JP4788353B2

JP4788353B2 - 多段型ノイズシェーピング型量子化器

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Publication number: JP4788353B2
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Inventors: 尚丈北平
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Description

本発明は、第１の局部量子化器の出力範囲を制限するリミッタを有する多段型ノイズシェーピング型量子化器に関する。

図７に示す多段型ノイズシェーピング型量子化器に関して説明を行う。図７は加算器７１、加算器７２、局部量子化器７３、リミッタ７４、減算器７５、遅延器７６により１次のノイズシェーピング次数を有する単積分型ノイズシェーピング量子化器となるメインループ７７が構成されている。また、加算器７８と局部量子化器７９減算器７１０、帰還回路７１１により１次又は２次以上のノイズシェーピング次数を有する多重積分型ノイズシェーピング量子化器となるサブループ７１２が構成されている。

このサブループ７１２の出力を減算器７１３と遅延器７１４で構成される微分器７１５によりメインループ７７の局部量子化器７３のノイズシェーピング次数に応じて微分した後、加算器７１６によりメインループ７７の出力と加算すると、（サブループのノイズシェーピング次数＋１）次の多段型ノイズシェーピング型量子化器が構成される。この帰還回路７１１は、サブループ７１２が２次以上のノイズシェーピング特性を持つような伝達関数Ｈ（ｚ）の特性を有している。また、サブループ７１２の帰還回路７１１の出力に応じて、局部量子化器７３の入力信号に対し所定の値を加減算する事によりサブループ７１２へ入力される量子化誤差を抑え正常に動作させる手段７１７が構成されている。

図６に示す第１の局部量子化器の入力範囲と入力信号に関して説明を行なう。図６の第１の局部量子化器の入力範囲６１は、音声信号分６６及び、量子化誤差部分６５、サブループからの帰還入力分６４、マージン分６２からなる。第１の局部量子化器への入力信号６７は、音声信号分６６及び、量子化誤差分６５、サブループからの帰還入力分６４、リミッタ動作により発生する量子化誤差６８からなる。従来の回路では第１の局部量子化器の入力範囲６１を入力信号６７が超えてしまう場合がありオーバーフロー分６３が発生する場合がある。

ここで、メインループ７７のリミッタ７４は、局部量子化器７３の出力を微分器７１５の状態に応じて制限している。リミッタ７４が動作しない場合、メインループ７７で発生する量子化誤差は、局部量子化器７３の出力値１個に対応する入力信号の範囲以下になる。リミッタ７４が動作した場合、局部量子化器７３の出力が制限され、リミッタ７４が動作していない場合と比較して、減算器７５で算出される符号の反転した量子化誤差が増加してしまう。

このため、遅延器７６と加算器７１により１クロック後に局部量子化器７３へ入力される信号振幅が大きくなり、局部量子化器７３がオーバーフローを発生する可能性がある。局部量子化器７３がオーバーフローした場合は、図６に示す局部量子化器７３の入力範囲６１に量子化誤差の増大に対する余裕分であるマージン分６２を設定し、オーバーフローした量子化誤差分６３は１クロック後へ帰還され複数回で分割処理し動作している。このため、リミッタ７４の動作頻度に応じてマージン分６２の大きさを設定する必要がある。
特公平８−２０２４号公報Ｊｏｕｒｎａｌｏｆｓｏｌｉｄｓｔａｔｅｃｉｒｃｕｉｔ，Ａｕｇ．１９８９，Ｖｏｌ．２４，Ｎｏ．４

しかしながら上記のような構成では、０ｄＢ入力が継続しリミッタが頻繁に動作する場合、リミッタ動作による第１のノイズシェーピング型量子化器が発生する量子化誤差の増加が頻繁に発生する。この量子化誤差の増加が頻繁に発生する事により、前記第１の局部量子化器へ入力される信号振幅が更に増加し、第１のノイズシェーピング型量子化器が発生する量子化誤差量に正帰還がかかり、結果として発振又はオーバーフローに至る可能性があった。さらに、発振又はオーバーフローを防ぐために、第１の局部量子化器の入力範囲に十分なマージンを設定する必要があった。

