JP5663386B2 - ヒステリシスコンパレータ - Google Patents

Description

本発明は、電圧レベルが連続的に変化する入力信号を２つの異なる電圧レベルのしきい値に基づいて２値化するヒステリシスコンパレータに関するものである。

従来より、電圧レベルが連続的に変化する入力信号を２つの異なる電圧レベルのしきい値に基づいて２値化するヒステリシスコンパレータが知られている（特許文献１参照）。

特開２０１０−１２４０３７号公報

従来のヒステリシスコンパレータでは、電圧レベルが連続的に変化する入力信号であってノイズが重畳した入力信号を２つの異なる電圧レベルのしきい値に基づいて２値化処理する際、ヒステリシス幅が信号の振幅よりも大きいか同程度の場合、入力信号の適正な２値化が行われず、ヒステリシス幅が信号の振幅より小さくても重畳したノイズの振幅よりも小さいか同程度の場合、ノイズ成分によって出力が変化する、という問題点があった。

本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、入力信号に重畳されたノイズの振幅が予め想定できない場合であっても適切な出力信号を得ることができるヒステリシスコンパレータを提供することを目的とする。

本発明のヒステリシスコンパレータは、入力信号を２つの異なる電圧レベルのしきい値ＴＨ１，ＴＨ２（ＴＨ１＞ＴＨ２）に基づいて２値化することを、しきい値のヒステリシス幅Ｗ＝ＴＨ１−ＴＨ２を変更しながら行う２値化手段と、２値化対象期間中に前記２値化手段から出力される２値化信号のランレングスを、２値化処理時のヒステリシス幅Ｗが同じ２値化信号の信号列ごとに測定するランレングス測定手段と、このランレングス測定手段の２値化対象期間中の測定結果から得られるランレングス度数分布に対して度数の対数変換を行い対数変換後のランレングス度数分布を最小二乗法により１次関数で近似したときの決定係数を、２値化処理時のヒステリシス幅Ｗが同じ２値化信号の信号列ごとに算出するか、あるいは前記ランレングス測定手段の２値化対象期間中の測定結果から得られるランレングス度数分布を最小二乗法により指数曲線で近似したときの決定係数を、２値化処理時のヒステリシス幅Ｗが同じ２値化信号の信号列ごとに算出する決定係数算出手段と、前記決定係数が最小になるヒステリシス幅Ｗによる２値化信号を、２値化対象期間中の最適なヒステリシス幅Ｗによる２値化結果として出力する制御手段とを備えることを特徴とするものである。

また、本発明のヒステリシスコンパレータは、入力信号を２つの異なる電圧レベルのしきい値ＴＨ１，ＴＨ２に基づいて２値化する２値化手段と、２値化対象期間中に前記２値化手段から出力される２値化信号のランレングスを測定するランレングス測定手段と、このランレングス測定手段の２値化対象期間中の測定結果から得られるランレングス度数分布に対して度数の対数変換を行い対数変換後のランレングス度数分布を最小二乗法により１次関数で近似したときの決定係数を算出するか、あるいは前記ランレングス測定手段の２値化対象期間中の測定結果から得られるランレングス度数分布を最小二乗法により指数曲線で近似したときの決定係数を算出する決定係数算出手段と、前記決定係数が所定値より大きい場合に、次の２値化対象期間で前記２値化手段が用いるヒステリシス幅Ｗ＝ＴＨ１−ＴＨ２を一定幅だけ大きくする制御手段とを備えることを特徴とするものである。

また、本発明のヒステリシスコンパレータは、入力信号を２つの異なる電圧レベルのしきい値ＴＨ１，ＴＨ２（ＴＨ１＞ＴＨ２）に基づいて２値化する第１の２値化手段と、入力信号をしきい値ＴＨ１，ＴＨ２と異なる電圧レベルのしきい値ＴＨ１_b，ＴＨ２_b（ＴＨ１_b＞ＴＨ２_b，ＴＨ１_b＞ＴＨ１，ＴＨ２_b＜ＴＨ２）に基づいて２値化する第２の２値化手段と、入力信号をしきい値ＴＨ１，ＴＨ２，ＴＨ１_b，ＴＨ２_bと異なる電圧レベルのしきい値ＴＨ１_c，ＴＨ２_c（ＴＨ１_c＞ＴＨ２_c，ＴＨ１_c＜ＴＨ１，ＴＨ２_c＞ＴＨ２）に基づいて２値化する第３の２値化手段と、２値化対象期間中に前記第１、第２、第３の２値化手段から出力される２値化信号のランレングスを、２値化処理時のヒステリシス幅が同じ２値化信号の信号列ごとに測定するランレングス測定手段と、このランレングス測定手段の２値化対象期間中の測定結果から得られるランレングス度数分布に対して度数の対数変換を行い対数変換後のランレングス度数分布を最小二乗法により１次関数で近似したときの決定係数を、２値化処理時のヒステリシス幅が同じ２値化信号の信号列ごとに算出するか、あるいは前記ランレングス測定手段の２値化対象期間中の測定結果から得られるランレングス度数分布を最小二乗法により指数曲線で近似したときの決定係数を、２値化処理時のヒステリシス幅が同じ２値化信号の信号列ごとに算出する決定係数算出手段と、ヒステリシス幅がＷ＝ＴＨ１−ＴＨ２の場合の決定係数とヒステリシス幅がＷ_b＝ＴＨ１_b−ＴＨ２_bの場合の決定係数とヒステリシス幅がＷ_c＝ＴＨ１_c−ＴＨ２_cの場合の決定係数とを比較し、次の２値化対象期間で前記第１、第２、第３の２値化手段が用いるヒステリシスＷ，Ｗ_b，Ｗ_cを決定する制御手段とを備えることを特徴とするものである。

