JPH0629847A - 自己トラッキング多重アナログ/デジタル変換方法及び装置 - Google Patents

自己トラッキング多重アナログ/デジタル変換方法及び装置

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JPH0629847A
JPH0629847A JP5098205A JP9820593A JPH0629847A JP H0629847 A JPH0629847 A JP H0629847A JP 5098205 A JP5098205 A JP 5098205A JP 9820593 A JP9820593 A JP 9820593A JP H0629847 A JPH0629847 A JP H0629847A
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signal
digital
analog
range
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JP5098205A
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English (en)
Inventor
Jiyoozefu Totsupaa Robaato
ジョーゼフ トッパー ロバート
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Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Publication date
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    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03MCODING; DECODING; CODE CONVERSION IN GENERAL
    • H03M1/00Analogue/digital conversion; Digital/analogue conversion
    • H03M1/12Analogue/digital converters
    • H03M1/18Automatic control for modifying the range of signals the converter can handle, e.g. gain ranging
    • H03M1/188Multi-path, i.e. having a separate analogue/digital converter for each possible range

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Analogue/Digital Conversion (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 アナログ/デジタル変換器によって発生され
るビット数を減少することなく、信号の全ダイナミック
レンジにおいて、より微細な量子化が可能となる信号の
非線形量子化のための方法および装置を提供する。 【構成】 第一アナログ/デジタル変換器10は、所定
ビット数の出力信号を供給する。第二アナログ/デジタ
ル変換器20は、第一アナログ/デジタル変換器からの
出力信号と同一ビット数或は異なるビット数のうちのい
ずれか一方のビット数を有する出力信号を供給する。基
準電圧発生器30は、第一及び第二アナログ/デジタル
変換器に基準電圧を供給する。選択回路40は、第一及
び第二アナログ/デジタル変換器からの出力信号を受け
取り、この出力信号のうちの一方をデジタル出力バスへ
選択的に出力する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、アナログ/デジタル変
換器(以下、ADCと表記する)を用いた、信号の非線
形量子化のための方法および装置に関する。さらに詳し
くは、本発明は、ADCによって発生されるビット数を
減少することなく、信号のダイナミックレンジの特定の
部分において、より微細な量子化を可能とし、その結果
として全ダイナミックレンジにおいて、より微細な量子
化を可能とする方法および装置に関する。
【0002】
【従来の技術】Kelly et al.への米国特許第3,452,297
号(以下、Kellyと呼ぶ)は、アナログ信号を対応する
二進法パルスコード信号に変換する非線形エンコーダを
教示している。Kellyの装置の量子化特性は、主量子化
レベルによって規定され、各組の主量子化レベルの間に
7つの副量子化レベルがある。主レベルは、まず、第一
組の論理制御電流発生器と複数の対応するインピーダン
スとを用いて発生され、入力信号に近いがこれよりは小
さい主レベルとする。正確な主レベルを測定した後、同
様に、副レベルが正確な主レベルに加算されるように、
正確な第一発生器に対応したインピーダンスを用いる、
第二組の論理制御電流発生器を用いて、正確な副レベル
が測定される。
【0003】Kanekoへの米国特許第3,305,855号は、た
とえば、大きな信号より小さな信号に副量子化するステ
