JPH04320113A - ノイズシェーピング型量子化器 - 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。

【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
れてきている。これに伴い、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、ノイズシェーピング型の量子化
器がよく用いられている。ノイズシェーピングを用いた
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示
されている。この量子化器を用いると、発振等を起こす
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。

【０００３】以下に従来の多段ノイズシェーピング型に
よる量子化器について説明する。図１０は従来の多段ノ
イズシェーピング型による量子化器の一例を示すもので
ある。図１０において、１０はメインループとなる１次
のノイズシェーピング型量子化器であり、第１の局部量
子化器７、減算器４、レジスタ５、加算器３によって構
成されている。そして１１はサブループとなる２次のノ
イズシェーピング型量子化器であり、第２の局部量子化
器８、減算器４、レジスタ５、加算器３、および乗算器
６によって構成されている。さらに前記サブループ１１
の出力は、微分器９によって１回微分され、さらに微分
器９の出力と、メインループ１０の出力とを加算器３に
よって加算することにより、出力信号２を得る以上のよ
うに構成された従来の多段ノイズシェーピング型量子化
器に対して、その動作を説明する。まずメインループ１
０は入力信号１（ＩＮ）に対して１次のノイズシェーピ
ングを行う。従ってその出力信号１３（ＯＵＴｍ）は下
式のようになる。ただし、下式におけるＶｑ１とは前記
第１の局部量子化器７において付加される量子化誤差の
ことである。

【０００４】

【数１】

【０００５】次にサブループ１１は、前記量子化誤差Ｖ
ｑ１を逆極性にした信号１２（−Ｖｑ１）を入力とし、
この入力信号に対して、２次のノイズシェーピングを行
う。 そしてさらに前記サブループ１１の出力に対して、微分
器９によって（１−Ｚ−１）といった微分演算を行う。 従って微分器９の出力信号１４（ＯＵＴｓ）は下式のよ
うになる。ただし、下式におけるＶｑ２とは前記第２の
局部量子化器８において付加される量子化誤差のことで
ある。

【０００６】

【数２】

【０００７】そして最終的に、前記メインループ１０の
出力１３（ＯＵＴｍ）と微分器９の出力１４（ＯＵＴｓ
）とを加算器３によって加えあわせ、出力信号２（ＯＵ
Ｔ）を得る。従って出力信号２は下式のようになり、第
１の局部量子化器７によって付加される量子化誤差Ｖｑ
１は完全に打ち消され、全体として、３次のノイズシェ
ーピングを行った事になる。

【０００８】

【数３】

【０００９】また図１１に第１の局部量子化器７の入出
力特性、図１２に第２の局部量子化器８の入出力特性を
示す。図１１および図１２におけるＰとは各局部量子化
器の量子化ステップの１／２の値である。そして個々の
ノイズシェーパーが安定に動作するための条件は、各局
部量子化器の量子化誤差（Ｖｑ１，Ｖｑ２）が−Ｐ〜＋
Ｐの範囲におさまる事である。メインループ１０は１次
のノイズシェーパーであるため、帰還回路のゲインは１
倍であり、加算器３によって入力信号１に加えられる帰
還信号は、−Ｐ〜＋Ｐの範囲におさまる。従って第１の
局部量子化器７が図１１に示すような入出力特性を持つ
場合は、入力信号１の振幅を−６Ｐ〜＋６Ｐとすれば、
第１の局部量子化器７の入力信号は−７Ｐ〜＋７Ｐとな
る。 この時、量子化誤差Ｖｑ１は常に−Ｐ〜＋Ｐの範囲にお
さまるため、メインループ１０は常に安定に動作する。 次にサブループ１１は２次のノイズシェーパーであるた
め、帰還回路のゲインは最大３倍であり、加算器３によ
って入力信号１２（−Ｖｑ１）に加えられる帰還信号は
、−３Ｐ〜＋３Ｐの範囲となる。前記のようにメインル
ープ１０が常に安定に動作する場合、サブループ１１の
入力信号１２（−Ｖｑ１）は−Ｐ〜＋Ｐとなるので、第
２の局部量子化器８の入力信号は−４Ｐ〜＋４Ｐとなる
。この場合サブループ１１を安定に動かすためには、最
低でも図１２に示したような４値出力の局部量子化器が
必要となる。そして第２の局部量子化器８の出力階調が
４値であれば、微分器９の出力階調は７値となってしま
う。