また、本発明のヒステリシスコンパレータの１構成例において、前記制御手段は、ヒステリシス幅がＷ_b＝ＴＨ１_b−ＴＨ２_bの場合の決定係数が最も小さい場合、次の２値化対象期間で前記第１、第２、第３の２値化手段が用いるヒステリシスＷ，Ｗ_b，Ｗ_cをそれぞれ一定幅だけ大きくし、ヒステリシス幅がＷ_c＝ＴＨ１_c−ＴＨ２_cの場合の決定係数が最も小さい場合、次の２値化対象期間で前記第１、第２、第３の２値化手段が用いるヒステリシスＷ，Ｗ_b，Ｗ_cをそれぞれ一定幅だけ小さくし、ヒステリシス幅がＷ＝ＴＨ１−ＴＨ２の場合の決定係数が最も小さい場合、現在のヒステリシスＷ，Ｗ_b，Ｗ_cを維持することを特徴とするものである。
また、本発明のヒステリシスコンパレータの１構成例は、さらに、前記ランレングス測定手段の２値化対象期間中の測定結果から、ランレングスの分布の特徴値Ｔ０を算出する特徴値算出手段を備え、前記決定係数算出手段は、前記ランレングス度数分布のうち階級値が２Ｔ０以下のランレングス度数分布に対して最小二乗法を適用した際の決定係数を算出することを特徴とするものである。

本発明によれば、入力信号を２つの異なる電圧レベルのしきい値ＴＨ１，ＴＨ２に基づいて２値化することを、しきい値のヒステリシス幅Ｗ＝ＴＨ１−ＴＨ２を変更しながら行い、２値化信号のランレングスを測定し、ランレングス測定手段の測定結果から得られるランレングス度数分布に対して度数の対数変換を行い対数変換後のランレングス度数分布を最小二乗法により１次関数で近似したときの決定係数を算出するか、あるいはランレングス測定手段の２値化対象期間中の測定結果から得られるランレングス度数分布を最小二乗法により指数曲線で近似したときの決定係数を算出し、決定係数が最小になるヒステリシス幅Ｗによる２値化信号を、２値化対象期間中の最適なヒステリシス幅Ｗによる２値化結果として出力することにより、入力信号に重畳されたノイズの振幅が予め想定できない場合であっても適切な出力信号を得ることができる。

また、本発明では、入力信号を２つの異なる電圧レベルのしきい値ＴＨ１，ＴＨ２に基づいて２値化し、２値化信号のランレングスを測定し、ランレングス測定手段の測定結果から得られるランレングス度数分布に対して度数の対数変換を行い対数変換後のランレングス度数分布を最小二乗法により１次関数で近似したときの決定係数を算出するか、あるいはランレングス測定手段の２値化対象期間中の測定結果から得られるランレングス度数分布を最小二乗法により指数曲線で近似したときの決定係数を算出し、決定係数が所定値より大きい場合に、次の２値化対象期間で２値化手段が用いるヒステリシス幅Ｗ＝ＴＨ１−ＴＨ２を一定幅だけ大きくすることにより、入力信号に重畳されたノイズの振幅が予め想定できない場合であっても適切な出力信号を得ることができる。

また、本発明では、入力信号を２つの異なる電圧レベルのしきい値ＴＨ１，ＴＨ２に基づいて２値化すると同時に、入力信号をしきい値ＴＨ１，ＴＨ２と異なる電圧レベルのしきい値ＴＨ１_b，ＴＨ２_bに基づいて２値化し、さらに入力信号をしきい値ＴＨ１，ＴＨ２，ＴＨ１_b，ＴＨ２_bと異なる電圧レベルのしきい値ＴＨ１_c，ＴＨ２_cに基づいて２値化し、２値化信号のランレングスを測定し、ランレングス測定手段の測定結果から得られるランレングス度数分布に対して度数の対数変換を行い対数変換後のランレングス度数分布を最小二乗法により１次関数で近似したときの決定係数を算出するか、あるいはランレングス測定手段の２値化対象期間中の測定結果から得られるランレングス度数分布を最小二乗法により指数曲線で近似したときの決定係数を算出し、ヒステリシス幅がＷ＝ＴＨ１−ＴＨ２の場合の決定係数とヒステリシス幅がＷ_b＝ＴＨ１_b−ＴＨ２_bの場合の決定係数とヒステリシス幅がＷ_c＝ＴＨ１_c−ＴＨ２_cの場合の決定係数とを比較し、次の２値化対象期間で第１、第２、第３の２値化手段が用いるヒステリシスＷ，Ｗ_b，Ｗ_cを決定することにより、入力信号に重畳されたノイズの振幅が予め想定できない場合であっても適切な出力信号を得ることができる。

本発明の第１の実施の形態に係るヒステリシスコンパレータの構成を示すブロック図である。 本発明の第１の実施の形態に係るヒステリシスコンパレータの動作を示すフローチャートである。 本発明の第１の実施の形態に係るヒステリシスコンパレータにおける２値化部とランレングス測定部の動作を説明する図である。 本発明の第１の実施の形態においてランレングス測定部によって測定されるランレングスの度数分布の例を示す図およびランレングス度数分布を決定係数算出部によって対数変換した後のランレングス度数分布を示す図である。 本発明の第２の実施の形態に係るヒステリシスコンパレータの構成を示すブロック図である。 本発明の第２の実施の形態に係るヒステリシスコンパレータの動作を示すフローチャートである。 本発明の第３の実施の形態に係るヒステリシスコンパレータの構成を示すブロック図である。 本発明の第３の実施の形態に係るヒステリシスコンパレータの動作を示すフローチャートである。 本発明の第３の実施の形態に係るヒステリシスコンパレータの動作を説明する図である。 本発明の第４の実施の形態に係るヒステリシスコンパレータの構成を示すブロック図である。 本発明の第４の実施の形態に係るヒステリシスコンパレータの動作を示すフローチャートである。 本発明の第５の実施の形態に係るヒステリシスコンパレータの構成を示すブロック図である。 本発明の第５の実施の形態に係るヒステリシスコンパレータの動作を示すフローチャートである。 本発明の第６の実施の形態に係るヒステリシスコンパレータの構成を示すブロック図である。 本発明の第６の実施の形態に係るヒステリシスコンパレータの動作を示すフローチャートである。

