JPH04129316A - ノイズシェーピング回路 - Google Patents
ノイズシェーピング回路Info
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Abstract
め要約のデータは記録されません。
Description
ば1ビツトD/A変換装置等に用いて好適なノイズシェ
ービング回路に関する。
子化誤差成分をフィードバックする1次のノイズシェー
ビング構成を有すると共に、第1の量子化器の量子化誤
差信号を所定のフィードバック回路部を介して上記第1
の量子化器の入力側に帰還するノイズシェービング回路
において、フイードバック回路部は、第1の量子化誤差
出力手段からの誤差信号か入力される合成手段と、この
合成手段からの出力信号を量子化する第2の量子化器と
、この第2の量子化器での量子化誤差を取り出す第2の
量子化誤差出力手段と、所定の伝達関数を有し第2の量
子化誤差出力手段からの誤差信号か入力され、出力か上
記合成回路に送られる伝達関数手段と、第2の量子化器
からの出力信号か入力される微分手段とを存して成るこ
とにより、高次のノイズシェービング動作の安定化を図
ると共に、ダイナミックレンジの低下も防止し得るよう
にしたものである。
D/A変換方式として、オーバーサンプリング型1ビツ
トD/A変換方式か注目されている。この方式のD/A
変換装置の基本構成を第4図に示す。
タル信号は、デジタルフィルタ等を用いて成るオーバー
サンプリング回路102にて適当な倍率にオーバーサン
プリングされた後、ノイズシェービング回路103に送
られている。このノイズシェービング回路103ては、
数ビット(現状では1〜5ビツト)程度に再量子化され
、この再量子化の際のノイズ(量子化誤差)かフィード
バックされることで高域側にシフトされ、低域側か抑圧
されたノイズスペクトル分布となる。ノイズシェービン
グ回路103から出力された数ビットのデータは、PW
M回路等を用いた1ビツトD/A変換器104で1ビツ
ト波形に変換され、出力端子105から取り出される。
ト以上の多ビツト波形に変換するD/A変換器を用いて
もよいが、この場合、微分非直線歪み、グリッチ等の問
題を解決する必要かある。
るには、ノイズシェービング回路103に広いダイナミ
ックレンジが要求される。ノイズシェービング回路10
3のダイナミックレンジを決定する要因は、動作レート
f NS、次数N、再量子化器のビット数Mである。動
作レートfNSを高くとればダイナミックレンジは向上
するか、半導体素子の動作速度の上限値によってf 1
18は制限を受ける。そこで、次数Nを高めることによ
って、S/Nを向上させることか考えられる。
シェービング回路を示している。この第5図のノイズシ
ェービング回路の入力端子111には、例えば上記第4
図のオーバーサンプリング回路102からの出力信号が
供給されており、出力端子112からの出力信号か例え
ば上記第4図の1ビツトD/A変換器104に送られる
。
の出力は、■サンプル遅延素子114を介して取り出さ
れて量子化器113の入力側に帰還されるようになって
おり、この帰還信号が供給される加算器(入力に対して
減算する減算器)】151と量子化器113の入力端子
との間に1次の積分器1161が挿入接続されている。
り、加算出力を1サンプル遅延して加算器に戻す構成を
有している。ここまでが1次ノイズシェービング回路の
基本構成であり、次数か増えるに従って入力端子側に積
分器及び負帰還用の加算器の組を増加させてゆき、例え
ばN組設けることでN次のノイズシェービング回路を構
成することかできる。第5図はN次のノイズシェービン
グ回路の構成例を示しており、入力端子111にはN番
目の加算器(減算器)115Nが接続され、次のN−1
番目の加算器115N−+ との間にN番目の積分器1
16、が挿入接続されることになる。各加算器115H
〜115.には量子化器113の出力を1サンプル遅延
素子114で遅延した信号かそれぞれ供給され、このl
サンプル遅延出力信号か各加算器1158〜1151の
それぞれの入力から減算されるようになっている。
いて、入力端子111への入力をX、出力端子112か
らの出力をY1量子化器113での量子化誤差をε。と
するとき、 Y=X+(1−Z−’)Nε。 ・・・■となる。しか
しながらこの構成の場合には、次数を3次以上とすると
、積分器がオーバーロードし、動作が不安定となる。
ているが、各段の回路の入力が前段の回路の量子化誤差
であることから各段の回路の出力はノイズ成分となって
おり、最終出力に2段目以降の回路のノイズ成分が加算
