JP2010258891A - Signal quantizing apparatus, method and program, recording medium therefor, and signal quantizing system - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To improve quantization performance by adding noise of a suitable strength to an analog signal to be input to a signal quantizing apparatus whose quantization parameter is not optimal. <P>SOLUTION: A noise adding section 1 adds noise of a high strength σ sequentially to an analog signal to be input. A quantizing section 2 quantizes each analog signal to which the noise of the strength σ has been added. An evaluation amount calculating section 3 calculates the average value of absolute values of errors between sampled values of samples and output values as an evaluation amount for each analog signal to which the noise of the strength σ has been added. An optimal noise strength determining section 5 compares the evaluation amounts and determines the strength of noise corresponding to the smallest evaluation amount as the optimal noise strength. The noise adding section 1 adds noise of the determined optimal strength to the analog signal to be input. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

この発明は、アナログ信号を量子化する技術に関する。特にアナログ信号の量子化を最適化する技術に関する。   The present invention relates to a technique for quantizing an analog signal. In particular, it relates to a technique for optimizing the quantization of an analog signal.

アナログ信号の量子化とは、連続値を持つアナログ信号を、離散値を持つディジタル信号に変換することをいう。
Iを任意の正の整数とし、閾値θがθ<θ<…<θ<θi+1<…<θとなるように予め定められており、閾値によって区切られた各区間に、区間を代表する離散値である代表値が予め定められているとする。例えば、区間(−∞,θ],(θ,θ],…,(θ,θi+1],…,(θ,∞)にはそれぞれ代表値x∈(−∞,θ],x∈(θ,θ],…,x∈(θ,θi+1],…,x∈(θ,∞)が定められているとする。
Quantization of an analog signal refers to converting an analog signal having a continuous value into a digital signal having a discrete value.
An I and any positive integer, threshold theta i is θ 1 <θ 2 <... < θ i <θ i + 1 <... <θ is predetermined so that I, in each section, separated by the threshold, Assume that a representative value, which is a discrete value representing a section, is determined in advance. For example, in the sections (−∞, θ 1 ], (θ 1 , θ 2 ],..., (Θ i , θ i + 1 ],..., (Θ I , ∞), the representative values x 0 ∈ (−∞, θ 1 ], x 1 ∈ (θ 1 , θ 2 ],..., X i ∈ (θ i , θ i + 1 ],..., X I ∈ (θ I , ∞) are defined.

入力されたアナログ信号を標本化することにより得られた標本値xが、閾値θ<x≦閾値θi+1であり、閾値θ及び閾値θi+1で区切られた区間(θ,θi+1]に含まれる場合には、その区間(θ,θi+1]の代表値xを出力する。具体的にはこのようにして、アナログ信号を量子化してディジタル信号に変換する。
非特許文献1において、閾値θ及び代表値x等の量子化パラメータを最適化することにより、量子化の性能を高くする技術が知られている。
Sample value x obtained by sampling an input analog signal, the threshold theta i <a x ≦ threshold theta i + 1, the threshold theta i and the threshold theta i + 1 separated by intervals (θ i, θ i + 1 ] Is included, the representative value x i of the section (θ i , θ i + 1 ) is output. Specifically, the analog signal is quantized and converted into a digital signal in this way.
In Non-Patent Document 1, a technique for improving the quantization performance by optimizing the quantization parameters such as the threshold value θ i and the representative value x i is known.

Allen Gersho(著),Robert M.Gray(著),古井貞煕(翻訳),小寺博(翻訳),田崎三郎(翻訳),渡辺裕(翻訳),「ベクトル量子化と情報圧縮」,コロナ社,1998年10月Allen Gersho (Author), Robert M.Gray (Author), Furui Sadaaki (Translation), Hiroshi Kodera (Translation), Saburo Tazaki (Translation), Hiroshi Watanabe (Translation), "Vector quantization and information compression", Corona October 1998

しかしながら、現実の世界においては、閾値θ及び代表値xを一度決めると変更することができない信号量子化装置がある。この信号量子化装置においては、非特許文献1に記載された技術を用いて、量子化の性能を高くすることはできないという課題がある。 However, in the real world, there are signal quantizers that cannot be changed once the threshold value θ i and the representative value x i are determined. In this signal quantization apparatus, there is a problem that the quantization performance cannot be increased using the technique described in Non-Patent Document 1.

閾値θ及び代表値xが最適化されていない場合には、入力されるアナログ信号に適切な強度のノイズを付加することにより、量子化の性能を高くできることが知られている(例えば、参考文献1参照。)。ここで、量子化の性能の高さを標本値と出力値との誤差、後述する相互情報量等の評価量で表し、ノイズの強度の変化させた場合、評価量はただ1つの極小値又は極大値を持ち、その極小値又は極大値に対応する強度のノイズを加えることにより量子化の性能が最も高くなることを発明者は見出した。
〔参考文献1〕S.Mizutani, J.Muramatsu, K.Arai, P.Davis, “Noise-assisted quantization”, International Symposium on Nonlinear Theory and Its Applications (NOLTA 2006), pp.843-846, 2006.
When the threshold value θ i and the representative value x i are not optimized, it is known that the quantization performance can be improved by adding noise having an appropriate intensity to the input analog signal (for example, See Reference 1.). Here, the high quantization performance is expressed by an evaluation amount such as an error between the sample value and the output value, a mutual information amount to be described later, and when the noise intensity is changed, the evaluation amount is only one minimum value or The inventors have found that the quantization performance is maximized by adding noise having a maximum value and intensity corresponding to the minimum value or the maximum value.
[Reference 1] S. Mizutani, J. Muramatsu, K. Arai, P. Davis, “Noise-assisted quantization”, International Symposium on Nonlinear Theory and Its Applications (NOLTA 2006), pp.843-846, 2006.

この発明は、この性質を用いて、入力されるアナログ信号に適切な強度のノイズを付加することにより、量子化の性能を高くするものである。   The present invention uses this property to increase the quantization performance by adding noise of appropriate strength to the input analog signal.

適切な強度のノイズを加えることにより、量子化の性能を向上させることができる。   The quantization performance can be improved by adding noise of appropriate strength.

信号量子化装置の例の機能ブロック図。The functional block diagram of the example of a signal quantization apparatus. 最適ノイズ強度決定部の例の機能ブロック図。The functional block diagram of the example of an optimal noise strength determination part. 信号量子化システムの例の機能ブロック図。The functional block diagram of the example of a signal quantization system. 信号量子化方法の例のフローチャート。The flowchart of the example of a signal quantization method. 最適なノイズの強度の範囲を絞り込む方法の例のフローチャート。The flowchart of the example of the method of narrowing down the range of the optimal noise intensity. 実験結果を例示する図。The figure which illustrates an experimental result. 標準偏差σを変化させたときの相互情報量Iの変化の様子を例示する図。The figure which illustrates the mode of change of mutual information amount I when standard deviation (sigma) is changed.

以下、この発明の実施の形態について、詳細に説明する。
図1にこの発明による信号量子化装置の機能ブロックを例示し、図4にこの発明による信号量子化方法のフローチャートを例示する。図1に例示するように、信号量子化装置は、ノイズ付加部1、量子化部2、評価量計算部3、記憶部4及び最適ノイズ強度決定部5を含む。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail.
FIG. 1 illustrates a functional block of a signal quantization apparatus according to the present invention, and FIG. 4 illustrates a flowchart of a signal quantization method according to the present invention. As illustrated in FIG. 1, the signal quantization apparatus includes a noise addition unit 1, a quantization unit 2, an evaluation amount calculation unit 3, a storage unit 4, and an optimum noise intensity determination unit 5.