本発明は、かかる課題を解決し、０ｄＢ入力が継続しリミッタが頻繁に動作する場合においてもマージンを設定する事無くもしくはマージンを少なく設定し、発振又はオーバーフローに至らない安定なノイズシェーピング型量子化器の提供を目的とするものである。

入力信号の量子化を行う第１の局部量子化器及び、前記第１の局部量子化器の出力範囲を制限するリミッタを有し、かつ与えられた入力のノイズシェーピング演算を行う第１のノイズシェーピング型量子化器と、入力信号の量子化を行う第２の局部量子器を有し、前記第１のノイズシェーピング型量子化器が発生する量子化誤差のノイズシェーピングを行う第２のノイズシェーピング型量子化器と、前記第２のノイズシェーピング型量子化器の出力を第１のノイズシェーピング型量子化器のシェーピング次数に応じて微分する微分器と、記第１のノイズシェーピング型量子化器の出力と前記微分器の出力とを加算し、その加算結果を出力する加算器とを備え、前記第１のノイズシェーピング型量子化器は、前記リミッタが動作しているとき、前記第２のノイズシェーピング型量子化器の帰還信号の符号と前記第１の局部量子化器の出力の符号が同じであれば符号が異なる場合と比較して強く自身の出力の出力振幅を制御し、前記第２のノイズシェーピング型量子化器の帰還信号の符号と前記第１の局部量子化器の出力の符号が異なれば符号が同じ場合と比較して弱く自身の出力の出力振幅を制御し、その出力振幅制御された信号を出力する振幅制御手段と、前記第１の局部量子化器に入力される前の信号から前記振幅制御手段で出力された信号を減算する減算器とで構成されることを特徴とする。

前記第１のノイズシェーピング型量子化器が発生する量子化誤差を計算するための前記リミッタの出力振幅を制御する振幅制御手段を有する事により、メインループの入力へ帰還及びサブループへ入力される量子化誤差量を制限する事が可能となる。

本発明の第１の局部量子化器の出力範囲を制限するリミッタを有する多段型ノイズシェーピング型量子化器は、リミッタ動作時に第１のノイズシェーピング型量子化器が発生する瞬間的な量子化誤差の増加を制御することにより、第１のノイズシェーピング型量子化器の入力へ帰還される量子化誤差の増加を抑える事が可能となる。

この結果、第１の局部量子化器の入力範囲にマージンを設定する事無くもしくはマージンを少なく設定して、第１のノイズシェーピング型量子化器を安定に保つ事が可能となる。同時に、第２のノイズシェーピング型量子化器の帰還回路の出力レベルに基づき、第１のノイズシェーピング型量子化器が発生する瞬間的な量子化誤差の増加を制御する事で、第２のノイズシェーピング型量子化器へ入力される量子化誤差入力の増加を抑える事が可能となり、第２のノイズシェーピング型量子化器を安定に保つ事が可能となる。

また、第１の局部量子化器の入力範囲にマージンを設定する必要が無くなるもしくは小さく抑えられることにより、第１の局部量子化器の全入力範囲に対する音楽信号入力の割合が増加し、音楽信号出力の振幅を増加させる事が可能となる。

本発明の第１の局部量子化器の出力範囲を制限するリミッタを有するノイズシェーピング型量子化器は、第１の局部量子化器の出力範囲を制限するリミッタの動作により発生する量子化誤差の振幅を制御し、第２のノイズシェーピング型量子化器の帰還信号の符号と第１の局部量子化器の出力の符号とをもとに、リミッタの動作により増加する量子化誤差を制限する振幅レベルを選択制御する振幅制御手段により実現される。

ここで、第２のノイズシェーピング型量子化器の帰還信号とは、第２の局部量子化器で発生した量子化誤差を第２のノイズシェーピング型量子化器の入力に帰還する間の信号の事を表している。

