JP3183417B2 - A/d変換装置 - Google Patents

A/d変換装置

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JP3183417B2
JP3183417B2 JP12416392A JP12416392A JP3183417B2 JP 3183417 B2 JP3183417 B2 JP 3183417B2 JP 12416392 A JP12416392 A JP 12416392A JP 12416392 A JP12416392 A JP 12416392A JP 3183417 B2 JP3183417 B2 JP 3183417B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、例えばアナログビデオ
信号をデジタル信号に変換する場合に用いて好適なA/
D変換装置に関する。
【0002】
【従来の技術】例えばビデオカメラより出力されたアナ
ログビデオ信号をRAMなどのメモリに一旦書き込むと
き、アナログビデオ信号をA/D変換してデジタルビデ
オ信号に変換する必要がある。このA/D変換を行なう
A/D変換器は、所定の幅のダイナミックレンジを有し
ている。例えばA/D変換器のダイナミックレンジが2
Vppであり、入力アナログ信号の最大レベルが通常時に
おけるレベルの3倍であるとき、通常のレベルはダイナ
ミックレンジの1/3(=680mVpp)に設定する。
これにより、最大レベルの信号が入力された場合におい
ても、A/D変換器が飽和してしまうようなことが防止
される。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】従来の装置において
は、このようにダイナミックレンジより低い所定の値に
通常のレベルを設定するようにしているため、例えば上
記した例においては、通常時においてはダイナミックレ
ンジの1/3の範囲しか使用されておらず、2/3の範
囲は殆んど使用されていないことになる。このことは1
ビット分以上分解能を犠牲にしていることになる。
【0004】本発明はこのような状況に鑑みてなされた
ものであり、ダイナミックレンジを有効に利用し、分解
能を向上させるようにするものである。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明のA/D変換装置
は、アナログ入力信号をA/D変換するA/D変換手段と、A/
D変換手段の入力または出力のレベルを検出する検出手
段と、検出手段の検出結果に追随して、A/D変換手段へ
入力されるアナログ信号のレベルを連続的に制御するア
ナログレベル制御手段と、検出手段により検出されたA/
D変換手段の入力または出力のレベルを逆数変換する逆
数変換手段と、逆数変換手段により逆数変換されたA/D
変換手段の入力または出力のレベルに対応して、A/D変
換手段より出力されるデジタルデータのレベルを制御す
るデジタルレベル制御手段とを備えることを特徴とす
る。
【0006】アナログレベル制御手段およびデジタルレ
ベル制御手段は、所定の周期毎にアナログ信号またはデ
ジタル信号のレベルをそれぞれ制御するようにすること
ができる。
【0007】
【作用】本発明のA/D変換装置においては、アナログ入
力信号がA/D変換され、入力または出力のレベルが検出
され、レベルの検出結果に追随して、入力されるアナロ
グ信号のレベルが連続的に制御される。また、検出され
た入力または出力のレベルが逆数変換され、逆数変換さ
れた入力または出力のレベルに対応して、出力されるデ
ジタルデータのレベルが制御される。
【0008】
【実施例】図1は、本発明のA/D変換装置の一実施例
の構成を示すブロック図である。利得制御増幅器1に
は、例えば図示せぬビデオカメラのCCDなどの撮像素
子より出力されたアナログビデオ信号が入力されてい
る。利得制御増幅器1の出力は、A/D変換器2に入力
され、A/D変換されて、nビットのデジタル信号とさ
れる。このデジタル信号は乗算器5に供給されている。
【0009】検出回路3は、A/D変換器2に入力され
るアナログ信号のレベルを検出し、その検出結果に対応
する信号を利得制御増幅器1とA/D変換器4に出力し
ている。A/D変換器4は、検出回路3より入力された
信号をA/D変換し、逆数回路6に出力している。逆数
回路6は、A/D変換器4より入力されたデジタル信号
をその逆数に変換して乗算器5に出力している。乗算器
5は、A/D変換器2と逆数回路6より入力されたデジ
タル信号を乗算し、n+mビットのデジタル信号として
出力するようになされている。
【0010】次に、その動作について説明する。利得制
御増幅器1によりそのレベルが所定のレベルに制御され
たアナログビデオ信号は、A/D変換器2に入力され、
A/D変換される。検出回路3は、A/D変換器2に入
力されるアナログビデオ信号のレベルを検出し、その検
出結果に対応して、利得制御増幅器1の利得を制御す
る。利得制御増幅器1は、入力されるアナログビデオ信
号のレベルが小さいとき、これを大きくするように制御
し、また、入力されるアナログビデオ信号のレベルが大
きいとき、これを小さくなるように制御する。これによ
り、A/D変換器2に入力されるアナログビデオ信号の
レベルは、A/D変換器2のダイナミックレンジの最大
レベルに近いレベルに制御される。