【００１０】

【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、サブループの局部量子化器の出力階調が
多くなるため、全体の出力に占めるメインループの割合
が少なくなり、ダイナミックレンジやＳ／Ｎ比が悪くな
るといった問題点を有していた。

【００１１】本発明は上記従来の問題点を解決するもの
で、サブループの局部量子化器の出力階調を減らせる事
によって、出力振幅を大きくして、ダイナミックレンジ
やＳ／Ｎ比を向上させる事を目的として、なされたもの
である。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に本発明によるノイズシェーピング型量子化器は、入力
信号の量子化を行う第１の局部量子化器と、与えられた
入力のノイズシェーピング演算を行う第１のノイズシェ
ーピング型量子化器と、前段のノイズシェーピング型量
子化器が発生する量子化誤差を入力とし、それぞれの局
部量子化器によって、与えられた入力のノイズシェーピ
ングを行う、一つもしくは複数のノイズシェーピング型
量子化器と、第２段め以降のノイズシェーピング型量子
化器の出力を、それぞれの前段のノイズシェーピング型
量子化器が出力する再量子化誤差が打ち消されるように
微分する微分器とを有し、前記第１のノイズシェーピン
グ型量子化器出力と、前記微分器出力とを全て加算し、
その加算結果を出力として取り出すように構成された多
段ノイズシェーピング型量子化器において、前記第２段
目以降のノイズシェーピング型量子化器の局部量子化器
の入力信号に対して、あらかじめ決められた所定の演算
処理を行った後で、それぞれの前段のノイズシェーピン
グ型量子化器に対して再帰還をかけ、前記第２段目以降
のノイズシェーピング型量子化器を安定に動作させるよ
うに構成したものである。

【００１３】

【作用】本発明は上記した構成によって、サブループの
局部量子化器の出力階調を減らしても、サブループを安
定に動作させる事が可能となり、その結果、全体の出力
に占めるメインループの割合が多くなり、ダイナミック
レンジやＳ／Ｎ比が良くなる。

【００１４】

【実施例】（実施例１）以下図１に示した本発明による
多段ノイズシェーピング型量子化器の一実施例について
、図面を参照しながら説明する。

【００１５】図１において、加算器３、減算器４、レジ
スタ５、乗算器６、第１の局部量子化器７、微分器９は
図１０に示したそれと同じ物である。そして１５はサブ
ループ１１における第２の局部量子化器であり、図２に
示すような入出力関係を持つ。１６はサブループ１１か
らの再帰還信号入力を持った、再帰還信号入力付きメイ
ンループであり、入出力特性を切り換える事が可能な局
部量子化器２０を有する。１７はサブループ１１の第２
の局部量子化器１５の入力信号であり、再帰還信号演算
回路１８によって所定の演算を行った後、レジスタ２１
によってその出力をラッチする。そしてレジスタ２１の
出力である再帰還信号１９は、入出力特性切り換え型局
部量子化器２０に再帰還される。

【００１６】以上のように構成された本発明による多段
ノイズシェーピング型量子化器について、以下その動作
を説明する。なお、再帰還信号演算回路１８の入出力特
性は、図３に示したような特性とする。まず従来例につ
いて説明したのと同様に、サブループ１１は２次のノイ
ズシェーパーであるため、再帰還動作を行なわない場合
は、第２の局部量子化器１５の入力信号１７は−４Ｐ〜
＋４Ｐの範囲の値となる。そして例えば第２の局部量子
化器１５の入力信号１７が＋３Ｐよりも大きくなった場
合は、再帰還信号演算回路１８の出力が＋Ｐ以上となる
。そしてこの値がレジスタ２１によってラッチされ、入
出力特性切り換え型量子化器２０に入力される。これに
より、サブループ１１の入力信号１２の値は０よりも小
さくなるように再帰還がかかる。そして従来例で説明し
たように、サブループ１１の帰還信号の値は−３Ｐ〜＋
３Ｐの範囲であるので、結局第２の局部量子化器１５の
入力信号１７の値は必ず＋３Ｐよりも小さな値となる。 また第２の局部量子化器１５の入力信号１７が−３Ｐよ
りも小さくなった時は、その逆の再帰還がかかり、第２
の局部量子化器１５の入力信号１７の値は、やはり−３
Ｐよりも大きな値となる。この様に、図１０に示した従
来例では、サブループ１１の局部量子化器の入力信号が
、−４Ｐ〜＋４Ｐとなったが、本発明による多段ノイズ
シェーピング型量子化器では、上記の再帰還動作により
、第２の局部量子化器１５の入力信号１７は、常に−３
Ｐ〜＋３Ｐとなる。従って第２の局部量子化器１５は図
２に示したような、３値出力とする事が可能となる。

