JPH08265163A - Signal processing unit - Google Patents
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- JPH08265163A JPH08265163A JP7091601A JP9160195A JPH08265163A JP H08265163 A JPH08265163 A JP H08265163A JP 7091601 A JP7091601 A JP 7091601A JP 9160195 A JP9160195 A JP 9160195A JP H08265163 A JPH08265163 A JP H08265163A
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、音響信号処理などに利
用される信号処理装置に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a signal processing device used for acoustic signal processing and the like.
【0002】[0002]
【従来の技術】近年、例えば音響信号処理用の信号処理
装置が着目されている。図10はこの種の従来の信号処
理装置の構成例を示す図である。図10を参照すると、
この信号処理装置は、音響発生用信号を生成する信号生
成部51と、信号生成部51からの音響発生用信号をA
/D変換するA/D変換部52と、A/D変換部52に
よってデジタル信号に変換された音響発生用信号の性質
を変えるデジタルフィルタ部53と、デジタルフィルタ
部53によって性質を変えたデジタル信号をD/A変換
するD/A変換部54と、D/A変換部54によってア
ナログ信号に変換された音響発生用信号に基づいて音響
を出力するスピーカ55とを有している。2. Description of the Related Art In recent years, attention has been paid to, for example, a signal processing device for acoustic signal processing. FIG. 10 is a diagram showing a configuration example of a conventional signal processing device of this type. Referring to FIG.
This signal processing device uses a signal generation unit 51 that generates a sound generation signal and a sound generation signal from the signal generation unit 51 as A
A / D conversion unit 52 that performs A / D conversion, digital filter unit 53 that changes the property of the sound generation signal that is converted into a digital signal by A / D conversion unit 52, and digital signal that has the property changed by digital filter unit 53 It has a D / A converter 54 for D / A converting and a speaker 55 for outputting sound based on the sound generation signal converted into an analog signal by the D / A converter 54.
【0003】この種の信号処理装置では、例えば、実際
のスピーカ55とは異なる位置にあたかも仮想スピーカ
55’が存在し、人間Hがスピーカ55から出力された
音響をこの仮想音源(仮想スピーカ55’)から出力さ
れたものとして聞くことができるよう、デジタルフィル
タ部53において信号の性質を変えることができる。In this type of signal processing device, for example, a virtual speaker 55 'exists at a position different from the actual speaker 55, and the sound output from the speaker H by the human H is generated by this virtual sound source (virtual speaker 55'). ), The characteristics of the signal can be changed in the digital filter unit 53 so that it can be heard as being output from the digital filter unit.
【0004】[0004]
【発明が解決しようとする課題】ところで、上述した従
来の信号処理装置では、A/D変換部52に例えば図1
1に示すような従来型(図11の例では、逐次比較型)
のA/D変換器を用い、アナログ入力(信号生成部51
からの音響発生用信号)の電圧を比較器61,D/A変
換器62,逐次比較レジスタ63により、16ビットあ
るいは24ビットのデジタル信号に変換していた。すな
わち、この逐次比較型のA/D変換器では、基準となる
D/A変換器62の出力電圧が入力信号(アナログ入
力)に最も近くなるように、2分探索法によって、16
ビットあるいは24ビットのデジタル信号を得ている。By the way, in the above-described conventional signal processing apparatus, the A / D conversion section 52 has, for example, the configuration shown in FIG.
Conventional type as shown in 1 (successive comparison type in the example of FIG. 11)
Analog input (signal generation unit 51
The voltage of the sound generating signal) is converted into a 16-bit or 24-bit digital signal by the comparator 61, the D / A converter 62, and the successive approximation register 63. That is, in this successive approximation type A / D converter, the binary search method is used so that the output voltage of the reference D / A converter 62 is closest to the input signal (analog input).
You are getting a bit or 24-bit digital signal.
【0005】また、上述した従来の信号処理装置では、
デジタルフィルタ部53に、DSP(デジタル信号処理
プロセッサ)を用い、デジタルフィルタ部53では、A
/D変換部52からの16ビットあるいは24ビットの
デジタル信号に対してDSPを用いてフィルタリング
(積和演算)を行なっていた。Further, in the above-mentioned conventional signal processing device,
A DSP (digital signal processor) is used for the digital filter unit 53, and the digital filter unit 53 uses A
The 16-bit or 24-bit digital signal from the / D converter 52 is subjected to filtering (sum of products operation) using a DSP.
【0006】しかしながら、このような信号処理装置で
は、16ビットあるいは24ビットのA/D変換器、ま
た、積和演算用のDSPなどが比較的大きな回路構成の
ものとなるため、信号処理装置の小型化,低コスト化を
図ることができないという問題があった。However, in such a signal processing device, a 16-bit or 24-bit A / D converter and a DSP for multiply-accumulate operation have a relatively large circuit configuration, so that There was a problem that it was not possible to reduce the size and cost.
【0007】本発明は、例えば音響信号の処理などを簡
単な回路構成で行なうことができて、小型化,低コスト
化を実現可能な信号処理装置を提供することを目的とし
ている。It is an object of the present invention to provide a signal processing device that can perform processing of an acoustic signal, for example, with a simple circuit configuration, and can realize downsizing and cost reduction.