【0011】一方、A/D変換器4は、検出回路3より
出力された制御信号をA/D変換する。このA/D変換
器4より出力されたデジタル信号は、逆数回路6により
その逆数が演算され、乗算器5に出力される。乗算器5
は、A/D変換器2より入力されたデジタル信号と、逆
数回路6より入力されたデジタル信号を乗算する。
【0012】逆数回路6が出力するデジタル信号は、利
得制御増幅器1を制御する制御信号の逆数に対応してい
る。従って、A/D変換器2より出力されたデジタル信
号は、利得制御増幅器1により増大(または減少)され
たレベルに対応する分だけそのレベルが減少(または増
大)されることになる。即ち、元のレベルに戻されるこ
とになる。
【0013】例えば、いまA/D変換器2のダイナミッ
クレンジを2Vとし、そこに入力される信号のレベルを
675mVとするとき、10ビットの分解能を有するA
/D変換器2の出力は、例えば‘010101101
0’となる。これに対して、例えばこの入力信号を利得
制御増幅器1により2.5倍に増幅して、A/D変換器
2に入力したとすると、A/D変換器2の出力は、‘1
101100000’となる。このデジタル信号は、乗
算器5において係数1/2.5が乗算されるため、乗算
器5の出力は、その出力ビット数を12ビットとすると
き、‘0101011001.10’となる。即ち、整
数部の値は利得制御増幅器1によりレベルを調整しない
場合と同一であるが、小数点以下のビット数が2ビット
だけ増えていることになる。即ち、その分だけ分解能を
向上させることができる。
【0014】以上の動作を波形図を用いて説明すると、
図2に示すようになる。即ち、利得制御増幅器1には、
図2(A)に示すアナログ信号が入力される。このアナ
ログ信号は、利得制御増幅器1により増幅され、図2
(B)に示すようなレベルとなる。この信号がA/D変
換器2によりA/D変換され、乗算器5により逆数回路
6より出力されたデータと乗算された結果、乗算器5の
出力はこれをアナログ的に示すと、図2(C)に示すよ
うになる。即ち、図2(C)に示す波形は、図2(A)
に示す波形とほぼ同一のレベルとなっているが、より細
かいレベルが表現された信号となっている。
【0015】図3は、検出回路3の構成例を示してい
る。この実施例においては、利得制御増幅器1より出力
された信号が差動増幅器11の一方の入力に供給されて
いる。差動増幅器11の他方の入力には、予め設定した
所定の基準電圧が基準電圧発生回路12より供給されて
いる。基準電圧発生回路12が出力する基準電圧は、所
定のレベル以上の明るさを検出するために設定されてい
る。差動増幅器11は、入力されたビデオ信号と基準レ
ベルとの差を出力する。
【0016】差動増幅器11が出力する信号が正である
とき、この信号はダイオード13により整流され、コン
デンサ15に充電される。差動増幅器11の出力が負で
あるとき、ダイオード13はオフし、コンデンサ15に
充電された電圧が、ダイオード13と並列に接続された
抵抗14を介して放電される。その結果、コンデンサ1
5と並列に接続された抵抗16の端子には、ビデオ信号
を積分した信号が出力されることになる。この回路によ
り、例えば表示画面の約80%程度の領域の明るさ(レ
ベル)を検出するようにする。
【0017】図4は、検出回路3のさらに他の実施例を
示している。この実施例においては、差動増幅器11の
出力が、コレクタが所定の電圧源に接続され、エミッタ
が抵抗22を介して接地されているNPNトランジスタ
21のベースに供給されている。そして、NPNトラン
ジスタ21のエミッタより出力された電圧が、抵抗23
とコンデンサ24よりなる積分回路により積分され、出
力されるようになされている。この実施例においても、
図3における場合と同様にアナログビデオ信号のレベル
を検出することができる。
【0018】図5は、本発明のA/D変換装置の他の実
施例を示している。この実施例においては、A/D変換
器2によりA/D変換された後のデジタル信号のレベル
が検出回路31により検出され、マイクロコンピュータ
32に出力されるようになされている。そしてマイクロ
コンピュータ32が検出回路31の検出結果に対応し
て、利得制御増幅器1と乗算器5に所定の信号あるいは
データを出力するようになされている。
【0019】検出回路31は、例えば図6に示すように
構成することができる。この実施例においては、A/D
変換器2が出力するデジタル信号が比較回路41に入力
され、基準値発生回路42が出力する基準値と比較され
る。比較回路41は、基準値発生回路42が設定する基
準値より大きいレベルのデジタル信号が入力されたと
き、例えば論理1を出力する。カウンタ43は、この論
理1の数をカウントする。これにより、例えば1フィー
ルド(または1フレーム)分のデータにおける基準レベ
ル以上の画素数がカウントされることになる。
【0020】マイクロコンピュータ32は、検出回路3
1(カウンタ43)の出力から利得制御増幅器1と乗算
器5に出力するデータを、例えば図7に示すフローチャ
ートに従って演算する。
【0021】即ち、最初にステップS1において、カウ
ンタ43が出力するデータを取り込む。上述したよう
に、このデータは画面の80%の領域の明るさに対応し
ている。この値は変数Mに設定される。次にステップS
2に進み、この変数Mから所定の基準値が減算され、そ
の値が変数Dにセットされる。この基準値は、例えばA