【００１７】またメインループ１６の動作に関しては、
入出力特性切り換え型量子化器２０によって付加される
量子化誤差が−２Ｐ〜＋２Ｐの範囲で変化する事の他は
、図１０におけるメインループ１０の動作と同じである
。

【００１８】この結果メインループ１６の出力１３（Ｏ
ＵＴｍ）およびサブループ１１の出力につながった微分
器９の出力１４（ＯＵＴｓ）はそれぞれ下式の様になる
。なお下式におけるＦｂとはレジスタ２１の出力である
再帰還信号１９の事である。

【００１９】

【数４】

【００２０】

【数５】

【００２１】上記のようにメインループにおいては、量
子化誤差がＦｂだけ増えた形となるが、サブループにお
いて、（Ｖｑ１＋Ｆｂ）を量子化する事によって、全体
としての出力２（ＯＵＴ）は下式に示すように、図１０
の従来例と同じになる。

【００２２】

【数６】

【００２３】以上のように、本発明による多段ノイズシ
ェーピング型量子化器は、従来の多段ノイズシェーピン
グ型量子化器と同じ入出力関係を保ちながら、サブルー
プの局部量子化器の出力階調を減らす事が出来る。

【００２４】（実施例２）以上に説明した実施例は前記
特許請求の範囲第２項による再帰還信号演算回路１８と
、前記特許請求の範囲第７項による入出力特性切り換え
型量子化器２０によるものである。この他にも図１にお
ける再帰還信号演算回路１８を、図４に示したような入
出力特性を持つ、前記特許請求の範囲第３項に基づいた
デッドゾーン付き量子化器とする事も可能である。前記
第１の実施例では再帰還信号演算回路１８がデッドゾー
ン付き乗算器であり、再帰還信号演算回路１８が乗算器
とコンパレータを必要としたのに対し、前記特許請求の
範囲第３項に基づいたデッドゾーン付き量子化器を用い
ると、再帰還信号演算回路１８がコンパレータのみによ
って構成されるため、ハードウエアの規模を小さくする
事が出来る。

【００２５】（実施例３）次に図１における再帰還信号
演算回路１８を、図５に示したような入出力特性を持つ
、前記特許請求の範囲第４項に基づいた単純な乗算器と
した場合の実施例について説明する。この方式の特徴は
、まず前記図３に示した再帰還信号演算回路１８の構成
に比べてコンパレータが不要となり、ハードウエアの規
模が小さく出来る事である。その上サブループからメイ
ンループに対して常になんらかの再帰還がかかるため、
サブループの発振をいち早く防ぐ事が出来る事である。

【００２６】（実施例４）最後に図１における再帰還信
号演算回路１８を、図６に示したような入出力特性を持
つ、前記特許請求の範囲第５項に基づいた単純な量子化
器とした場合の実施例について説明する。この方式の特
徴は、前記図５に示した構成例と同様に、サブループか
らメインループに対して常になんらかの再帰還がかかる
ため、サブループの発振をいち早く防ぐ事が出来る事で
ある。また量子化器のみによって構成される事により、
乗算器によって構成される場合よりも、ハードウエアの
規模を小さくする事が出来る。