<ステップS1>
ノイズ付加部1は、少なくとも2種類以上の強度のノイズのそれぞれを入力されるアナログ信号に加える(ステップS1)。ノイズが加えられたアナログ信号は、量子化部2に送られる。
ここで、ノイズの強度とは、ノイズがある確率分布に従って発生するとして、その確率分布の広がりの大きさのことをいう。例えば、確率分布に分散σ、標準偏差σが定義されている場合には、分散σ、標準偏差σがノイズの強度となる。
<Step S1>
The noise adding unit 1 adds at least two types of noises having an intensity to the input analog signal (step S1). The analog signal to which noise has been added is sent to the quantization unit 2.
Here, the intensity of noise refers to the magnitude of the spread of the probability distribution, assuming that noise occurs according to a certain probability distribution. For example, when variance σ 2 and standard deviation σ are defined in the probability distribution, variance σ 2 and standard deviation σ are noise intensities.

所定の強度のノイズを入力されるアナログ信号に加えるとは、所定の強度に基づく確率分布に従って発生するノイズをアナログ信号に加えることを意味する。したがって、同一の所定の強度のノイズを加える場合であっても、通常加えられるノイズの大きさは変化することになる。
この実施形態では、ノイズは正規分布N(0,σ)に従って発生するものとし、ノイズの強度として標準偏差σを用いることにする。ノイズ付加部1は、まず予め定められた0に近い標準偏差σを選択して、正規分布N(0,σ )に従ってノイズを発生させ、入力されるアナログ信号に発生させたノイズを加える。
Adding noise of a predetermined intensity to an input analog signal means adding noise generated according to a probability distribution based on the predetermined intensity to the analog signal. Accordingly, even when noise of the same predetermined intensity is added, the magnitude of noise that is normally added changes.
In this embodiment, the noise is generated according to the normal distribution N (0, σ 2 ), and the standard deviation σ is used as the noise intensity. The noise adding unit 1 first selects a standard deviation σ 1 close to a predetermined 0, generates noise according to the normal distribution N (0, σ 1 2 ), and generates noise generated in the input analog signal. Add.

その後、ノイズ付加部1は、標準偏差σを予め定められた変化幅Δだけ増加させた標準偏差σ=σ+Δに基づく正規分布N(0,σ)に従って発生するノイズを、入力されるアナログ信号に加える。Δは任意の正の実数である。このようにして、ノイズ付加部1は、iを正の整数として、標準偏差σを予め定められた幅Δだけ増加させた標準偏差σi+1=σ+Δに基づく正規分布N(0,σi+1 )に従って発生するノイズを順次アナログ信号に加える。
後述する量子化部2の標本化において、各正規分布N(0,σ )に従って発生するノイズが加えられたサンプルが10個から10万個程度得られる時間の長さだけ、各正規分布N(0,σ )に従って発生するノイズがそれぞれアナログ信号に加えられる。
Thereafter, the noise adding unit 1 inputs noise generated according to the normal distribution N (0, σ 2 ) based on the standard deviation σ 2 = σ 1 + Δ obtained by increasing the standard deviation σ 1 by a predetermined change width Δ. Added to the analog signal. Δ is an arbitrary positive real number. In this way, the noise adding unit 1 uses the normal distribution N (0, σ based on the standard deviation σ i + 1 = σ i + Δ obtained by increasing the standard deviation σ i by a predetermined width Δ, where i is a positive integer. The noise generated according to i + 1 2 ) is sequentially added to the analog signal.
In the sampling of the quantization unit 2 to be described later, each normal distribution is obtained for the length of time in which about 10 to 100,000 samples to which noise generated according to each normal distribution N (0, σ i 2 ) is added are obtained. Each noise generated according to N (0, σ i 2 ) is added to the analog signal.

入力されるアナログ信号は通常時々刻々と変化する。この時々刻々と変化するアナログ信号に対して、所定の強度のノイズが加えられる。したがって、量子化部2の標本化により得られるサンプルは、通常変化する値を持つアナログ信号のサンプルに対して、所定の強度のノイズが加えられたものである。すなわち、量子化部2の標本化により得られるサンプルは、通常同一の値を持つアナログ信号のサンプルに対して所定の強度のノイズが加えられたものではない。   The input analog signal usually changes every moment. A predetermined intensity of noise is added to the analog signal that changes every moment. Therefore, the sample obtained by sampling of the quantizing unit 2 is obtained by adding noise of a predetermined intensity to a sample of an analog signal having a normally changing value. That is, the sample obtained by sampling of the quantizing unit 2 is not obtained by adding noise of a predetermined intensity to a sample of an analog signal having the same value.

<ステップS2>
Iを任意の正の整数とし、閾値θがθ<θ<…<θ<θi+1<…<θとなるように予め定められており、閾値によって区切られた各区間に、区間を代表する離散値である代表値が予め定められているとする。例えば、区間(−∞,θ],(θ,θ],…,(θ,θi+1],…,(θ,∞)にはそれぞれ代表値x∈(−∞,θ],x∈(θ,θ],…,x∈(θ,θi+1],…,x∈(θ,∞)が定められているとする。
<Step S2>
The I and any positive integer, threshold theta i is θ 1 <θ 2 <... < θ i <θ i + 1 <... <θ is predetermined so that I, in each section, separated by the threshold, Assume that a representative value, which is a discrete value representing a section, is determined in advance. For example, in the sections (−∞, θ 1 ], (θ 1 , θ 2 ],..., (Θ i , θ i + 1 ],..., (Θ I , ∞), the representative values x 0 ∈ (−∞, θ 1 ], x 1 ∈ (θ 1 , θ 2 ],..., X i ∈ (θ i , θ i + 1 ],..., X I ∈ (θ I , ∞) are defined.

量子化部2は、ノイズが加えられたアナログ信号を所定のサンプリング周波数で標本化して、各サンプルの標本値xを得る。量子化部2は、あるサンプルの標本値xが、閾値θ<x≦閾値θi+1であり、閾値θ及び閾値θi+1で区切られた区間(θ,θi+1]に含まれる場合には、その区間(θ,θi+1]の代表値xをそのサンプルの出力値として出力する(ステップS2)。 The quantization unit 2 samples the analog signal to which noise has been added at a predetermined sampling frequency to obtain a sample value x of each sample. When the sample value x of a certain sample satisfies the threshold θ i <x ≦ threshold θ i + 1 and is included in the section (θ i , θ i + 1 ) delimited by the threshold θ i and the threshold θ i + 1. Outputs the representative value x i of the section (θ i , θ i + 1 ) as the output value of the sample (step S2).

出力値xは、評価量計算部3に送られる。
<ステップS3>
評価量計算部3は、所定の強度のノイズが加えられたアナログ信号についての、量子化部2における量子化の性能の高さを表す評価量を計算する(ステップS3)。計算された評価量は、記憶部4に記憶される。
記憶部4には、各強度のノイズが加えられたアナログ信号についての評価量が記憶される。
The output value x i is sent to the evaluation amount calculator 3.
<Step S3>
The evaluation amount calculation unit 3 calculates an evaluation amount representing the high level of quantization performance in the quantization unit 2 for an analog signal to which noise of a predetermined intensity is added (step S3). The calculated evaluation amount is stored in the storage unit 4.
The storage unit 4 stores an evaluation amount for an analog signal to which noise of each intensity is added.

