JP2609630B2 - 除算器及び除算方法 - Google Patents

除算器及び除算方法

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Description

【発明の詳細な説明】 [発明の目的] (産業上の利用分野) この発明は、例えば音声信号及び映像信号をデジタル
化して信号処理を行なう除算器に関する。
(従来の技術) 一般に、デジタル信号処理システムでは、信号の規格
化、信号の演算等で除算器を使用することが多い。この
除算器の除算の方法は種々提案されており、例えば、引
き放し法デジタル信号処理システム(東海大学出版会第
30頁乃至第34頁)等がある。しかしながら、この除算を
ハードウエアで構成しようとすると、非常に複雑なもの
となり、且つ規模が大きくなるものであった。
第5図は、一般的な除算器の例を示したもので、被除
数xと除数Aを除算器10に入力すると、その出力にy=
x/Aが得られる回路である。この除算器10は、通常処理
の複雑さを避けるために、第6図に示されるような除算
専用のROMを使用した構成が、よく使用されている。
同図に於ける除算器では、被除数xと除数Aを除算専
用ROM11のアドレスとして入力させ、その指定された数
値を除算出力x/Aとして出力させて除算を行なってい
た。このような除算器は、構成が非常に単純なものであ
り、その設計に於いてもROMのデータを書込むだけでよ
い。このため、設計期間が短縮され、ブレッドボード等
のディスクリート機器によく使用されている。
(発明が解決しようとする問題点) しかしながら、このような除算器をICに内蔵しようと
すると、ROMの規模が問題となってくる。例えば、被除
数x=8ビット、除数A=8ビット、除算出力y=8ビ
ットとした場合、このROMのメモリ容量は、28×8
=524Kビットとなり、回路規模が大きくなり、実現不可
能になるという問題を有している。
したがって、ROMのメモリ容量を減少させる方法とし
て、第7図及び第8図に示されるようなROMを使用した
除算器も考えられる。
第7図は、1/A ROMと、乗算器から成る除算器の例
で、被除数xが乗算器12に入力され、除数Aは1/A ROM
13で、その値を1/Aにした後、乗算器12に入力される。
そして、この乗算器12により、被除数xと上記1/A ROM
13の出力1/Aとの積が、出力y=x/Aとして求められる。
この場合、ROM容量は28×8=2Kビットである。
第8図は対数(LOG)ROMを使用した除算器の例を示し
たものである。被除数x及び除数Aが、それぞれ対数
(LOG)ROM14及び15に入力される。これらのROM14及び1
5の出力“LOGx"及び“LOGA"を減算器16に入力し、その
出力“LOGx/A"を指数(EXP)ROM17に入力する。する
と、この指数(EXP)ROM17の出力は、y=x/Aとして求
められる。この場合のROM容量は、28×8×3=6Kビッ
トである。
また、最近では、デジタル信号プロセッサ(以下DSP
と記す)を用いた信号処理方法が、よく使用されてい
る。このDSPは、汎用の大規模なものから専用DSPまで、
様々なものがある。例えば第9図は、乗算器、加算器、
レジスタ等で構成されたもので、積和演算に好適な回路
構成の演算ユニットである。同図に於いて、レジスタ18
及び19内のデータが乗算器20に入力され、更にこの乗算
器20からの出力とレジスタ18及び19からの直接のデータ
出力が、セレクタ21及び22にそれぞれ入力される。これ
らのセレクタ21及び22は、上記入力されたデータに応じ
たデータを加算器23に入力する。そして、この加算器23
と、累積レジスタ24によって、繰返し演算を実行するよ
うになっている。
このように、DSPを使用したシステムに於いて、除算
器を用いようとすると、DSPユニット内で除算器を使用
した方が有効である。このDSPを使用するシステムと
は、1回の処理にフィルタ等の積和演算を高速に動作さ
せて希望する動作フィルタを得るシステムのことであ
る。つまり、1回の処理(例えば音声の場合は44.1K H
z)に、数百回(3fsc動作の場合は約244回)の演算を行
なう。
このため、除算器をDSP処理に適用しようとすると、
処理時間は必ずしも1演算分でなくともよい。
これに対し、上述した第5図乃至第8図の除算器は、
1演算ステップで結果を得ることができる。しかしなが
ら、除算器専用のROMを使用しなければならないため、
除数の値に対して良好な除算動作を行なわせようとする
と、その回路規模が増大して実現不可能になるという問
題があった。
この発明は、上記の問題を除去したもので、除算器専
用のROMを使用することなく、その回路規模を増大させ
