JP2002290219A - パルス幅変調装置および復調装置並びにパルス幅変調方法および復調方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 データの伝送効率や記録効率を向上できるパ
ルス幅変調方式を得る。 【解決手段】 被変調信号の周期を計測する周期検出手
段と、該周期における被変調信号の最大レベルを計測す
るピーク検出手段と、前記周期および前記最大レベルの
いずれか一方に対応する幅のパルスを生成すると共に、
該パルスとこれに続く次のパルスとの間隔を前記周期お
よび前記最大レベルの他方に対応する大きさとするパル
ス生成手段とを備える。前記周期をｎ倍してパルス生成
手段に出力する乗算手段と、前記最大レベルをｍ倍して
パルス生成手段に出力する乗算手段とを設け、パルス生
成手段が、該ｎ倍された周期とｍ倍された最大レベルと
に基づいてパルスを生成するようにしてもよい。ｎ，ｍ
＜１とすれば、伝送効率をより一層向上することが出来
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、パルス幅変調装置
および復調装置並びにパルス幅変調方法および復調方法
に係り、特に伝送効率を向上するための変復調技術に関
する。

【０００２】

【従来の技術】変調信号波によってパルス幅を変化させ
るパルス幅変調（ＰＷＭ；Pulse Width Modulation）
は、信号伝送やデータ格納等の技術分野において従来か
ら使用されている信号変調の一方式である。このＰＷＭ
は、図１に示すように、被変調信号であるアナログ信号
９０をのこぎり波９１と比較し、被変調信号の所定期間
毎のレベルに比例するパルス幅と、のこぎり波の周期に
等しい一定周期Ｔとを有するパルス信号９２を生成する
ものである。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、従来のＰＷ
Ｍ信号のパルス幅は被変調信号の所定期間毎のレベル値
を示すが、パルスとパルスの間は何も情報を示すもので
はなく、したがって従来のＰＷＭ信号はその分、無駄な
期間を含んでいる。このパルスとパルスとの間の無情報
期間は、特に被変調信号のレベルが小さくパルス幅が短
い場合には、より長いものとなり（周期Ｔが一定である
ため）、データを伝送したり格納したりする場合に従来
のＰＷＭ信号は必ずしも効率が良いものではない。

【０００４】近時、コンピュータの性能向上やネットワ
ークの発達に伴い、情報通信や記録媒体へのデータ格納
等の各場面において、扱われるデータ量は飛躍的に増大
する傾向にあり、データを伝送する伝送路やこれを格納
保存する記録媒体のより効率的（高速、高密度）な利用
が望まれている。

【０００５】そこで本発明の目的は、データの伝送効率
や記録効率をより一層向上することが出来る新たなパル
ス幅変調方式を得ることにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成して課題
を解決するため、本発明に係る第１のパルス幅変調装置
は、被変調信号の周期を計測する周期検出手段と、該周
期検出手段により計測される前記周期における前記被変
調信号の最大レベルを計測するピーク検出手段と、前記
周期検出手段による計測値と前記ピーク検出手段による
計測値とが入力され、前記周期および前記最大レベルの
いずれか一方に対応する幅のパルスを生成するととも
に、該パルスとこれに続く次のパルスとの間隔を前記周
期および前記最大レベルの他方に対応する大きさとする
パルス生成手段とを備える。

【０００７】また、かかる第１の変調装置は、前記周期
検出手段により計測された周期をｎ倍（ｎは零以外の
値）して前記パルス生成手段に出力する第１の乗算手段
と、前記ピーク検出手段により計測された最大レベルを
ｍ倍（ｍは零以外の値）して前記パルス生成手段に出力
する第２の乗算手段とをさらに備え、前記パルス生成手
段は、該ｎ倍された周期とｍ倍された最大レベルとに基
づいてパルスを生成する場合がある。さらに、前記周期
検出手段により計測された周期を予め定められた閾値と
比較する比較手段を備え、前記第１の乗算手段は、該比
較手段による前記周期と前記閾値との比較結果に基づい
て前記ｎの値を変更することがある。

【０００８】本発明の第２のパルス幅変調装置は、被変
調信号を一定のサンプリング期間毎にサンプリングする
サンプリング手段と、該サンプリング手段によるサンプ
リング値が入力され、該サンプリング値および前記サン
プリング期間のいずれか一方に対応する幅のパルスを生
成するとともに、該パルスとこれに続く次のパルスとの
間隔を前記サンプリング値および前記サンプリング期間
の他方に対応する大きさとするパルス生成手段とを備え
る。

【０００９】また、かかる第２の変調装置は、前記サン
プリング期間をｎ倍（ｎは零以外の値）して前記パルス
生成手段に出力する第１の乗算手段と、前記サンプリン
グ値をｍ倍（ｍは零以外の値）して前記パルス生成手段
に出力する第２の乗算手段とをさらに備え、前記パルス
生成手段は、該ｎ倍されたサンプリング期間値とｍ倍さ
れたサンプリング値とに基づいてパルスを生成すること
がある。

【００１０】本発明の第３のパルス幅変調装置は、一定
のサンプリング期間毎に該期間中における被変調信号の
最大レベルを計測するピーク検出手段と、該ピーク検出
手段による計測値が入力され、前記サンプリング期間お
よび前記最大レベルのいずれか一方に対応する幅のパル
スを生成するとともに、該パルスとこれに続く次のパル
スとの間隔を前記サンプリング期間および前記最大レベ
ルの他方に対応する大きさとするパルス生成手段とを備
える。

【００１１】また、この第３の変調装置は、前記サンプ
リング期間をｎ倍（ｎは零以外の値）して前記パルス生
成手段に出力する第１の乗算手段と、前記最大レベルを
ｍ倍（ｍは零以外の値）して前記パルス生成手段に出力
する第２の乗算手段とをさらに備え、前記パルス生成手
段は、該ｎ倍されたサンプリング期間とｍ倍された最大
レベルとに基づいてパルスを生成する場合がある。