されるため、ダイナミックレンジが劣化する傾向かある
。
次のノイズシェービングが安定に行われるのみならず、
ダイナミックレンジの劣化を有効に防止し得るようなノ
イズシェービング回路の提供を目的とする。
子化する第1の量子化器と、この第1の量子化器での量
子化誤差成分を入力側にフィードバックする1次のノイ
ズシェービング構成と、上記第1の量子化器での量子化
誤差を取り出す第1の量子化誤差出力手段と、この第1
の量子化誤差出力手段からの誤差信号か入力される合成
手段と、この合成手段からの出力信号を量子化する第2
の量子化器と、この第2の量子化器での量子化誤差を取
り出す第2の量子化誤差出力手段と、所定の伝達関数を
有し、上記第2の量子化誤差出力手段からの誤差信号か
入力され、出力が上記合成回路に送られる伝達関数手段
と、上記第2の量子化器からの出力信号か入力される微
分手段と、この微分手段からの出力信号を上記第1の量
子化器の入力に加算する加算手段とを有して成ることに
より、上述の課題を解決する。
化誤差出力手段、伝達関数手段及び微分手段は、高次の
ノイズシェービングを行うためのフィードバック回路部
を構成している。
回路部からの出力を、第1の量子化器の入力側に帰還し
ており、第1の量子化器からの最終出力に加算していな
いため、最終出力でのダイナミックレンジを劣化させる
ことかなく、また第2の量子化器の分解能を高めて動作
を安定化することができる。
実施例を示すブロック回路図である。
力端子11には、例えば前述した第4図のオーバーサン
プリング回路102にて適当な倍率にオーバーサンプリ
ングされたデジタルオーディオ信号が入力されており、
また、出力端子12からの出力信号は、例えば前述した
第4図の1ビツトD/A変換器104に送られて1ビツ
ト波形に変換されるようになっている。これらの入出力
端子間の量子化器13は、例えば20ビット前後の入力
デジタルオーディオ信号を数ビツト程度に再量子化して
出力する。この量子化器13で生ずる量子化誤差を加算
器(減算器)14て取り出し、1サンプル遅延素子16
を介し、加算器17を介して入力側の加算器15に帰還
することて、1次のノイズシェービングを行い、また上
記加算器I4から得られた量子化誤差を、フィードバッ
ク回路部20を介して入力側の加算器15に帰還するこ
とで、高次のノイズシェービングを行っている。
算することにより、量子化誤差−ε8を取り出している
。
らの量子化誤差を遅延素子16で1サンプル遅延して得
られた信号が、合成手段である加算器(減算器)21に
送られており、この加算器21からの出力は、加算器2
2を介し、量子化器23に送られている。この量子化器
23で生ずる量子化誤差は、加算器(減算器)24にて
取り出され、lサンプル遅延素子25.26、係数乗算
器27(乗算係数2)等から成る伝達関数回路を介して
合成手段である加算器21に送られている。
、フィードバック出力信号として加算器17に送られて
上記1サンプル遅延素子16からの出力と加算され、こ
の加算器17からの加算出力信号が上記入力側の加算器
15に送られている。
出力)を1サンプル遅延する遅延素子31と、入力から
遅延素子31の出力を減算する加算器(減算器)32と
、この加算器32からの出力を1サンプル遅延する遅延
素子33と、加算器32からの出力が2系統(2倍分)
入力され遅延素子33からの出力が減算信号として入力
される加算器(減算器)34とから成っている。
、出力端子12からの出力をY、加算器15から量子化
器13への入力をVとするとき、量子化器13て生ずる
量子化誤差ε8は、ε、 =Y−V ・・
・ ■である。加算器(減算器)14は、量子化器13
への入力Vから出力Yを減算しているから、加算器13
からは一ε8が取り出され、遅延素子16で1サンプル
遅延されて、−Z−1ε8がフィードバック回路部20
に供給されることになる。次に量子化器23での量子化
誤差をε、とするとき、加算器24からは−ε、か出力
されることになり、これが遅延素子25.26で2サン
プル遅延されて−z −2ε、となり、加算器21に送
られて遅延素子16からの−z −1ε8から減算され
ることにより、加算器21からの出力が、 −2−1ε祠十z −2εF となる。この出力か加算器22に送られて、係数乗算器
27からの出力−22−1ε、と加算されることにより
、加算器22からの出力は、−Z−1εM−2Z−1ε
、+z−’εFとなる。この出力が量子化器23で再量
子化される際に上記量子化誤差ε、が生ずる(加わる)
ことから、量子化器23からの出力Wは、W:’−Z−
1εM+ εF−2z−I E p十Z−’ E F−