ップを有するボイス信号を量子化する、圧伸アナログ/
デジタル変換器を記載している。あらゆるアナログレベ
ルに用いられる量子化ステップサイズは、N次多項式で
決定され、ここで、Nはデジタル出力信号のビット数で
ある。Kanekoの装置は、整数パルス符号変調エンコーダ
を有するADCを用いることによって、非線形伝送特性
を有している。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】ADCを用いた、信号
の非線形量子化のための装置において、信号値の特定の
部分で、他の部分より高い量子化レベルとなるような、
信号のデジタル化が望まれる場合がある。たとえば、デ
ジタルビデオ処理において、量子化ノイズの効果は、白
レベルより黒レベルにおける方が区別がたやすい。AD
Cにさらにビットを付加すると、黒レベルにおける量子
ノイズが減少されるが、白レベルの信号にもさらにビッ
トを付加すること、および量子化分解能が増すことにな
り、その場合、その利点は区別できるほどのものではな
く、あるいは望ましいものではない。ADCにビットを
付加すると、コストが上がり、ADCのサイズも大きく
なる。たとえば、8ビットADCを用いると、量子化に
用い得るのは256レベルある。10ビットADCを用
いると、1024レベルとなるため、黒レベル周辺の値
の範囲の信号をより微細に量子化し得る。しかし、この
ようなレベルで動作し得る高速ADCは、製造し得ない
か、あるいは非常に高価となる。
【0005】本発明は、このような問題を解決するため
になされたものである。本発明の目的は、ADCによっ
て生成されるデジタル信号のビット数を増加させること
なく、信号のダイナミックレンジの特定の部分におい
て、より微細な量子化を可能とし、その結果として、全
ダイナミックレンジにおいて、より微細な量子化を可能
とする、信号の非線形量子化のための方法および装置を
提供することである。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明の装置は、アナロ
グ電気信号を非線形量子化するための装置であって、ア
ナログ信号レベルの所定範囲にわたって、第一デジタル
信号は該アナログ電気信号を表しており、複数のビット
位置を有する該第一デジタル信号を発生するための第一
アナログ/デジタル変換手段と、基準信号を印加するた
めの入力端子を有している第二アナログ/デジタル変換
手段であって、該基準信号は、第二デジタル信号によっ
て表わされるアナログ値の範囲を該第一デジタル信号の
1つ以上のビット位置に相当する該第二デジタル信号の
範囲と定めており、該アナログ電気信号を表わす該第二
デジタル信号を発生するための第二アナログ/デジタル
変換手段と、該第一アナログ/デジタル変換手段に接続
された較正手段であって、所定範囲のなかの所定の副範
囲におけるアナログ信号レベルを表わすレベルになるよ
うに、該基準信号を連続的に調整するための較正手段
と、該第一および第二アナログ/デジタル変換手段に接
続された選択手段であって、該第一デジタル信号が所定
の副範囲におけるアナログ信号レベルを表わすときに
は、該第一デジタル信号を除いた該第二デジタル信号を
供給し、それ以外のときには、該第二デジタル信号を除
いた該第一デジタル信号を供給する選択手段とを備えて
おり、そのことによって、上記目的が達成される。
【0007】本発明の別の実施態様による装置は、アナ
ログ電気信号を非線形量子化するための装置であって、
アナログ信号レベルの所定範囲にわたって、該アナログ
電気信号を表わす第一デジタル信号を発生するための第
一アナログ/デジタル変換手段と、基準信号を印加する
ための入力端子を有している第二アナログ/デジタル変
換手段であって、該基準信号は、第二デジタル信号によ
って表わされるアナログ値の範囲を定めており、該アナ
ログ電気信号を表わす該第二デジタル信号を発生するた
めの第二アナログ/デジタル変換手段と、該第一アナロ
グ/デジタル変換手段に接続されている較正手段であ
り、所定範囲のなかの所定の副範囲におけるアナログ信
号レベルを表わすレベルになるように、該基準信号を制
御するための較正手段であって、該較正手段は、該基準
信号を発生し、エラー信号に応じて、該エラー信号を最
少に抑えるように該基準信号の振幅を変化させるための
基準信号発生手段と、該第一アナログ/デジタル変換手
段に接続され、該第一デジタル信号を、該基準信号を表
わす所定の基準デジタル値と比較し、該第一デジタル信
号が該基準デジタル値と異なるときに該エラー信号を発
生するための手段と、イネーブル制御信号に応じて、該
基準信号をアナログ入力信号として、該第一アナログ/
デジタル変換手段に供給するためのスイッチ手段とを備
えている較正手段と、該アナログ電気信号によって決定
されると直ちに、該イネーブル制御信号を発生するため
の制御手段と、該第一および第二アナログ/デジタル変
換手段に接続された選択手段であって、該第一デジタル
信号が所定の副範囲におけるアナログ信号レベルを表わ
すときには、該第二デジタル信号を供給し、それ以外の
ときには、該第一デジタル信号を供給する選択手段とを
備えており、そのことによって、上記目的が達成され
る。
【0008】本発明のさらに別の実施態様による装置
は、信号の非線形量子化を行う装置であって、デジタル
出力バスと、複数のアナログ/デジタル変換手段であっ