【００１２】さらに、前記変調装置において、前記ｎお
よび前記ｍの少なくとも一方が１より小さい値であるこ
とがある。

【００１３】本発明に係る復調装置は、入力パルス信号
の各パルス幅を計測するパルス幅計測手段と、該入力パ
ルス信号の隣接するパルス間の間隔を計測するパルス間
計測手段と、該パルス幅計測手段およびパルス間計測手
段による計測値が入力され、前記パルス幅およびパルス
間隔に対応する周期および振幅のアナログ信号を順次生
成し出力するアナログ信号生成手段とを備える。

【００１４】本発明に係る第１のパルス幅変調方法は、
被変調信号の周期を計測するステップと、計測された該
周期における前記被変調信号の最大レベルを計測するス
テップと、前記周期および前記最大レベルに基づいてパ
ルス信号を生成するステップであって、前記周期および
前記最大レベルの一方をパルスの幅に対応させるととも
に、前記周期および前記最大レベルの他方を隣接するパ
ルスとの間隔に対応させるステップとを含む。

【００１５】本発明に係る第２のパルス幅変調方法は、
被変調信号を一定のサンプリング期間毎にサンプリング
するステップと、該サンプリングによるサンプリング値
と前記サンプリング期間とに基づいてパルス信号を生成
するステップであって、該サンプリング期間および該サ
ンプリング値の一方をパルスの幅に対応させるととも
に、該サンプリング期間および該サンプリング値の他方
を隣接するパルスとの間隔に対応させるステップとを含
む。

【００１６】本発明に係る第３のパルス幅変調方法は、
一定のサンプリング期間毎に該期間中における被変調信
号の最大レベルを計測するステップと、該計測された最
大レベルと前記サンプリング期間とに基づいてパルス信
号を生成するステップであって、該サンプリング期間お
よび該最大レベルの一方をパルスの幅に対応させるとと
もに、該サンプリング期間および該最大レベルの他方を
隣接するパルスとの間隔に対応させるステップとを含
む。

【００１７】また、本発明に係る復調方法は、入力パル
ス信号の各パルス幅を計測するステップと、該入力パル
ス信号の隣接するパルス間の間隔を計測するステップ
と、該計測されたパルス幅およびパルス間隔に対応する
周期および振幅のアナログ信号を順次生成するステップ
とを含む。

【００１８】

【発明の実施の形態】本発明は一面において、ＰＷＭ信
号のパルス幅を被変調信号の所定期間に対応（例えば比
例、一致等。以下同様）した値とし、パルスとパルスの
間の幅を被変調信号の前記所定期間毎のピーク値（最大
レベル）に対応した値とする。また、本発明の別の一面
においては、ＰＷＭ信号のパルス幅を被変調信号の所定
期間に対応した値とし、パルスとパルスの間の幅を被変
調信号の前記所定期間毎のサンプリング値に対応した値
とする。

【００１９】前記所定期間は、例えば被変調信号の一波
長期間、半波長期間、あるいは被変調信号が予め定めら
れた基準レベルに達した時点から次に当該基準レベルに
達する時点までの時間（区分時間）であり、また本発明
の別の面においては、一定の期間（サンプリング期間）
である。

【００２０】このように、本発明では、パルス幅だけで
なく、パルスとパルスとの間の期間も情報の表示に利用
することで、従来に較べＰＷＭ信号の伝送あるいは格納
効率を向上させることが出来る。特に、パルスとパルス
の間の幅を従来のＰＷＭ信号より短く設定することがで
き、伝送データの高密度化が可能である。

【００２１】ＰＷＭ信号のパルス幅およびパルス間の幅
と、被変調信号のピーク値（又はサンプリング値）およ
び所定期間との対応関係は、上記本発明の一面および別
の面におけるものと逆であっても構わない。すなわち、
ＰＷＭ信号のパルス幅を被変調信号の所定期間における
ピーク値（又はサンプリング値）に対応させ、パルス間
の幅を被変調信号の前記所定期間に対応させても良い。

【００２２】

【実施例】以下、添付図面に基づいて本発明の実施例を
説明する。尚、以下の説明において、同様の機能を有す
る構成要素については同一符号を付しその重複説明を省
略する。

【００２３】図２は、本発明によるパルス幅変調装置の
第１実施例の構成を示すブロック図であり、図３はその
動作を説明するための信号波形図である。本実施例は、
ＰＷＭ信号のパルス幅を被変調信号の上記各波長の周期
（時間長）に比例した値とし、パルスとパルスの間の幅
を被変調信号の各波長毎のピーク値に比例した値とする
ようにしたものである。

【００２４】本実施例の変調装置１においては、入力端
子１０には被変調信号（図３（ａ））が入力される。こ
こで、被変調信号は例えば、アナログ音声信号等であ
る。入力端子１０に入力された被変調信号は、変化点検
出部２に入力される。変化点検出部２は被変調信号の振
幅が減少から増加に変化する時点、すなわち、立下りか
ら立上がりへの変化点を検出する度に変化点信号（図３
の（ｃ））を周期検出部４とピーク検出部６に与える。
したがって、図３の例では、変化点検出部２は時刻
ｔ₄，ｔ₂₀，ｔ₄₀，…において変化点信号を出力する。

【００２５】変化点検出部２の構成及び動作について説
明すると、クロック発生器（ＯＳＣ）２ａは、被変調信
号の周波数に比べて十分に高い周波数のクロックパルス
ＣＬＫを分周器２ｂに与え、分周器２ｂからの分周され
たクロックパルスはロータリースイッチ２ｃに与えられ
る。ロータリースイッチ２ｃの端子２ｇは入力端子１０
に、端子２ｉは接地に、端子２ｊはコンデンサ２ｆを介
して接地に、端子２ｈは比較器２ｄの一方の入力に接続
されている。

