JPH0430620A - 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】

産業上の利用分野 本発明は、語長の長いデジタル信号を高速サンプリング
された語長の短いデジタル信号に変換する量子化器に関
する。 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いる。こ
れにともない、デジタルアナログ変換器の高性能化、ロ
ーコスト化がさらに重要となってきている。これら目的
のために、量子化器がよく用いられる。第４図にそのブ
ロック図を示し、その説明を行う（たとえば、特願昭６
２−２３０１１４号公報）。 加算器３、局部量子化器１０１、減算器２、遅延器４に
より１次の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１００が構成さ
れている。また、加算器７、局部量子化器６、減算器８
、帰還回路９により２次のシェーピング次数を有する二
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
１０６が構成されている。二重積分型ノイズシェーピン
グ量子化器には、減算器２により局部量子化器１０１の
入出力差と帰還回路９により遅延出力が与えられている
。また、帰還回路９には、減算器８により局部量子化器
６の入出力差が与えられる。なお、ここでは、入力Ｘは
１６ビツトのディジタル信号であり、局部量子化器１０
１　、６は第１表および第２表に示すとおりの量子化を
行なっている。なお、出力は１１２６４で規格化してい
る。この表を見てわかるとおり、３３７９２がＯｄＢに
相当する。 〔以下余白〕 第 表 第 表 また、帰還回路９は（１）式で表わされる伝達関数を有
しており、具体的には第５図に示すとおりの構成となっ
ている。ここで、４１．４２は遅延器、４３は減算器、
４４は乗算器であり、入力値を２倍するもめである。 Ｈ（Ｚ）　＝　−２７−’＋　Ｚ−２・＋１）ここで、
局部量子化器１０１により発生される量子化誤差をＶｑ
ｌ、局部量子化器６により発生される量子化誤差をＶＯ
２とすると、メインループ１００の入力Ｘ、出力Ｑ１の
関係、およびサブループ１０６の入力Ｘ′、出力Ｑ２の
関係は（２）式、（３）式のとおり表わされる。 Ｑ　１　＝Ｘ＋（１−ｚ　−’）　・ＶＱｌ・１２）Ｑ
２　＝Ｘ’　〒（１−ｚ　−’）　’　・ｖｑ２・・・
（３）ここで、加算器２の出力は局部量子化器１の入出
力差であるので、 Ｘ’＝−ＶＱｌ・・・（４） よって、サブループ１０６の出力Ｑ２を微分器１０によ
りメインループ１００の局部量子化器１０１のシェーピ
ング次数に応じて微分した後、加算器１２によりメイン
ループ１００の出力Ｑ１と加算すると、（２）式に示す
Ｖｑｌの項が打ち消され、全体としての入出力Ｘ、Ｙの
関係は（５）式に示すとおりとなる。 Ｙ＝Ｘ±（１−ｚ　−’）　’　−ＶＯ２−（５）ここ
で、Ｑｌの取り得る値、すなわち階調は−３、−２、・
・・、＋３の７とおり（７値）て゛あり、Ｑ２の取り得
る値は−１，０、十１の３値であるので、Ｙの取り得る
値は−５、−４、・・・、＋５の１１値となる。すなわ
ち、入力信号が１１１　（３，４６ビツト）に圧縮され
たことになる６また、（５）式は低域の量子化誤差が高
域に追いやられることを示しており、よって第４図のよ
うに構成することにより、入力されるディジタル信号の
ダイナミックレンジを損なうことなく出力するディジタ
ル信号のビット数を圧縮することができ、３２倍オーバ
ーサンプリングでこの回路を動作させると約ＩＣ３ｄＢ
のダイナミックレンジが得られるものである。 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、直流入力としてた
とえば、３３７９２を超える値が入力されると、メイン
ループ１００における量子化誤差Ｖｑ１が単調増加し、
メインループ１００が発振してしまう。 また、直流入力でない場合であっても、たとえば、−時
的に３３７９２を超える信号を入力するとサブループ１
０６が発振する場合がある。また、メインループ１００
における局部量子化器１０１の出力のＷＭ調を増やせば
発振を防止できるが、このようにすると量子化器全体と
しての階調が増えてしまうという問題があった。 本発明は上記の問題を解決するもので、ＯｄＢを超える
信号が入力されても発振することのない量子化器を提供
することを目的とするものである。 課題を解決するための手段 上記問題を解決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
られた入力のノイズシェーピングを行う第１のノイズシ
ェーピング型量子化器と、前記第１の局部量子化器が発
生する量子化誤差を入力とし、この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の局部量子化器