［第１の実施の形態］
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図１は本発明の第１の実施の形態に係るヒステリシスコンパレータの構成を示すブロック図である。
本実施の形態のヒステリシスコンパレータは、記憶部１と、２値化部２と、記憶部３と、ランレングス（Run Length）測定部４と、決定係数算出部５と、制御部６とから構成される。

図２は本実施の形態のヒステリシスコンパレータの動作を示すフローチャートである。記憶部１は、入力信号を記憶する（ステップＳ１００）。
図３（Ａ）、図３（Ｂ）は２値化部２とランレングス測定部４の動作を説明する図であり、図３（Ａ）は入力信号の波形を模式的に示す図、図３（Ｂ）は図３（Ａ）に対応する２値化部２の出力を示す図である。

２値化部２は、記憶部１に記憶された入力信号を２値化する（ステップＳ１０１）。具体的には、２値化部２は、所定の長さの２値化対象期間中の入力信号の電圧が上昇してしきい値ＴＨ１以上になったときにハイレベルと判定し、２値化対象期間中の入力信号の電圧が下降してしきい値ＴＨ２（ＴＨ２＜ＴＨ１）以下になったときにローレベルと判定することにより、図３（Ｂ）のような２値化結果を出力する。この２値化結果は、記憶部３に格納される。なお、２値化対象期間とはヒステリシスコンパレータの動作周期のことであり、ヒステリシスコンパレータは２値化対象期間ごとに２値化処理を行う。

続いて、制御部６は、２値化部２のしきい値ＴＨ１，ＴＨ２を変更する（ステップＳ１０２）。このしきい値変更は、図３（Ａ）に示すしきい値ＴＨ１，ＴＨ２の中心値ＴＢを変更せずに、しきい値ＴＨ１とＴＨ２との差であるヒステリシス幅Ｗ＝ＴＨ１−ＴＨ２を変更することによって行う（ＴＨ１−ＴＢ＝ＴＢ−ＴＨ２＝Ｗ／２）。そして、ステップＳ１０１に戻る。こうして、あらかじめ設定された複数のヒステリシス幅Ｗの各々について、２値化対象期間中の入力信号の２値化を行う。

次に、ランレングス測定部４は、あらかじめ設定された全てのヒステリシス幅Ｗについて２値化処理が終了した後に、２値化対象期間中の２値化信号のランレングスを測定する（ステップＳ１０４）。ランレングス測定部４は、２値化部２によって２値化され記憶部３に格納された２値化信号の立ち上がりから次の立ち下がりまでの時間ｔｕｄを測定し、また２値化信号の立ち下がりから次の立ち上がりまでの時間ｔｄｕを測定することにより、２値化信号のランレングスを測定する（図３（Ｂ））。このように、２値化信号のランレングスとは、時間ｔｕｄ，ｔｄｕのことである。ランレングス測定部４は、以上のようなランレングスの測定を、２値化処理時のヒステリシス幅Ｗが同じ２値化信号の信号列ごとに行う。

なお、ランレングス測定部４は、サンプリングクロックの周期を１単位として２値化信号のランレングスを測定する。例えば２値化信号のランレングスがサンプリングクロック４個分であれば、このランレングスの大きさは４［ｓａｍｐｌｉｎｇｓ］である。サンプリングクロックの周波数は、入力信号の取り得る最高周波数に対して十分に高いものとする。記憶部３は、ランレングス測定部４の測定結果を記憶する。

決定係数算出部５は、記憶部３に記憶されているランレングス測定部４の２値化対象期間中の測定結果から得られるランレングス度数分布に対して、度数の対数変換を実施する（ステップＳ１０５）。決定係数算出部５の変換処理結果は、記憶部３に格納される。決定係数算出部５は、このような変換処理を、２値化信号の立ち上がりから次の立ち下がりまでの第１のランレングスｔｕｄと、２値化信号の立ち下がりから次の立ち上がりまでの第２のランレングスｔｄｕの各々について、２値化処理時のヒステリシス幅Ｗが同じ２値化信号の信号列ごとに行う。

図４（Ａ）はランレングス測定部４によって測定されるランレングスの度数分布の例を示す図、図４（Ｂ）は図４（Ａ）のランレングス度数分布を決定係数算出部５によって対数変換した後のランレングス度数分布を示す図である。図４（Ａ）において、４０はヒステリシス幅Ｗが５００の場合の度数分布、４１はヒステリシス幅Ｗが１０００の場合の度数分布、４２はヒステリシス幅Ｗが１５００の場合の度数分布、４３はヒステリシス幅Ｗが２０００の場合の度数分布である。また、図４（Ｂ）において、４４，４５，４６，４７はそれぞれランレングス度数分布４０，４１，４２，４３を対数変換した後の度数分布である。

決定係数算出部５は、ステップＳ１０５の変換処理結果から得られる対数変換後のランレングス度数分布を最小二乗法により１次関数で近似したときの決定係数（重決定Ｒ²）を算出する（ステップＳ１０６）。決定係数算出部５の算出結果は、記憶部３に格納される。決定係数算出部５は、このような算出処理を、２値化信号の立ち上がりから次の立ち下がりまでの第１のランレングスｔｕｄと、２値化信号の立ち下がりから次の立ち上がりまでの第２のランレングスｔｄｕの各々について、２値化処理時のヒステリシス幅Ｗが同じ２値化信号の信号列ごとに行う。

制御部６は、第１のランレングスｔｕｄについての決定係数Ｒ_H ²と第２のランレングスｔｄｕについての決定係数Ｒ_L ²の平均値（Ｒ_H ²＋Ｒ_L ²）／２が最小になるヒステリシス幅Ｗによる２値化信号を、最適なヒステリシス幅Ｗによる２値化結果として記憶部３から出力させる（ステップＳ１０７）。
ヒステリシスコンパレータは、以上のようなステップＳ１００〜Ｓ１０７の処理を２値化対象期間ごとに行う。