評価量としては、例えば標本値と出力値との誤差を用いることができる。具体的には、評価量として、所定の強度のノイズが加えられたアナログ信号の各サンプルの標本値xと出力値xとの誤差の絶対値の平均値を用いることができる。この誤差の絶対値の平均値を「平均誤差」ということにする。所定の強度のノイズが加えられたアナログ信号の各サンプルs(j=1,…,J、Jは10≦J≦100000の整数。例えばJ=10000)の総数がJであり、サンプルsの標本値をx(s)、出力値をx(s)と表記すると、平均誤差は、例えば次式のように記述することができる。このように平均誤差で定義した評価量は、その値が小さいほど量子化の性能が高いといえる。
(1/J)・Σj=1 |x(s)−x(s)| …(1)
As the evaluation amount, for example, an error between the sample value and the output value can be used. Specifically, as the evaluation amount, it is possible to use an average value of the absolute value of the error between the output value x i and the sample values x of each sample of a given intensity analog signal from which noise has been added. The average value of the absolute values of the errors is referred to as “average error”. The total number of samples s j (j = 1,..., J, J is an integer of 10 ≦ J ≦ 100000. For example, J = 10000) of the analog signal to which noise of a predetermined intensity is added is J, and the sample s j If the sample value of x is expressed as x (s j ) and the output value is expressed as x i (s j ), the average error can be described by the following equation, for example. Thus, it can be said that the smaller the value of the evaluation amount defined by the average error, the higher the quantization performance.
(1 / J) · Σ j = 1 J | x (s j ) −x i (s j ) | (1)

<ステップS4>
最適ノイズ強度決定部5は、記憶部4から読み込んだ評価量を比較して、量子化の性能を高くするノイズの強度を決定する(ステップS4)。最適ノイズ強度決定部5は、図2に例示するように、比較部51、決定部52を含む。
<Step S4>
The optimum noise intensity determination unit 5 compares the evaluation amounts read from the storage unit 4 and determines the noise intensity that enhances the quantization performance (step S4). The optimum noise intensity determination unit 5 includes a comparison unit 51 and a determination unit 52 as illustrated in FIG.

最適ノイズ強度決定部5の比較部51(図2)は、ある強度のノイズが加えられたアナログ信号についての評価量(以下、第一評価量とする。)と、その強度よりも一段階低い強度のノイズが加えられたアナログ信号についての評価量(以下、第二評価量とする。)とを比較する(ステップS41)。そして、決定部52が、第一評価量の方が第二評価量よりも高ければ、第二評価量に対応するノイズの強度より一段低いノイズの強度と、第二評価量に対応するノイズの強度よりも一段階高いノイズの強度との間のノイズの強度を最適なノイズの強度として決定する(ステップS42)。第二評価量に対応するノイズの強度よりも一段階高いノイズの強度とは、第一評価量に対応するノイズの強度のことである。例えば、決定部52は、第二評価量に対応するノイズの強度を最適なノイズの強度として選択する。   The comparison unit 51 (FIG. 2) of the optimum noise intensity determination unit 5 is one level lower than the evaluation amount (hereinafter referred to as the first evaluation amount) for the analog signal to which noise of a certain intensity is added. An evaluation amount (hereinafter referred to as a second evaluation amount) for the analog signal to which strong noise is added is compared (step S41). If the first evaluation amount is higher than the second evaluation amount, the determination unit 52 determines that the noise intensity corresponding to the second evaluation amount is lower than the noise intensity corresponding to the second evaluation amount. The noise intensity between the noise intensities one step higher than the intensity is determined as the optimum noise intensity (step S42). The noise intensity that is one step higher than the noise intensity corresponding to the second evaluation amount is the noise intensity corresponding to the first evaluation amount. For example, the determination unit 52 selects the noise intensity corresponding to the second evaluation amount as the optimum noise intensity.

ステップS41において、第一評価量の方が第二評価量よりも小さければ、ステップS1の処理に戻り、ノイズ付加部1は一段階高い強度のノイズをアナログ信号に付加する。その後、第一評価量の方が第二評価量よりも高くなるまで、ステップS1からステップS41の処理を繰り返す。なお、ステップS41において第一評価量の方が第二評価量よりも小さければ、最適ノイズ強度決定部5のノイズ強度比較部54は、予め定められた十分高い閾値Tと、第一評価量に対応するノイズの強度とを比較してもよい(ステップS5)。ノイズの強度>閾値である場合には、極小値に対応するノイズの強度よりも高い強度のノイズが外部から入力されるアナログ信号に既に加えられていると判断することができる。この場合には、ノイズ付加部1は入力されるアナログ信号にノイズを加えない。ノイズの強度>閾値でない場合には、ステップS1の処理に戻り、ノイズ付加部1は一段階高い強度のノイズをアナログ信号に付加する。   In step S41, if the first evaluation amount is smaller than the second evaluation amount, the process returns to step S1, and the noise adding unit 1 adds noise having a higher level to the analog signal. Thereafter, the processing from step S1 to step S41 is repeated until the first evaluation amount becomes higher than the second evaluation amount. If the first evaluation amount is smaller than the second evaluation amount in step S41, the noise intensity comparison unit 54 of the optimum noise intensity determination unit 5 determines the predetermined sufficiently high threshold T and the first evaluation amount. You may compare with the intensity | strength of corresponding noise (step S5). If the noise intensity is greater than the threshold value, it can be determined that noise having a higher intensity than the noise intensity corresponding to the minimum value has already been added to the analog signal input from the outside. In this case, the noise adding unit 1 does not add noise to the input analog signal. If the noise intensity is not greater than the threshold value, the process returns to step S1, and the noise adding unit 1 adds noise having a higher level to the analog signal.

平均誤差等の誤差に基づく評価量は、ノイズの強度を変化させたときに極小値をただひとつ有することがわかっている。すなわち、低い強度のノイズから徐々に高い強度のノイズを加えて行くと通常、誤差に基づく評価量は下がって行き、極小値を境に上がって行く。このため、第一評価量<第二評価量という状態から第一評価量>第二評価量という状態に変化した場合には、第一評価量>第二評価量という関係を満たす、第二評価量に対応するノイズの強度より一段低いノイズの強度と、第二評価量に対応するノイズの強度よりも一段階高いノイズの強度との間に、量子化の性能を最も高くするノイズの強度が存在すると判断することができるのである。   It has been found that an evaluation amount based on an error such as an average error has only one minimum value when the noise intensity is changed. That is, when gradually adding high-intensity noise from low-intensity noise, the evaluation amount based on the error usually decreases and rises at the minimum value. For this reason, when it changes from the state of the first evaluation amount <the second evaluation amount to the state of the first evaluation amount> the second evaluation amount, the second evaluation satisfies the relationship of the first evaluation amount> the second evaluation amount. The noise intensity that gives the highest quantization performance is between the noise intensity one level lower than the noise intensity corresponding to the quantity and the noise intensity one level higher than the noise intensity corresponding to the second evaluation quantity. It can be determined that it exists.

この例では、変化幅Δでノイズの強度である標準偏差σを順次変化させている。したがって、第二評価量に対応するノイズの強度をσとすると、第二評価量に対応するノイズの強度σよりも一段階低いノイズの強度とはσ−Δであり、第二評価量に対応するノイズの強度σよりも一段階高いノイズの強度とはσ+Δである。このため、決定部52は、σ−Δ<最適なノイズの強度<σ+Δの関係を満たす最適なノイズの強度を選択する。 In this example, the standard deviation σ, which is the noise intensity, is sequentially changed by the change width Δ. Therefore, when the noise intensity corresponding to the second evaluation quantity is σ i , the noise intensity one step lower than the noise intensity σ i corresponding to the second evaluation quantity is σ i −Δ, and the second evaluation The noise intensity one step higher than the noise intensity σ i corresponding to the quantity is σ i + Δ. Therefore, the determination unit 52 selects an optimal noise intensity that satisfies the relationship of σ i −Δ <optimal noise intensity <σ i + Δ.

決定された最適なノイズの強度についての情報は、ノイズ付加部1に送られる。ノイズ付加部1は、決定された最適な強度のノイズを入力されるアナログ信号に加える。
このように、閾値θ及び代表値xを変更することができない信号量子化器においても、閾値θ及び代表値xが最適化されていない場合には、入力されるアナログ信号に適切な強度のノイズを付加することにより、量子化の性能を高くすることができる。
Information about the determined optimum noise intensity is sent to the noise adding unit 1. The noise adding unit 1 adds the determined optimum intensity noise to the input analog signal.
Thus, even in a signal quantizer that cannot change the threshold value θ i and the representative value x i , if the threshold value θ i and the representative value x i are not optimized, it is appropriate for the input analog signal. By adding noise of a high intensity, the quantization performance can be enhanced.

