JPH04239224A - 量子化器 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は入力されたディジタル信
号を、そのサンプリング周波数よりも更に高いサンプリ
ング周波数を用いてビット圧縮を行う量子化器に係り、
特に、無信号入力時にこの量子化器をリセットするよう
にしたものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、デジタル信号処理技術の向上によ
り従来アナログ処理されていた信号がデジタル処理化さ
れてきており、ディジタルアナログ変換器の高性能化、
ローコスト化が更に重要となってきている。この目的の
ために、Δ−Σ型（ノイズシェーピング型）の量子化器
がよく用いらている。Δ−Σ型を用いた量子化器として
は、例えば、特開昭６３−２０９３３４号公報に多段ノ
イズシェーピング型による量子化器が開示されている。 この量子化器を用いると、発振などを起こすことのない
安定な高次のノイズシェーピングを行うことができる。 しかし、一方で量子化器出力の階調が増えるという課題
もあった。そこで、我々はこの量子化器に改良を施し、
特願平２−１３４４０３号公報に量子化器出力の階調増
加を抑えながらより高次のノイズシェーピングを行う手
法を示した。図９にそのブロック図を示し、その説明を
行う。

【０００３】２０，６は局部量子化器であり、入力され
る信号の量子化を行う。入出力の関係を（表１）及び（
表２）に示す。なお、出力は「１１２６４」で規格化し
ている。

【０００４】

【表１】

【０００５】

【表２】

【０００６】９９は帰還回路であり、その伝達関数Ｈ（
ｚ）を（数１）に示す。

【０００７】

【数１】

【０００８】２１は振幅検出器であり、帰還回路９９の
出力βを入力とし、そのレベルに応じて（表３）に示す
通り値Ｃを出力する。

【０００９】

【表３】

【００１０】加算器３，局部量子化器２２，加算器２２
，減算器２，遅延器４により単積分型Δ−Σ型量子化器
のメインループが構成される。加算器２２及び局部量子
化器２２により発生される量子化誤差をＶｑ１とすると
減算器２の出力は−Ｖｑ１となる。この値が遅延器４を
介して入力にフィードバックされ、このメインループの
出力Ｑ１は（数２）の通りとなる。

【００１１】

【数２】

【００１２】一方、局部量子化器６，加算器７，減算器
８，帰還回路９９によりサブループが構成される。ここ
で、局部量子化器６への入力について考えると、この値
は帰還回路９９による帰還量βとメインループの発生す
る量子化誤差Ｖｑ１の差であるので、先ず、振幅検出器
２１に入力される帰還量βが「＋１１２６４〜＋１６８
９５」の場合について考えると、局部量子化器２２の入
力には「５６３２」が加算されるので、局部量子化器２
２が出力する量子化誤差Ｖｑ１は「０〜＋１１２６４」
の範囲にある。よって、局部量子化器６の入力Ｐの値は
「０〜＋１６８９５」の範囲、即ち「１１２６４」で規
格化すると、「０〜＋１．５」の範囲にある。よって、
局部量子化器６が発生する量子化誤差Ｖｑ２は±０．５
以内となり、安定に動作することがわかる。帰還回路９
９による利得の最大値がその伝達関数より２．６４であ
るので、帰還回路９９による帰還量βは１．３２以下で
ある。故に、その他の場合についても同様に、局部量子
化器６が発生する量子化誤差は常に±５６３２（規格化
すると０．５）以内となって、βの値は１．５を超える
ことはなく、このサブループは安定に動作する。

【００１３】よって、このサブループの出力を微分回路
１０によって１階微分したものとメインループの出力を
加算器１２により加算すると、（数３）に示す通りの入
出力関係を有する４次のノイズシェーピング効果を有す
る量子化器が得られる。

【００１４】

【数３】

【００１５】この回路を３２倍オーバーサンプリングで
動作させると、約１１８ｄＢのダイナミックレンジを得
ることができる。

【００１６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記のよ
うな構成では、無信号入力時においても回路動作が停止
することなくΔ−Σ型量子化器特有のシェーピングノイ
ズを発生させ続け、無信号時における残留ノイズがゼロ
にならないという問題点があった。

