Ausgangssignal zu vermeiden, welcher einen Wert gleich groß oder größer als ein vorbestimmter Wert aufweist, und zwar unter Verwendung einer einfachen Schaltungsanordnung.
Weiter ersetzt die Korrektureinrichtung den diskontinuierlichen Punkt in der Ausgangsgröße der Auswahleinrichtung, der von der Ableitungseinrichtung hergeleitet wurde, durch einen Durchschnitt der Werte einer Mehrzahl von Punkten in der Nähe des diskontinuierlichen Punktes, um das Ausgangssignal zu glätten. Daher wird es möglich, in zuverlässiger Weise eine Erzeugung eines diskontinuierlichen Punktes im Ausgangssignal zu vermeiden, und zwar unter Verwendung einer einfachen Schaltungsanordnung.
Und weiter ersetzt die Korrektureinrichtung den diskontinuierlichen Punkt in der Ausgangsgröße der Auswahleinrichtung, der von der Ableitungseinrichtung hergeleitet wurde, durch einen Durchschnitt aus dem Wert des diskontinuierlichen Punktes und dem Wert des digitalen Eingangssignals am entsprechenden Punkt. Daher wird es möglich, in zuverlässiger Weise eine Erzeugung eines diskontinuierlichen Punktes im Ausgangssignal zu vermeiden, und zwar unter Verwendung einer einfachen Schaltungsanordnung.
Und weiter ersetzt die Korrektureinrichtung den diskontinuierlichen Punkt in der Ausgangsgröße der Auswahleinrichtung, der von der Ableitungseinrichtung hergeleitet wurde, durch einen Wert bei einem kontinuierlichen Punkt unmittelbar vor dem diskontinuierlichen Punkt. Daher wird es möglich, in zuverlässiger Weise eine Erzeugung eines diskontinuierlichen Punktes im Ausgangssignal zu vermeiden, und zwar unter Verwendung einer einfachen Schaltungsanordnung.

Claims

Vorrichtung zur Verminderung der Quantisierungsverzerrung, welche aufweist: ein Digitalfilter, welches ein Abtasten (pickup) der niederfrequenten Komponenten eines digitalen Eingangssignals durchführt, das eine Frequenz mit einer vorbestimmten Abschneidfrequenz oder einer niedrigeren Frequenz aufweist, und dabei die Bitlänge des digitalen Eingangssignals nach unten erweitert; eine Zähleinrichtung (2), welche bei jedem Punkt des digitalen Eingangssignals die Anzahl der davor und dahinter liegenden Abtastpunkte zählt, welche den gleichen Wert haben, und einen zugehörigen Zählwert für diesen Punkt des digitalen Eingangssignals bereitstellt; und eine Wähleinrichtung (10), welche in Übereinstimmung mit dem Zählwert der Zähleinrichtung ein Auswählen und Ausgeben durchführt, und zwar entweder des digitalen Eingangssignals, dessen Bitlänge nach unten erweitert wurde, im Fall von Punkt-Teilmengen, deren Zählwert kleiner ist als ein vorbestimmter Wert, oder des Eingangssignals, das den Digitalfilter durchlaufen hat, im Fall von Punkt-Teilmengen, deren Zählwert ein vorbestimmter Wert oder größer ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, bei welcher: das Digitalfilter eine Mehrzahl von Digitalfiltern (3, 4, 5) beinhaltet, von denen jedes eine unterschiedliche Abschneidfrequenz aufweist; und die Auswähleinrichtung das digitale Eingangssignal, dessen Bitlänge nach unten erweitert wurde, auswählt und ausgibt, und zwar für die Teilmengen, deren durch die Zähleinrichtung (2) gezählter Zählwert ein vorbestimmter Wert oder geringer ist, oder ein Signal, das einen der Digitalfilter (3, 4, 5) durchlaufen hat, welches in Übereinstimmung mit zunehmendem Zählwert eine geringere Abschneidfrequenz hat, und zwar für die Teilmengen, deren Zählwert ein vorbestimmter Wert oder größer ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, welche weiter eine Ableitungseinrichtung (11), die einen in der Ausgangsgröße der Auswähleinrichtung enthaltenen diskontinuierlichen Punkt ableitet, und eine Korrektweinrichtung (14) aufweist, welche den Signalwert beim diskontinuierlichen Punkt korrigiert, um ihn kontinuierlich zu machen.