z−’ε、 +(1−7−’)”ε、 −−−■どな
る。これは、前記0式のN次のノイズシェービング構成
の入出力を表す式中のXを−z −1εMとし、Nを2
とし、量子化誤差ε。をε、としたものであり、加算器
21から伝達関数回路を含み量子化器23までの構成が
2次のノイズシェービング回路構成に等価であることを
示す。この量子化器出力Wは、微分回路30により、1
回微分したものと2回微分したものとの和が取り出され
ることから、微分回路30の出力Uは、 U= (1−z−’)W+(1−z−’)”W= (2
−z−’)(1−z−’)W ・・・■また、この出
力Uが加算器17で遅延素子16からの出力−z −1
ε□と加算され、次の加算器15で入力Xと加算される
から、加算器15から量子化器13に送られる入力Vは
、 V=U−z−’ε。+X ・・・■この人力Vが
量子化器13で再量子化される際に量子化誤差ε8が重
畳されて出力Yとなるから、Y=V+ε8 = U z −’ εM + X + εM=X+U
+ (1−Z−’)ε8 ・・・■この0式のUに上記
0式を代入して、 Y = X + (2−z”Xl−z−’)W+(1−
z−’) εM・・・■ この0式のWに上記0式を代入して整理すると、Y =
X + (1−z−’)’ εM+ (2−z−’)
(1−z−’)3εp=X+(1−z−’)”(εm+
εF)十(1−Z−’)’εF・・・■ が得られる。この0式から明らかなように、第1図の回
路の入出力特性は、3次及び4次のノイズシェービング
特性となっていることが分かる。
算器17を介して加算器15に帰還する構成は、1次の
ノイズシェービング回路構成であるから、安定な動作が
可能である。また、フィードパツク回路部20の加算器
21から量子化器23までの2次のノイズシェービング
回路構成については、この出力か微分回路30を介して
量子化器13の入力側番こ帰還されており量子化器13
の最終出力に加算されることがないことから、量子化器
23を多値化、高分解能化して量子化誤差を小さくでき
、積分器のオーバーロートを防止できて、動作の安定化
が図れると共に、量子化器13からの最終出力でのダイ
ナミックレンジの劣化もない。
は、上述したように高分解能化が可能であり、高分解能
化した場合には、メインの量子化器13の量子化誤差ε
、の最大振幅に比べてε。
の右辺第3項の(1−z−’)’ε、は、第2項に比べ
て非常に小さな値となることから、上記0式は、 Y#X+(1−Z−’)”(ε8+ε、)=X +(1
−z−’)3εM(1+εr/εm)#X+(1−2−
’)3εm となり、見掛は上は3次のノイズシェービング特性が支
配的に現れることになる。
有するノイズシェービング回路は、例えば第2図に示す
ような本発明の第2の実施例の回路構成によっても実現
できる。この第2図において、上記第1図の各部と対応
する部分には同じ参照番号を付することによって説明を
省略する。
シェービング構成としては、メインの量子化器13の入
力側に積分器18を挿入接続し、この積分器18の入力
側の加算器15bに量子化器13の出力を1サンプル遅
延素子16bを介して送って入力から減算することによ
り、量子化器13の量子化誤差成分を負帰還するような
構成を用いている。また、高次のノイズシェービングを
行うために、量子化器13の量子化誤差をフィードバッ
ク回路部20を介して入力端子ll側の加算器15aに
負帰還している。すなわち、加算器14aにて、量子化
器13の入力を遅延素子16Cで1サンプル遅延したも
のから量子化器13の出力を遅延素子16dで1サンプ
ル遅延したものを減算することで、量子化器13の量子
化誤差を取り出し、フィードバック回路部20に送って
いる。フィードバック回路部20は、量子化器23の入
力側に2個の積分器41,45を設けて成る2次のノイ
ズシェービング回路と、この2次のノイズシェービング
回路からの出力を微分する微分回路30とから構成され
ている。すなわち、上記加算器14aからの量子化誤差
は、加算器21、積分器41、加算器44及び積分器4
5を介して量子化器23に送られており、この量子化器
23からの出力が遅延素子48で1サンプル遅延されて
、加算器44及び21にそれぞれ減算信号として帰還(
負帰還)されている。なお、積分器41は、加算器42
からの出力を1サンプル遅延素子43を介して加算器4
2に帰還する構成を有し、また積分器45は、加算器4
6からの出力を1サンプル遅延素子47を介して加算器
46に帰還する構成を有している。この2次のノイズシ
ェービング回路から出力Wは、前記0式より、W=−z
−’εs +(1−z−リ2ε。