[最適なノイズの強度の範囲の絞り込み]
比較部51(図2)において、第一評価量の方が第二評価量よりも高いと判定された場合には、ノイズ付加部1が、第二評価量に対応するノイズの強度よりも一段階低いノイズの強度と第二評価量に対応するノイズの強度よりも一段階高いノイズの強度とを含む範囲で、先にノイズの強度を増加させていったときの変化幅Δよりも細かい変化幅Δ’(Δ’<Δ)で順次強度が高いノイズを付加して、ステップS1からステップS4と同様の処理を行うステップA1(図F2)からステップA4の処理を繰り返すことにより、最適なノイズの強度の範囲の絞り込みを行ってもよい。ステップA1からステップA4はそれぞれステップS1からステップS4と同様であるため説明を省略する。
[Narrowing down the optimal noise intensity range]
When the comparison unit 51 (FIG. 2) determines that the first evaluation amount is higher than the second evaluation amount, the noise adding unit 1 is more than the noise intensity corresponding to the second evaluation amount. A change that is finer than the change width Δ when the noise intensity is increased first, within a range that includes the noise intensity that is one step lower than the noise intensity corresponding to the second evaluation quantity. Optimal noise is obtained by repeating the processing from step A1 (FIG. F2) to step A4 in which the same processing as step S1 to step S4 is performed with the addition of noise having a width Δ ′ (Δ ′ <Δ) in sequence. You may narrow down the range of the intensity. Since step A1 to step A4 are the same as step S1 to step S4, respectively, description thereof will be omitted.

ステップA41において、新たに求まった第一評価量の方が新たに求まった第二評価量よりも高いと判定された場合には、最適ノイズ強度決定部5の決定部52は、その新たに求まった第二評価量に対応するノイズの強度よりも一段階低いノイズの強度とその新たに求まった第二評価量に対応するノイズの強度よりも一段階高いノイズの強度との間のノイズの強度を最適なノイズの強度として決定する。例えば、その新たに求まった第二評価量に対応するノイズの強度を最適なノイズの強度として決定する。   In Step A41, when it is determined that the newly obtained first evaluation amount is higher than the newly obtained second evaluation amount, the determining unit 52 of the optimum noise intensity determining unit 5 determines the newly obtained first evaluation amount. The noise intensity between the noise intensity one level lower than the noise intensity corresponding to the second evaluation quantity and the noise intensity one level higher than the noise intensity corresponding to the newly obtained second evaluation quantity Is determined as the optimum noise intensity. For example, the noise intensity corresponding to the newly obtained second evaluation amount is determined as the optimum noise intensity.

極小値に対応するノイズの強度、すなわち最適なノイズの強度が存在する範囲を、例えば区間(σ−Δ,σ+Δ)から区間(σ−Δ’,σ+Δ’)に絞り込むことができ、極小値に対応するノイズの強度により近いノイズの強度を選択することが可能となる。また、荒い変化幅Δで最適なノイズの強度が存在する範囲を大まかに推定してから、その範囲で細かい変化幅Δ’で最適なノイズの強度の範囲を絞り込むことにより、いきなり細かい変化幅Δ’で最適なノイズの強度を見つけるよりも計算量を削減することができる。 The noise intensity corresponding to the local minimum value, that is, the range in which the optimum noise intensity exists is narrowed down from, for example, the section (σ i −Δ, σ i + Δ) to the section (σ i −Δ ′, σ i + Δ ′). Therefore, it is possible to select a noise intensity closer to the noise intensity corresponding to the minimum value. Further, by roughly estimating the range in which the optimum noise intensity exists with the rough change width Δ, and then narrowing down the optimum noise intensity range with the fine change width Δ ′ in that range, suddenly the fine change width Δ It can reduce the amount of calculation than finding the optimal noise intensity.

なお、ステップA41において、新たに求まった第一評価量の方が新たに求まった第二評価量よりも高いと判定された場合には、さらに細かい変化幅Δ’’(Δ’’<Δ’)で順次強度が高いノイズを付加して、ステップA1からステップA4の処理を繰り返してもよい。これにより、さらに最適なノイズの強度の範囲の絞り込みを行うことができる。このように、変化幅を順次細かくしてステップA1からステップA4の処理を繰り返すことにより、必要だけ最適なノイズの強度の範囲を絞り込むことができる。   In Step A41, if it is determined that the newly obtained first evaluation amount is higher than the newly obtained second evaluation amount, a further finer change width Δ ″ (Δ ″ <Δ ′). ), Noise with high intensity may be added sequentially, and the processing from step A1 to step A4 may be repeated. Thereby, it is possible to further narrow down the range of the optimum noise intensity. In this manner, by repeating the processing from step A1 to step A4 with the change width being made finer in sequence, the optimum noise intensity range can be narrowed down as necessary.

[ランダムサーチ]
ノイズ付加部1は、予め定められたノイズの強度の範囲においてノイズの強度をランダムに順次所定の数K(Kは任意の自然数)だけ選択して、入力されるアナログ信号に各選択された強度のノイズを付加してもよい。この場合の量子化部2及び評価量計算部3の処理は上記と同様であるため説明を省略する。
[Random search]
The noise adding unit 1 randomly selects a predetermined number K (K is an arbitrary natural number) in order of the noise intensity in a predetermined noise intensity range, and selects each of the selected intensity for the input analog signal. Noise may be added. Since the processes of the quantization unit 2 and the evaluation amount calculation unit 3 in this case are the same as described above, the description thereof is omitted.

この場合、最適ノイズ強度決定部5は、選択されたK個のノイズの強度にそれぞれ対応するK個の評価量を比較して、量子化の性能を高くするノイズの強度を決定する。そのために、例えば次のようにして量子化の性能を高くするノイズの強度を決定する。   In this case, the optimum noise intensity determination unit 5 compares the K evaluation quantities respectively corresponding to the selected K noise intensities, and determines the noise intensity that enhances the quantization performance. For this purpose, for example, the intensity of noise that enhances the quantization performance is determined as follows.

まず、ノイズ付加部1は、予め定められたノイズの強度の範囲においてノイズの強度をランダムに選択し、選択された強度rのノイズを、入力されるアナログ信号に付加する。量子化部2及び評価量計算部3は上記と同様の処理を行い、その選択された強度rのノイズに対応する評価量を計算して記憶部4に格納する。 First, the noise adding unit 1 randomly selects a noise intensity within a predetermined noise intensity range, and adds the noise having the selected intensity r 1 to the input analog signal. The quantization unit 2 and the evaluation amount calculation unit 3 perform the same processing as described above, calculate the evaluation amount corresponding to the noise of the selected intensity r 1 , and store it in the storage unit 4.

その後、ノイズ付加部1は、予め定められたノイズの強度の範囲においてノイズの強度をランダムに再度選択し、選択された強度rのノイズを、入力されるアナログ信号に付加する。量子化部2及び評価量計算部3は上記と同様の処理を行い、その選択された強度rのノイズに対応する評価量を計算して記憶部4に格納する。 After that, the noise adding unit 1 randomly selects the noise intensity again within a predetermined noise intensity range, and adds the noise having the selected intensity r 2 to the input analog signal. The quantization unit 2 and the evaluation amount calculation unit 3 perform the same processing as described above, calculate the evaluation amount corresponding to the noise of the selected intensity r 2 , and store it in the storage unit 4.

最適ノイズ強度決定部5の比較選択部53は、強度rのノイズに対応する評価量と強度rのノイズに対応する評価量とを比較して、量子化の性能を高くする評価量を選択する。評価量が、誤差に基づく評価量のように値が小さいほど量子化の性能が高いことを表すものである場合には、強度rのノイズに対応する評価量と強度rのノイズに対応する評価量のうち値が小さい評価量を選択する。 The comparison / selection unit 53 of the optimum noise intensity determination unit 5 compares the evaluation amount corresponding to the noise of the intensity r 1 with the evaluation amount corresponding to the noise of the intensity r 2 , and determines an evaluation amount that improves the quantization performance. select. In the case where the evaluation amount indicates that the quantization performance is higher as the evaluation amount is smaller as the error-based evaluation amount, the evaluation amount corresponding to the noise of intensity r 1 and the noise of intensity r 2 are supported. An evaluation amount having a small value is selected from the evaluation amounts to be performed.