以上のように、本実施の形態では、決定係数Ｒ²に基づいて２値化信号が有効か否かを判定する（すなわち、ランレングス度数分布と幾何分布との一致度から２値化信号が有効か否かを判定する）ことにより、最も有効性が高い２値化信号を最適な２値化結果として出力することができ、入力信号に重畳されたノイズの振幅が予め想定できない場合であっても適切な２値化結果を得ることができる。

［第２の実施の形態］
次に、第２の実施の形態について説明する。図５は本発明の第２の実施の形態に係るヒステリシスコンパレータの構成を示すブロック図である。
本実施の形態のヒステリシスコンパレータは、２値化部１０と、記憶部１１と、ランレングス測定部１２と、決定係数算出部１３と、制御部１４とから構成される。

図６は本実施の形態のヒステリシスコンパレータの動作を示すフローチャートである。２値化部１０は、入力信号を２値化する（ステップＳ２００）。２値化部１０の動作は第１の実施の形態の２値化部２と同様であるが、本実施の形態では２値化部１０による２値化結果はそのまま後段の装置に出力される。また、２値化結果は、記憶部１１に格納される。

次に、ランレングス測定部１２は、２値化対象期間中の２値化信号のランレングスを測定する（ステップＳ２０１）。ランレングス測定部１２は、２値化部１０によって２値化され記憶部１１に格納された２値化信号の立ち上がりから次の立ち下がりまでの時間ｔｕｄを測定し、また２値化信号の立ち下がりから次の立ち上がりまでの時間ｔｄｕを測定することにより、２値化信号のランレングスを測定する。記憶部１１は、ランレングス測定部１２の測定結果を記憶する。

決定係数算出部１３は、記憶部１１に記憶されているランレングス測定部１２の２値化対象期間中の測定結果から得られるランレングス度数分布に対して、度数の対数変換を実施する（ステップＳ２０２）。決定係数算出部１３の変換処理結果は、記憶部１１に格納される。決定係数算出部１３は、このような変換処理を、２値化信号の立ち上がりから次の立ち下がりまでの第１のランレングスｔｕｄと、２値化信号の立ち下がりから次の立ち上がりまでの第２のランレングスｔｄｕの各々について行う。

決定係数算出部１３は、ステップＳ２０２の変換処理結果から得られる対数変換後のランレングス度数分布を最小二乗法により１次関数で近似したときの決定係数（重決定Ｒ²）を算出する（ステップＳ２０３）。決定係数算出部１３の算出結果は、記憶部１１に格納される。決定係数算出部１３は、このような算出処理を、２値化信号の立ち上がりから次の立ち下がりまでの第１のランレングスｔｕｄと、２値化信号の立ち下がりから次の立ち上がりまでの第２のランレングスｔｄｕの各々について行う。

制御部１４は、第１のランレングスｔｕｄについての決定係数Ｒ_H ²と第２のランレングスｔｄｕについての決定係数Ｒ_L ²の平均値（Ｒ_H ²＋Ｒ_L ²）／２を所定値と比較し（ステップＳ２０４）、平均値（Ｒ_H ²＋Ｒ_L ²）／２が所定値より大きい場合（ステップＳ２０４においてＮＯ）、次の２値化対象期間で２値化部１０が用いるヒステリシス幅Ｗを一定幅だけ大きくし（ステップＳ２０５）、平均値（Ｒ_H ²＋Ｒ_L ²）／２が所定値以下の場合、現在のヒステリシス幅Ｗを維持する。ステップＳ２０５におけるヒステリシス幅Ｗの変更は、第１の実施の形態のステップＳ１０２と同様に、しきい値ＴＨ１，ＴＨ２の中心値ＴＢを変更せずに行う。

ヒステリシスコンパレータは、以上のようなステップＳ２００〜Ｓ２０５の処理を２値化対象期間ごとに行う。したがって、平均値（Ｒ_H ²＋Ｒ_L ²）／２が所定値以下になるまで、ヒステリシス幅Ｗを広げていくことになる。以上のようにして、本実施の形態では、第１の実施の形態と同様の効果を得ることができる。

［第３の実施の形態］
次に、本発明の第３の実施の形態について説明する。図７は本発明の第３の実施の形態に係るヒステリシスコンパレータの構成を示すブロック図である。
本実施の形態のヒステリシスコンパレータは、２値化部２０ａ，２０ｂ，２０ｃと、記憶部２１と、ランレングス測定部２２と、決定係数算出部２３と、制御部２４とから構成される。

図８は本実施の形態のヒステリシスコンパレータの動作を示すフローチャートである。２値化部２０ａ，２０ｂ，２０ｃは、それぞれ入力信号を２値化する（ステップＳ３００）。２値化部２０ａ，２０ｂ，２０ｃの動作は第１の実施の形態の２値化部２と同様であるが、本実施の形態では２値化部２０ａによる２値化結果はそのまま後段の装置に出力される。

また、２値化部２０ｂが２値化処理の際に用いるヒステリシス幅Ｗ_b＝ＴＨ１_b−ＴＨ２_bは２値化部２０ａが２値化処理の際に用いるヒステリシス幅Ｗ＝ＴＨ１−ＴＨ２よりも常に大きく（Ｗ_b＞Ｗ）、２値化部２０ｃが２値化処理の際に用いるヒステリシス幅Ｗ_c＝ＴＨ１_c−ＴＨ２_cはヒステリシス幅Ｗよりも常に小さくなるように（Ｗ_c＜Ｗ）、制御部２４によって制御される。ここで、Ｗ_b−Ｗ＝Ｗ−Ｗ_cである。また、２値化部２０ａが２値化処理の際に用いるしきい値ＴＨ１，ＴＨ２の中心値ＴＢと、２値化部２０ｂが２値化処理の際に用いるしきい値ＴＨ１_b，ＴＨ２_b（ＴＨ１_b＞ＴＨ２_b，ＴＨ１_b＞ＴＨ１，ＴＨ２_b＜ＴＨ２）の中心値ＴＢ_bと、２値化部２０ｃが２値化処理の際に用いるしきい値ＴＨ１_c，ＴＨ２_c（ＴＨ１_c＞ＴＨ２_c，ＴＨ１_c＜ＴＨ１，ＴＨ２_c＞ＴＨ２）の中心値ＴＢ_cとは等しい（ＴＢ＝ＴＢ_b＝ＴＢ_c）。２値化部２０ａ，２０ｂ，２０ｃによる２値化結果は、記憶部２１に格納される。