以下、本発明を実施するための最良の形態について図面を参照しながら説明する。

（実施の形態１）
図２は、本発明の実施の形態１における多段型ノイズシェーピング型量子化器の構成を示すブロック図である。

図２において、本発明の実施の形態１の多段型ノイズシェーピング型量子化器は、メインループ２７とサブループ２１２と微分器２１５から構成されている。そして、メインループ２７は、加算器２１、加算器２２、局部量子化器２３、出力制御器２４、減算器２５、遅延器２６により構成される１次のノイズシェーピング次数を有する単積分型ノイズシェーピング量子化器である。また、サブループ２１２は、加算器２８、局部量子化器２９減算器２１０、帰還回路２１１により構成される１次又は２次以上のノイズシェーピング次数を有する多重積分型ノイズシェーピング量子化器である。このサブループ２１２の出力を、減算器２１３と遅延器２１４で構成される微分器２１５によりメインループ２７の局部量子化器２３のノイズシェーピング次数に応じて微分した後、加算器２１６によりメインループ２７の出力と加算すると、（サブループのノイズシェーピング次数＋１）次の多段型ノイズシェーピング型量子化器が構成される。このとき帰還回路２１１は、サブループ２１２が２次以上のノイズシェーピング特性を持つような伝達関数Ｈ（ｚ）の特性を有している。

例えば、伝達関数Ｈ（ｚ）を

とした場合、係数が２、１、０．５の何れかの和、あるいは、差であらわされるため、ビットシフトと加減算器のみで構成でき、回路の規模が小さくなるメリットがある。また、音声帯域外の高域部分において、この伝達関数のゲインは最大値２．６４に近くほぼ平坦になっているため、量子化誤差の最大値に対するシェーピング特性が効率的である。

また、帰還信号２１７は、サブループ２１２の帰還回路２１１から出力され、加算器２２において局部量子化器２３の入力信号に対し帰還信号２１７に応じた所定の値を加減算する事によりサブループ２１２へ入力される量子化誤差を抑え正常に動作させるためのものである。なお、帰還信号２１７は、サブループ２１２に構成された積分器の出力でも良く、加算器２２において局部量子化器２３の入力信号に対し帰還信号２１７に応じた所定の値を加減算する方法以外に、局部量子化器２３の量子化テーブルを帰還信号２１７に応じてシフトする方法でも良く、サブループ２１２へ入力される量子化誤差を抑え正常に動作させるために、帰還信号２１７に基づいて局部量子化器２３の出力信号を変化させてサブループ２１２への入力信号の範囲を制御する方法であれば良い。

以上の構成により、実施の形態１の（サブループのノイズシェーピング次数＋１次の）多段型ノイズシェーピング型量子化器が構成される。

次に、実施の形態１における多段型ノイズシェーピング回路の出力制御器２４について、詳細に説明する。図３（ａ）は、図２の出力制御器２４の構成を示すブロック図である。出力制御器２４は、リミッタ３ａ７と振幅制御部３ａ８を備えている。ここで、図３（ａ）において、出力制御器２４内のリミッタ３ａ７が動作していない場合の出力制御器２４の動作は、振幅制御器が動作しないので、従来例の回路と同じで、本発明の出力制御器２４は、従来例（図７）のリミッタ７４に振幅制御器３ａ８を追加して構成したものであり、帰還信号２１８の状態を参照し、リミッタ３ａ７の動作により発生する量子化誤差の振幅を制御する振幅制御器３ａ８を、リミッタ３ａ７に追加したものである。ここで、リミッタ３ａ７は従来例で示したリミッタ７４と同様の機能のものである。