【００２６】また、比較器２ｄの他方の入力は入力端子
１０に接続されている。比較器２ｄの出力は緩衝手段、
例えばローパスフィルタ（ＬＰＦ）を含む立上り検出部
２ｅに接続されている。ロータリースイッチ２ｃは、端
子２ｊに接続された可動片が分周器２ｂからのクロック
パルスに同期して、例えば１回転するもので、図の例で
は時計方向に回転する。したがって、例えば時刻ｔ₁で
可動片は端子２ｇに接続されて入力端子１０から被変調
信号の電圧（振幅値）Ｌ_t1をコンデンサ２ｆに与える。
このとき、同時に、入力端子１０からの被変調信号の電
圧Ｌ_t1は比較器２ｄの他方入力に与えられる。

【００２７】次に、時刻ｔ₂で可動片は端子２ｈに接続
されて、コンデンサ２ｆの充電電圧値Ｌ_t1を比較器２ｄ
の一方の入力に与える。このとき、同時に、入力端子１
０から被変調信号の電圧Ｌ_t2は比較器２ｄの他方の入力
に与えられる。したがって、比較器２ｄは振幅値Ｌ_t1と
振幅値Ｌ_t2とを比較し、この場合はＬ_t1＞Ｌ_t2なので、
比較器２ｄはローレベルを出力する。次に、可動片は端
子２ｉに接続されて、コンデンサ２５の充電電圧を放電
し、時刻ｔ₃で可動片は端子２ｇに再び接続される。し
たがって、図３の例では、被変調信号の電圧（振幅）が
減少している時刻ｔ₄までは比較器２ｄはローレベルを
出力する。

【００２８】ところで、時刻ｔ₄からは被変調信号の電
圧（振幅）は減少から増加に転じている。時刻ｔ₄で可
動片は端子２ｇに接続されて入力端子１０から被変調信
号の電圧Ｌ_t4をコンデンサ２ｆに与え、次に時刻ｔ₅で
可動片は端子２ｈに接続されて、コンデンサ２ｆの充電
電圧値Ｌ_t4を比較器２ｄの一方の入力に与えると同時
に、入力端子１０からの被変調信号の電圧Ｌ_t5が比較器
２ｄの他方の入力に与えられる。したがって、比較器２
ｄは振幅値Ｌ_t4と振幅値Ｌ_t5とを比較し、この場合はＬ
_t5＞Ｌ_t4なので比較器２ｄはハイレベルを出力する（図
３（ｂ））。比較器２ｄの出力がハイレベルとなると、
立上り検出部２ｅはパルス状の変化点信号Ｓ（図３
（ｃ））を出力する。

【００２９】ところで、被変調信号の電圧は時刻ｔ₆で
は一旦ピークになり、その後減少して時刻ｔ₇より再び
増加している。したがって、比較器２ｄの出力は時刻ｔ
₆、ｔ ₇の間でローレベルとなる。このような短い周期の
比較器２ｄの出力の立下り、立上りに対しては立上り検
出部２ｅは応答せず、パルス状の変化点信号Ｓを出力し
ない。

【００３０】周期検出部４は入力端子１０に入力される
被変調信号の各周期期間、すなわち、ここでは被変調信
号の立下りから立上りへの変化点と次の立下りから立上
りへの変化点との期間を計測するものであり、ここでは
変化点信号Ｓに応答してクロック発生器２ａからの所定
のクロック信号ＣＬＫを計測するカウンタで構成するこ
とが出来る。したがって、周期検出部４は、例えば時刻
ｔ₅での変化点信号Ｓに応答してクロック信号ＣＬＫの
カウントを開始し、時刻ｔ₂₁での変化点信号Ｓに応答し
てカウントを停止するとともにその計数値Ｔ₁を、被変
調信号の周期（ｔ₅〜ｔ₂₁）を示す値として出力する。
また、時刻ｔ₂₁では同時に計数値Ｔ₁がリセットされる
とともに次の被変調信号の周期（ｔ₂₁〜ｔ₄₁）の計数を
開始し、時刻ｔ₄₁でその計数を停止して周期（ｔ₂₁〜ｔ
₄₁）の計数値Ｔ₂を得る。

【００３１】ピーク検出部６は、入力端子１０に入力さ
れる被変調信号の各周期毎のピーク値を計測するもので
あり、その計測値を各周期期間の終点で出力する。ピー
ク検出部６は、入力端子１０にアノードが接続されカソ
ードが乗算器９に接続されたダイオード６ａ、ダイオー
ド６ａのカソードと接地間に接続されたコンデンサ６
ｂ、ダイオード６ａのカソードと接地間に接続されたス
イッチ６ｃとを有する。スイッチ６ｃは変化点信号Ｓが
与えられた時のみ閉じられる。

【００３２】したがって、例えば時刻ｔ₅での変化点信
号Ｓに応答してスイッチ６ｃが閉じられるとコンデンサ
６ｂの電荷はスイッチ６ｃを介して放電され、その後直
ちにスイッチ６ｃは再び開放される。すると、入力端子
１０に入力された被変調信号はダイオード６ａを介して
コンデンサ６ｂに充電開始される。

【００３３】時刻ｔ₁₀において被変調信号はピーク値Ｌ
₁となり、その後減少するが、ダイオード６ａはコンデ
ンサ６ｂに対して逆方向に接続されているためコンデン
サ６ｂにピーク値Ｌ₁は保持される。時刻ｔ₂₁での変化
点信号Ｓに応答してスイッチ６ｃが再び閉じられるとコ
ンデンサ６ｂの電荷はスイッチ６ｃを介して放電され、
その後直ちにスイッチ６ｃは再び開放される。こうして
ピーク検出部６は、周期期間（ｔ₅〜ｔ₂₁）におけるピ
ーク値Ｌ₁を期間ｔ₁₀〜ｔ₂₁の間出力する。