【００１７】本発明は上記の問題点に鑑み、無信号入力
時には残留ノイズを発生させない量子化器を提供するこ
とを目的とするものである。

【００１８】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に本発明による量子化器は、入力信号の量子化を行う第
１の局部量子化器を有し、与えられた入力信号のノイズ
シェーピングを行う第１のΔ−Σ型量子化器と、入力信
号の量子化を行う第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検出する第２の検出
手段と、前記量子化誤差を入力とし、所定の伝達関数を
有する帰還回路と、前記第１のΔ−Σ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第２のΔ−Σ型量子化器
と、前記第２のΔ−Σ型量子化器の出力を第１のΔ−Σ
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、前記微分器と前記第１の局部量子化器の出力を加算
する加算手段と、前記第１の局部量子化器が、前記帰還
回路の出力レベルに基づき前記第１の局部量子化器の出
力の値を変化させる局部量子化器であり、更に、無信号
入力時に前記第１の局部量子化器の出力と前記第１の検
出手段の出力に基づき、前記第１の局部量子化器が発生
する量子化誤差が一定の値以下になるまで減少するよう
に所定の数値を発生して第１のΔ−Σ型量子化器に入力
する数値発生器と、前記加算手段の出力が所定回数以上
連続してゼロであることを検出するゼロ検出手段とを具
備し、前記ゼロ検出手段出力に基づき、前記第１，第２
のΔ−Σ型量子化器と、前記微分器とをリセットする構
成としたものである。

【００１９】

【作用】上記のように無信号入力時に第１のΔ−Σ型量
子化器の量子化誤差が一定の範囲に入るまで小さくなる
ように量子化器に所定の値を入力し、この量子化器の出
力が一定回数以上ゼロが連続して現われることを検出し
てリセットするようにしたため、リセット時に量子化器
がノイズを発生させることなく回路動作を停止させるこ
とができるものである。

【００２０】

【実施例】以下、図面に基づき本発明の説明を行う。図
１は本発明による量子化器の実施例を示すブロック図で
ある。なお、この図において図９と同一機能を有するも
のについては同一の記号を付し詳細な説明は省略する。 １は局部量子化器であり、端子Ｃより与えられる制御信
号に基づき、入力Ｘより与えられる入力信号の量子化を
行う。ここでは図２に示す通り、局部量子化器２０，加
算器２２，振幅検出器２１によって構成されており、従
来例である図９と同じ構成になっている。９は帰還回路
であり、（数１）に示す通りの伝達関数を有している。 具体的には図３に示す通りの構成となっており、リセッ
ト付の遅延回路３０〜３５，乗算器３６〜４１，加算器
４２〜４４により、（数４）に示す通りの伝達関数Ｈ（
ｚ）を得ている。

【００２１】

【数４】

【００２２】ここでは、ａ＝−２，ｂ＝２．５，ｃ＝−
１，ｄ＝１，ｅ＝−０．５，ｆ＝０としている。１３は
数値発生器であり、具体的には図４に示す通りの構成と
なっている。即ち、局部量子化器４６が、Ａ＞４ならば
Ｙ＝−１を、Ａ＜−４ならばＹ＝−１を出力する。ゼロ
検出器４７がＢ≠０ならば「０」を出力し、ゲート４８
によって端子Ｘに与えられた値をゼロにして端子Ｙより
出力する。結果として、数値発生器１３全体としては、
Ｂ＝０のとき、Ａ＞４ならばＹ＝−１を、Ａ＜−４なら
ばＹ＝−１を出力し、Ｂ≠０のときはＹ＝０を出力する
ようになっている。１５はゼロ検出器であり、具体的に
は図５に示す通りの構成となっている。即ち、この量子
化器全体のシステムクロックＦｓをクロック入力とする
リセット付カウンタ５０によって、入力がゼロのときは
カウンタ５０がシステムクロックＦｓをカウントし、カ
ウンタ値が３２になると端子Ｑが「１」から「０」に反
転する。するとクロックの立ち下がりエッジで動作する
Ｄフリップフロップ５１の端子Ｑが「１」になり、ＡＮ
Ｄゲート５３からは１クロック分だけ「１」が出力され
る。

【００２３】次に、図１の動作について説明する。局部
量子化器１，減算器２，加算器３，遅延回路４によって
第１のΔ−Σ型量子化器であるメインループが構成され
、局部量子化器６，減算器８，帰還回路９，加算器７に
よって第２のΔ−Σ型量子化器であるサブループが構成
されている。減算器２によって局部量子化器１が発生す
る量子化誤差Ｖｑ１が取り出されている。ここで、入力
Ｘとして無信号が与えられると無信号検出フラグＺＦＬ
Ｇが「１」になり、セレクタ１４によって数値発生器１
３からの出力が加算器３に与えられる。数値発生器１３
は、メインループの発生する量子化誤差Ｖｑ１に応じて
「＋１」或は「−１」を出力している。故に、いま仮に
Ｖｑ１＝−５００であったとすると、遅延回路９出力を
βとして、「−１１２６４≦β≦＋１１２６３」のとき
、数値発生器１３は「−１」を出力し、振幅検出器２１
は「０」を出力するので、遅延回路４の出力は「＋５０
０」，「＋４９９」，「＋４９８」，…と減少していく
。「β≦−１１２６４」のとき、振幅検出器２１が「−
５６３２」を出力するので、局部量子化器１の出力Ｗ＝
−１となる。このときは、数値発生器１３のＢ入力≠０
、数値発生器１３のＹ出力＝０であるので、遅延回路４
の出力は「６１３２（＝５６３２＋５００）」と一次的
に大きくなるが、次のサイクルではＷ＝＋１が出力され
ることになり、遅延回路４の出力は「＋５００」に戻る
。