Vorrichtung nach Anspruch 3, bei welcher die Ableitungseinrichtung (11) als diesen diskontinuierlichen Punkt einen Punkt ableitet, welcher zwischen dem Wert der Ausgangsgröße der Auswähleinrichtung bei jedem Punkt und dem Wert des digitalen Eingangssignals beim entsprechenden Punkt eine Differenz von einem vorbestimmten Wert oder größer aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 3, bei welcher die Ableitungseinrichtung (11) als diesen diskontinuierlichen Punkt einen Punkt ableitet, welcher zwischen dem Wert der Ausgangsgröße der Auswähleinrichtung bei jedem Punkt und dem Wert des digitalen Eingangssignals beim entsprechenden Punkt eine Differenz von einem vorbestimmten Wert oder größer aufweist, und zwischen positiven und negativen Differenzwerten unterscheidet; und die Korrektureinrichtung (14) den diskontinuierlichen Punkt in der Ausgangsgröße der Auswähleinrichtung, der von der Ableitungseinrichtung (11) hergeleitet wurde, durch einen Wert ersetzt, der mittels Addition oder Subtraktion eines in Übereinstimmung mit der positiven oder negativen Diffe renz vorbestimmten Wertes zu oder von dem digitalen Eingangssignal erhalten wird, um das Ausgangssignal zu glätten.
Vorrichtung nach Anspruch 3, bei welcher die Ableitungseinrichtung (11) als diesen diskontinuierlichen Punkt einen Punkt ableitet, welcher zwischen dem Wert der Ausgangsgröße der Auswähleinrichtung bei jedem Punkt und dem Wert des digitalen Eingangssignals beim entsprechenden Punkt eine Differenz von einem vorbestimmten Wert oder größer aufweist und zwischen positiven und negativen Differenzwerten unterscheidet; und die Korrektureinrichtung (14) den diskontinuierlichen Punkt in der Ausgangsgröße der Auswähleinrichtung, der von der Ableitungseinrichtung (11) hergeleitet wurde, durch einen Wert ersetzt, der durch Addieren oder Subtrahieren eines in Übereinstimmung mir der positiven oder negativen Differenz vorbestimmten Wertes zu oder von dem Wert eines diskontinuierlichen Punktes erhalten wird, um das Ausgangssignal zu glätten.
Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, bei welcher die Korrektureinrichtung (14) den diskontinuierlichen Punkt in der Ausgangsgröße der Auswähleinrichtung, der von der Ableitungseinrichtung (11) hergeleitet wurde, durch einen Durchschnitt der Werte einer Mehrzahl von Punkten in der Nähe des diskontinuierlichen Punktes ersetzt, um das Ausgangssignal zu glätten.
Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, bei welcher die Korrektureinrichtung (14) den diskontinuierlichen Punkt in der Ausgangsgröße der Auswähleinrichtung, der von der Ableitungseinrichtung (11) hergeleitet wurde, durch einen Durchschnitt aus dem Wert des diskontinuierlichen Punktes und dem Wert des digitalen Eingangssignals am entsprechenden Punkt ersetzt.
Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, bei welcher die Korrektureinrichtung (14) den diskontinuierlichen Punkt in der Ausgangsgröße der Auswählein richtung, der von der Ableitungseinrichtung (11) hergeleitet wurde, durch einen Wert bei einem kontinuierlichen Punkt unmittelbar vor dem diskontinuierlichen Punkt ersetzt. 1