て、該アナログ/デジタル変換手段の各々が、それぞれ
デジタル出力信号を供給し、デジタル出力値のそれぞれ
の所定範囲にわたって、それぞれ所定数ビットの分解能
を有し、アナログ信号をデジタル信号に変換するための
複数のアナログ/デジタル変換手段であり、該複数のア
ナログ/デジタル変換手段のうち、少なくとも第一アナ
ログ/デジタル変換手段の該所定範囲が、該複数のアナ
ログ/デジタル変換手段のうち、第二アナログ/デジタ
ル変換手段の少なくとも2ビットの分解能を表わすアナ
ログ値に相当している、複数のアナログ/デジタル変換
手段と、該第一アナログ/デジタル変換手段にそれぞれ
基準信号を供給し、アナログ信号に応じて、該第一アナ
ログ/デジタル変換手段によって生成されるデジタル値
が、該第二アナログ/デジタル変換手段によって生成さ
れるデジタル値に確実に合致するように該基準信号を連
続的に調整するための基準信号発生手段と、該複数のア
ナログ/デジタル変換手段のうちの1つのアナログ/デ
ジタル変換手段のデジタル出力信号を、該デジタル出力
バスに選択的に伝送するための選択手段とを備えてお
り、該装置は、様々な程度の分解能の量子化信号を選択
的に供給し、該分解能は、該デジタル出力信号のどのデ
ジタル出力信号が該デジタル出力バスに伝送されるかに
よって規定される、信号の非線形量子化を行う装置であ
り、そのことによって、上記目的は達成される。
【0009】
【作用】本発明の装置の主要な構成要素は、第一AD
C、第二ADC、基準電圧発生器、及び選択回路であ
る。
【0010】第一ADCは、デジタル値の第一範囲にわ
たって、所定ビット数の出力信号を供給する。第二AD
Cは、第一範囲よりも狭いデジタル値の第二範囲にわた
って、第一アナログ/デジタル変換器からの出力信号と
同一ビット数、または異なるビット数のうちのいずれか
一方のビット数を有する出力信号を供給する。基準電圧
発生器は、第一及び第二ADCに様々な基準電圧を供給
する。選択回路は、第一及び第二ADCからの出力信号
を受け取り、この出力信号のうちの一方の出力信号をデ
ジタル出力バスへ選択的に出力する。
【0011】本発明の装置においては、2つまたはそれ
以上の低分解能ADCを利用して、信号の所望の部分で
選択的に量子化レベルを向上させるとともに、信号の非
線形量子化が行われる。これは、第一の所定範囲にわた
ってデジタル出力信号を供給する第一ADCと、同一の
入力値に対してより小さな所定の範囲にわたってデジタ
ル出力信号を供給する少なくとも1つの第二ADCとを
利用することによって達成される。従って、どの第二A
DCも、第一ADCよりは小さな量子化ステップサイズ
を有し、より微細な分解能が必要な場合に利用される。
ADCによって生成されるデジタル値を公知の入力アナ
ログ値と定期的に比較することによって、ADCの入出
力特性の直線性が保たれる。
【0012】
【実施例】本発明の実施例を以下に説明する。図1に、
本発明の一実施例を示す。
【0013】本発明は、少なくとも2個の低分解能AD
Cを組み合せ、少なくとも1個の変換器を使用し、たと
えば、ビデオ影像を表わす信号の暗い部分を表わす信号
レベルに対して、ある信号の所望の副範囲の量子化レベ
ルを向上させる。各ADCには、基準電圧が供給されて
いる。第一ADCに供給される基準電圧は、システムの
最上位の量子化レベルを表わす。たとえば、8ビットシ
ステムでは、第一ADCに印加される基準電圧は、デジ
タル値255を生成するアナログ値を表わす。第二AD
Cには、最上位の量子化レベルを表わす基準電圧が印加
されており、これは、たとえば、第一ADCによって量
子化された場合には、デジタル値63を生成するであろ
うアナログ信号に相当する。従って、第一変換器は、0
から255までの8ビット分解能を有する。一方、第二
変換器は、第一ADCによって0から63までの範囲で
デジタル化されるアナログ値に対して8ビット分解能を
有し、それによって、下記のように、この範囲のアナロ
グ信号に対する量子化分解能が向上される。
【0014】図1は、本発明による装置が包含する回路
のブロック図である。図1において、第一ADC10
は、入力される信号の全ダイナミックレンジを表わす出
力信号を生成する、従来の変換器として動作する。その
基準電圧は、V0、たとえばグランド電位37、および
FFである。グランド電位37、およびVFFは、ADC
10に印加され得る最少、および最大アナログ電圧に相
当する。これらの電圧によって、それぞれデジタル出力
値0、および255(FFH)が生成される。
【0015】ADC20は、第二変換器である。第二A
DC20は、ADC10からの同一の出力値を生成する
アナログ電圧より低いアナログ電圧で、最大デジタル値
(たとえば255)を生成する。ADC20は、オーバ
ーフロー/アンダーフロー信号(別個の信号として示さ
れない)も生成する。このオーバーフロー/アンダーフ
ロー信号は、その範囲におけるアナログ信号レベルに対
しては論理レベルが低い(以下、ローレベルという)状
態にあり、その範囲外におけるアナログ信号レベルに対
しては論理レベルが高い(以下、ハイレベルという)状
態にある。たとえば、ADC10が0から63の範囲
(3FH)にわたるデジタル値を生成する、アナログ入
力値の範囲で、因数4によって量子化レベルを向上しよ