の出力に対し、前記微分器出力を、前記第１の局部量子
化器が発生する量子化誤差が打ち消されるように加算す
る手段とを備え、この加算結果を出力として取り出すよ
うにした量子化器において、前記微分器の状態に基き、
前記第１の局部量子化器出力の上限値、下限値を制御す
るようにしたものである。 作用 上記構成により、第１のノイズシェーピング型量子化器
の第１の局部量子化器が発生する量子化誤差を入力とし
、この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の出力を、微分器により第
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
に応じて微分し、この微分器の出力を、第１の局部量子
化器が発生する量子化誤差が打ち消されるように第１の
ノイズシェーピング型量子化器の出力に加算し、この加
算結果を出力として取り出すときに、第１のシェーピン
グ型量子化器の第１の局部量子化器の出力の上限値、あ
るいは下限値を微分器の状態に応じて拡大あるいは縮小
するように制御するので、量子化器全体としての出力の
ｐｌ調の増加がなく、メインルーズの発生する量子化誤
差の符号がランダム化され、メインループの発振を防止
することができる。またサブループにおいても同様に発
振を防止することかできる。 実施例 以下本発明の一実施例を図面に基づいて説明する。 第１図は本発明による量子化器の概念を示すブロック図
である。第１図において、２０はメインループであり、
たとえば第４図に示したメインループ１００と同様、単
積分型ノイズシェーピングを行うもので、局部量子化器
１のみが異なっている。 ２１はサブループであり、たとえば第４図に示したサブ
ループ１０６と同様の二重積分型ノイズシェーピングを
行うものである。１０は微分器である０局部量子化器１
は入力される信号に対して、たとえば、第３表に示され
るとおりの量子化を行う、ただし、Ｏｄｅは従来例の場
合と同様３３７９２である。 第 表 サブループ２１の出力はここでは第２表と同様に±１．
０のいずれかであるので、微分器１０の出力は−２〜＋
２である６局部量子化器１は微分器１０の状態、ここで
微分器１０の出力値に応じて出力の上限値、下限値を変
化させ、たとえば、第４表に示すとおり、微分器１０に
よる制御入力が＋２の場合は出力の上限値が＋３となり
、微分器１０の出力が−２の場合には出力の下限値が−
３となるようになっている。ここで微分器１０出力につ
いて考えると、微分器１０に入力される値は−１，０、
＋１の３とおりのみであるので、今、微分器１０出力が
−＋２であったとすると、次の出力値は必ずＯ以下とな
る。何故ならば、微分器１０出力が２であるということ
はその入力が＋２増加したことを意味する。入力が−１
，０、＋１の３とおりであるので、＋２を出力するため
には、−１、＋１の順で入力されていなければならず、
この次にどのような値が入力されようとも０以下の値が
出力されることになる。つまり、２度に１度は必ず局部
量子化器１が＋５、あるいは、−５という値を出力する
ことができることを意味する。 このように構成することにより、従来の０６８以上の入
力が与えられても、メインルーズの発生する量子化誤差
Ｖｑｌは単調増加にならず、より大きな入力に対しても
正常に動作することかでき、しかも量子化器全体の出力
値は一５〜±５の１１値に抑えられた状態で、従来例と
比較してｆｉｌｍが増加することもない。 第２図は本発明による量子化器の具体的な他の実施例を
示すブロック図である。なお、この図において第１図、
第４図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。 この図において、加算器３、局部量子化器５、減算器２
、遅延器４によって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２０が構成され、加算器７、局部
量子化器６、減算器８、帰還回路９によって二重積分型
ノイズシェーピング量子化器となるサブループ２１が構
成されている。また、微分器１０はレジスタからなる遅
延器１４と減算器１３によって構成されており、本実施
例では局部量子化器５が遅延器１４の出力によって制御
されるようになっている０局部量子化器５は第３図に示
されるように局部量子化器３１とその出力を制限するリ
ミッタ３２からなる構成になっており、局部量子化器３
１は第３表に示すとおりの量子化を行う。また、リミッ
タ３２は遅延器１４の出力によって制御され、その出力
に応じて以下に示すとおりの出力値の制限を行う。 遅延器１４出力＝＋１ならば出力上限値＝５、出力下限
値−一３ 遅延器１４出カー〇　ならば出力上限値＝４、出力下限
値−一４ 遅延器１４出カー−１ならば出力上限値＝３、出力下限
値−一５ ここで、入力ＸとしてＯｄＢを超えた値、たとえば直流
値で３５０００が入力された場合について考えると、