次に、ランレングス測定部２２は、２値化対象期間中の２値化信号のランレングスを測定する（ステップＳ３０１）。ランレングス測定部２２は、２値化部２０ａ，２０ｂ，２０ｃによって２値化され記憶部２１に格納された２値化信号の立ち上がりから次の立ち下がりまでの時間ｔｕｄを測定し、また２値化信号の立ち下がりから次の立ち上がりまでの時間ｔｄｕを測定することにより、２値化信号のランレングスを測定する。ランレングス測定部２２は、以上のようなランレングスの測定を、２値化処理時のヒステリシス幅が同じ２値化信号の信号列ごとに（すなわち、出力元の２値化部が同じ２値化信号の信号列ごとに）行う。記憶部２１は、ランレングス測定部２２の測定結果を記憶する。

決定係数算出部２３は、記憶部２１に記憶されているランレングス測定部２２の２値化対象期間中の測定結果から得られるランレングス度数分布に対して、度数の対数変換を実施する（ステップＳ３０２）。決定係数算出部２３の変換処理結果は、記憶部２１に格納される。決定係数算出部２３は、このような変換処理を、２値化信号の立ち上がりから次の立ち下がりまでの第１のランレングスｔｕｄと、２値化信号の立ち下がりから次の立ち上がりまでの第２のランレングスｔｄｕの各々について、２値化処理時のヒステリシス幅が同じ２値化信号の信号列ごとに行う。

決定係数算出部２３は、ステップＳ３０２の変換処理結果から得られる対数変換後のランレングス度数分布を最小二乗法により１次関数で近似したときの決定係数（重決定Ｒ²）を算出する（ステップＳ３０３）。決定係数算出部２３の算出結果は、記憶部２１に格納される。決定係数算出部２３は、このような算出処理を、２値化信号の立ち上がりから次の立ち下がりまでの第１のランレングスｔｕｄと、２値化信号の立ち下がりから次の立ち上がりまでの第２のランレングスｔｄｕの各々について、２値化処理時のヒステリシス幅が同じ２値化信号の信号列ごとに行う。

制御部２４は、ヒステリシス幅Ｗにおける第１のランレングスｔｕｄについての決定係数Ｒ_H ²とヒステリシス幅Ｗにおける第２のランレングスｔｄｕについての決定係数Ｒ_L ²の平均値（Ｒ_H ²＋Ｒ_L ²）／２と、ヒステリシス幅Ｗ_bにおける第１のランレングスｔｕｄについての決定係数Ｒ_Hb ²とヒステリシス幅Ｗ_bにおける第２のランレングスｔｄｕについての決定係数Ｒ_Lb ²の平均値（Ｒ_Hb ²＋Ｒ_Lb ²）／２と、ヒステリシス幅Ｗ_cにおける第１のランレングスｔｕｄについての決定係数Ｒ_Hc ²とヒステリシス幅Ｗ_cにおける第２のランレングスｔｄｕについての決定係数Ｒ_Lc ²の平均値（Ｒ_Hc ²＋Ｒ_Lc ²）／２とを比較し、次の２値化対象期間で２値化部２０ａ，２０ｂ，２０ｃが用いるヒステリシスＷ，Ｗ_b，Ｗ_cを決定する。

制御部２４は、平均値（Ｒ_H ²＋Ｒ_L ²）／２，（Ｒ_Hb ²＋Ｒ_Lb ²）／２，（Ｒ_Hc ²＋Ｒ_Lc ²）／２のうち平均値（Ｒ_Hb ²＋Ｒ_Lb ²）／２が最も小さい場合（ステップＳ３０４においてＹＥＳ）、次の２値化対象期間で２値化部２０ａ，２０ｂ，２０ｃが用いるヒステリシスＷ，Ｗ_b，Ｗ_cをそれぞれ一定幅だけ大きくする（ステップＳ３０５）。また、制御部２４は、平均値（Ｒ_Hc ²＋Ｒ_Lc ²）／２が最も小さい場合（ステップＳ３０６においてＹＥＳ）、次の２値化対象期間で２値化部２０ａ，２０ｂ，２０ｃが用いるヒステリシスＷ，Ｗ_b，Ｗ_cをそれぞれ一定幅だけ小さくする（ステップＳ３０７）。また、制御部２４は、平均値（Ｒ_H ²＋Ｒ_L ²）／２が最も小さい場合、現在のヒステリシスＷ，Ｗ_b，Ｗ_cを維持する。ステップＳ３０５，Ｓ３０７におけるヒステリシス幅Ｗ，Ｗ_b，Ｗ_cの変更は、第１の実施の形態のステップＳ１０２と同様に、中心値ＴＢ，ＴＢ_b，ＴＢ_cを変更せずに行う。

ヒステリシスコンパレータは、以上のようなステップＳ３００〜Ｓ３０７の処理を２値化対象期間ごとに行う。図９は本実施の形態のヒステリシスコンパレータの動作を説明する図である。例えば平均値（Ｒ_H ²＋Ｒ_L ²）／２，（Ｒ_Hb ²＋Ｒ_Lb ²）／２，（Ｒ_Hc ²＋Ｒ_Lc ²）／２がそれぞれ図９の９２，９３，９１の値であったとすれば、平均値（Ｒ_H ²＋Ｒ_L ²）／２が最も小さいので、現在のヒステリシスＷ，Ｗ_b，Ｗ_cが維持される。一方、平均値（Ｒ_H ²＋Ｒ_L ²）／２，（Ｒ_Hb ²＋Ｒ_Lb ²）／２，（Ｒ_Hc ²＋Ｒ_Lc ²）／２がそれぞれ図９の９１，９２，９０の値であったとすれば、平均値（Ｒ_Hb ²＋Ｒ_Lb ²）／２が最も小さいので、ヒステリシスＷ，Ｗ_b，Ｗ_cを大きくする。また、平均値（Ｒ_H ²＋Ｒ_L ²）／２，（Ｒ_Hb ²＋Ｒ_Lb ²）／２，（Ｒ_Hc ²＋Ｒ_Lc ²）／２がそれぞれ図９の９３，９４，９２の値であったとすれば、平均値（Ｒ_Hc ²＋Ｒ_Lc ²）／２が最も小さいので、ヒステリシスＷ，Ｗ_b，Ｗ_cを小さくする。以上のようにして、本実施の形態では、第１の実施の形態と同様の効果を得ることができる。