【００２４】このようにして、局部量子化器１が発生す
る量子化誤差Ｖｑ１の絶対値は徐々に小さくなり、Ｖｑ
１＝−４となったところで固定される。

【００２５】この時点でサブループでは、Ｖｑ１＝−４
、＋４という微少な、しかし一定した入力が与えられ続
けることとなる。これは即ち、Δ−Σ型量子化器に対し
て微少な直流値を与えることになる。一般的にΔ−Σ型
量子化器に対して微少な直流値を与えると、「０」を繰
り返し出力し、時々「０」以外の値を出力することによ
り入力された直流値を表現する状態と、「０」以外の値
を頻繁に出力することにより入力された直流値を表現す
る状態とをゆっくりと繰り返す。

【００２６】故に、このサブループにおいてもゼロを繰
り返し出力する状態が存在し、一定回数（ここでは３２
回）以上ゼロが連続して現われると、ゼロ検出器１５内
においてカウンタ５０のＱ出力が「１」になり、ゼロ検
出器１５がリセット信号を発生して遅延回路４，帰還回
路９，微分回路１０をリセットする。これらがリセット
されると、量子化器内部の値がすべてゼロになるため、
局部量子化器１，局部量子化器６は常に「０」を出力す
ることになり、加算器１２の出力からは常時「０」が出
力される。また、遅延回路４，帰還回路９，微分回路１
０がリセットされたときには、元々加算器１２から「０
」が連続して出力されているので、リセットに伴うパル
ス状ノイズなどの聴感上問題になるような音は発生しな
い。また、メインループの量子化誤差Ｖｑ１が「＋４」
或は「−４」になったときに、数値発生器１３によって
メインループに与えられる信号が「−１」或は「＋１」
から「０」に変化するが、ここでは「１ＬＳＢ」という
非常に微少な信号による直流変化であるので、聴感上全
く聞こえることはない。

【００２７】以上のように構成することにより、ノイズ
などを発生することなく量子化器をリセットすることが
できる。

【００２８】図６は本発明による量子化器の他の実施例
である。なお、この図において図１〜５および図９と同
一機能を有するものについては同一の記号を付し詳細な
説明は省略する。この実施例においては、メインループ
を局部量子化器１，加算器３，遅延回路４，積分器５を
用いて構成した場合について示している。サブループへ
は減算器２によって局部量子化器１が発生する量子化誤
差Ｖｑ１を取り出している。メインループにおける入出
力の関係式は図１の場合と全く同一になり、また、数値
発生器１３の端子Ａへの入力についても、図１，図６共
に量子化誤差Ｖｑ１を１サイクル遅延させたものである
ので、図６に示す回路が図１と同様の動作を行うことは
明らかである。

【００２９】図７は局部量子化器１の他の実施例であり
、帰還回路９の出力を乗算器７１を用いて例えば０．５
倍した後「１１２６４」で規格化し局部量子化器２０の
出力に加算するようにしたものである。このような局部
量子化器１を用いたものであっても図１の通りに構成す
れば同様にしてノイズを発生させることなく量子化器を
リセットすることができる。

【００３０】図８は数値発生器１３の他の実施例である
。この場合は、ラッチ８０を用いて、局部量子化器１の
出力が「０」でない場合は、局部量子化器１の出力＝１
となる直前の局部量子化器４６の出力をラッチ８０にて
ラッチし、この値を出力するようにしたものである。 このように構成することにより、セレクタ１４から出力
される値が常に一定となり、頻繁に局部量子化器１が「
＋１」，「−１」を出力するような場合においても交流
成分の無い微少な直流値が加算器３に入力され、量子化
器の出力Ｙから可聴領域の信号が出力されることが防止
できる。