その後、ノイズ付加部1は、予め定められたノイズの強度の範囲においてノイズの強度をランダムに再度選択し、選択された強度rのノイズを、入力されるアナログ信号に付加する。量子化部2及び評価量計算部3は上記と同様の処理を行い、その選択された強度rのノイズに対応する評価量を計算して記憶部4に格納する。 After that, the noise adding unit 1 randomly selects a noise intensity again in a predetermined noise intensity range, and adds the noise having the selected intensity r 3 to the input analog signal. The quantization unit 2 and the evaluation amount calculation unit 3 perform the same processing as described above, calculate the evaluation amount corresponding to the noise of the selected intensity r 3 , and store it in the storage unit 4.

最適ノイズ強度決定部5の比較選択部53は、強度rのノイズに対応する評価量と、前回比較選択部53で選択された評価量とを比較して、量子化の性能を高くする評価量を選択する。 The comparison / selection unit 53 of the optimum noise intensity determination unit 5 compares the evaluation amount corresponding to the noise of the intensity r 3 with the evaluation amount selected by the previous comparison / selection unit 53 to evaluate the quantization performance. Select the amount.

このように、kを2以上K以下の整数として、ノイズ付加部1におけるノイズの強度rのランダムな選択、及び、比較選択部53における、ノイズの強度rに対応する評価量と前回選択された評価量との比較選択を繰り返す。この結果、最後に選択された評価量は、選択された強度のノイズに対応する評価量の中で最も量子化の性能を高くする評価量となる。最適ノイズ強度決定部5は、この最後に選択された評価量に対応する強度を最適なノイズの強度として決定する。 Thus, the k as an integer 2 or more K, random selection of strength r k of noise in the noise adding unit 1, and, in the comparison selection unit 53, estimated amount and the previous selection corresponding to the intensity r k of the noise The comparison selection with the evaluated amount is repeated. As a result, the last selected evaluation amount is the evaluation amount that maximizes the quantization performance among the evaluation amounts corresponding to the selected intensity of noise. The optimum noise strength determination unit 5 determines the strength corresponding to the last selected evaluation amount as the optimum noise strength.

[信号量子化システム]
図3に例示するように、ノイズ付加部1をノイズ付加装置10として、信号量子化装置の外部に配置しても良い。信号量子化装置からノイズ付加部1を除いたものを信号量子化装置11とする。信号量子化装置11は、ノイズ付加部1がノイズ付加装置10として外部に配置されている以外は、上述の信号量子化装置と同様である。信号量子化システムは、ノイズ付加装置10と信号量子化装置11とを含む。
[Signal quantization system]
As illustrated in FIG. 3, the noise adding unit 1 may be disposed outside the signal quantizing device as the noise adding device 10. The signal quantizing device 11 is obtained by removing the noise adding unit 1 from the signal quantizing device. The signal quantizing device 11 is the same as the signal quantizing device described above except that the noise adding unit 1 is arranged outside as the noise adding device 10. The signal quantization system includes a noise adding device 10 and a signal quantization device 11.

信号量子化装置11に入力されるアナログ信号にはノイズ付加装置10により所定の強度のノイズが加えられる。ノイズの加え方は上記説明したノイズ付加部1と同様であるため説明を省略する。ノイズが加えられたアナログ信号は通信網を介して信号量子化装置11に入力される。   Noise having a predetermined intensity is added to the analog signal input to the signal quantizing device 11 by the noise adding device 10. Since the method of adding noise is the same as that of the noise adding unit 1 described above, description thereof is omitted. The analog signal to which noise has been added is input to the signal quantizing device 11 via the communication network.

量子化部2、評価量計算部3、最適ノイズ強度決定部5は上記と同様に、ノイズが加えられたアナログ信号を量子化し、評価量を計算し、計算された評価量を比較して最適なノイズの強度を決定する。決定された最適なノイズの強度についての情報は、通信網を介してノイズ付加装置10に送られる。ノイズ付加装置10は、その決定された最適な強度のノイズを、信号量子化装置11に入力されるアナログ信号に加える。   Similarly to the above, the quantization unit 2, the evaluation amount calculation unit 3, and the optimum noise intensity determination unit 5 quantize the analog signal to which noise has been added, calculate the evaluation amount, and compare the calculated evaluation amounts to make the optimum The intensity of noise. Information on the determined optimum noise intensity is sent to the noise adding device 10 via the communication network. The noise adding device 10 adds the determined optimum intensity noise to the analog signal input to the signal quantizing device 11.

このように、信号量子化装置11の外部にノイズ付加装置10を設けることにより、信号量子化装置11がノイズ付加部1を有していなくても、信号量子化装置11に入力されるアナログ信号に最適な強度のノイズを加えることができる。   Thus, by providing the noise adding device 10 outside the signal quantizing device 11, an analog signal input to the signal quantizing device 11 even if the signal quantizing device 11 does not have the noise adding unit 1. Noise with the optimum intensity can be added.

[実験結果]
入力されるアナログ信号は一様分布U[−1/2,1/2]に従うとし、付加されるノイズは正規分布N(0,σ)に従うとする。また、閾値θ=0.25,閾値θ=0.5,閾値θ=0.75、区間(−∞,0.25]の代表値は0.125、区間(0.25,0.5の代表値は0.375、区間(0.5,0.75]の代表値は0.625、区間(0.75,∞]の代表値は0.875とそれぞれ定められているとする。
[Experimental result]
Assume that the input analog signal follows a uniform distribution U [−1/2, 1/2], and the added noise follows a normal distribution N (0, σ 2 ). Further, the threshold value θ 1 = 0.25, the threshold value θ 2 = 0.5, the threshold value θ 3 = 0.75, the representative value of the section (−∞, 0.25) is 0.125, and the section (0.25, 0 The representative value of .5 is set to 0.375, the representative value of the section (0.5, 0.75) is 0.625, and the representative value of the section (0.75, ∞) is 0.875. To do.

ノイズの強度として標準偏差σを用い、ノイズの強度σの初期値を0.1とし、ノイズの強度σの変化幅Δ=0.1とし、評価量として、下記式(2)においてn=2とした、各サンプルsの標本値x(s)と出力値x(s)との誤差の絶対値の2乗の平均値(平均二乗誤差という。)を用いる。またJ=10000とする。
この場合の、コンピュータを用いてシミュレーションしたノイズの強度σと評価量である平均二乗誤差との関係を図6に示す。
The standard deviation σ is used as the noise intensity, the initial value of the noise intensity σ is 0.1, the change width Δ of the noise intensity σ is 0.1, and the evaluation amount is n = 2 in the following equation (2). The average value of the square of the absolute value of the error between the sample value x (s j ) and the output value x i (s j ) of each sample s j is used (referred to as mean square error). J = 10000.
FIG. 6 shows the relationship between the noise intensity σ simulated using a computer and the mean square error as an evaluation amount in this case.

ノイズの強度σと評価量の関係{σ,評価量}は次のように変化する。
{0.1,0.139969}→{0.2,0.139215}→{0.3,0.136665}→{0.4,0.136316}→{0.5,0.141758}
σ=0.5のときに、第一評価量=0.141758>第二評価量=0.136316となり、この場合この発明により、第二評価量に対応するノイズの強度0.4よりも一段階低いノイズの強度0.3と、第二評価量に対応するノイズの強度0.4よりも一段階高いノイズの強度0.5との間に、すなわち区間(0.3,0.5)に最適なノイズの強度があると判断することができる。ここで、図6をみると、区間(0.3,0.5)に最適なノイズの強度があることが確認できる。
The relationship between the noise intensity σ and the evaluation amount {σ, evaluation amount} changes as follows.
{0.1, 0.1399969} → {0.2,0.139215} → {0.3,0.136665} → {0.4,0.136316} → {0.5,0.141758}
When σ = 0.5, the first evaluation amount = 0.141758> second evaluation amount = 0.136316. In this case, according to the present invention, the noise intensity corresponding to the second evaluation amount is less than 0.4. Between the noise intensity 0.3 lower in level and the noise intensity 0.5 higher than the noise intensity 0.4 corresponding to the second evaluation quantity, that is, the section (0.3, 0.5). It can be determined that there is an optimum noise intensity. Here, it can be confirmed from FIG. 6 that there is an optimum noise intensity in the section (0.3, 0.5).