出力制御器２４に関して、より詳細に説明する。出力制御器２４は、微分器２１５あるいは遅延器２１４からの値３ａ２により、第１の局部量子化器の出力３ａ１の振幅をリミッタ３ａ７で制御する事で出力３ａ３を決定している。つまり、リミッタ３ａ７は、微分器２１５の状態（遅延器２１４からの値３ａ２）に基づき、微分器２１５の出力値と出力３ａ３との和が多段型ノイズシェーピング回路の出力階調数を超えないように、局部量子化器２３から入力される値の上限値及び下限値を制御して出力している。これにより、微分器２１５の出力値に応じて、第１の局部量子化器の出力範囲を可変し広げる事が可能となる。

次に、振幅制御器３ａ８により、第１のノイズシェーピング型量子化器の量子化誤差を計算するための出力３ａ６を制限して出力する際の制限値の求め方に関して説明する。説明の準備として、図１に示す第１の局部量子化器の入力範囲と入力信号に関して説明する。

図１の第１の局部量子化器の入力範囲１１は、音声信号分１４及び、量子化誤差部分１３、サブループ２１２からの帰還入力分１２からなる。第１の局部量子化器への入力信号１５は、音声信号分１４及び、量子化誤差分１３、サブループ２１２からの帰還入力分１２、振幅制限されたリミッタ動作により発生する量子化誤差１６からなる。ここで、第１の局部量子化器２３がオーバーフローしないためには、第１の局部量子化器の出力３ａ１と、サブループ２１２の帰還信号３ａ５とを参照して、二つの符号が同符号の場合はサブループ２１２からの帰還入力分１２の部分が使用されているので、リミッタ３ａ７により発生する量子化誤差分をマージンが無い場合はゼロへリミットする必要があり、マージンがある場合はマージン分へリミットする必要がある。また、第１の局部量子化器の出力３ａ１と、サブループ２１２の帰還信号３ａ５とを参照して、二つの符号が異符号の場合はサブループ２１２からの帰還入力分１２の部分が使用されていないので、リミッタ３ａ７により発生する量子化誤差分をマージンが無い場合は、サブループ２１２からの帰還入力分１２の範囲におさまるようにリミットし、マージンがある場合は、サブループ２１２からの帰還入力分１２の範囲とマージン分の合計の範囲へリミットする。

次に、第２の局部量子化器がオーバーフローしないためには、第２の局部量子化器がオーバーフローしない状態を保つことが出来るサブループ２１２の入力として許容される量子化誤差の大きさを、第２の局部量子化器の入力範囲をサブループ２１２の帰還回路２１１のゲインで除算する事により求める。そして、第１の局部量子化器の出力３ａ１と、サブループ２１２の帰還信号３ａ５とを参照して、二つの符号が同符号の場合はリミッタ３ａ７の動作により発生する量子化誤差と極性が一致するため、サブループ２１２からの帰還入力分１２を含めて第２の局部量子化器がオーバーフローしない状態を保つことが出来るサブループ２１２の入力として許容される量子化誤差の大きさを超えないようにリミットする必要がある。また、第１の局部量子化器の出力３ａ１と、サブループ２１２の帰還信号３ａ５とを参照して、二つの符号が異符号の場合はリミッタ３ａ７の動作により発生する量子化誤差が異符号なため、サブループ２１２からの帰還入力分１２を考慮する必要がなく第２の局部量子化器がオーバーフローしない状態を保つことが出来るサブループ２１２の入力として許容される量子化誤差の大きさを超えないようにリミットする。

このように、第１の局部量子化器の出力３ａ１の符号とサブループ２１２の帰還信号３ａ５の符号とが同符号の場合と異符号の場合のそれぞれに関して、第１及び第２の局部量子化器が共にオーバーフローしない状態になるような制限値を求め、振幅制御器３ａ８の動作レベルを第１の局部量子化器の出力３ａ１の符号とサブループ２１２の帰還信号３ａ５の符号とに基づき切り替えて制限して、第１のノイズシェーピング型量子化器の量子化誤差を計算するための出力３ａ６を出力する。

