JPH0282709A - 数値演算方式 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、数値演算方式に関し、例えば自然界におけ
る温度、速度等のような各種物理量を入力データとする
数値演算方式に利用して有効な技術に関するものである
。

〔従来の技術〕

２進数の加減算では補数が用いられる。この補数は、負
の数とはり同様な性質を持つため、数値演算では、負の
数を２の補数で表し、正の数と区別するために、先頭の
１ビツトがＯの場合には正、ｌの場合には負と決めてい
る。このような２進数の演算器の構成に関しては、例え
ば■朝倉書店１９８１年６月３０日発行「集積回路応用
ハンドブック１頁４４２〜頁４４６がある。

〔発明が解決しようとする課題〕

例えば、ｎビットの演算回路では、符号付き整数を計算
する場合、そのデータのとり得る値は、＋２’　−１〜
−２’となる。例えば、ｎが８（ビット）なら、データ
のとり得る値は＋１２７から−１２８の範囲になるもの
である。このように、演算回路のダイナミックレンジは
、＋、−の両極性が平衡したものとなる。上記演算回路
では、音声信号のように、正負極性のデータが平衡した
デ−タを扱う場合には何等問題ない。

しかしながら、第４図の波形図に示すように、入力信号
Ｄｉｎの数値の最大値が正（＋）に大きく、負（−）に
小さい不平衡である場合、演算回路のビット数は、上記
正極側の最大値により決められる。この結果、第３図に
示すような、ＦＩＲ型のディジタルフィルタに用いられ
る加算回路Ａ１は、上記入力信号Ｄｉｎの正の最大値に
対応したビットを持つことが必要になる。しかし、第４
図から明らかなように加算回路ＡＩの持つ十と−のダイ
ナミックレンジに対して負側−の大半は数値が存在しな
いから、それが無駄になってしまう。言い換えるならば
、加算回路Ａｌや、そのデータを記憶するメモリ回路の
ハードウェアが無駄になってしまう。

この発明の目的は、符号付演算を行う加算回路の持つダ
イナミックレンジを効率よ（使用可能にした数値演算方
式を提供することにある。

この発明の前記ならびにそのほかの目的と新規な特徴は
、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであ
ろう。

〔課題を解決するための手段〕

本願において開示される発明のうち代表的なものの概要
を簡単に説明すれば、下記の通りである。

すなわち、演算すべき入力データの正の最大値と負の最
大値と加算結果の半分の中間値を入力データから減算し
てそれを零とみなすようなデータ変換を行い、この変換
されたデータを用いて符号付き演算を行い、その結果に
対して上記中間値を加算して零点をもとにもどすように
する。

〔作　用〕

上記した手段によれば、符号付き演算を行う演算回路の
入力には、正と負の最大値かは−等しくできるから、そ
のダイナミックレンジを有効に使用することができる。

〔実施例〕

第１図には、この発明に係る数値演算方式が適用された
ディジタルフィルタの一実施例のブロック図が示されて
いる。

この実施例のディジタルフィルタは、ＦＩＲ（有限イン
パルス応答フィルタ）のものであり、その基本的構成は
、前記第３図と同様に６個の１タイムスロツトルの遅延
素子ｄと、定数倍の乗算器に１ないしに６及び加算器Ａ
Ｉからなり、入力信号Ｄｉｎをそれぞれ遅延させ、Ｄｏ
ｕｔ　＝Ｄｉｎ　（Ｋｌに２　・・・Ｋ６）の符号付き
演算を行うようにするものである。

この実施例では、入力データＤｉｎが、第２図に示すよ
うに、正と負の最大値ＡとＢのように不平衡になる場合
、上記加算回路Ａ１の負側のダイナミックレンジに無駄
が生じてしまうのを防ぐために、その入力部と出力部で
次のようなデータ変換処理を行う。

減算回路Ａ２は、上記のような不平衡の入力データＤｉ
ｎを平衡データに変換する。すなわち、入力データＤｉ
ｎの最大値Ａと負の最大値Ｂを加算してそれを１／２と
して、上記入力データＤｉｎから減算させることにより
、点線で示す中間値（Ａ＋Ｂ）／２を零点Ｏ°とみなす
ようなデータＤｉ′に変換する。この構成においてデー
タＤｉ”は、上記点線で示すような零点０°を中心とし
て正と負のデータが平衡になり、そのダイナミックレン
ジは、上記のような正と負の最大値であるＡとＢで決ま
るように小さくできるものである。

したがって、上記ディジタルフィルタを構成する遅延素
子ｄや、定数倍の乗算器に、ないしＫ。

及び加算回路Ａ１では、上記データＤｉ’を扱うものと
なり、Ｄｏ’＝Ｄｉ’　（Ｋｌ　　＋に２　　・・・Ｋ
６　）”　ＣＤ１ｎ　　（Ａ＋Ｂ）／２）（Ｋｌ　＋Ｋ
ｚ　　”　’に６）の符号付き演算を行うようにするも
のである。このデータＤｉ”は、上記のように正と負の
レンジが等しであるから、加算回路ＡＩは、そのダイナ
ミックレンジを効率よく使用できるものである。言い換
えるならば、加算回路Ａ１により加算される入力データ
は、上記のようなデータ変換により実質的に信号振幅が
小さくなるから、ビット数を削減できる場合がある。ま
た、ビット数が削減されると、その分キャリービットも
少なくなり、それに費やされる伝播遅延時間が少なくで
きるから加算動作の高速化が可能になる。