【００２７】また入出力特性切り換え型量子化器２０の
構成に関しては、再帰還信号演算回路１８が図４や図６
に示したような構成となった場合、図１に示した構成の
他にも、図７，図８及び図９に示した構成とする事も可
能である。図７に示した入出力特性切り換え型量子化器
２０は、特許請求の範囲第８項に基づくものであり、第
１の量子化器７の出力部に加算器を設ける事によって実
現される。また図８に示した入出力特性切り換え型量子
化器２０は、特許請求の範囲第９項に基づくものであり
、複数の局部量子化器７，２２，２３を再帰還信号１９
によって切り換える構成になっている。さらに図９に示
した入出力特性切り換え型量子化器２０は、特許請求の
範囲第１０項に基づくものであり、加算器も複数の量子
化器も持たず、複数の比較器の組み合わせ等により再帰
還信号１９に応じて入出力特性が任意に切り替わる構成
になっている。

【００２８】また上記実施例における多段ノイズシェー
ピング型量子化器では、その段数を２段として説明した
が、３段以上の構成とする事も可能である。

【００２９】

【発明の効果】以上述べたように本発明による多段ノイ
ズシェーピング型量子化器は、入力信号の量子化を行う
第１の局部量子化器と、与えられた入力のノイズシェー
ピング演算を行う第１のノイズシェーピング型量子化器
と、前段のノイズシェーピング型量子化器が発生する量
子化誤差を入力とし、それぞれの局部量子化器によって
、与えられた入力のノイズシェーピングを行う、一つも
しくは複数のノイズシェーピング型量子化器と、第２段
め以降のノイズシェーピング型量子化器の出力を、それ
ぞれの前段のノイズシェーピング型量子化器が出力する
再量子化誤差が打ち消されるように微分する微分器とを
有し、前記第１のノイズシェーピング型量子化器出力と
、前記微分器出力とを全て加算し、その加算結果を出力
として取り出すように構成された多段ノイズシェーピン
グ型量子化器において、前記第２段目以降のノイズシェ
ーピング型量子化器の局部量子化器の入力信号に対して
、あらかじめ決められた所定の演算処理を行った後で、
それぞれの前段のノイズシェーピング型量子化器に対し
て再帰還をかけ、前記第２段目以降のノイズシェーピン
グ型量子化器を安定に動作させるように構成する事によ
り、サブループの局部量子化器の出力階調を減らしても
、サブループを安定に動作させる事が可能となり、結果
として全体の出力に占めるメインループの割合が多くな
り、ダイナミックレンジやＳ／Ｎ比が良くなるといった
効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例の多段ノイズシェーピング型量
子化器の構成を示すブロック図

【図２】本発明の実施例におけるサブループの局部量子
化器の入出力特性図

【図３】本発明の実施例における再帰還信号演算回路の
入出力特性図

【図４】本発明の第２の実施例による再帰還信号演算回
路の入出力特性図

【図５】本発明の第３の実施例による再帰還信号演算回
路の入出力特性図

【図６】本発明の第４の実施例による再帰還信号演算回
路の入出力特性図

【図７】本発明の第５の実施例による入出力特性切り換
え型量子化器のハードウエア構成を示す図

【図８】本発
明の第６の実施例による入出力特性切り換え型量子化器
のハードウエア構成を示すブロック図

【図９】本発明の
第７の実施例による入出力特性切り換え型量子化器のハ
ードウエア構成を示すブロック図

【図１０】従来の多段
ノイズシェーピング型量子化器の構成を示すブロック図

【図１１】従来例におけるメインループの局部量子化器
の入出力特性図

【図１２】従来例におけるサブループの局部量子化器の
入出力特性図

【符号の説明】

３　　加算器 ４　　減算器 ５　　レジスタ ６　　乗算器 ７　　局部量子化器 ８　　局部量子化器 ９　　微分器 １５　　局部量子化器 １８　　再帰還信号演算回路 ２０　　入出力特性切り換え型量子化器２１　　レジス
タ ２２　　局部量子化器 ２３　　局部量子化器

Claims (10)