【遅延器１４出カー−１の場合】 局部量子化器５は本来であれば４を出力するところであ
るが、リミッタ３２により３を出力する。 よってＶｑｌは徐々に小さな値となる。−Ｖｑｌがサブ
ループに入力されるなめ、帰還回路９の出力βとの和は
徐々に大きくなり、局部量子化器６の出力は０となる。 よって、遅延器１４出力＝０となり、局部量子化器５出
力の上限値＝４が得られ、メインループは発振すること
なく正常に動作する。

【遅延器１４出力＝０または１の場合】局部量子化器５
は本来出力すべき＋４を出力し、次いで、ｉ３を幾度か
出力する。局部量子化器５の出力に対して同等制限が加
わらないため、まったく正常に動作することは明らかで
ある。 なお、＋４と＋３を出力する出力回数の比率は、入力値
３５０００を１１２６４で規格化した値３．１０７が示
すとおり、０．１０７　　：　　（１−０，１０７）　
＝　１　：　８．３５となる。つまり、約９回に１回、
＋４を出力すればよいことになり、換言すれば、遅延器
１４の値が９回に１回、０以上になれば良いことになる
。 このように構成することにより、量子化器全体としての
出力ｌＷ調を増やすことなく入力される信号の振幅の最
大値を拡大することが可能となる。 この実施例の場合、従来例と比教して入力信号レベルを
約＋２ｄＢまで拡大することが可能となる。 なお、以上の実施例において、局部量子化器１としては
−５〜＋５の１１値を出力するものを用いたが、熱論こ
れに限ったものではなく、−４〜＋４の９値、あるいは
、１１値以上のものであって良いことは言うまでもない
、また、メインルーズについても単積分型のノイズシェ
ーピング回路である必要はなく、要は、このループ内に
ある局部量子化器がサブループに接続される微分器の状
態によって出力の上限値、下限値が制御されるものであ
れば良いものである。 発明の効果 以上のように本発明によれば、入力信号の量子化を行う
第１の局部量子化器を有し、与えられた入力のノイズシ
ェーピングを行う第１のノイズシェーピング型量子化器
と、前記第１の局部量子化器が発生する量子化誤差を入
力とし、この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の局部量子化器の出力に対し、前記微
分器出力を、前記第１の局部量子化器が発生する量子化
誤差が打ち消されるように加算する手段とを備え、この
加算結果を出力として取り出すようにした量子化器にお
いて、前記微分器の状態に基き、前記第１の局部量子化
器出力の上限値、下限値を制御するようにしたことによ
り、ＯｄＢを超えるような信号が入力されても、量子化
器が出力する値のｌｌｌ調を増やすことなく、回路の発
振を防止し、常に安定に動作する量子化器を提供するこ
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】

第１図は本発明による量子化器の概念を示すブロック図
、第２図は本発明による量子化器の具体的な他の実施例
を示すブロック図、第３図は同量子化器における局部量
子化器の具体的な一実施例を示すブロック図、第４図は
従来の量子化器を示すブロック図、第５図は同量子イヒ
器における帰還回路の具体例を示すブロック図である。 １．５．６・・・局部量子化器、４・・・遅延器、９・
・・帰還回路、１０・・・微分器、１３・・・減算器、
１４・・・遅延器、２０・・・メインループ（第１のノ
イズシェーピング型量子化器）、２１・・・サブループ
（第２のノイズシェーピング型量子化器）。 代理人　　　森　　本　　義　　私 記 図 第 図 ／Ｉ・・−徹房渠、 Ｊ／・４−ロＩ、 第４図 第５図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、入力信号の量子化を行う第１の局部量子化器を有し
   、与えられた入力のノイズシェーピングを行う第１のノ
   イズシェーピング型量子化器と、前記第１の局部量子化
   器が発生する量子化誤差を入力とし、この量子化誤差の
   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
   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の局部量
   子化器の出力に対し、前記微分器出力を、前記第１の局
   部量子化器が発生する量子化誤差が打ち消されるように
   加算する手段とを備え、この加算結果を出力として取り
   出すようにした量子化器であって、前記微分器の状態に
   基き、前記第１の局部量子化器出力の上限値、下限値を
   制御するように構成した量子化器。 ２、微分器が遅延器と遅延器入力から遅延器出力を減算
   する減算器によって構成され、前記遅延器の値に基づい
   て前記第１の局部量子化器の出力値の上限値、下限値を
   変化させるように構成した請求項１記載の量子化器。