うとする場合には、ADC20の最大基準電圧であるV
REFは、ADC10からデジタル値63を生成するのに
必要なアナログ電圧である。従って、ADC20では、
ADC10によって規定される第一の64レベルに相当
するアナログ値の範囲に対して、256レベルが規定さ
れる。これは、信号のとり得る値の下から4分の1の範
囲での、因数4によるデジタル信号の量子化分解能の増
加に等しい。
【0016】多重ADCによって生成される値の選択に
おいて、従来から困難であったのは、その値を互いにト
ラッキングすることである。図1に示される回路によれ
ば、ADC10と、基準電圧発生器30と、この基準電
圧発生器30を連続的に較正するためのスイッチ5とに
よって形成されるデジタルフィードバックを利用するこ
とによって、この問題は解決される。スイッチ5が位置
Aにある場合には、アナログ入力信号は直接ADC10
に伝送される。しかし、スイッチ5が位置Bにある場合
には、ADC10は、基準電圧発生器30によって供給
される基準電圧をサンプリングする。帰線消去期間の
間、あるいは、ADC20によって供給されるデジタル
値がその最大値より小さいか、または等しく、かつ、オ
ーバーフローがないとき、スイッチ5は、ORゲート4
の出力信号SWに応じて位置Bに移動する。この位置で
は、ADC20の最大基準電圧が、ADC10によって
デジタル化され、基準電圧発生器30に印加される。こ
の基準電圧発生器30は、下記のように、信号SWによ
ってイネーブルとされ、基準電圧VREFのレベルを調節
する。
【0017】ADC20によって供給される値が255
より小さいか、または等しく、かつ、オーバーフローが
ないときには、ADC20の出力ポートに接続されたデ
コーダ21は、ハイレベルの出力信号を生成する。この
信号の論理レベルがハイレベルであるときには、図1に
示したシステムの出力信号がADC20によって供給さ
れ、ADC10は用いられない。デコーダ21によって
供給される信号は、ORゲート4に伝送される。ORゲ
ート4は、ビデオ帰線消去期間の間に、ハイレベルの信
号を受け取る。
【0018】ORゲート4の出力信号の論理レベルがハ
イレベルのときは常に、ADC10の出力信号は、デジ
タルバルブソース31によって供給されるADC20の
上限値、たとえば64(40H)に相当するデジタルワ
ードと比較される。基準電圧が低すぎるときには、基準
電圧(VREF)発生器30が、出力電圧を上げる。基準
電圧が高すぎるときには、基準電圧発生器30が出力電
圧を下げる。このように、ADC20には、VFFが変動
しても、常に正しい基準電圧が印加されている。
【0019】基準電圧発生器30は、様々な方法で動作
させ得るが、そのうちの1つを図2に示す。図2では、
ADC10によって供給されるデジタル値と、ADC2
0の大きい方の基準値に相当するデジタルバルブソース
(DVS)31からのデジタル値とが、デジタルコンパ
レータ32で比較される。コンパレータ32は、出力エ
ラー信号を生成する。この出力エラー信号は、ADC1
0によって供給される値が、基準値より大きいかまたは
等しい場合には、第一状態(たとえばハイレベル)にあ
り、それ以外の場合には、第二状態(たとえばローレベ
ル)にある。
【0020】コンパレータ32の出力信号は、制御電流
シンク35に直接に接続されており、そして、インバー
タ38を介して、制御電流源34に間接的に接続されて
いる。制御電流源34の出力端子および電流シンク35
の入力端子は、アナログゲート33を介して、抵抗器3
9とコンデンサ41とによって形成される積分回路に接
続されている。本発明の実施例においては、アナログゲ
ート33は、図2に示されるような、1組のクロス結合
されたスリーステートゲートによって形成されている。
ゲート33は、ORゲート4によって生成される信号S
Wによってイネーブルとなる。この信号がハイレベル状
態で、且つコンパレータ32の出力信号が第一状態にあ
るとき、電流源34はイネーブルとされ、抵抗器39を
介して電流を供給してコンデンサ41を充電し、コンデ
ンサ端子間の電位を上げる。コンデンサ41の端子間電
位は、基準電圧VREFを規定する。ゲート33がイネー
ブルとされ、コンパレータの出力信号が第二状態にある
ときには、電流源34はディスエーブルとされ、電流シ
ンク35はイネーブルとされる。この状態では、抵抗器
39を介してコンデンサ41の電荷は放電し、コンデン
サ41の端子間電位は減少する。
【0021】このように、ADC10によって供給され
るデジタル値が、デジタルバルブソース31によって供
給される基準値より大きいか、または等しい場合には、
出力基準電圧は減少する。同様に、ADC10によって
供給されるデジタル値が、基準値より小さい場合には、
基準電圧は増加する。
【0022】図1に示すように、2個のADC10およ
び20の各々からの、2つの8ビットストリームは、選
択回路40に伝送される。選択回路40は、たとえば、
図3に示すように、それぞれ10ビットラッチ80およ
び90に接続された、二出力ROMデコーダ70を有す
る。ADC10から受け取った値に基づいて、ROMデ
コーダ70は、ADC10と20とのうちの一方を選択
し、ラッチ80と90とのうち一方を選択することによ
って、デジタル出力バスに出力値を供給する。ADC1
0によって供給される8ビット値は、ラッチ80の最上