【００３４】周期検出部４からの計数値Ｔは変化点信号
Ｓに応答して乗算器８に与えられ、例えばｎ倍（ｎはゼ
ロを超える正の値）され、値ｎＴとしてパルス生成器１
２に与えられる。同様に、ピーク検出部６からの計数値
Ｌは変化点信号Ｓに応答して乗算器９に取り込まれ、乗
算器９で例えばｍ倍（ｍはゼロを超える正の値）され、
値ｍＬとしてパルス生成器１２に与えられる。

【００３５】パルス生成器１２は、乗算器８からの計数
値ｎＴおよび乗算器９からの計数値ｍＬに順時応答し
て、値ｎＴに応じたパルス幅ｎＴ、すなわち、ハイレベ
ル期間がｎＴ、値ｍＬに応じたローレベル期間がｍＬの
パルス信号を順次生成して出力端子２０より出力する。
すなわち、図示の例では、図３（ｄ）に示すように、先
ず、ハイレベル期間がｎＴ₁、ローレベル期間がｍＬ₁の
パルス信号を出力し、次いで、ハイレベル期間がｎ
Ｔ₂、ローレベル期間がｍＬ₂のパルス信号を出力する。
ここで、ｎおよびｍを１未満に設定すれば、従来のＰＷ
Ｍ信号に較べより伝送効率の良いＰＷＭ信号が生成され
る。尚、ハイレベルとローレベルを逆とし、ローレベル
期間がｎＴ、ハイレベル期間がｍＬのパルス信号を順次
生成するようにしても良い。

【００３６】上記のＰＷＭ信号の生成処理は、コンピュ
ータ（例えばパソコン）のソフトウエアによって行って
も良い。その場合の構成例を図４に示す。図４の例で
は、ＰＷＭ信号変調装置としてのパソコン５０は、入力
端子１０および出力端子２０に接続された入出力（Ｉ／
Ｏ）回路５２、ＣＰＵ５４およびメモリ５６を有する。
メモリ５６は、バッファメモリおよびＰＷＭ信号の生成
処理を行うためのソフトウエアを保持するＲＯＭ等を有
している。

【００３７】図５はパソコン５０のＣＰＵ５４の動作フ
ローチャートである。先ず、入出力回路５２は入力端子
１０からの被変調信号を順次デジタル値に変換し、メモ
リ５６内のバッファメモリにストアする。次に、バッフ
ァメモリから所定数のデジタルデータを同一メモリ内の
ディメンション（メモリ領域）Ａにコピーする（ステッ
プ１００）。図の例では、図６（ａ）に示すように、時
刻ｔ₀からｔ₄₁までのデータＬｔ₀〜Ｌｔ₄₁をディメンシ
ョンＡにコピーする。ディメンションＡ内の隣接するデ
ータＬｔ_x，Ｌｔ_x+1を順次比較し、Ｌｔ_x＞Ｌｔ_x+1であ
れば“−”、Ｌｔ_x＜Ｌｔ_x+1であれば“＋”を同一メモ
リ内のディメンションＢに書き込む（図６（ｂ）、ステ
ップ１０２）。

【００３８】ステップ１０２でディメンションＢに書き
込んだデータが、マイナスからプラスに変化したかどう
か、すなわち被変調信号が立下りから立上りに変化した
かどうかチェックし、変化していなければステップ１１
０に進み、変化した場合には、ステップ１０６に進み、
今回の変化時点と前回の変化時点との間の時間Ｔを求め
同一メモリ内のディメンションＣに書き込む。すなわ
ち、図の例では、ステップ１０６において、Ｔ₁＝ｔ₂₁
−ｔ₅（またはＴ₂＝ｔ₄₁−ｔ₂₁）を書き込む。

【００３９】次に、今回の変化時点と前回の変化時点と
の間の上記期間Ｔ内でのピーク値ＬをディメンションＡ
内のデータから求める（ステップ１０８）。すなわち、
図の例では、期間Ｔ₁でのピーク値Ｌ₁（＝Ｌｔ₁₀）（ま
たは期間Ｔ₂でのピーク値Ｌ₂（＝Ｌｔ₃₀））を求め、同
一メモリ内のディメンションＤに書き込む。

【００４０】ディメンションＡ内のデータについて上記
ステップ１０２〜１０８までの処理を全て終了したかど
うか確認し（ステップ１１０）、未終了であればステッ
プ１０２に戻り、終了するとステップ１１２に進む。ス
テップ１１２では、ディメンションＣからデータＴ_xを
読み出し、ｎＴ_xに対応する期間のハイレベルを出力す
るよう入出力回路５２に指示する。ステップ１１４で
は、ディメンションＤからデータＬ_xを読み出し、ｍＬ_x
に対応する期間のローベルを出力するよう入出力回路５
２に指示する。

【００４１】ステップ１１６では、ディメンションＣ，
Ｄの全てのデータについて処理したかどうかチェック
し、未処理であればステップ１１２に戻り、処理済みで
あればステップ１００に戻る。したがって、図の例で
は、ｎＴ₁に対応する期間のハイレベル、ｍＬ₁に対応す
る期間のローベルが順次、端子２０に出力され、その後
ステップ１００に戻る。また、ステップ１００では、バ
ッファメモリから、ディメンションＡ内の最後の変化点
の直前のデータ、すなわち時刻ｔ₄₀から所定数のデジタ
ルデータを読み出しディメンションＡに上書きする。こ
うして、ＰＷＭ信号の生成が行われる。

【００４２】次に、前記第１実施例の変形例について図
７を参照して説明する。前記第１実施例では、周期検出
部４からの計測値Ｔに乗じる係数値ｎを固定値とした
が、計測値Ｔの大きさに応じて係数値ｎを複数段階に可
変としても良い。例えば、もっとも簡単な例として計測
値Ｔの大きさに応じて係数値ｎを２段階に可変とする例
について説明する。この場合には、計測値ＴがＴ＞Ｔ′
の場合にはｎ＝ｎ₁、Ｔ≦Ｔ′の場合にはｎ＝ｎ₂（ｎ₁
≦ｎ₂）とする。これにより、ＰＷＭ信号はより高い効
率で伝送可能となる。