[変形例等]
上記の実施形態では、ノイズ付加部1は、平均値が0である正規分布N(0,σ)に従ってノイズを発生させたが、平均値が0以外の正規分布N(a,σ)に従ってノイズを発生させて、入力されるアナログ信号に加えてもよい。aは任意の実数である。上記の例では、正規分布N(0,σ)に従ってノイズを発生させたが、正規分布N(0,σ)以外の確率分布に従ってノイズを発生させてもよい。例えば、ノイズの確率分布として、一様分布、コーシー分布等の分布を用いることができる。
[Modifications, etc.]
In the above embodiment, the noise adding unit 1 generates noise according to the normal distribution N (0, σ 2 ) whose average value is 0, but the normal distribution N (a, σ 2 ) whose average value is other than 0. The noise may be generated according to the above and added to the input analog signal. a is an arbitrary real number. In the above example, the normal distribution N (0, σ 2) is caused noise according to normal distribution N (0, σ 2) Noise may be generated according to the probability distribution other than. For example, a distribution such as a uniform distribution and a Cauchy distribution can be used as the noise probability distribution.

上記の実施形態では、強度を0に近い値から徐々に高くしていったが、強度を予め定められた高い値から徐々に低くしていってもよい。予め定められた高い値とは、極大値又は極小値に対応するノイズの強度よりも高い値に設定する。   In the above embodiment, the strength is gradually increased from a value close to 0, but the strength may be gradually decreased from a predetermined high value. The predetermined high value is set to a value higher than the noise intensity corresponding to the maximum value or the minimum value.

この場合、最適ノイズ強度決定部5の比較部51は、ステップS41において、ある強度のノイズが加えられたアナログ信号についての評価量(以下、第一評価量とする。)と、その強度よりも一段階高い強度のノイズが加えられたアナログ信号についての評価量(以下、第二評価量とする。)とを比較する。そして、決定部52が、ステップS42において、第一評価量の方が第二評価量よりも高ければ、第二評価量に対応するノイズの強度より一段低いノイズの強度と、第二評価量に対応するノイズの強度よりも一段階高いノイズの強度との間のノイズの強度を最適なノイズの強度として決定する。例えば、第二評価量に対応するノイズの強度を最適なノイズの強度として決定する。   In this case, the comparison unit 51 of the optimum noise intensity determination unit 5 determines in step S41 the evaluation amount (hereinafter referred to as the first evaluation amount) for the analog signal to which noise of a certain intensity is added, and the intensity thereof. An evaluation amount (hereinafter, referred to as a second evaluation amount) for an analog signal to which noise of one step higher intensity is added is compared. Then, in step S42, when the first evaluation amount is higher than the second evaluation amount, the determination unit 52 sets the noise intensity one step lower than the noise intensity corresponding to the second evaluation amount and the second evaluation amount. The noise intensity between the noise intensity levels one step higher than the corresponding noise intensity is determined as the optimum noise intensity. For example, the noise intensity corresponding to the second evaluation amount is determined as the optimum noise intensity.

上記の実施形態では、ノイズ付加部1は、予め定められた変化幅Δで順次高い強度のノイズを発生させたが、変化幅Δは固定であっても可変であってもよい。すなわち、一段階高い又は低い強度を選択しさえすれば、その強度の変動幅の大きさは問わない。変化幅Δ’、Δ’’等についても同様である。   In the above-described embodiment, the noise adding unit 1 sequentially generates high-intensity noise with a predetermined change width Δ, but the change width Δ may be fixed or variable. In other words, as long as a higher or lower intensity is selected, the magnitude of the fluctuation range of the intensity does not matter. The same applies to the change widths Δ ′, Δ ″, and the like.

上記の実施形態では、評価量として平均誤差を用いたが、nを2以上の整数として、各サンプルsの標本値x(s)と出力値x(s)との誤差の絶対値のn乗の平均値(平均n乗誤差という。)を用いてもよい。また、評価値として、n’を2以上の整数として、平均n乗誤差を1/n’乗した値を用いてもよい。例えばn’=nである。
(1/J)・Σj=1 |x(s)−x(s)| …(2)
In the above embodiment, the average error is used as the evaluation quantity. However, the absolute value of the error between the sample value x (s j ) and the output value x i (s j ) of each sample s j is assumed, where n is an integer of 2 or more. An average value of the nth power of the value (referred to as an average nth power error) may be used. Further, as an evaluation value, a value obtained by setting n ′ to an integer of 2 or more and an average n-th power error to 1 / n ′ may be used. For example, n ′ = n.
(1 / J) · Σ j = 1 J | x (s j ) −x i (s j ) | n (2)

また、評価量として、下記式により定義される相互情報量を用いてもよい。下記式は、Nを2以上の整数として、N分割する量子化(すなわち閾値の数がN−1個)の場合の相互情報量の定義式である。p(x)は入力されるアナログ信号の確率分布、p(i|x)は入力がxのときにiが出力される確率、p(i)は出力がiの確率である。 Moreover, you may use the mutual information amount defined by a following formula as an evaluation amount. The following formula is a definitional formula for mutual information when N is an integer of 2 or more and quantization is performed by N division (that is, the number of thresholds is N−1). p x (x) is the probability distribution of the input analog signal, p (i | x) is the probability of i being output when the input is x, and p (i) is the probability of output i.

Figure 2010258891
Figure 2010258891

相互情報量は、その値が高いほど量子化の性能が高いことを意味する。また、評価量として相互情報量を用いた場合には、ノイズの強度を変化させたときに、図7に例示するように評価量は1つの極大値を有することがわかっている。   The mutual information amount means that the higher the value, the higher the quantization performance. Further, when the mutual information amount is used as the evaluation amount, it is known that the evaluation amount has one maximum value as illustrated in FIG. 7 when the noise intensity is changed.

図7は、入力されるアナログ信号は一様分布U[−1/2,1/2]に従うとし、付加されるノイズは正規分布N(0,σ)に従うとし、3つの閾値、閾値θ=0.5,閾値θ=0.75,閾値θ=1.0で4分割の量子化を行い、ノイズの強度として標準偏差σを用いた場合に、ノイズの強度である標準偏差σを変化させたときの相互情報量の変化の様子を例示する図である。図7の例では、標準偏差σ=0.225のときに相互情報量は極大値を有している。このように、ノイズの強度を変化させたときに相互情報量は1つの極大値を有することがわかっている。 In FIG. 7, it is assumed that the input analog signal follows a uniform distribution U [−1/2, 1/2], and the added noise follows a normal distribution N (0, σ 2 ). When 1 = 0.5, threshold value θ 2 = 0.75, threshold value θ 3 = 1.0 and quantization is performed in four divisions, and the standard deviation σ is used as the noise intensity, the standard deviation that is the noise intensity It is a figure which illustrates the mode of the change of the mutual information amount when (sigma) is changed. In the example of FIG. 7, the mutual information amount has a maximum value when the standard deviation σ = 0.225. Thus, it is known that the mutual information has one maximum value when the noise intensity is changed.