/D変換器2のダイナミックレンジの85%のレベルに
対応した値に設定されている。このレベルを小さくし過
ぎると、ダイナミックレンジを有効に活用することが困
難となり、逆に、あまり大きくし過ぎると、レベルの大
きい信号が入力されたとき、出力が飽和してしまうこと
になる。そこで、この実施例においては、例えばダイナ
ミックレンジの85%の値が基準値とされている。
【0022】次にステップS3に進み、ステップS2で
演算した値Dに所定の標準値が加算される。そして、こ
の加算値が変数Cにセットされる。この標準値は、ステ
ップS2において求めた値Dが0である場合において出
力される値であり、例えばA/D変換器2のダナミック
レンジが2Vであるとき、680mVに設定することが
できる。
【0023】次にステップS4に進み、ステップS3で
求めた変数CがD/A変換され、そのD/A変換された
値に対応して利得制御増幅器1のゲインが制御される。
さらにステップS5に進み、ステップS3で求めた変数
Cの逆数が演算され、この逆数が乗算器5に出力され
る。
【0024】図8は、さらに他の実施例を示している。
この実施例においては、乗算器5がデジタルIC41に
包含されている。そして乗算器5が出力するn+mビッ
トのデジタル信号のうち、上位kビットがトラップ回路
42によりトラップされ、γ補正回路43に出力され
る。γ補正回路43は、トラップ回路42より出力され
たkビットのデジタル信号にγ補正を施す。そして、こ
の信号から輝度信号(Y)を生成し、図示せぬ回路に出
力する。
【0025】また、乗算器5が出力するn+mビットの
デジタル信号は、ローパスフィルタ(LPF)44を介
してマトリックス回路45に入力される。マトリックス
回路45は、入力された信号からR,G,B信号をそれ
ぞれ分離する。そしてG信号はγ補正回路46により、
R信号とB信号はγ補正回路47により、それぞれγ補
正される。γ補正回路46と47の出力は、それぞれ加
算器48に供給されて加算され、R−Y信号およびB−
Y信号が生成され、図示せぬ回路に出力される。
【0026】γ補正回路43,46,47におけるγ補
正の特性は、図10に示すように、入力信号のレベルが
小さい程、その変化率が大きくなるように調整されてい
る。これは図9に示すように、CRTの特性が信号レベ
ルが小さいとき、その明るさの変化率が小さいので、こ
れを補正するように設定されているためである。従っ
て、入力信号のレベルが小さいとき程、その出力信号の
分解能(ビット数)は高いことが望まれる。本実施例に
おいては、上述したように、小数点以下の下位ビットが
乗算器5により付加されるため、この低いレベルにおけ
る分解能を向上させることができる。
【0027】
【発明の効果】本発明のA/D変換装置によれば、検出し
た入力または出力のレベルを逆数変換し、逆数変換した
入力または出力のレベルに追随して、出力されるデジタ
ルデータのレベルを連続的に制御するようにしたので、
ダイナミックレンジを有効に活用し、かつ、分解能を向
上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のA/D変換装置の一実施例の構成を示
すブロック図である。
【図2】図1の実施例の各部における波形を示す図であ
る。
【図3】図1の検出回路3の構成例を示す回路図であ
る。
【図4】図1の検出回路3の他の構成例を示す回路図で
ある。
【図5】本発明のA/D変換装置の他の実施例の構成を
示すブロック図である。
【図6】図5の検出回路31の構成例を示すブロック図
である。
【図7】図5のマイクロコンピュータ32の動作を説明
するフローチャートである。
【図8】本発明のA/D変換装置のさらに他の実施例の
構成を示すブロック図である。
【図9】CRTの特性を説明する図である。
【図10】図8のγ補正回路43,46,47の補正特
性を説明する図である。
【符号の説明】
1 利得制御増幅器 2 A/D変換器 3 検出回路 4 A/D変換器 5 乗算器 6 反転回路 31 検出回路 32 マイクロコンピュータ 41 デジタルIC 42 トラップ回路 43 γ補正回路 45 マトリックス回路 46,47 γ補正回路

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 アナログ入力信号をA/D変換するA/D変換
    手段と、 前記A/D変換手段の入力または出力のレベルを検出する
    検出手段と、 前記検出手段の検出結果に追随して、前記A/D変換手段
    へ入力されるアナログ信号のレベルを連続的に制御する
    アナログレベル制御手段と、 前記検出手段により検出された前記A/D変換手段の入力
    または出力のレベルを逆数変換する逆数変換手段と、 前記逆数変換手段により逆数変換された前記A/D変換手
    段の入力または出力のレベルに対応して、前記A/D変換
    手段より出力されるデジタルデータのレベルを制御する
    デジタルレベル制御手段とを備えることを特徴とするA/
    D変換装置。
  2. 【請求項2】 前記アナログレベル制御手段およびデジ
    タルレベル制御手段は、所定の周期毎にアナログ信号ま
    たはデジタル信号のレベルをそれぞれ制御することを特
    徴とする請求項1に記載のA/D変換装置。
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