［第４の実施の形態］
次に、本発明の第４の実施の形態について説明する。図１０は本発明の第４の実施の形態に係るヒステリシスコンパレータの構成を示すブロック図である。
本実施の形態のヒステリシスコンパレータは、記憶部１と、２値化部２と、記憶部３と、ランレングス測定部４と、決定係数算出部５ａと、制御部６と、特徴値算出部７とから構成される。

入力信号の振幅に対してヒステリシス幅が相対的に大きくなる程、２値化時の信号の欠落が多発し、ランレングス度数分布の傾きが小さくなる。このため、２値化信号が本来有効な信号であっても、有効な信号でないと判断する可能性がある。本実施の形態は、このような問題点を解決するためのものである。
図１１は本実施の形態のヒステリシスコンパレータの動作を示すフローチャートである。ステップＳ１００〜Ｓ１０５の処理は第１の実施の形態と同じである。

次に、特徴値算出部７は、記憶部３に記憶されているランレングス測定部４の測定結果から、２値化対象期間中のランレングスの特徴値Ｔ０を算出する（ステップＳ１０８）。ランレングスの特徴値Ｔ０としては、平均値、最頻値、中央値がある。また、階級値と度数との積が最大となる階級値をランレングスの特徴値Ｔ０としてもよい。特徴値算出部７は、このような算出処理を、２値化信号の立ち上がりから次の立ち下がりまでの第１のランレングスｔｕｄと、２値化信号の立ち下がりから次の立ち上がりまでの第２のランレングスｔｄｕの各々について、２値化処理時のヒステリシス幅Ｗが同じ２値化信号の信号列ごとに行う。特徴値算出部７が算出した特徴値Ｔ０は、記憶部３に格納される。

次に、決定係数算出部５ａは、ステップＳ１０５の変換処理結果から得られる対数変換後のランレングス度数分布のうち階級値が２Ｔ０以下のランレングス度数分布を最小二乗法により１次関数で近似したときの決定係数（重決定Ｒ²）を算出する（ステップＳ１０９）。決定係数算出部５ａの算出結果は、記憶部３に格納される。決定係数算出部５ａは、このような算出処理を、２値化信号の立ち上がりから次の立ち下がりまでの第１のランレングスｔｕｄと、２値化信号の立ち下がりから次の立ち上がりまでの第２のランレングスｔｄｕの各々について、２値化処理時のヒステリシス幅Ｗが同じ２値化信号の信号列ごとに行う。

制御部６は、第１のランレングスｔｕｄについての決定係数Ｒ_H ²と第２のランレングスｔｄｕについての決定係数Ｒ_L ²の平均値（Ｒ_H ²＋Ｒ_L ²）／２が最小になるヒステリシス幅Ｗによる２値化信号を、最適なヒステリシス幅Ｗによる２値化結果として記憶部３から出力させる（ステップＳ１０７）。
ヒステリシスコンパレータは、以上のようなステップＳ１００〜Ｓ１０５，Ｓ１０７〜Ｓ１０９の処理を２値化対象期間ごとに行う。

本実施の形態では、信号の欠落の影響を受け難い階級値２Ｔ０以下のランレングス度数分布を用いることにより、第１の実施の形態と比べてより適切な２値化結果を得ることができる。

［第５の実施の形態］
次に、本発明の第５の実施の形態について説明する。図１２は本発明の第５の実施の形態に係るヒステリシスコンパレータの構成を示すブロック図である。
本実施の形態のヒステリシスコンパレータは、２値化部１０と、記憶部１１と、ランレングス測定部１２と、決定係数算出部１３ａと、制御部１４と、特徴値算出部１５とから構成される。本実施の形態は、第４の実施の形態で説明した構成を第２の実施の形態に適用したものである。

図１３は本実施の形態のヒステリシスコンパレータの動作を示すフローチャートである。ステップＳ２００〜Ｓ２０２の処理は第２の実施の形態と同じである。
次に、特徴値算出部１５は、記憶部１１に記憶されているランレングス測定部１２の測定結果から、２値化対象期間中のランレングスの特徴値Ｔ０を算出する（ステップＳ２０６）。特徴値算出部１５は、このような算出処理を、２値化信号の立ち上がりから次の立ち下がりまでの第１のランレングスｔｕｄと、２値化信号の立ち下がりから次の立ち上がりまでの第２のランレングスｔｄｕの各々について行う。特徴値算出部１５が算出した特徴値Ｔ０は、記憶部１１に格納される。

次に、決定係数算出部１３ａは、ステップＳ２０２の変換処理結果から得られる対数変換後のランレングス度数分布のうち階級値が２Ｔ０以下のランレングス度数分布を最小二乗法により１次関数で近似したときの決定係数（重決定Ｒ²）を算出する（ステップＳ２０７）。決定係数算出部１３ａの算出結果は、記憶部１１に格納される。決定係数算出部１３ａは、このような算出処理を、２値化信号の立ち上がりから次の立ち下がりまでの第１のランレングスｔｕｄと、２値化信号の立ち下がりから次の立ち上がりまでの第２のランレングスｔｄｕの各々について行う。

ステップＳ２０４，Ｓ２０５の処理は第２の実施の形態と同じである。ヒステリシスコンパレータは、以上のようなステップＳ２００〜Ｓ２０２，Ｓ２０４〜Ｓ２０７の処理を２値化対象期間ごとに行う。
本実施の形態では、信号の欠落の影響を受け難い階級値２Ｔ０以下のランレングス度数分布を用いることにより、第２の実施の形態と比べてより適切な２値化結果を得ることができる。