位ビット(以下、MSBと表記する)位置から八つ分の
ビット位置に接続され、一方、最下位ビット(以下、L
SBと表記する)位置からの二つ分のビット位置がグラ
ウンドに接続されている。ADC20によって供給され
る8ビット値は、ラッチ90のLSB位置から八つ分の
ビット位置に接続され、一方、MSB位置から二つ分の
ビット位置がグラウンドに接続されている。例示したラ
ッチ80および90は、スリーステートインターフェー
スを有する出力バスに接続されている。従って、ラッチ
が選択されていないときには、その出力端子のすべて
は、出力バスに対して高インピーダンスとなる。
【0023】この実施例では、アナログ入力信号が全範
囲の下から25%内にあることを示しており、ADC1
0からの信号が0〜63の範囲であるとき、ROMデコ
ーダ70はADC20の出力信号を選択して、デジタル
出力バスに伝送する。この選択によって、確実に、AD
C20によって供給される小さな量子化ステップは、こ
の範囲でデジタル化されるアナログ値のために用いられ
る。同様に、ADC10からの出力信号が64〜255
の範囲であるときには、ROMデコーダ70は、ADC
10によって供給される値をバスに伝送する。これによ
って、この範囲でのアナログ値のための大きな量子化ス
テップが生成される。ADC20によって供給される8
ビットストリームは、ADC10によって供給される
(4で除算された)値に関して、下位ビット位置に向け
て2ビット分シフトされ、組合せ回路40の10ビット
の出力値を生成する。このように、ラッチ80は、ラッ
チ90を介してADC20によって供給される信号に対
して、因数4によってADC10に供給される信号を効
率的に基準化する。ラッチ80によって供給される値の
2つの低次数ビットは、常にローレベルである。ADC
20において、微細な量子化ステップを実行するのは、
これらの2つのビットである。
【0024】図4は、図1ないし3の回路によって、ど
のようにアナログ値が量子化されるかを示すグラフであ
る。図4からわかるように、ADC20によって、分解
能を向上することが望まれる黒レベルを表わす値の周辺
の低いレベルで、分解能が増加される。入力信号がAD
C20の最大基準電圧以上に増加すると、回路がADC
10を用いて動作するにつれて、分解能が減少する。
【0025】図5は、高い量子化分解能が望まれる状態
で利用される別の実施例が、信号レンジの中央にあるこ
とを示している。図5においては、三位置スイッチ10
5が第一ADC110に伝送されるアナログ信号の選択
を制御する。この信号は、アナログ入力信号でも、第二
ADC120によって用いられる2つの基準電圧のうち
の一方でもよい。第一ADC110は、図1の第一AD
C10と同一のものでもよい。例示された基準電圧発生
器130は、それぞれが、図2に示すものと同一で有り
得る、2つの基準電圧発生器を包含している。
【0026】図1に示した回路と図5に示した回路との
間の主な相違点は、図1の回路では、第二ADC20の
V−端子が低基準電位(たとえばグラウンド)のソース
に接続されているのに対し、図5の回路では、ADC1
20のV−端子が、基準電圧発生器130によって供給
される2つの基準電圧の低い方を受け取るという点であ
る。ADC120のV+は、2つの基準電圧のうちの高
い方を受け取る。ADC110によって生成されるデジ
タル値は、デジタルバルブソース131および132に
よって供給され、2つの基準電圧を示す2つの基準デジ
タル値と比較される。ADC120は、入力する電圧
が、2つの基準値によって規定される範囲内にあるとき
に動作可能であり、この範囲外では、ADC110が動
作可能である。この回路によって行われる量子化を図6
に示す。この図6からわかるように、本発明のこの実施
例における最も高い分解能の領域は、信号レンジの中央
部に位置している。
【0027】本発明のこの実施例においては、ADC1
20の基準電圧V+およびV−は、交互の帰線消去期間
の間に、および、ADC120がデコーダ121によっ
て解読されてデジタル出力を供給するときは常に、つま
り、その最高値または最低値の間にあるときは常に、較
正される。デコーダは、ハイレベル出力信号をスイッチ
コントローラ104に供給し、このコントローラ104
は、垂直および水平帰線消去期間の間にハイレベル信号
である、帰線消去(BLANKING)信号をも受け取る。
【0028】アクティブビデオ期間の間には、ADC1
20の出力信号がこの範囲で動作するときには常に、コ
ントローラ104は、スイッチ105を位置Aから位置
BまたはCに移動する。本発明の実施例においては、A
DC120の出力信号がこの範囲にあり、かつ、オーバ
ーフロー/アンダーフロー信号の論理レベルがローレベ
ルであるときには、コントローラ104は、スイッチ1
05を位置BまたはCに移動させ、それぞれ、低い方の
または高い方の基準電圧を、ADC110の入力端子に
供給する。スイッチコントローラ104の出力信号SW
も、基準電圧発生器130に伝送され、図2に関して上
述したように、低い方または高い方の基準電圧を定める
コンデンサ(図示せず)を、それぞれ帯電または放電さ
せる。スイッチ105が位置Aにないときには、所定の
速度で、あるいは、ADC110が入力信号をデジタル
化するのに用いられていない交互の期間の間に、スイッ