【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
   器と、与えられた入力のノイズシェーピング演算を行う
   第１のノイズシェーピング型量子化器と、前段のノイズ
   シェーピング型量子化器が発生する量子化誤差を入力と
   し、それぞれの局部量子化器によって与えられた入力の
   ノイズシェーピングを行う一つもしくは複数のノイズシ
   ェーピング型量子化器と、第２段め以降のノイズシェー
   ピング型量子化器の出力をそれぞれの前段のノイズシェ
   ーピング型量子化器が出力する再量子化誤差が打ち消さ
   れるように微分する微分器とを有し、前記第１のノイズ
   シェーピング型量子化器の出力と前記微分器の出力とを
   全て加算し、その加算結果を出力として取り出すように
   構成された多段ノイズシェーピング型量子化器において
   、前記第２段目以降のノイズシェーピング型量子化器の
   局部量子化器の入力信号に対して、あらかじめ決められ
   た所定の演算処理を行った後、それぞれの前段のノイズ
   シェーピング型量子化器に対して再帰還をかけ、前記第
   ２段目以降のノイズシェーピング型量子化器を安定に動
   作させるように構成した事を特徴とする多段ノイズシェ
   ーピング型量子化器。
2. 【請求項２】前記第２段目以降のノイズシェーピング型
   量子化器の局部量子化器の入力信号に対して行う所定の
   演算処理を、デッドゾーンを有し、入力信号が前記デッ
   ドゾーンを越えた場合のみ一定の係数を掛け合わせると
   いった、デッドゾーン付き乗算を行なう乗算器と、乗算
   結果をラッチするレジスタによって実現する事を特徴と
   する請求項１記載の多段ノイズシェーピング型量子化器
   。
3. 【請求項３】前記第２段目以降のノイズシェーピング型
   量子化器の局部量子化器の入力信号に対して行う所定の
   演算処理を、一定の入出力関係を持ち、さらにデッドゾ
   ーンを有するといった、デッドゾーン付き量子化器と、
   量子化結果をラッチするレジスタによって実現する事を
   特徴とする請求項１記載の多段ノイズシェーピング型量
   子化器。
4. 【請求項４】前記第２段目以降のノイズシェーピング型
   量子化器の局部量子化器の入力信号に対して行う所定の
   演算処理を、一定の係数を掛け合わせる単純な乗算器と
   、乗算結果をラッチするレジスタによって実現する事を
   特徴とする請求項１記載の多段ノイズシェーピング型量
   子化器。
5. 【請求項５】前記第２段目以降のノイズシェーピング型
   量子化器の局部量子化器の入力信号に対して行う所定の
   演算処理を、一定の入出力関係を持った量子化器と、量
   子化結果をラッチするレジスタによって実現する事を特
   徴とする請求項１記載の多段ノイズシェーピング型量子
   化器。
6. 【請求項６】前記第２段目以降のノイズシェーピング型
   量子化器の内部信号をもとに、あらかじめ決められた所
   定の演算処理を行った後で、それぞれの前段のノイズシ
   ェーピング型量子化器に対して再帰還をかける動作を、
   前記前段のノイズシェーピング型量子化器の局部量子化
   器の入出力特性を変化させる事によって実現する事を特
   徴とする請求項１記載の多段ノイズシェーピング型量子
   化器。
7. 【請求項７】前記前段のノイズシェーピング型量子化器
   の局部量子化器の入出力特性の変化を、局部量子化器の
   入力部に加算器を設ける事によって、実現する事を特徴
   とする請求項６記載の多段ノイズシェーピング型量子化
   器。
8. 【請求項８】前記前段のノイズシェーピング型量子化器
   の局部量子化器の入出力特性の変化を、局部量子化器の
   出力部に加算器を設ける事によって、実現する事を特徴
   とする請求項６記載の多段ノイズシェーピング型量子化
   器。
9. 【請求項９】前記前段のノイズシェーピング型量子化器
   の局部量子化器の入出力特性の変化を、それぞれ異なっ
   た入出力特性を持った、複数の局部量子化器の出力を切
   り換える事によって、実現する事を特徴とする請求項６
   記載の多段ノイズシェーピング型量子化器。
10. 【請求項１０】前記前段のノイズシェーピング型量子化
    器の局部量子化器の入出力特性の変化を、入力部、出力
    部の他に入出力特性を切り換えるための、制御信号入力
    部を持った、制御信号入力付き局部量子化器によって、
    実現する事を特徴とする請求項６記載の多段ノイズシェ
    ーピング型量子化器。