［第６の実施の形態］
次に、本発明の第６の実施の形態について説明する。図１４は本発明の第６の実施の形態に係るヒステリシスコンパレータの構成を示すブロック図である。
本実施の形態のヒステリシスコンパレータは、２値化部２０ａ，２０ｂ，２０ｃと、記憶部２１と、ランレングス測定部２２と、決定係数算出部２３ａと、制御部２４と、特徴値算出部２５とから構成される。本実施の形態は、第４の実施の形態で説明した構成を第３の実施の形態に適用したものである。

図１５は本実施の形態のヒステリシスコンパレータの動作を示すフローチャートである。ステップＳ３００〜Ｓ３０２の処理は第３の実施の形態と同じである。
次に、特徴値算出部２５は、記憶部２１に記憶されているランレングス測定部２２の測定結果から、２値化対象期間中のランレングスの特徴値Ｔ０を算出する（ステップＳ３０８）。特徴値算出部２５は、このような算出処理を、２値化信号の立ち上がりから次の立ち下がりまでの第１のランレングスｔｕｄと、２値化信号の立ち下がりから次の立ち上がりまでの第２のランレングスｔｄｕの各々について、２値化処理時のヒステリシス幅が同じ２値化信号の信号列ごとに行う。

決定係数算出部２３ａは、ステップＳ３０２の変換処理結果から得られる対数変換後のランレングス度数分布のうち階級値が２Ｔ０以下のランレングス度数分布を最小二乗法により１次関数で近似したときの決定係数（重決定Ｒ²）を算出する（ステップＳ３０９）。決定係数算出部２３ａの算出結果は、記憶部２１に格納される。決定係数算出部２３ａは、このような算出処理を、２値化信号の立ち上がりから次の立ち下がりまでの第１のランレングスｔｕｄと、２値化信号の立ち下がりから次の立ち上がりまでの第２のランレングスｔｄｕの各々について、２値化処理時のヒステリシス幅が同じ２値化信号の信号列ごとに行う。

ステップＳ３０４〜Ｓ３０７の処理は第３の実施の形態と同じである。ヒステリシスコンパレータは、以上のようなステップＳ３００〜Ｓ３０２，Ｓ３０４〜Ｓ３０９の処理を２値化対象期間ごとに行う。
本実施の形態では、信号の欠落の影響を受け難い階級値２Ｔ０以下のランレングス度数分布を用いることにより、第３の実施の形態と比べてより適切な２値化結果を得ることができる。

なお、第４〜第６の実施の形態では、対数変換後のランレングス度数分布のうち階級値が２Ｔ０以下のランレングス度数分布に対して、最小二乗法を適用した際の決定係数を算出しているが、入力信号の帯域で決まる最大の階級値以下のランレングス度数分布に対して、最小二乗法を適用した際の決定係数を算出するようにしてもよい。

また、第１〜第６の実施の形態のステップＳ１０５，Ｓ２０２，Ｓ３０２の対数変換処理は必須の構成要素ではない。
決定係数算出部５は、記憶部３に記憶されているランレングス測定部４の２値化対象期間中の測定結果から得られるランレングス度数分布を最小二乗法により指数曲線で近似したときの決定係数を、第１のランレングスｔｕｄと第２のランレングスｔｄｕの各々について、２値化処理時のヒステリシス幅Ｗが同じ２値化信号の信号列ごとに算出するようにしてもよい。同様に、決定係数算出部５ａは、記憶部３に記憶されているランレングス測定部４の２値化対象期間中の測定結果から得られるランレングス度数分布のうち階級値が２Ｔ０以下のランレングス度数分布を最小二乗法により指数曲線で近似したときの決定係数を算出することになる。

決定係数算出部１３は、記憶部１１に記憶されているランレングス測定部１２の２値化対象期間中の測定結果から得られるランレングス度数分布を最小二乗法により指数曲線で近似したときの決定係数を、第１のランレングスｔｕｄと第２のランレングスｔｄｕの各々について算出するようにしてもよい。同様に、決定係数算出部１３ａは、記憶部１１に記憶されているランレングス測定部１２の２値化対象期間中の測定結果から得られるランレングス度数分布のうち階級値が２Ｔ０以下のランレングス度数分布を最小二乗法により指数曲線で近似したときの決定係数を算出することになる。

決定係数算出部２３は、記憶部２１に記憶されているランレングス測定部２２の２値化対象期間中の測定結果から得られるランレングス度数分布を最小二乗法により指数曲線で近似したときの決定係数を、第１のランレングスｔｕｄと第２のランレングスｔｄｕの各々について、２値化処理時のヒステリシス幅が同じ２値化信号の信号列ごとに算出するようにしてもよい。同様に、決定係数算出部２３ａは、記憶部２１に記憶されているランレングス測定部２２の２値化対象期間中の測定結果から得られるランレングス度数分布のうち階級値が２Ｔ０以下のランレングス度数分布を最小二乗法により指数曲線で近似したときの決定係数を算出することになる。

第１〜第６の実施の形態のヒステリシスコンパレータは、例えばＣＰＵ、記憶装置およびインタフェースを備えたコンピュータとこれらのハードウェア資源を制御するプログラムによって実現することができる。ＣＰＵは、記憶装置に格納されたプログラムに従って第１〜第６の実施の形態で説明した処理を実行する。

本発明は、入力信号を２つの異なる電圧レベルのしきい値に基づいて２値化する技術に適用することができる。

１，３，１１，２１…記憶部、２，１０，２０ａ，２０ｂ，２０ｃ…２値化部、４，１２，２２…ランレングス測定部、５，５ａ，１３，１３ａ，２３，２３ａ…決定係数算出部、６，１４，２４…制御部、７，１５，２５…特徴値算出部。

Claims (5)