図５Ａは、振幅制御器３ａ８の動作のフローチャートである。図５Ａにおいて、始めに５ａ１で、振幅制御器３ａ８に第１の局部量子化器の出力３ａ１とサブループ２１２の帰還信号３ａ５と、リミッタ３ａ７が動作したレベルを表す信号３ａ４とを入力する。判断５ａ２で、リミッタ３ａ７が動作したレベルを表す信号３ａ４により、リミッタ３ａ７が動作しなかった場合、リミッタ３ａ７の動作による量子化誤差は発生しないので、何も動作せず終了。

判断５ａ２でリミッタ３ａ７が動作していた場合、リミッタ３ａ７の動作による量子化誤差が発生するので、この量子化誤差をどちらのレベルに振幅制限して出力するかを判断する必要があるので、判断５ａ３へ進む。判断５ａ３では、サブループ２１２の帰還信号３ａ５を参照し、サブループ２１２の帰還信号３ａ５の符号と第１の局部量子化器の出力の符号とを比較する事で、メインループとサブループとにリミッタの動作により発生した量子化誤差をどのレベルで加算しても第１及び第２の局部量子化器がオーバーフローを起こさず安定しているかを判断している。

判断５ａ３において不安定と判断された場合、サブループ２１２の帰還信号３ａ５の符号と第１の局部量子化器の出力の符号が同じ場合であり、マージンがゼロの場合は振幅制御器の制限値はゼロとなり、振幅制御器で強くリミットを行なう。ここで、具体的な数値を用いて説明する。第１の局部量子化器の出力３ａ１を１０、出力３ａ３を８とすると、制限値が０であることから、リミッタにおいて新たな量子化誤差を加えてはいけない状態にあるので、第１のノイズシェーピング型量子化器の量子化誤差を計算するための出力３ａ６は１０となる。

次に、判断５ａ３において安定と判断された場合、サブループ２１２の帰還信号３ａ５の符号と第１の局部量子化器の出力の符号が異なる場合であり、振幅制御器の制限値は判断５ａ３で安定でないと判断された場合と比べて大きくなるので、振幅制御器でリミットする量は安定でないと判断された場合と比べて小さくなり、より弱い振幅制限を行なう。ここで、具体的な数値を用いて説明する。第１の局部量子化器の出力３ａ１を１０、出力３ａ３を８、制限値を１であるとすると、リミッタにおいて新たな量子化誤差を１だけ加えて良い状態にあるので、第１のノイズシェーピング型量子化器の量子化誤差を計算するための出力３ａ６は１０から１を減算し９となる。また、マージンがゼロの場合の制限値は、サブループ２１２からの帰還入力分１２の大きさと第２の局部量子化器がオーバーフローしない状態を保つことが出来るサブループ２１２の入力として許容される量子化誤差の大きさの小さいほうの値になる。

そして処理５ａ６で振幅制限されたリミッタによる量子化誤差とその他の量子化誤差を加算して、第１のノイズシェーピング型量子化器の量子化誤差を計算するための出力を出力する。以上のように、サブループ２１２の帰還信号３ａ５の符号と第１の局部量子化器の出力の符号が同符号か異符号かによって、振幅制御器の制御値を強いリミットもしくは弱いリミットへ切り替えている。

上記内容をまとめると、出力制御器２４は、減算器２５で算出される符号の反転した量子化誤差が増加して局部量子化器２３がオーバーフローしまう状態を防ぐために、以下の二つの方法を用いて動作している。一つ目は、振幅制御手段３ａ８によって、リミッタ３ａ７の動作により発生する量子化誤差をメインループ２７の量子化誤差に加算する際に振幅を制限することである。二つ目は、サブループ２１２の帰還回路２１１の出力信号である帰還信号２１８の符号と第１の局部量子化器２３の出力の符号とを比較して、同符号か異符号化によりメインループ２７及びサブループ２１２の量子化誤差の存在範囲を切り分け、リミッタ３ａ７の動作によって発生する量子化誤差を振幅制御手段３ａ８により制限する振幅レベルを選択することである。