チ105は位置BとCとの間を交互に動き得るものとさ
れている。
【0029】帰線消去期間の間、スイッチコントローラ
104は、たとえば、スイッチ105を位置BとCとに
交互に動かし、交互帰線消去期間の間、基準電圧発生器
の対応する部分をイネーブルとする。あるいは、コント
ローラ104は、スイッチ105を位置BおよびCに動
かし得、そして、基準電圧発生器をイネーブルとして、
各帰線消去期間のそれぞれの位置の間、それぞれの基準
電圧を変調する。
【0030】ADC110および120のデジタル出力
信号は、選択回路140によって、ビデオアウト(VIDE
O OUT)信号として伝送される。0と63(3FH)との
間、および128(80H)と255(FFH)との間の
デジタル値についてはラッチ80をイネーブルとし、6
4(40H)と127(7FH)との間のデジタル値につ
いてはラッチ90をイネーブルとするように、ROMデ
コーダ70がプログラムされていることを除くと、この
回路は図3に示した回路に類似している。図3に示した
回路も、ハイレベルの値をラッチ90の入力端子D8に
伝送し、ローレベルの値を入力端子D9に伝送すること
によって変更される。
【0031】図7に示されている回路によれば、量子化
分解能を徐々に増加することができる。複数の変換器か
ら選択することによって、増加される分解能の選択的領
域において、たとえば、黒レベルに近い信号レベルでは
高分解能(たとえば10ビット)が、黒レベルと白レベ
ルとの間のレベルでは中レベル分解能(たとえば9ビッ
ト)が、そして、白レベルまたはそれに近い信号レベル
では低分解能(たとえば8ビット)が設定され得る。低
分解能ADC210および高分解能ADC220は、図
1における第一ADC10および第二ADC20と、本
質的に同様に動作する。しかしながら、図7に示されて
いる回路は、中レベル分解能ADC225を包含し、こ
の中レベル分解能ADC225は、本実施例では、64
〜191(40H〜BFH)の範囲でデジタル化されるア
ナログ信号レベルを、ADC225によって変換するの
に用い、これらの信号レベルで9ビットの量子化分解能
を達成する。スイッチ205は、3つの信号(アナログ
入力信号またはサンプリングのための基準電圧)のうち
どれが低分解能ADC210に伝送されるかを判断す
る。
【0032】基準電圧発生器230は、3つの基準電圧
を発生する。マルチプレクサ235は、スイッチコント
ローラ204によって供給される信号SWに応じて、基
準電圧発生器230に伝送するのに適切な基準デジタル
値を選択する。本発明のこの実施例では、基準電圧発生
器は、3つの集積回路に並列に接続された単一のコンパ
レータを包含している。各集積回路は、信号SWによっ
て選択される各アナログゲートによって、個別に、イネ
ーブルとされる。
【0033】図8において詳細に示されているように、
ADCからの出力信号は、組合せ回路240を用いて結
合される。ADC210からの信号は、ラッチ280と
ROMデコーダ270とに伝送される。ラッチ280と
285と290とは、様々なADCからの出力信号をデ
ジタル出力バスに切り替えて送出する手段を有してい
る。ROMデコーダ270は、表1に示す真理値表に基
づいて、ラッチ280と285と290とのうちの1つ
を、選択的に活性化する。
【0034】
【表1】
【0035】従って、ADC210からの信号が、0と
63との間のときには、アナログ入力信号が、全範囲の
下から25%のうちにあることを示し、本実施例では、
これが最も精密な量子化が所望されている範囲である。
図9の真理値表に従って、ADC220からの出力信号
が選択され、もっとも精密な量子化ステップを提供す
る。同様に、ADC210からの出力信号が64と19
1との間のときには、アナログ入力信号が全範囲の中央
50%のところにあり、図9に示されている真理値表に
従って、中レベル分解能ADC225からの出力信号が
選択され、デジタル出力バスに伝送され、より粗い量子
化を有する中範囲信号を生成する。ADC210からの
信号が191を越えると、低分解能ADC210からの
出力信号が直接バスに伝送される。
【0036】ADC210からの出力信号が、図8に示
されているラッチ280を介して、上位ビット位置に向
けて2ビットだけシフトされる(4で乗算される)。A
DC225の出力信号は、加算器282への接続線を介
して上位ビット位置に向けて1ビットだけシフトされ
(2で乗算され)、加算器282が、所定のオフセット
値256(100H)を、ADCによって生成される各
サンプルに加算する。ADC220からの出力信号はシ
フトせずに用いられるが、ラッチ290によって供給さ
れる10ビット値のうち最上位の2ビットは、ゼロ(ロ
ーレベル)に設定されている。図7および8に示されて
いる回路に対する出力量子化を、図9に示す。この図9
からわかるように、信号値が、黒レベルを示すレベルか
ら白レベルを示すレベルに増加するにつれて、分解能は
減少する。
【0037】本発明の多くの特徴および利点は、詳細な
説明から明白であり、本発明の精神および範囲内の特徴
および利点の全てはクレームでカバーされる。さらに、
当業者は、多くの改変および変形を容易に考え出すであ
ろうから、本明細書に説明した通りの構造および動作に
よって本発明は限定されるものではなく、従って、すべ