【００４３】この場合の構成例を図７に示す。周期検出
部４からの計測値Ｔは比較部１１に与えられる。比較部
１１は計測値Ｔと所定値Ｔ′とを比較し、Ｔ＞Ｔ′の場
合には例えばハイレベル“１”を出力し、Ｔ≦Ｔ′の場
合には例えばローレベル“０”を出力する。乗算器８ａ
は、比較部１１からのハイレベル“１”に応答して周期
検出部４からの計測値Ｔにｎ₁を乗じてｎ₁Ｔを出力し、
ローレベル“０”に応答して周期検出部４からの計測値
Ｔにｎ₂を乗じてｎ₂Ｔを出力する。乗算器８ａの出力は
乗算器９からの出力とともにパルス生成器１２に与えら
れる。

【００４４】したがって、Ｔ＞Ｔ′の場合にはハイレベ
ル期間がｎ₁Ｔ、ローレベル期間がｍＬのパルス信号を
生成し、Ｔ≦Ｔ′の場合にはハイレベル期間がｎ₂Ｔ、
ローレベル期間がｍＬのパルス信号が生成され、これに
より第１実施例よりさらに伝送効率の良いＰＷＭ信号が
生成される。尚、本変形例も、図４の例と同様にコンピ
ュータプログラム（ソフトウェア）により実現が可能で
ある。

【００４５】次に、本発明の第２実施例について説明す
る。図８は、本発明によるパルス幅変調装置の第２実施
例の構成を示すブロック図であり、図９はその動作を説
明するための波形図である。本実施例は、ＰＷＭ信号の
パルス幅を被変調信号の一定期間（サンプリング期間）
に比例した値とし、パルスとパルスの間の幅を被変調信
号の前記一定期間毎のサンプリング値に比例した値とす
るようにしたものである。

【００４６】本実施例では、入力端子１０に入力された
被変調信号の振幅を一定の時間間隔でサンプリングし、
サンプリング値に基づきＰＷＭ信号を生成する。サンプ
リング回路２２は入力端子１０に入力された被変調信号
（図９（ａ））の振幅（レベル）を一定周期Ｔのサンプ
リングパルス（図９（ｂ））でサンプリングし、サンプ
リング値Ｌ₁，Ｌ₂，Ｌ₃，…を順次、乗算器９に与え
る。ここで、サンプリング周期Ｔは被変調信号の周期よ
り十分短いものとする。乗算器９はサンプリング値をｍ
倍（ｍはゼロを超える正の値）してパルス生成器１２に
出力する。パルス生成器１２には、さらに、一定周期Ｔ
をｎ倍（ｎはゼロを超える正の値）した値ｎＴが入力さ
れる。

【００４７】パルス生成器１２は、サンプリング周期Ｔ
に所定の係数ｎを乗じた一定幅ｎＴのパルスを出力、す
なわちハイレベル期間がｎＴ、サンプリング値Ｌに応じ
たローレベル期間がｍＬのパルス信号を順次生成する。
具体的には、ハイレベル期間がｎＴ、サンプリング値Ｌ
₁に応じたローレベル期間がｍＬ₁のパルス信号を生成
し、次に、ハイレベル期間がｎＴ、サンプリング値Ｌ₂
に応じたローレベル期間がｍＬ₂のパルス信号を生成す
る。

【００４８】尚、本実施例においても、ｎ、ｍを１未満
に設定すれば従来のＰＷＭ信号より伝送効率の良いＰＷ
Ｍ信号を生成することが出来る。また、ハイレベルとロ
ーレベルを逆とし、ローレベル期間がｎＴ、ハイレベル
期間がｍＬのパルス信号を順次生成するようにしても良
い。また、本実施例も、図４の例と同様にコンピュータ
ソフトウェアにより実現することが可能である。

【００４９】次に、第２実施例の変形例について図１０
及び図１１を参照して説明する。前記第２実施例におい
ては、ＰＷＭ信号のパルス幅は被変調信号の一定期間毎
のサンプリング値に比例した値としたが、被変調信号の
一定期間毎のピーク値に比例した値としても良い。この
場合の構成例を図１０に示す。

【００５０】ピーク検出部６０は、入力端子１０に入力
される被変調信号のサンプリングパルス間におけるピー
ク値を計測するものであり、その計測値を各サンプリン
グ期間の終点で出力する。したがって、例えば、時刻ｔ
_aでのサンプリングパルスに応答して被変調信号のピー
ク値の計測を開始し、時刻ｔ_bでのサンプリングパルス
に応答して期間（ｔ_a〜ｔ_b）におけるピーク値Ｌ₁を出
力する。同様に、時刻ｔ_bでのサンプリングパルスに応
答して被変調信号のピーク値の計測を開始し、時刻t_cで
のサンプリングパルスに応答して期間（ｔ_b〜ｔ_c）にお
けるピーク値Ｌ ₂を出力する。以下の処理は第２実施例
と同様である。

【００５１】本実施例においても、ｎ、ｍを１未満に設
定すれば従来のＰＷＭ信号より伝送効率の良いＰＷＭ信
号を生成することが出来る。なお、ハイレベルとローレ
ベルを逆とし、ローレベル期間がｎＴ、ハイレベル期間
がｍＬのパルス信号を順次生成するようにしても良いこ
とは前記実施例と同様である。また、本変形例も、図４
の例と同様にコンピュータソフトウェアにより実現する
ことが可能である。

【００５２】次に、本発明によるＰＷＭ信号復調装置の
実施例を説明する。図１２は第１実施例の変調装置によ
り生成されたＰＷＭ信号を復調する復調装置の一例を示
すブロック図である。この復調装置８１は、前記第１実
施例の変調装置１により生成されたＰＷＭ信号のパルス
幅およびパルスとパルスとの間の幅から、それぞれ各波
長の期間（長さ）および当該各波長毎のピーク値（振
幅）を求め、当該期間および振幅をもつアナログ波を順
次生成して被変調信号を復元するものである。