よって、最適ノイズ強度決定部5は、ステップS41において、極大値付近のノイズの強度を最適なノイズの強度として選択する。そのために、最適ノイズ強度決定部5の比較部51は、ある強度のノイズが加えられたアナログ信号についての評価量(以下、第一評価量とする。)と、その強度よりも一段階低い強度のノイズが加えられたアナログ信号についての評価量(以下、第二評価量とする。)とを比較する。そして、決定部52が、ステップS42において、第一評価量の方が第二評価量よりも低ければ、第二評価量に対応するノイズの強度より一段低いノイズの強度と、第二評価量に対応するノイズの強度よりも一段階高いノイズの強度との間のノイズの強度を最適なノイズの強度として決定する。例えば、第二評価量に対応するノイズの強度を最適なノイズの強度として決定する。   Therefore, the optimum noise intensity determination unit 5 selects the noise intensity near the maximum value as the optimum noise intensity in step S41. Therefore, the comparison unit 51 of the optimum noise intensity determination unit 5 includes an evaluation amount (hereinafter referred to as a first evaluation amount) for an analog signal to which noise of a certain intensity is added, and an intensity that is one step lower than the intensity. The evaluation amount (hereinafter referred to as the second evaluation amount) for the analog signal to which the noise is added is compared. Then, in step S42, when the first evaluation amount is lower than the second evaluation amount, the determination unit 52 sets the noise intensity one step lower than the noise intensity corresponding to the second evaluation amount and the second evaluation amount. The noise intensity between the noise intensity levels one step higher than the corresponding noise intensity is determined as the optimum noise intensity. For example, the noise intensity corresponding to the second evaluation amount is determined as the optimum noise intensity.

例えば、最適ノイズ強度決定部5は、評価量の一次微分、二次微分を用いたり、パラメータ空間を確率的に探索することにより、評価量を極小値又は極大値に近くするノイズの強度を求めてもよい(例えば、参考文献2参照。)。
〔参考文献2〕坂和正敏(著),「非線形システムの最適化」,森北出版,1986年5月
For example, the optimum noise intensity determination unit 5 obtains the noise intensity that makes the evaluation quantity close to the minimum value or the maximum value by using the first and second derivatives of the evaluation quantity or by probabilistically searching the parameter space. (See, for example, Reference 2).
[Reference 2] Masatoshi Sakawa (Author), “Optimization of Nonlinear Systems”, Morikita Publishing, May 1986

また、評価量計算部3は、信号量子化装置が出力する出力値により構成されるデータに基づいて評価量を計算してもよい。例えば、画像データの場合には、各ピクセルの輝度が画像の二次元平面上でエッジ以外は滑らかに変化する等の物理的拘束を利用して、出力値により構成される画像データから劣化度合いを評価量として求めても良い。   Further, the evaluation amount calculation unit 3 may calculate the evaluation amount based on data configured by output values output from the signal quantization device. For example, in the case of image data, the degree of deterioration is determined from image data composed of output values by using physical constraints such as the luminance of each pixel changing smoothly except for edges on the two-dimensional plane of the image. It may be obtained as an evaluation amount.

最適ノイズ強度決定部5の比較部51は、各評価量を比較して評価量が最も低い評価量を選択し、決定部52は、その最も低い評価量に対応するノイズの強度を最適なノイズの強度として決定してもよい。評価量として、相互情報量等の値が大きい程量子化の性能が高い評価量を用いる場合には、最適ノイズ強度決定部5の比較部51は、各評価量を比較して評価量が最も高い評価量を選択し、決定部52は、その最も高い評価量に対応するノイズの強度を最適なノイズの強度として決定する。
これらの変形例は適宜組み合わせることが可能である。
The comparison unit 51 of the optimum noise intensity determination unit 5 compares the evaluation amounts to select the evaluation amount having the lowest evaluation amount, and the determination unit 52 determines the noise intensity corresponding to the lowest evaluation amount as the optimum noise. It may be determined as the intensity of. When using an evaluation quantity that has a higher quantization performance as the value of mutual information or the like is larger as the evaluation quantity, the comparison unit 51 of the optimum noise strength determination unit 5 compares the evaluation quantities and has the highest evaluation quantity. The high evaluation amount is selected, and the determination unit 52 determines the noise intensity corresponding to the highest evaluation amount as the optimum noise intensity.
These modifications can be combined as appropriate.

上述の構成をコンピュータによって実現する場合、信号量子化装置の各部が有する機能の処理内容はプログラムによって記述される。そして、このプログラムをコンピュータで実行することにより、上記各部の機能がコンピュータ上で実現される。   When the above configuration is realized by a computer, the processing contents of the functions of each unit of the signal quantization apparatus are described by a program. By executing this program on a computer, the functions of the above-described units are realized on the computer.

すなわち、CPUがプログラムを逐次読み込んで実行することにより、ノイズ付加部1、量子化部2、評価量計算部3、最適ノイズ強度決定部5、比較部51、決定部52、比較選択部53及びノイズ強度比較部54のそれぞれが実現される。また、補助記憶装置又はメモリが、記憶部4として機能する。   That is, when the CPU sequentially reads and executes the program, the noise adding unit 1, the quantizing unit 2, the evaluation amount calculating unit 3, the optimum noise intensity determining unit 5, the comparing unit 51, the determining unit 52, the comparison selecting unit 53, and Each of the noise intensity comparison units 54 is realized. An auxiliary storage device or memory functions as the storage unit 4.

また、このプログラムの流通は、例えば、そのプログラムを記録したDVD、CD−ROM等の可搬型記録媒体を販売、譲渡、貸与等することによって行う。さらに、このプログラムをサーバコンピュータの記憶装置に格納しておき、ネットワークを介して、サーバコンピュータから他のコンピュータにそのプログラムを転送することにより、このプログラムを流通させる構成としてもよい。   The program is distributed by selling, transferring, or lending a portable recording medium such as a DVD or CD-ROM in which the program is recorded. Furthermore, the program may be distributed by storing the program in a storage device of the server computer and transferring the program from the server computer to another computer via a network.

また、上述した実施形態とは別の実行形態として、コンピュータが可搬型記録媒体から直接このプログラムを読み取り、そのプログラムに従った処理を実行することとしてもよく、さらに、このコンピュータにサーバコンピュータからプログラムが転送されるたびに、逐次、受け取ったプログラムに従った処理を実行することとしてもよい。また、サーバコンピュータから、このコンピュータへのプログラムの転送は行わず、その実行指示と結果取得のみによって処理機能を実現する、いわゆるASP(Application Service Provider)型のサービスによって、上述の処理を実行する構成としてもよい。なお、本形態におけるプログラムには、電子計算機による処理の用に供する情報であってプログラムに準ずるもの(コンピュータに対する直接の指令ではないがコンピュータの処理を基底する性質を有するデータ等)を含むものとする。   As an execution form different from the above-described embodiment, the computer may read the program directly from the portable recording medium and execute processing according to the program. Each time is transferred, the processing according to the received program may be executed sequentially. Also, the program is not transferred from the server computer to the computer, and the above-described processing is executed by a so-called ASP (Application Service Provider) type service that realizes the processing function only by the execution instruction and result acquisition. It is good. Note that the program in this embodiment includes information that is used for processing by an electronic computer and that conforms to the program (data that is not a direct command to a computer but has a property that is based on computer processing).

また、この形態では、コンピュータ上で所定のプログラムを実行させることにより、本装置を構成することとしたが、これらの処理内容の少なくとも一部をハードウェア的に実現することとしてもよい。
また、上述の各種の処理は、記載に従って時系列に実行されるのみならず、処理を実行する装置の処理能力あるいは必要に応じて並列的にあるいは個別に実行されてもよい。
In this embodiment, the present apparatus is configured by executing a predetermined program on a computer. However, at least a part of these processing contents may be realized by hardware.
In addition, the various processes described above are not only executed in time series according to the description, but may be executed in parallel or individually according to the processing capability of the apparatus that executes the processes or as necessary.

この発明は、上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更が可能である。   The present invention is not limited to the above-described embodiment, and can be modified as appropriate without departing from the spirit of the present invention.