1. 入力信号を２つの異なる電圧レベルのしきい値ＴＨ１，ＴＨ２（ＴＨ１＞ＴＨ２）に基づいて２値化することを、しきい値のヒステリシス幅Ｗ＝ＴＨ１−ＴＨ２を変更しながら行う２値化手段と、
   ２値化対象期間中に前記２値化手段から出力される２値化信号のランレングスを、２値化処理時のヒステリシス幅Ｗが同じ２値化信号の信号列ごとに測定するランレングス測定手段と、
   このランレングス測定手段の２値化対象期間中の測定結果から得られるランレングス度数分布に対して度数の対数変換を行い対数変換後のランレングス度数分布を最小二乗法により１次関数で近似したときの決定係数を、２値化処理時のヒステリシス幅Ｗが同じ２値化信号の信号列ごとに算出するか、あるいは前記ランレングス測定手段の２値化対象期間中の測定結果から得られるランレングス度数分布を最小二乗法により指数曲線で近似したときの決定係数を、２値化処理時のヒステリシス幅Ｗが同じ２値化信号の信号列ごとに算出する決定係数算出手段と、
   前記決定係数が最小になるヒステリシス幅Ｗによる２値化信号を、２値化対象期間中の最適なヒステリシス幅Ｗによる２値化結果として出力する制御手段とを備えることを特徴とするヒステリシスコンパレータ。
2. 入力信号を２つの異なる電圧レベルのしきい値ＴＨ１，ＴＨ２に基づいて２値化する２値化手段と、
   ２値化対象期間中に前記２値化手段から出力される２値化信号のランレングスを測定するランレングス測定手段と、
   このランレングス測定手段の２値化対象期間中の測定結果から得られるランレングス度数分布に対して度数の対数変換を行い対数変換後のランレングス度数分布を最小二乗法により１次関数で近似したときの決定係数を算出するか、あるいは前記ランレングス測定手段の２値化対象期間中の測定結果から得られるランレングス度数分布を最小二乗法により指数曲線で近似したときの決定係数を算出する決定係数算出手段と、
   前記決定係数が所定値より大きい場合に、次の２値化対象期間で前記２値化手段が用いるヒステリシス幅Ｗ＝ＴＨ１−ＴＨ２を一定幅だけ大きくする制御手段とを備えることを特徴とするヒステリシスコンパレータ。
3. 入力信号を２つの異なる電圧レベルのしきい値ＴＨ１，ＴＨ２（ＴＨ１＞ＴＨ２）に基づいて２値化する第１の２値化手段と、
   入力信号をしきい値ＴＨ１，ＴＨ２と異なる電圧レベルのしきい値ＴＨ１_b，ＴＨ２_b（ＴＨ１_b＞ＴＨ２_b，ＴＨ１_b＞ＴＨ１，ＴＨ２_b＜ＴＨ２）に基づいて２値化する第２の２値化手段と、
   入力信号をしきい値ＴＨ１，ＴＨ２，ＴＨ１_b，ＴＨ２_bと異なる電圧レベルのしきい値ＴＨ１_c，ＴＨ２_c（ＴＨ１_c＞ＴＨ２_c，ＴＨ１_c＜ＴＨ１，ＴＨ２_c＞ＴＨ２）に基づいて２値化する第３の２値化手段と、
   ２値化対象期間中に前記第１、第２、第３の２値化手段から出力される２値化信号のランレングスを、２値化処理時のヒステリシス幅が同じ２値化信号の信号列ごとに測定するランレングス測定手段と、
   このランレングス測定手段の２値化対象期間中の測定結果から得られるランレングス度数分布に対して度数の対数変換を行い対数変換後のランレングス度数分布を最小二乗法により１次関数で近似したときの決定係数を、２値化処理時のヒステリシス幅が同じ２値化信号の信号列ごとに算出するか、あるいは前記ランレングス測定手段の２値化対象期間中の測定結果から得られるランレングス度数分布を最小二乗法により指数曲線で近似したときの決定係数を、２値化処理時のヒステリシス幅が同じ２値化信号の信号列ごとに算出する決定係数算出手段と、
   ヒステリシス幅がＷ＝ＴＨ１−ＴＨ２の場合の決定係数とヒステリシス幅がＷ_b＝ＴＨ１_b−ＴＨ２_bの場合の決定係数とヒステリシス幅がＷ_c＝ＴＨ１_c−ＴＨ２_cの場合の決定係数とを比較し、次の２値化対象期間で前記第１、第２、第３の２値化手段が用いるヒステリシスＷ，Ｗ_b，Ｗ_cを決定する制御手段とを備えることを特徴とするヒステリシスコンパレータ。
4. 請求項３記載のヒステリシスコンパレータにおいて、
   前記制御手段は、ヒステリシス幅がＷ_b＝ＴＨ１_b−ＴＨ２_bの場合の決定係数が最も小さい場合、次の２値化対象期間で前記第１、第２、第３の２値化手段が用いるヒステリシスＷ，Ｗ_b，Ｗ_cをそれぞれ一定幅だけ大きくし、ヒステリシス幅がＷ_c＝ＴＨ１_c−ＴＨ２_cの場合の決定係数が最も小さい場合、次の２値化対象期間で前記第１、第２、第３の２値化手段が用いるヒステリシスＷ，Ｗ_b，Ｗ_cをそれぞれ一定幅だけ小さくし、ヒステリシス幅がＷ＝ＴＨ１−ＴＨ２の場合の決定係数が最も小さい場合、現在のヒステリシスＷ，Ｗ_b，Ｗ_cを維持することを特徴とするヒステリシスコンパレータ。
5. 請求項１乃至４のいずれか１項に記載のヒステリシスコンパレータにおいて、
   さらに、前記ランレングス測定手段の２値化対象期間中の測定結果から、ランレングスの分布の特徴値Ｔ０を算出する特徴値算出手段を備え、
   前記決定係数算出手段は、前記ランレングス度数分布のうち階級値が２Ｔ０以下のランレングス度数分布に対して最小二乗法を適用した際の決定係数を算出することを特徴とするヒステリシスコンパレータ。

Images