【００５３】本実施例の復調装置８１においては、入力
端子３０にはＰＷＭ信号（図３（ｄ））が入力される。
入力端子１０に入力された変調信号は、パルスの立上り
を検出する立上り検出部８２、並びにパルスの立下りを
検出する立下り検出部８３に入力される。各検出部８
２，８３は、入力されたＰＷＭパルスの立上りおよび立
下りをそれぞれ検出して、その検出信号をパルス計測部
８４およびパルス間計測部８５に出力する。パルス計測
部８４は、該検出信号に基づいてパルスの立上りから立
下りまでの時間を計測することにより、パルス幅ｎＴを
得る。この計測値（パルス幅）は、除算器８６に入力さ
れて１／ｎ倍された後、アナログ波生成部８８に入力さ
れる。

【００５４】一方、パルス間計測部８５は、パルスとパ
ルスとの間の幅ｍＬを得るために、前記検出信号に基づ
いてパルスの立下りから立上りまでの時間を計測する。
この計測値は、除算器８７に入力されて１／ｍ倍された
後、アナログ波生成部８８に入力される。尚、ｎおよび
ｍの値は、前記変調装置におけるｎおよびｍの値にそれ
ぞれ一致するものである。

【００５５】パルス計測部８４およびパルス間計測部８
５は、例えば、パルスの立上り若しくは立下がり検出信
号に応答して所定のクロック信号（ここで該クロック信
号の周期はパルス幅およびパルス間の幅に比べて極めて
短く設定する）を計測するカウンタで構成することが出
来る。

【００５６】したがって、パルス計測部８４は、例え
ば、図３（ｄ）の第１のパルス（幅ｎＴ₁）の立上り検
出信号に応答してクロック信号のカウントを開始し、該
第１のパルスの立下り検出信号に応答してカウントを停
止するとともにその計測値ｎＴ ₁を出力する。計測値ｎ
Ｔ₁が出力されると、次のパルス幅の計測のため、パル
ス計測部８４はリセットされる。一方、この第１のパル
スの立下り検出信号に応答してパルス間計測部８５がク
ロック信号のカウントを開始し、当該パルスに続く第２
のパルス（幅ｎＴ₂）の立上り検出信号に応答してカウ
ントを停止するとともにその計測値ｍＬ₁を出力する。
計測値ｍＬ₁の出力後、パルス間計測部８５はリセット
される。

【００５７】アナログ波生成部８８は、例えば正弦波発
生部からなり、該正弦波発生部は、除算器８６からの値
Ｔ_x（Ｘ＝１，２，３，…）と除算器８７からの値Ｌ
_x（Ｘ＝１，２，３，…）に従って、波長Ｔ_x、最大振幅
Ｌ_xの正弦波を順次発生するもので、具体的には、値Ｔ_x
に従ってその回路時定数を制御するようにすれば良い。
図示の例では、図１３に示すように、先ず、波長がＴ₁
で振幅がＬ₁の正弦波が一波長分出力され、次いで、波
長がＴ₂で振幅がＬ₂の正弦波が一波長分、出力端子４０
から出力される。

【００５８】上記のＰＷＭ信号の復調処理はコンピュー
タソフトウエアによって行っても良い。その場合の構成
を図１４に示す。図１４の例では、ＰＷＭ信号復調装置
としてのパソコン１５０は、入力端子３０および出力端
子４０に接続された入出力（Ｉ／Ｏ）回路１５２、ＣＰ
Ｕ１５４およびメモリ１５６を有する。メモリ１５６
は、バッファメモリおよびＰＷＭ信号の復調処理を行う
ためのソフトウエアを保持するＲＯＭ等を有している。
入出力回路１５２の出力端子４０には上記と同様の構成
のアナログ波生成部８８が接続される。

【００５９】図１５はパソコン１５０のＣＰＵ１５２の
復調処理動作のフローチャートであり、図１６は復調処
理動作を説明するためのメモリの状態等を示す図であ
る。先ず、入出力回路１５２は入力端子３０からの変調
信号（図１６（ａ））を順次、一定周期（変調信号の最
小周期より短い周期）でサンプリングし、メモリ１５６
内のバッファメモリにストアする。次に、バッファメモ
リから所定数のサンプリング値を同一メモリ内のディメ
ンションＡにコピーする（ステップ１２０）。図の例で
は、図１６（ａ）に示すような変調信号の場合には、ハ
イレベル期間ｎＴ ₁として３つのハイレベル“１，１，
１”をサンプリングし、次のローレベル期間ｍＬ₁とし
て３つのローレベル“０，０，０”をサンプリングし、
これらをディメンションＡにコピーしている（図１６
（ｂ））。

【００６０】次に、ディメンションＡ内の期間ｎＴに相
当するハイレベル期間（ハイレベル数）を計数して順
次、同一メモリ内のディメンションＢに書き込む（ステ
ップ１２２）。図の例では、図１６（ｃ）に示すよう
に、ハイレベル期間ｎＴ₁として“３”、ｎＴ₂として
“２”、ｎＴ₃として“２”を書き込む。同様にして、
ディメンションＡ内の期間ｍＬに相当するローレベル期
間（ローレベル数）を計数して順次、同一メモリ内のデ
ィメンションＣに書き込む（ステップ１２４）。図の例
では、図１６（ｄ）に示すように、ローレベル期間ｍＬ
₁として“３”、ｍＬ₂として“４”、ｍＬ₃として
“４”を書き込む。