【００３１】なお、無信号入力を検出する手段について
は触れなかったが、例えば図５に示すような連続して一
定回数以上ゼロが続くと「１」を出力するものでよい。 図５の場合で言えば、Ｄフリップフロップ５１のＱ出力
を無信号検出フラグＺＦＬＧとして取り出し、セレクタ
１４の端子Ｓに与えるようにすればよい。また、数値発
生器１３は、Ａ入力が「４」を超える場合には、入力値
に関係なくＹ＝−１を出力するようにしたが、無論これ
に限ったものではなく、入力Ａと出力Ｙの関係が、例え
ば、（数５）に示すようなものであっても良いことはい
うまでもない。

【００３２】

【数５】

【００３３】このように構成することにより、メインル
ープにて発生される量子化誤差Ｖｑ１をより早く小さく
することができる。また、ゼロ検出器１５については、
上記の実施例においては３２回連続してゼロが続いた場
合にリセットパルスを発生するようにしているが、要求
されるノイズレベルがそれほど厳しくない場合は更に少
ない回数でリセットパルスを発生しても良いものである
。

【００３４】

【発明の効果】以上のべたように本発明は、入力信号の
量子化を行う第１の局部量子化器を有し、与えられた入
力信号のノイズシェーピングを行う第１のΔ−Σ型量子
化器と、入力信号の量子化を行う第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検出
する第２の検出手段と、該量子化誤差を入力とし、所定
の伝達関数を有する帰還回路と、前記第１のΔ−Σ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第２のΔ−
Σ型量子化器と、前記第２のΔ−Σ型量子化器の出力を
第１のΔ−Σ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、前記微分器と前記第１の局部量子化器
の出力を加算する加算手段と、前記第１の局部量子化器
が、前記帰還回路の出力レベルに基づき前記第１の局部
量子化器の出力の値を変化させる局部量子化器であり、
更に、無信号入力時に該第１の局部量子化器の出力と前
記第１の検出手段出力に基づき、前記第１の局部量子化
器が発生する量子化誤差が一定の値以下になるまで減少
するように所定の数値を発生して前記第１のΔ−Σ型量
子化器に入力する数値発生器と、前記加算手段の出力が
所定回数以上連続してゼロであることを検出するゼロ検
出手段とを具備し、前記ゼロ検出手段の出力に基づき、
前記第１、第２のΔ−Σ型量子化器と、前記微分器とを
リセットするよう構成したことにより、ノイズ等を発生
することなく量子化器をリセットすることができ、無信
号入力時における残留雑音を著しく減少させることがで
きるという優れた効果を有するものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による量子化器の実施例を示すブロック
図である。

【図２】図１における局部量子化器１の具体的構成の１
例を示すブロック図である。

【図３】図１における帰還回路９の具体的構成の１例を
示すブロック図である。

【図４】図１における数値発生器１３の具体的構成の１
例を示すブロック図である。

【図５】図１におけるゼロ検出器１５の具体的構成の１
例を示すブロック図である。

【図６】本発明による量子化器の他の実施例を示すブロ
ック図である。

【図７】図１における局部量子化器１の他の具体的構成
の１例を示すブロック図である。

【図８】図１における数値発生器１３の他の具体的構成
の１例を示すブロック図である。

【図９】従来の量子化器の構成を示すブロック図である
。

【符号の説明】

１，６　　局部量子化器 ２，８　　減算器 ３，７　　加算器 ５　　積分器 ４　　１１　　遅延回路 ９　　帰還回路 １３　　数値発生器 １５　　ゼロ検出器

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　入力信号の量子化を行う第１の局部量
   子化器を有し、与えられた入力信号のノイズシェーピン
   グを行う第１のΔ−Σ型量子化器と、入力信号の量子化
   を行う第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検出する第２の検出手段と、前
   記量子化誤差を入力とし、所定の伝達関数を有する帰還
   回路と、前記第１のΔ−Σ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第２のΔ−Σ型量子化器と、前記第
   ２のΔ−Σ型量子化器の出力を第１のΔ−Σ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、前記微
   分器と前記第１の局部量子化器の出力を加算する加算手
   段と、前記第１の局部量子化器が、前記帰還回路の出力
   レベルに基づき前記第１の局部量子化器の出力の値を変
   化させる局部量子化器であり、更に、無信号入力時に前
   記第１の局部量子化器の出力と前記第１の検出手段の出
   力に基づき、前記第１の局部量子化器が発生する量子化
   誤差が一定の値以下になるまで減少するように所定の数
   値を発生し、前記第１のΔ−Σ型量子化器に入力する数
   値発生器と、前記加算手段の出力が所定回数以上連続し
   てゼロであることを検出するゼロ検出手段とを具備し、
   前記ゼロ検出手段の出力に基づき、前記第１，第２のΔ
   −Σ型量子化器と、前記微分器とをリセットする量子化
   器。