なくとも、除数の値に対して良好な除算動作を行なわせ
ることができ、且つDSP構成に好適の除算器を提供する
ことを目的とする。
[発明の構成] (問題点を解決するための手段) この発明の除算器は、(1−A(Aは除数))を演算
する演算手段と、上記(1−A)と除算出力値yとを乗
算する乗算手段と、上記乗算手段の出力と被除数xとを
加算する加算手段と、上記加算手段の出力を上記除算出
力値yとして蓄積する蓄積手段とを有することを特徴と
する。
またこの発明の除算方法は、(1−A(Aは除数))
を演算する第1の段階と、上記(1−A)と除算出力値
yとを乗算する第2の段階と、上記第2の段階の乗算結
果と被除数xとを加算する第3の段階と、上記第3の段
階の加算結果を上記除算出力値yとして蓄積する第4の
段階とを有することを特徴とする。
(作用) この発明は、出力値yを乗算器によって(1−A)倍
し、この(1−A)倍した値と被除数xとを、加算器で
加算する。この演算を繰返し行なうことにより、除算出
力が得られる。
(実施例) 以下、図面を参照してこの発明の実施例を説明する。
第1図は、DSP構成に好適な除算器の回路構成を示
す。先ず、乗算器25によって、“1"から除数Aを引いた
値の“1−A"を、加算器26の出力値yに掛合わせる。次
に、この乗算器25の出力値yと被除数とを、加算器26に
よって加算する。そして、この加算された出力値yが、
レジスタ27を介して出力されるようになっている。
このような回路構成の除算器に於いて、被除数xを入
力したときの出力値yを考えてみると、次式のように表
され、 y=x+y(1−A) y=x/A …(1) となり、被除数xと除数Aの除算となることがわかる。
これをデジタル回路構成で実現すると、第2図に示さ
れるように、加算器26の出力が単位遅延回路28に入力さ
れて、順次遅延されてから出力される。同図より、出力
y(n)は次式で表される。
y(n)=x+y(n-1)・(1−A) …(2) ここで、例えばx=1、A=0.5、y(0)=0、yを4
ビットとしたときの動作を考えると、(2)式によって
第1回目の演算出力y(1)は、 y(1)=x+y(0)・(1−0.5) =1+0・(1−0.5)=1 となり、これをn=5まで繰返すと、 となり、y(5)は、被除数1、除数0.5の除算の4ビット
精度の除算出力となる。
このような除算器によれば、その構成が加算器、(1
−A)倍の乗算器及びレジスタによって実現でき、且つ
積和演算のため、DSPのみで除算動作を実行することが
できる。また、フィードバックループを使用しているの
で、収束するまでに少々時間を要するが、8ビット信号
の場合については、真の値に対する誤差が1/256以下に
収束すれば、系は安定する。
ところで、上述した条件、x=1、A=0.5、初期値
y=0で巡回演算した場合、第3図(a)を参照する
と、出力値yは上述したようにn=5で1.9375となり、
n=12のときに1.9995となって、真値(y=1/0.5=
2)に極めて等しくなっているのがわかる。しかしなが
ら、除数の値を変えた場合、例えばA=0.1とすると、
被除数x=1、初期値y=0の場合、第3図(b)に示
されるように、n=12で7.18となり、出力値yの真値
(y=1/0.1=10)とは、かなりの差が生ずる。
第1図及び第2図に示される除算器は、被除数の値に
対して除数の値が、ある程度大きい値である場合に良好
な除算動作を行ない、除数の値が小さい場合には、その
除算動作を行なうものの、系が収束するまでに時間を要
するということがわかる。したがって、上記実施例の除
算器を更に改良し、いかなる値の除数に対しても、良好
な除算動作ができるようにすればよい。
第4図は、上記実施例の除算器を更に改良して示した
ものである。
除数Aは、4倍、8倍及び16倍の利得増幅器29、30及
び31を介して、または直接(1倍)にセレクタ32に入力
される。それと同時に、A≧1/8を比較するコンパレー
タ33と、1/4>A≧1/8または1/16≧Aを比較するコンパ
レータ34にも入力される。これらのコンパレータ33及び
34での比較結果に応じて、それぞれ“0"または“1"がセ
レクタ32及びセレクタ35に出力される。このセレクタ35
には、被除数xが、4倍、8倍及び16倍の利得増幅器3
6、37及び38を介してまたは直接に力されるようになっ
ている。これらの利得増幅器、コンパレータ及びセレク
タは、選択手段を構成しているものである。
一方、セレクタ32から出力される除数Aは、減算器39
に於いてその最大値である1から減算されて“1−A"を
作る。この“1−A"が乗算器40に入力されてフィードバ
ックループとして組込まれ、出力値yを(1−A)倍す
る。そして、この(1−A)倍された値と、被除数xを