【００６１】次に、ディメンションＢ内のデータｎＴに
対してｎで除算してＴを求め、同一メモリ内のディメン
ションＤに書き込む（ステップ１２６）。したがって、
例えば、ｎ＝１／３とすると、図１６（ｅ）に示すよう
に、Ｔ₁として“９”、Ｔ₂として“６”、Ｔ₃として
“６”を書き込む。同様にして、ディメンションＣ内の
データｍＬに対してｍで除算してＬを求め、同一メモリ
内のディメンションＥに書き込む（ステップ１２８）。
したがって、例えば、ｍ＝１／２とすると、図１６
（ｆ）に示すように、Ｌ₁として“６”、Ｌ₂として
“８”、Ｌ₃として“８”を書き込む。

【００６２】ディメンションＡ内のデータについて上記
ステップ１２２〜１２８までの処理を全て終了したかど
うか確認し（ステップ１３０）、未終了であればステッ
プ１２２に戻り、終了するとステップ１３２に進む。ス
テップ１３２では、ディメンションＤからデータＴ_x、
ディメンションＥからデータＬ_xを読み出して、入出力
回路１５２、出力端子４０を介してアナログ波生成部８
８に与える。アナログ波生成部８８は、例えば正弦波発
生部から成り、該正弦波発生部は、データＴ_x，Ｌ_xに従
い、波長Ｔ_x、最大振幅Ｌ_xの正弦波を順次発生するもの
で（図１６（ｇ））、具体的には、値Ｔ_xと値Ｌ_xとに従
ってその回路時定数を制御するようにすれば良い。

【００６３】ステップ１３４では、ディメンションＤ，
Ｅのすべてのデータについて処理したかどうかチェック
し、未処理であればステップ１３２に戻り、処理済みで
あればステップ１２０に戻る。したがって、ステップ１
２０では、バッファメモリから、ディメンションＡ内の
最後のデータの次のサンプリング値を読み出しディメン
ションＡに上書きする。こうして、被変調信号の生成が
行われる。

【００６４】さらに、図１２、図１７および図１８を参
照して、本発明によるＰＷＭ信号復調装置の別の実施例
を説明する。この復調装置は、前記第２実施例（図８，
図９）およびその変形例（図１０，図１１）の変調装置
により生成されたＰＷＭ信号を復調するものであり、前
記図１２に示した復調装置と同様の構成を備えるが、図
１７に示すようにアナログ波生成部８８が正弦波発生部
又は矩形波発生部８８ａと、ローパスフィルタ８８ｂと
を有する。

【００６５】正弦波発生部又は矩形波発生部８８ａは、
除算器８６からの値Ｔ_x（Ｘ＝１，２，３，…）と除算
器８７からの値Ｌ_x（Ｘ＝１，２，３，…）に従って、
波長Ｔ_x、最大振幅Ｌ_xの正弦波またはパルス幅Ｔ_x、振
幅Ｌ_xの矩形波を順次発生し、この波形がローパスフィ
ルタ８８ｂを通過することにより振幅変化の滑らかな正
弦波信号が出力される。

【００６６】すなわち、矩形波発生部を用いた場合に
は、図１８（ａ）に示す入力端子３０からの変調信号に
従って除算器８６、８７からＴ_x，Ｌ_xが与えられると、
矩形波発生部は一定周期Ｔで振幅値Ｌ_xの矩形波（図１
８（ｂ））を順次発生し、それがローパスフィルタ８８
ｂを通過することで図中点線で示すような振幅変化の滑
らかな正弦波信号（被変調信号）が出力される。一方、
正弦波発生部を用いた場合には、図１８（ａ）に示す入
力端子３０からの変調信号に従って除算器８６、８７か
らＴ_x，Ｌ_xが与えられると、正弦波発生部は一定周期Ｔ
で振幅値Ｌ_xの正弦波（図１８（ｃ））を順次発生し、
それがローパスフィルタ８８ｂを通過することで図中点
線で示すような振幅変化の滑らかな正弦波信号（被変調
信号）が出力される。

【００６７】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、デ
ータの伝送や記録においてその効率化を図ることが出来
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来のパルス幅変調の原理を示す波形図であ
る。

【図２】本発明によるパルス幅変調装置の第１実施例の
構成を示すブロック図である。

【図３】前記第１実施例の変調装置の動作を説明するた
めの波形図である。

【図４】本発明のパルス幅変調をコンピュータソフトウ
エアによって行うための構成例示す図である。

【図５】図４に示したコンピュータの動作フローチャー
トである。

【図６】前記図４に示した構成の動作を示す図である。

【図７】前記第１実施例の変形例を示すブロック図であ
る。

【図８】本発明によるパルス幅変調装置の第２実施例の
構成を示すブロック図である。

【図９】前記第２実施例の変調装置の動作を説明するた
めの波形図である。

【図１０】前記第２実施例の変形例を示すブロック図で
ある。

【図１１】前記第２実施例の動作を説明するための波形
図である。

【図１２】本発明に係る復調装置の構成の一例を示すブ
ロック図である。

【図１３】前記図１２に示した復調装置の動作を説明す
るための波形図である。

【図１４】本発明のＰＷＭ信号の復調をコンピュータソ
フトウエアによって行うための構成例示す図である。

【図１５】前記図１４に示したコンピュータの動作を示
すフローチャートである。

【図１６】前記図１４に示した構成の動作を示す図であ
る。

【図１７】本発明に係る復調装置の別の構成例を示すブ
ロック図である。

【図１８】前記図１７に示す復調装置の動作を示す波形
図である。

【符号の説明】

１ パルス幅変調装置 ２ 変化点検出部 ４ 周期検出部 ６，６０ ピーク検出部 ８，９ 乗算器 １１ 比較部 １２ パルス生成器 １０，３０ 入力端子 ２０，４０ 出力端子 ２２ サンプリング回路 ５０，１５０ コンピュータ ５２，１５２ 入出力回路 ５４，１５４ ＣＰＵ ５６，１５６ メモリ ８１ 復調装置 ８２ 立上り検出部 ８３ 立下り検出部 ８４ パルス計測部 ８５ パルス間計測部 ８６，８７ 除算器 ８８ アナログ波生成部 ８８ａ 正弦波発生部または矩形波発生部 ８８ｂ ローパスフィルタ