以上の二つの動作により図１に示すように、局部量子化器２３の入力信号の取り得る範囲１６を制限することで、局部量子化器２３の入力信号１５が局部量子化器２３の入力範囲１１を超えないので、通常よりも大きな量子化誤差を発生する状態であるオーバーフロー状態に至り量子化誤差が増大する事を抑えることができ、局部量子化器２３の入力範囲にマージンを設定する事無く、メインループ２７及び、サブループ２１２を安定に保つ事が可能となる。

また、局部量子化器２３のオーバーフローを防ぐ事で、サブループ２１２の帰還回路２１１の出力に応じて、局部量子化器２３の入力信号に対し所定の値を加減算する事によりサブループ２１２へ入力される量子化誤差を抑え正常に動作させる手段２１７の効果を常に維持する事が可能となり、メインループ２７及び、サブループ２１２の安定度を更に向上させる事が可能となる。

また、局部量子化器２３の入力範囲にマージンを設定する必要が無くなることにより、局部量子化器２３の全入力範囲に対する音楽信号入力の割合が増加し、音楽信号出力の振幅を増加させる事が可能となる。シミュレーション結果では、本発明を適用していない場合の出力振幅を１００％とすると、本発明を適用した場合、０ｄＢ・１ｋＨｚの入力信号に対して出力振幅は１１３．００６％であり、０ｄＢ・１０ｋＨｚの入力信号に対しての出力振幅は１１３．２２７％であった。また、リミッタが動作しない領域の入力信号に対しては、出力振幅は１１５．３８４％であり、マージンをなくしたことによる出力信号振幅の増大を確認できる。

また、別のシミュレーション結果として、本発明を適用していない場合、０ｄＢ・１ｋＨｚの入力信号に対して歪率が６．４％であり、０ｄＢ・１０ｋＨｚの入力信号に対して歪率が５．１％であった。次に、本発明を適用した場合、０ｄＢ・１ｋＨｚの入力信号に対して歪率が２．２％であり、０ｄＢ・１０ｋＨｚの入力信号に対して歪率が１．０％であり、歪率の改善効果が確認された。

（実施の形態２）
本発明の実施の形態２では、実施の形態１で示した多段型ノイズシェーピング型量子化器の出力制御器２４の別の構成について説明する。

図３（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）は出力制御器２４の構成を示すブロック図である。

まず、出力制御器２４を図３（ｂ）に示すように構成した場合について説明すると。図３（ａ）のリミッタ３ａ７が動作したレベルを表す信号３ａ４を用いてリミッタ３ｂ７の動作状態を得る代わりに、リミットされた第１の局部量子化器２３の出力３ｂ３を用いても、同様にリミッタ３ｂ７の動作状態が得られるので、同様の機能を実現する事が可能となる。

以下に具体的な例を示す。第１の局部量子化器２３の出力３ａ１が６である事と、リミッタ３ａ７が動作したレベルを表す信号３ａ４が１である事とを振幅制御器３ａ８に入力した場合を考える。第１の局部量子化器２３の出力３ａ１の６をリミッタ３ａ７が動作したレベルを表す信号３ａ４の１だけリミットした事により、リミットされた第１の局部量子化器２３の出力３ａ３は５である事が分かる。

次に、第１の局部量子化器２３の出力３ｂ１が６である事と、リミットされた第１の局部量子化器２３の出力３ｂ３は５である事とを振幅制御器３ｂ８に入力した場合を考える。第１の局部量子化器の出力３ｂ１の６である事とリミットされた第１の局部量子化器２３の出力３ｂ３は５である事から、リミッタ３ｂ７が動作したレベルを表す信号３ｂ４は６−５＝１である事が分かるので図３（ａ）の出力制御器３ａ８を図３（ｂ）の出力制御器３ｂ８に置き換えても同様の情報が得られ、メインループ２７及びサブループ２１２の安定度を向上させる事が可能となる。