加算器26で加算し、除算出力y=x/Aをレジスタ27に出
力する。
このように構成された除算器に於いて、例えば除数A
≧1/4の場合、コンパレータ33は“0"を、コンパレータ3
4は“0"を出力し、セレクタ32及び35に入力する。ここ
で、除数A≧1/4であるから、セレクタ32では、利得増
幅器を介さない除数Aの1倍の出力が選択される。これ
に伴って、セレクタ35に於いても、被除数xの1倍の出
力が選択される。また、除数Aが1/4>A≧1/8のとき
は、コンパレータ33及び34からは“0"及び“1"が、セレ
クタ32及び35にそれぞれ出力される。この場合、セレク
タ32では利得増幅器29を介した除数Aの4倍の出力が選
択され、セレクタ35では利得増幅器36を介した被除数x
の4倍の出力が選択される。
同様にして、除数Aが1/8>A≧1/16のときは8倍の
除数A及び8倍の被除数xが、除数A<1/16のときは16
倍の除数A及び16倍の被除数xが選択され、それぞれセ
レクタ32及び35から出力される。しかも、これらの倍数
は、実際にはシフト動作で実現できるため、回路の増大
はほとんどない。
このように構成された除算器によれば、小さい除数A
の値を大きい値に変換して処理することによって、短時
間で収束できる。しかも、デジタル回路の特徴を利用し
て除数Aの値を大きくする動作をし、例えば除数Aの値
を4倍にすれば被除数xの値を4倍にしており、デジタ
ル回路に於いてシフト動作で構成できるようにしたの
で、複雑な構成を避けることができる。
[発明の効果] 以上のように、この発明によれば、除算器専用のROM
を使用することなく、その回路規模を増大させなくと
も、除数の値に対して良好な除算動作を行なわせること
ができ、且つDSP構成に好適の除算器を提供できる。
【図面の簡単な説明】
第1図はこの発明に係る除算器の実施例を示す回路構成
図、第2図は第1図の除算器のデジタル回路構成図、第
3図(a)及び(b)は第1図の除算器の動作を示す計
算値を表す図、第4図はこの発明の別の実施例でデジタ
ル信号プロセッサ構成用の除算器の回路構成図、第5図
は従来の除算器の回路構成図、第6図は従来の除算専用
ROMを使用した除算器を示した図、第7図は従来の1/A
ROMと乗算器から成る除算器を示した図、第8図は従来
の対数(LOG)ROM、指数(EXP)ROM及び減算器から成る
除算器を示した図、第9図はデジタル信号プロセッサの
構成例を示した図である。 10……除算器、25……乗数(1−A)の乗算器、26……
加算器、29、30、31、36、37、38……利得増幅器、32、
35……セレクタ、33、34……コンパレータ、39……減算
器、40……乗算器。

Claims (5)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】(1−A(Aは除数))を演算する演算手
    段と、 上記(1−A)と除算出力値yとを乗算する乗算手段
    と、 上記乗算手段の出力と被除数xとを加算す加算る手段
    と、 上記加算手段の出力を上記除算出力値yとして蓄積する
    蓄積手段と を有することを特徴とする除算器。
  2. 【請求項2】(1−A(Aは除数))を演算する第1の
    段階と、 上記(1−A)と除算出力値yとを乗算する第2の段階
    と、 上記第2の段階の乗算結果と被除数xとを加算する第3
    の段階と、 上記第3の段階の加算結果を上記除算出力値yとして蓄
    積する第4の段階と を有することを特徴とする除算方法。
  3. 【請求項3】除数Aと所定の値nとを乗算し、上記除数
    Aと比較としたときに1を超えることなく1に近付けた
    値n・Aを出力する第1の乗算手段(29、30、31)と、 (1−n・A)を演算する演算手段(25′)と、 上記(1−n・A)と除算出力値yとを乗算する第2の
    乗算手段(25)と、 被除数xと上記所定の値nとを乗算した値n・xを出力
    する第3の乗算手段(36、37、38)と、 上記第2の乗算手段(25)の出力と上記値n・xとを加
    算する加算手段(26)と、 上記加算手段(26)の出力を上記除算出力値yとして蓄
    積する蓄積手段(27)と を有することを特徴とする除算器。
  4. 【請求項4】上記所定の値nは、上記除数Aの値に応じ
    て大きさを変えることを特徴とする特許請求の範囲第3
    項記載の除算器。
  5. 【請求項5】上記除数Aが第1の値のときのnよりも、
    上記除数Aが上記第1の値よりも大きいときの上記nは
    小さいことを特徴とする特許請求の範囲第4項記載の除
    算器。
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