ての適切な改変および等価物は本発明の範囲に含まれる
ものである。
【0038】
【発明の効果】信号の非線形量子化を行う場合に、2つ
またはそれ以上の低分解能アナログ/デジタル変換器を
利用して、信号の所望の部分で選択的に量子化レベルを
向上させることができる。これは、第一の所定範囲にわ
たってデジタル出力信号を供給する第一のADCと、同
一の入力値に対してより小さな所定の範囲にわたってデ
ジタル出力信号を供給する少なくとも1つの第二のAD
Cとを利用することによって達成される。従って、どの
第二のADCも、第一のADCよりは小さな量子化ステ
ップサイズを有し、より微細な分解能が必要な場合に利
用される。ADCによって生成されるデジタル値を公知
の入力アナログ値と定期的に比較することによって、A
DCの入出力特性の直線性が保たれる。
【0039】本発明の装置によれば、ADCによって発
生されるビット数を減少することなく、信号のダイナミ
ックレンジの特定の部分において、より微細な量子化を
可能とし、その結果として、全ダイナミックレンジにお
いて、より微細な量子化を可能とする、信号の非線形量
子化のための方法および装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第一実施態様による、非線形量子化回
路のブロック図である。
【図2】図1に示された回路に用いるのに適した基準電
圧発生器のブロック図である。
【図3】図1に示された回路に用いるのに適した選択回
路のブロック図である。
【図4】図1ないし3に示された回路を用いて得られる
量子化を示すグラフである。
【図5】本発明の別の実施態様による、非線形量子化回
路のブロック図である。
【図6】図5に示された回路を用いて得られる量子化を
示すグラフである。
【図7】本発明の第三の実施態様による、非線形量子化
回路のブロック図である。
【図8】図7に示された回路に用いるのに適した、組合
せ回路のブロック図である。
【図9】図7および8に示された回路を用いて得られる
量子化を示すグラフである。
【符号の説明】
4 ORゲート 5、205 スイッチ 10、110 第一アナログ/デジタル変換器 20、120 第二アナログ/デジタル変換器 21、121 デコーダ 30、130、230 基準電圧発生器 31、131、132 デジタルバルブソース 32 デジタルコンパレータ 33 アナログゲート 34 制御電流源 35 制御電流シンク 38 インバータ 39 抵抗器 40、140、240 選択回路(組合せ回路) 41 コンデンサ 70、270 ROMデコーダ 80、90、280、285、290 ラッチ 104、204 スイッチコントローラ 105 三位置スイッチ 210 低分解能アナログ/デジタル変換器 220 高分解能アナログ/デジタル変換器 225 中レベル分解能アナログ/デジタル変換器 235 マルチプレクサ

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 アナログ電気信号を非線形量子化するた
    めの装置であって、 アナログ信号レベルの所定範囲にわたって、第一デジタ
    ル信号は該アナログ電気信号を表しており、複数のビッ
    ト位置を有する該第一デジタル信号を発生するための第
    一アナログ/デジタル変換手段と、 基準信号を印加するための入力端子を有している第二ア
    ナログ/デジタル変換手段であって、該基準信号は、第
    二デジタル信号によって表わされるアナログ値の範囲を
    該第一デジタル信号の1つ以上のビット位置に相当する
    該第二デジタル信号の範囲と定めており、該アナログ電
    気信号を表わす該第二デジタル信号を発生するための第
    二アナログ/デジタル変換手段と、 該第一アナログ/デジタル変換手段に接続された較正手
    段であって、所定範囲のなかの所定の副範囲におけるア
    ナログ信号レベルを表わすレベルになるように、該基準
    信号を連続的に調整するための較正手段と、 該第一および第二アナログ/デジタル変換手段に接続さ
    れた選択手段であって、該第一デジタル信号が所定の副
    範囲におけるアナログ信号レベルを表わすときには、該
    第一デジタル信号を除いた該第二デジタル信号を供給
    し、それ以外のときには、該第二デジタル信号を除いた
    該第一デジタル信号を供給する選択手段とを備えている
    装置。
  2. 【請求項2】 請求項1に記載されている装置であっ
    て、 前記選択手段が、 前記第一および第二デジタル信号のうちの一方を、該第
    一および第二デジタル信号のうちの他方によって表され
    るアナログ値の範囲に合致するアナログ値の範囲を表わ
    すように基準化するためのデジタル信号スケーリング手
    段と、 出力ポートと、 制御信号に応じて、該第一および第二デジタル信号を該
    出力ポートに選択的に接続するためのスイッチ手段と、 該第一デジタル信号に応じて該制御信号を発生するため
    の符号解読手段とを備えている装置。
  3. 【請求項3】 アナログ電気信号を非線形量子化するた
    めの装置であって、 アナログ信号レベルの所定範囲にわたって、該アナログ
    電気信号を表わす第一デジタル信号を発生するための第