図３（ｃ）の出力制御器２４のリミッタ３ｃ７は、第１の局部量子化器２３の出力の範囲を制限するリミッタであり、図３（ａ）の出力制御器のリミッタ３ａ７のように、微分器又は微分器の遅延器の値３ａ２により、第１の局部量子化器の出力３ａ１の範囲をリミッタ３ａ７で制御する事で第１の局部量子化器の出力３ａ３を決定する特殊なリミッタではない点が異なるが、振幅制御器３ａ８と振幅制御器３ｃ８の動作は同じである。

振幅制御器３ｃ８の動作が同じである事から、図３（ｃ）は図３（ａ）と同様に、メインループ２７及びサブループ２１２の安定度を向上させる事が可能となる。図３（ｄ）に関しても図３（ａ）と図３（ｃ）の関係と同様に、振幅制御器３ｃ８と振幅制御器３ｄ８の動作は同じである事から、図３（ｄ）は図３（ｂ）と同様に、メインループ２７及びサブループ２１２の安定度を向上させる事が可能となる。

（実施の形態３）
図４に示すオーバーフロー検出回路を備えた多段型ノイズシェーピング型量子化器の構成に関して説明を行う。図４は図２の局部量子化器２３と出力制御器２４との部分２１９の部分を表しており、第１の局部量子化器４４はオーバーフロー検出器４２を備え、オーバーフロー検出器４２は、局部量子化器４４のオーバーフローの状態信号４３を出力制御器４５に入力するように構成されている。

ここで、量子化誤差量の制限を行なわず、入力信号が局部量子化器４４の入力範囲を超えない状態において、局部量子化器４４で発生する量子化誤差を通常の量子化誤差量と定義する。この時、局部量子化器４４へ入力される信号が入力範囲を超えてしまい、局部量子化器４４で発生する量子化誤差が増大して通常の量子化誤差量を超えてしまう状態をオーバーフローと定義している。オーバーフロー検出器４２では、局部量子化器４４へ入力される信号が入力範囲を超えているか否かを検出している。

このときオーバーフロー検出信号４３は、実施の形態１及び実施の形態２で説明した出力制御器４５内の振幅制御器に入力されている。

図５Ｂに、オーバーフロー検出回路４２を備えた場合の出力制御器４５内の振幅制御器に関してフローチャートを示す。まず、５ｂ１〜５ｂ３は、実施の形態１で記載した５ａ１〜５ａ３と同じ動作である。異なる点は判断５ｂ３において、判断５ｂ３でメインループ・サブループが安定していると判断された後に、第１の局部量子化器２３のオーバーフローを検出しているかの判断５ｂ４を追加している点である。実施の形態１では、サブループからの帰還入力分１２により、メインループ２７の安定を判断していた。ここでは、オーバーフロー検出状態を参照することにより、第１の局部量子化器２３の量子化誤差分１３がオーバーフローにより増大していないかについても判断する事が可能となる。以下、５ｂ５〜５ｂ７は、実施の形態１で記載の５ａ４〜５ａ６と同じ動作である。

以上のように、出力制御器４５内の振幅制御器は、オーバーフロー検出器４２が出力する局部量子化器４４のオーバーフローの状態信号４３をもとに、出力制御器４５の動作により発生する量子化誤差量を制御する事で、より精度良くメインループのオーバーフローを防ぐことができる。オーバーフローを防ぐ事で、量子化誤差の増大を防ぎ、メインループの回路の安定化を図っている。

なお、本実施の形態３のオーバーフロー検出器４２は、以上の構成に限らず、量子化誤差を発生する全てのリミッタに対して適用する事が可能である。

本発明の第１の局部量子化器の出力範囲を制限するリミッタを有するノイズシェーピング型量子化器は、多段型ノイズシェーピング型量子化器の安定度の向上及び出力信号振幅を増大させる事が可能であることから、オーディオ機器への適用に適している。