1 ノイズ付加部
2 量子化部
3 評価量計算部
4 記憶部
5 最適ノイズ強度決定部
10 ノイズ付加装置
11 信号量子化装置
51 比較部
52 決定部
53 比較選択部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Noise addition part 2 Quantization part 3 Evaluation amount calculation part 4 Storage part 5 Optimal noise intensity determination part 10 Noise addition apparatus 11 Signal quantization apparatus 51 Comparison part 52 Determination part 53 Comparison selection part

Claims (9)

入力されるアナログ信号に少なくとも2種類以上の強度のノイズのそれぞれを加えるノイズ付加部と、
各上記ノイズが加えられたアナログ信号を量子化する量子化部と、
各上記ノイズが加えられたアナログ信号についての上記量子化の性能の高さを表す評価量を計算する評価量計算部と、
上記評価量を比較して、上記量子化の性能を高くするノイズの強度を決定する最適ノイズ強度決定部と、
を含む信号量子化装置。
A noise adding unit for adding at least two kinds of noises to the input analog signal;
A quantizing unit that quantizes the analog signal to which each of the noises is added;
An evaluation amount calculation unit for calculating an evaluation amount representing the high performance of the quantization for the analog signal to which each of the noises is added;
An optimum noise intensity determination unit that compares the evaluation quantities and determines the intensity of noise that enhances the quantization performance;
A signal quantizer comprising:
請求項1に記載の信号量子化装置において、
上記ノイズ付加部は、順次強度が高い又は低いノイズを付加する部であり、
上記最適ノイズ強度決定部は、ある強度のノイズが加えられたアナログ信号についての評価量(第一評価量とする。)と、その強度よりも一段階低い又は高い強度のノイズが加えられたアナログ信号についての評価量(第二評価量とする。)とを比較して、上記第一評価量の方が高ければ又は低ければ、上記第二評価量に対応するノイズの強度よりも一段階低い又は高いノイズの強度と上記第二評価量に対応するノイズの強度よりも一段階高い又は低いノイズの強度との間のノイズの強度を最適なノイズの強度として決定する部である、
ことを特徴とする信号量子化装置。
The signal quantization apparatus according to claim 1,
The noise adding unit is a unit that sequentially adds high or low noise,
The optimum noise intensity determination unit includes an evaluation amount for an analog signal to which noise of a certain intensity is added (referred to as a first evaluation amount), and an analog to which noise having a level one step lower or higher than that intensity is added. When the first evaluation amount is higher or lower than the evaluation amount (the second evaluation amount) for the signal, it is one step lower than the noise intensity corresponding to the second evaluation amount. Or, it is a unit that determines the noise intensity between the high noise intensity and the noise intensity one step higher or lower than the noise intensity corresponding to the second evaluation amount as the optimum noise intensity.
A signal quantizer characterized by the above.
請求項2に記載の信号量子化装置において、
上記最適ノイズ強度決定部において第一評価量の方が高い又は低いと判断された場合には、上記ノイズ付加部は、上記第二評価量に対応するノイズの強度よりも一段階低い又は高いノイズの強度と上記第二評価量に対応するノイズの強度よりも一段階高い又は低いノイズの強度とを含む範囲で、先に付加したときよりも細かい幅で順次強度が高い又は低いノイズを付加し、
上記最適ノイズ強度決定部は、新たに求まった第一評価量の方が新たに求まった第二評価量よりも高ければ又は低ければ、その新たに求まった第二評価量に対応するノイズの強度よりも一段階低い又は高いノイズの強度とその新たに求まった第二評価量に対応するノイズの強度よりも一段階高い又は低いノイズの強度との間のノイズの強度を最適なノイズの強度として決定する部である、
ことを特徴とする信号量子化装置。
The signal quantization apparatus according to claim 2, wherein
When the optimum noise intensity determination unit determines that the first evaluation amount is higher or lower, the noise adding unit is a noise that is one step lower or higher than the noise intensity corresponding to the second evaluation amount. In the range including the intensity of noise and the intensity of noise that is one step higher or lower than the noise intensity corresponding to the second evaluation amount, noise with successively higher or lower intensity is added in a narrower width than previously applied. ,
The optimum noise intensity determination unit determines the noise intensity corresponding to the newly obtained second evaluation quantity if the newly obtained first evaluation quantity is higher or lower than the newly obtained second evaluation quantity. The noise intensity between the noise intensity one level lower or higher than the noise intensity corresponding to the newly determined second evaluation amount and the noise intensity one level higher or lower than the noise intensity corresponding to the newly determined second evaluation amount is set as the optimum noise intensity. The part to be determined
A signal quantizer characterized by the above.
請求項1に記載の信号量子化装置において、
上記ノイズ付加部は、予め定められた範囲においてノイズの強度をランダムに順次所定の数K(Kは任意の自然数)だけ選択して、入力されるアナログ信号に各選択された強度のノイズを付加する部である、
ことを特徴とする信号量子化装置。
The signal quantization apparatus according to claim 1,
The noise adding unit randomly selects a predetermined number K (K is an arbitrary natural number) at random within a predetermined range, and adds noise of each selected intensity to the input analog signal. Is a part to do,
A signal quantizer characterized by the above.
請求項4に記載の信号量子化装置において、
上記最適ノイズ強度決定部は、kを2以上の整数として、k回目に選択された強度のノイズが加えられたアナログ信号についての評価量(以下、第k評価量とする。)と、1回目に選択された強度のノイズが加えられたアナログ信号についての評価量又は前回選択された評価量とを比較して、上記量子化の性能を高くする評価量を上記比較した評価量のどちらかから選択する作業をK−1回繰り返して、最後に選択された評価量に対応する強度を最適なノイズの強度として決定する部である、
ことを特徴とする信号量子化装置。
The signal quantization apparatus according to claim 4, wherein
The optimum noise intensity determination unit sets k as an integer equal to or greater than 2, and evaluates an analog signal to which noise having the intensity selected at the kth time is added (hereinafter referred to as a kth evaluation value) and the first time. The evaluation amount for the analog signal to which noise of the selected intensity is added is compared with the evaluation amount selected last time or the evaluation amount selected last time, and the evaluation amount that enhances the quantization performance is obtained from either of the evaluation amounts compared above. The operation of selecting is repeated K-1 times, and the intensity corresponding to the last selected evaluation amount is determined as the optimum noise intensity.
A signal quantizer characterized by the above.
アナログ信号に少なくとも2種類以上の強度のノイズのそれぞれを加えるノイズ付加装置と、
各上記ノイズが加えられたアナログ信号を量子化する量子化部と、各上記ノイズが加えられたアナログ信号についての上記量子化の性能の高さを表す評価量を計算する評価量計算部と、上記評価量を比較して、上記量子化の性能を高くするノイズの強度を決定する最適ノイズ強度決定部とを含む信号量子化装置と、
を含む信号量子化システム。
A noise adding device for adding each of at least two kinds of intensity noise to an analog signal;
A quantization unit that quantizes the analog signal to which each of the noises has been added; an evaluation amount calculation unit that calculates an evaluation amount that represents the high performance of the quantization for the analog signal to which each of the noises has been added; A signal quantization device including an optimum noise intensity determination unit that compares the evaluation amount and determines the intensity of noise that enhances the quantization performance;
Including signal quantization system.
入力されるアナログ信号に少なくとも2種類以上の強度のノイズのそれぞれを加えるノイズ付加ステップと、
各上記ノイズが加えられたアナログ信号を量子化する量子化ステップと、
各上記ノイズが加えられたアナログ信号についての上記量子化の性能の高さを表す評価量を計算する評価量計算ステップと、
上記評価量を比較して、上記量子化の性能を高くするノイズの強度を決定する最適ノイズ強度決定ステップと、
を含む信号量子化方法。
A noise adding step for adding each of at least two types of noise to the input analog signal;
A quantization step for quantizing each of the above-mentioned noise-added analog signals;
An evaluation amount calculating step for calculating an evaluation amount representing the high performance of the quantization for the analog signal to which each of the noises is added;
An optimum noise intensity determination step for comparing the evaluation quantities and determining the intensity of the noise that enhances the quantization performance;
A signal quantization method including:
請求項1から5の何れかに記載の信号量子化装置の各部としてコンピュータを機能させるための信号量子化プログラム。   A signal quantization program for causing a computer to function as each unit of the signal quantization apparatus according to claim 1. 請求項8に記載の信号量子化プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体。   A computer-readable recording medium on which the signal quantization program according to claim 8 is recorded.
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