    一アナログ/デジタル変換手段と、 基準信号を印加するための入力端子を有している第二ア
    ナログ/デジタル変換手段であって、該基準信号は、第
    二デジタル信号によって表わされるアナログ値の範囲を
    定めており、該アナログ電気信号を表わす該第二デジタ
    ル信号を発生するための第二アナログ/デジタル変換手
    段と、 該第一アナログ/デジタル変換手段に接続されている較
    正手段であり、所定範囲のなかの所定の副範囲における
    アナログ信号レベルを表わすレベルになるように、該基
    準信号を制御するための較正手段であって、 該較正手段は、 該基準信号を発生し、エラー信号に応じて、該エラー信
    号を最少に抑えるように該基準信号の振幅を変化させる
    ための基準信号発生手段と、 該第一アナログ/デジタル変換手段に接続され、該第一
    デジタル信号を、該基準信号を表わす所定の基準デジタ
    ル値と比較し、該第一デジタル信号が該基準デジタル値
    と異なるときに該エラー信号を発生するための手段と、 イネーブル制御信号に応じて、該基準信号をアナログ入
    力信号として、該第一アナログ/デジタル変換手段に供
    給するためのスイッチ手段とを備えている較正手段と、 該アナログ電気信号によって決定されると直ちに、該イ
    ネーブル制御信号を発生するための制御手段と、 該第一および第二アナログ/デジタル変換手段に接続さ
    れた選択手段であって、該第一デジタル信号が所定の副
    範囲におけるアナログ信号レベルを表わすときには、該
    第二デジタル信号を供給し、それ以外のときには、該第
    一デジタル信号を供給する選択手段とを備えている装
    置。
  4. 【請求項4】 請求項1に記載の装置であって、 該装置はさらに、前記アナログ電気信号を表わす第三デ
    ジタル信号を発生するための第三アナログ/デジタル変
    換手段であり、別の基準信号が該第三デジタル信号によ
    って表されるアナログ値の範囲を規定しており、該別の
    基準信号を印加するための入力端子を有している第三ア
    ナログ/デジタル変換手段を備えており、 前記較正手段が、前記所定の副範囲とは異なる、前記所
    定の範囲のなかの別の副範囲のアナログ信号レベルを表
    わすレベルになるように、該別の基準信号を連続的に調
    整するための手段をさらに包含しており、 前記第一デジタル信号が該別の所定の副範囲においてア
    ナログ信号レベルを表わすときに、前記選択手段が該第
    三デジタル信号を供給する装置。
  5. 【請求項5】 請求項4に記載されている装置であっ
    て、 前記選択手段が、 前記第一、第二および第三デジタル信号のうちの2つ
    を、該第一、第二および第三デジタル信号のうちの残り
    の1つによって表されるアナログ値の範囲に合致するア
    ナログ値の範囲を表わすように基準化するためのデジタ
    ル信号スケーリング手段と、 出力ポートと、 制御信号に応じて、該第一、第二および第三デジタル信
    号のうちの1つを該出力ポートに選択的に接続するため
    のスイッチ手段と、 該第一デジタル信号に応じて、該制御信号を発生するた
    めの符号解読手段とを備えている装置。
  6. 【請求項6】 信号の非線形量子化を行う装置であっ
    て、 デジタル出力バスと、 複数のアナログ/デジタル変換手段であって、該アナロ
    グ/デジタル変換手段の各々が、それぞれデジタル出力
    信号を供給し、デジタル出力値のそれぞれの所定範囲に
    わたって、それぞれ所定数ビットの分解能を有し、アナ
    ログ信号をデジタル信号に変換するための複数のアナロ
    グ/デジタル変換手段であり、該複数のアナログ/デジ
    タル変換手段のうち、少なくとも第一アナログ/デジタ
    ル変換手段の該所定範囲が、該複数のアナログ/デジタ
    ル変換手段のうち、第二アナログ/デジタル変換手段の
    少なくとも2ビットの分解能を表わすアナログ値に相当
    している、複数のアナログ/デジタル変換手段と、 該第一アナログ/デジタル変換手段にそれぞれ基準信号
    を供給し、アナログ信号に応じて、該第一アナログ/デ
    ジタル変換手段によって生成されるデジタル値が、該第
    二アナログ/デジタル変換手段によって生成されるデジ
    タル値に確実に合致するように該基準信号を連続的に調
    整するための基準信号発生手段と、 該複数のアナログ/デジタル変換手段のうちの1つのア
    ナログ/デジタル変換手段のデジタル出力信号を、該デ
    ジタル出力バスに選択的に伝送するための選択手段とを
    備えており、 該装置は、様々な程度の分解能の量子化信号を選択的に
    供給し、該分解能は、該デジタル出力信号のどのデジタ
    ル出力信号が該デジタル出力バスに伝送されるかによっ
    て規定される、信号の非線形量子化を行う装置。
JP5098205A 1992-04-24 1993-04-23 自己トラッキング多重アナログ/デジタル変換方法及び装置 Withdrawn JPH0629847A (ja)

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