われる。また、この出力Wが供給される微分回路30は
、上記第1図の微分回路30と全く同じものであり、加
算器34への加算器32からの2系統(2倍)の入力を
、2倍の係数乗算器35にて表現している。
加算器15a、15b及び15cにて等価の動作が実現
され、また第1図の1サンプル遅延素子16は4個の1
サンプル遅延素子16a〜16dにて等価の動作が実現
されている。
した第1図の第1の実施例と同様であるため、説明を省
略する。
の実施例の3次のノイズシェービング回路構成を一般に
8次に拡張した例を示している。
照番号を付して説明を省略する。
第1図の2段の微分器のカスケード接続を有して成る微
分回路30の代わりに、N−1段の微分器のカスケード
接続し、各微分器からの出力を加算するような構成の微
分回路50を用いることで実現できる。すなわち、量子
化器23からの出力を、1サンプル遅延素子51.を介
して加算器(減算器)521に送って、入力(量子化器
23からの出力)から減算する微分器を初段に設け、こ
の第1段目の微分器からの出力(加算器52 からの出
力)を次の第2段目の微分器に送ると共に最終段である
第N−1段目の微分器の加算器52s−+に送るように
し、以下同様に、各段の微分器出力を次段の微分器に送
ると共に最終段の第N−1段目の微分器の加算器52□
、に送るようにして、微分回路50を構成している。他
の構成は、上記第1図に示した第1の実施例と同様であ
る。
力Xに対する出力Yは、 Y = X 十(1−z−’)NεM+ ((1−Z−
’)3+(1−Z−’)’+−+(1−z−’)N+(
1−z−’)”’) εp −−−■となる。ここで
、フィードバック回路部20内の量子化器23の分解能
をメインの量子化器13の分解能よりも充分に細かくと
ることて、εX)εFとなるから、上記[相]式は、 Y#X+(1−Z−’)N5M −−−■と近似
でき、N次のノイズシェービング特性か得られることに
なる。
と同様であるため、説明を省略する。
ノイズシェービング回路によれば、第1の量子化器で生
じた量子化誤差を該第1の量子化器の入力側に帰還して
高次のノイズシェービングを行うためのフィードバック
回路部として、第1の量子化誤差出力手段からの誤差信
号を合成手段を介して第2の量子化器に送り、この第2
の量子化器での量子化誤差を伝達関数手段を介して上記
合成手段に送ると共に、上記第2の量子化器からの出力
信号を微分手段を介して上記第1の量子化器の入力側に
帰還していることにより、高次のノイズシェービング用
のフィードバック回路部からの出力を、上記第1の量子
化器からの最終出力に加算していないため、最終出力で
のダイナミックレンジを劣化させることがなく、また第
2の量子化器の分解能を高めて量子化誤差を小さくし動
作を安定化することができる。
実施例を示すブロック回路図、第2図は本発明の第2の
実施例を示すブロック回路図、第3図は本発明の第3の
実施例を示すブロック回路図、第4図は1ビツトD/A
変換装置の全体構成を概略的に示すブロック図、第5図
はN次のノイズシェービング回路の従来例を示すブロッ
ク回路図である。 11・・・・・・入力端子 12・・・・・・出力端子 13・・・・・・(第1の)量子化器 14.15.17.2L22.24.32.34・・・
・・加算器16.25.26.31.33・・・・ 1
サンプル遅延素子20・・・・・・フィードバック回路
部23・・・・・・(第2の)量子化器 30・・・・・・微分回路
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 入力信号を量子化する第1の量子化器での量子化誤差成
分を入力側にフィードバックする1次のノイズシェービ
ング構成を有すると共に、上記第1の量子化器での量子
化誤差を取り出す第1の量子化誤差出力手段からの誤差
信号を所定のフィードバック回路部を介して上記第1の
量子化器の入力側に帰還するノイズシェービング回路に
おいて、上記フィードバック回路部は、 上記第1の量子化誤差出力手段からの誤差信号が入力さ
れる合成手段と、 この合成手段からの出力信号を量子化する第2の量子化
器と、 この第2の量子化器での量子化誤差を取り出す第2の量
子化誤差出力手段と、 所定の伝達関数を有し、上記第2の量子化誤差出力手段
からの誤差信号が入力され、出力が上記合成回路に送ら
れる伝達関数手段と、 上記第2の量子化器からの出力信号が入力される微分手
段と、 を有して成るノイズシェービング回路。
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