上記加算回路ＡＩの出力信号Ｄｏ”を、いったんメモリ
に記憶させる場合、そのビット数が低減できるから、メ
モリの記憶容量を少なくできる。この実施例のように、
上記出力信号Ｄｏ’を直ちに他の回路等に出力させる場
合、出力部に出力データＤｏ’の零点０゛をもとの零点
Ｏに戻すうなデータ変換処理が行われる。すなわち、加
算回路Ａ３は、上記出力信号Ｄｏ’と前記中間値（Ａ＋
Ｂ）／２を加算して、もとの正と負の数値が不平衡とな
る物理量Ｄｏｕｔにもどすものである。

すなわち、Ｄｉｎ＝Ｄｏ’＋　（Ａ＋Ｂ）／２となり、
Ｄｏ’は前記のようにＤｏ’＝　（Ｄｉｎ　　（Ａ＋Ｂ
）／２）（Ｋ＋　＋Ｋｔ　　・・・Ｋ、）であるから、
第３図のディジタルフィルタと同様にＤｏｕｔ　＝Ｄｉ
ｎ（Ｋ＋”Ｋｚ　　・・・ＫＡ）の演算を行ったことな
る。

一般的にいって、温度や速度といったような自然界にお
ける物理量は、前記のような正と負が不平衡の数値をと
る場合が多い。したがって、この発明は、それらをディ
ジタル変換して゛符号付き演算を行う数値処理系、リモ
ートセンシング分野等において好適となるものである。

上記実施例から得られる作用効果は、下記の通りである
。すなわち、 （１１演算すべき入力データの正の最大値と負の最大値
と加算結果の半分の中間値を入力データから減算してそ
れを零とみなすようなデータ変換を行い、この変換され
たデータを用いて符号付き演算を行い、その結果に対し
て上記中間値を加算して零点をもとにもどすようにする
ことにより、符号付き演算を行う加算回路の入力には、
正と負の最大値かは！゛等しくできるから、そのダイナ
ミックレンジを有効に使用することができるという効果
が得られる。

（２）上記符号付き演算結果をメモリに記憶させる場合
、そのピント数を低減できるから必要なメモリ容量を削
減できるという効果が得られる。

（３）力■算回路のビット数の削減により、回路規模が
小さくできるとともに、それに従いキャリーの伝播に費
やされる時間も削減でき、高速加算動作が可能になると
いう効果が得られる。

以上本発明者によってなされた発明を実施例に基づき具
体的に説明したが、本願発明は前記実施例に限定される
ものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可
能であることはいうまでもない。例えば、第１図におい
て、減算回路Ａ２は、上記中間値を補数として加算回路
により構成するものであってもよい。上記のようなデー
タ変換は、アナログ的な信号処理（前記同様な中間値の
アナログ減算処理）により行うものであってもよい。

すなわち、ディジタルデータを形成するＡ／Ｄ変換回路
の入力部で行えば、入力データＤｉｎを形成するＡ／Ｄ
変換回路のダイナミックレンジも有効に利用できる。ま
た、この発明が適用されるディジタルフィルタの例とし
ては、前記のようなＦＩＲ型の他、ＩＩＲ（無限インパ
ルス応答フィルタ）等種々の実施形態を採ることができ
る。

この発明は、前記のようなディジタルフィルタの他、不
平衡データを扱う数値演算方式に広く利用できるもので
ある。

〔発明の効果〕

本願において開示される発明のうち代表的なものによっ
て得られる効果を簡単に説明すれば、下記の通りである
。すなわち、演算すべき入力データの正の最大値と負の
最大値と加算結果の半分の中間値を入力データから減算
してそれを零とみなすようなデータ変換を行い、この変
換されたデータを用いて符号付き演算を行い、その結果
に対して上記中間値を加算して零点をもとにもどすよう
にすることにより、符号付き演算を行う加算回路の入力
には、正と負の最大値がはソ”等しくできるから、その
ダイナミックレンジを有効に使用することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明が適用されるディジクルフィルタの
一実施例を示すブロック図、 第２図は、この発明を説明するための入力データの一例
を示す波形図、 第３図は、従来のディジタルフィルタの一実施例を示す
ブロック図、 第４図は、その入力データの一例を示す波形図である。 Ａ１−Ａ３・・加算回路（減算回路）、ｄ・・遅延素子
、Ｋ１−に６　・・乗算器

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、演算すべき入力データの正の最大値と負の最大値と
   加算結果の半分の中間値を求めて、上記入力データから
   上記中間値を減算してそれを零とみなすようなデータ変
   換を行い、この変換されたデータを用いて符号付演算を
   行い、その結果に対して上記中間値を加算して零点をも
   とに戻して出力信号を得ることを特徴とする数値演算方
   式。 ２、上記入力データは、自然界に存する正と負の最大値
   が不平衡な物理量を示すデータであることを特徴とする
   特許請求の範囲第１項記載の数値演算方式。