本発明の実施の形態１におけるメインループ局部量子化器の入出力関係図同多段型ノイズシェーピング型量子化器を示すブロック図（ａ）本発明の実施の形態１における出力制御器を示す第１の例としてのブロック図、（ｂ）本発明の実施の形態２における出力制御器を示す第２の例としてのブロック図、（ｃ）同出力制御器を示す第３の例としてのブロック図、（ｄ）同出力制御器を示す第４の例としてのブロック図本発明の実施の形態３における要部を示すブロック図本発明の実施の形態１における振幅制御器の動作を示すフローチャート本発明の実施の形態３における振幅制御器の動作を示すフローチャート従来のメインループ局部量子化器の入出力関係図従来の多段型ノイズシェーピング型量子化器を示すブロック図

符号の説明

２１、２２、２８、２１６加算器
２３第１の局部量子化器
２４出力制御器
２５、２１０、２１３減算器
２６、２１４遅延器
２７メインループ（第１のノイズシェーピング型量子化器）
２９第２の局部量子化器
２１１帰還回路
２１２サブループ（第２のノイズシェーピング型量子化器）
２１５微分器
２１７、２１８帰還信号

Claims

入力信号の量子化を行う第１の局部量子化器及び、前記第１の局部量子化器の出力範囲を制限するリミッタを有し、かつ与えられた入力のノイズシェーピング演算を行う第１のノイズシェーピング型量子化器と、
入力信号の量子化を行う第２の局部量子器を有し、前記第１のノイズシェーピング型量子化器が発生する量子化誤差のノイズシェーピングを行う第２のノイズシェーピング型量子化器と、
前記第２のノイズシェーピング型量子化器の出力を第１のノイズシェーピング型量子化器のシェーピング次数に応じて微分する微分器と、
前記第１のノイズシェーピング型量子化器の出力と前記微分器の出力とを加算し、その加算結果を出力する加算器とを備え、
前記第１のノイズシェーピング型量子化器は、
前記リミッタが動作しているとき、前記第２のノイズシェーピング型量子化器の帰還信号の符号と前記第１の局部量子化器の出力の符号が同じであれば符号が異なる場合と比較して強く自身の出力の出力振幅を制御し、前記第２のノイズシェーピング型量子化器の帰還信号の符号と前記第１の局部量子化器の出力の符号が異なれば符号が同じ場合と比較して弱く自身の出力の出力振幅を制御し、その出力振幅制御された信号を出力する振幅制御手段と、
前記第１の局部量子化器に入力される前の信号から前記振幅制御手段で出力された信号を減算する減算器とで構成されることを特徴とする多段型ノイズシェーピング型量子化器。
前記リミッタは、前記微分器の状態に基づき、前記第１の局部量子化器出力の上限値及び下限値を制御する請求項１記載の多段型ノイズシェーピング型量子化器。
前記微分器は、遅延器と遅延器入力から遅延器出力を減算する減算器とを備え、
前記リミッタは、前記遅延器の出力値に基づいて、前記第１の局部量子化器出力の上限値及び下限値を制御する請求項１記載の多段型ノイズシェーピング型量子化器。
前記第２のノイズシェーピング型量子化器の内部状態に基づき、前記第１のノイズシェーピング型量子化器内の前記第１の局部量子化器出力の値を変化させることにより、前記第２のノイズシェーピング型量子化器への入力を制御する請求項１から請求項３のいずれかに記載の多段型ノイズシェーピング型量子化器。
前記第２のノイズシェーピング型量子化器は、第２の局部量子化器と、前記第２の局部量子化器の発生する量子化誤差を所定の伝達関数により帰還させる帰還回路とを有し、
前記第１のノイズシェーピング型量子化器が発生する量子化誤差と、前記帰還回路の出力とを加算して前記第２の局部量子化器に入力する請求項４記載の多段型ノイズシェーピング型量子化器。
前記帰還回路の伝達関数Ｈ（ｚ）を

とした請求項５記載の多段型ノイズシェーピング型量子化器。