Claims (13)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被変調信号の周期を計測する周期検出手
   段と、 該周期検出手段により計測される前記周期における前記
   被変調信号の最大レベルを計測するピーク検出手段と、 前記周期検出手段による計測値と前記ピーク検出手段に
   よる計測値とが入力され、前記周期および前記最大レベ
   ルのいずれか一方に対応する幅のパルスを生成するとと
   もに、該パルスとこれに続く次のパルスとの間隔を前記
   周期および前記最大レベルの他方に対応する大きさとす
   るパルス生成手段と、 を備えるパルス幅変調装置。
2. 【請求項２】 前記周期検出手段により計測された周期
   をｎ倍（ｎは零以外の値）して前記パルス生成手段に出
   力する第１の乗算手段と、 前記ピーク検出手段により計測された最大レベルをｍ倍
   （ｍは零以外の値）して前記パルス生成手段に出力する
   第２の乗算手段とをさらに備え、 前記パルス生成手段は、該ｎ倍された周期とｍ倍された
   最大レベルとに基づいてパルスを生成する請求項１に記
   載のパルス幅変調装置。
3. 【請求項３】 前記周期検出手段により計測された周期
   を予め定められた閾値と比較する比較手段をさらに備
   え、 前記第１の乗算手段は、該比較手段による前記周期と前
   記閾値との比較結果に基づいて前記ｎの値を変更する請
   求項２に記載のパルス幅変調装置。
4. 【請求項４】 被変調信号を一定のサンプリング期間毎
   にサンプリングするサンプリング手段と、 該サンプリング手段によるサンプリング値が入力され、
   該サンプリング値および前記サンプリング期間のいずれ
   か一方に対応する幅のパルスを生成するとともに、該パ
   ルスとこれに続く次のパルスとの間隔を前記サンプリン
   グ値および前記サンプリング期間の他方に対応する大き
   さとするパルス生成手段と、 を備えるパルス幅変調装置。
5. 【請求項５】 前記サンプリング期間をｎ倍（ｎは零以
   外の値）して前記パルス生成手段に出力する第１の乗算
   手段と、 前記サンプリング値をｍ倍（ｍは零以外の値）して前記
   パルス生成手段に出力する第２の乗算手段とをさらに備
   え、 前記パルス生成手段は、該ｎ倍されたサンプリング期間
   値とｍ倍されたサンプリング値とに基づいてパルスを生
   成する請求項４に記載のパルス幅変調装置。
6. 【請求項６】 一定のサンプリング期間毎に該期間中に
   おける被変調信号の最大レベルを計測するピーク検出手
   段と、 該ピーク検出手段による計測値が入力され、前記サンプ
   リング期間および前記最大レベルのいずれか一方に対応
   する幅のパルスを生成するとともに、該パルスとこれに
   続く次のパルスとの間隔を前記サンプリング期間および
   前記最大レベルの他方に対応する大きさとするパルス生
   成手段と、 を備えるパルス幅変調装置。
7. 【請求項７】 前記サンプリング期間をｎ倍（ｎは零以
   外の値）して前記パルス生成手段に出力する第１の乗算
   手段と、 前記最大レベルをｍ倍（ｍは零以外の値）して前記パル
   ス生成手段に出力する第２の乗算手段とをさらに備え、 前記パルス生成手段は、該ｎ倍されたサンプリング期間
   とｍ倍された最大レベルとに基づいてパルスを生成する
   請求項６に記載のパルス幅変調装置。
8. 【請求項８】 前記ｎおよび前記ｍの少なくとも一方が
   １より小さい値である請求項２、５および７のいずれか
   一項に記載のパルス幅変調装置。
9. 【請求項９】 入力パルス信号の各パルス幅を計測する
   パルス幅計測手段と、 該入力パルス信号の隣接するパルス間の間隔を計測する
   パルス間計測手段と、 該パルス幅計測手段およびパルス間計測手段による計測
   値が入力され、前記パルス幅およびパルス間隔に対応す
   る周期および振幅のアナログ信号を順次生成し出力する
   アナログ信号生成手段と、 を備える復調装置。
10. 【請求項１０】 被変調信号の周期を計測するステップ
    と、 計測された該周期における前記被変調信号の最大レベル
    を計測するステップと、 前記周期および前記最大レベルに基づいてパルス信号を
    生成するステップであって、前記周期および前記最大レ
    ベルの一方をパルスの幅に対応させるとともに、前記周
    期および前記最大レベルの他方を隣接するパルスとの間
    隔に対応させるステップと、 を含むパルス幅変調方法。
11. 【請求項１１】 被変調信号を一定のサンプリング期間
    毎にサンプリングするステップと、 該サンプリングによるサンプリング値と前記サンプリン
    グ期間とに基づいてパルス信号を生成するステップであ
    って、該サンプリング期間および該サンプリング値の一
    方をパルスの幅に対応させるとともに、該サンプリング
    期間および該サンプリング値の他方を隣接するパルスと
    の間隔に対応させるステップと、 を含むパルス幅変調方法。
12. 【請求項１２】 一定のサンプリング期間毎に該期間中
    における被変調信号の最大レベルを計測するステップ
    と、 該計測された最大レベルと前記サンプリング期間とに基
    づいてパルス信号を生成するステップであって、該サン
    プリング期間および該最大レベルの一方をパルスの幅に
    対応させるとともに、該サンプリング期間および該最大
    レベルの他方を隣接するパルスとの間隔に対応させるス
    テップと、 を含むパルス幅変調方法。
13. 【請求項１３】 入力パルス信号の各パルス幅を計測す
    るステップと、 該入力パルス信号の隣接するパルス間の間隔を計測する
    ステップと、 該計測されたパルス幅およびパルス間隔に対応する周期
    および振幅のアナログ信号を順次生成するステップと、 を含む復調方法。