【0008】[0008]
【課題を解決するための手段および作用】上記目的を達
成するために、請求項1記載の発明では、1ビットで表
現された1ビット入力信号を蓄積する信号蓄積手段と、
1ビットで表現されたフィルタ係数が記憶されている係
数記憶手段と、信号蓄積手段からの1ビット入力信号と
係数記憶手段からの1ビットフィルタ係数とによりフィ
ルタリング結果を計算するフィルタリング結果出力手段
とを有し、オーバーサンプリング方式により1ビットで
表現された1ビット入力信号を直接フィルタリングして
1ビットで表現されたフィルタリング結果を得る。これ
により、1ビットで表現された信号に対するフィルタリ
ング処理が簡単な構成の回路で実現可能となり、特に、
直線位相性などの利点を有するFIRフィルタリングの
手法が簡単な構成の下で可能となる。In order to achieve the above object, according to the invention of claim 1, there is provided a signal accumulating means for accumulating a 1-bit input signal represented by 1 bit,
Coefficient storage means for storing the filter coefficient represented by 1 bit, and filtering result output means for calculating a filtering result by the 1-bit input signal from the signal storage means and the 1-bit filter coefficient from the coefficient storage means are provided. The 1-bit input signal represented by 1 bit is directly filtered by the oversampling method to obtain a filtering result represented by 1 bit. As a result, the filtering process for the signal represented by 1 bit can be realized by a circuit having a simple configuration.
An FIR filtering method having an advantage such as linear phase property is possible with a simple configuration.
【0009】また、請求項2記載の発明では、オーバー
サンプリング方式には、ΔΣ変調方式が用いられる。こ
れにより、信号処理精度を高めることができ、また、F
IRフィルタを非常に簡単な構成で実現できる。According to the second aspect of the invention, the ΔΣ modulation method is used as the oversampling method. As a result, the signal processing accuracy can be improved, and the F
The IR filter can be realized with a very simple structure.
【0010】また、請求項3記載の発明では、フィルタ
リング結果出力手段は、1回のフィルタリング結果出力
につき、係数記憶手段から選択した1個の1ビットフィ
ルタ係数と、信号蓄積手段から選択した対応する1個の
1ビット入力信号とを用いて、1つのフィルタリング結
果を出力する。これにより、非常に簡単なハードワイヤ
ド・ロジックで、1ビット信号に対するフィルタリング
処理を行なうことができる。According to the third aspect of the invention, the filtering result output means corresponds to one 1-bit filter coefficient selected from the coefficient storage means and the signal storage means per one filtering result output. One 1-bit input signal is used to output one filtering result. As a result, the filtering process for the 1-bit signal can be performed with a very simple hard-wired logic.
【0011】また、請求項4記載の発明では、フィルタ
リング結果出力手段は、1回のフィルタリング結果出力
につき、係数記憶手段から選択した複数の1ビットフィ
ルタ係数と、信号蓄積手段から選択した対応する複数の
1ビット入力信号とを用いて、複数のフィルタリング結
果を並列出力する。これにより、フィルタリング処理の
回数を減らすことが可能になり、比較的低い動作クロッ
クで回路を動作させることができる。Further, in the invention according to claim 4, the filtering result output means, for each filtering result output, a plurality of 1-bit filter coefficients selected from the coefficient storage means and a corresponding plurality of 1-bit filter coefficients selected from the signal storage means. The 1-bit input signal and the plurality of filtering results are output in parallel. As a result, the number of times of filtering processing can be reduced and the circuit can be operated with a relatively low operation clock.
【0012】また、請求項5,6記載の発明では、確率
密度変調のオーバーサンプリング比をMとし、確率密度
変調された1ビットフィルタ係数の長さをN・Mとし、
出力信号の精度を保証する数値をQとするとき、確率密
度変調した信号の1サンプリングに対するフィルタリン
グ結果出力手段からの出力信号数Xが、X≧N2・Q2/
Mの関係を満たすよう構成され、または、確率密度変調
のオーバーサンプリング比をMとし、確率密度変調され
た1ビットフィルタ係数の長さをN・Mとし、出力信号
の精度を保証する数値をQとし、フィルタリングに用い
る複数の信号個数をPとするとき、確率密度変調した信
号の1サンプリングに対する前記フィルタリング結果出
力手段からの出力信号数Xが、X≧N2Q2/(M・P)
の関係を満たすように構成されている。これにより、出
力信号の期待精度を高めることができる。According to the present invention, the oversampling ratio of the probability density modulation is M, the length of the probability density modulated 1-bit filter coefficient is N · M,
When the numerical value that guarantees the accuracy of the output signal is Q, the number X of output signals from the filtering result output means for one sampling of the probability density modulated signal is X ≧ N 2 · Q 2 /
M is set to satisfy the relationship of M, or the oversampling ratio of probability density modulation is M, the length of the probability density modulated 1-bit filter coefficient is N · M, and the numerical value that guarantees the accuracy of the output signal is Q. And the number of signals used for filtering is P, the number X of output signals from the filtering result output means for one sampling of the probability density modulated signal is X ≧ N 2 Q 2 / (M · P)
Are configured to satisfy the relationship. As a result, the expected accuracy of the output signal can be increased.
【0013】[0013]
【実施例】図1は本発明に係る信号処理装置の一実施例
の構成図である。図1の例では、信号処理装置は、音響
信号処理用の信号処理装置として構成されており、音響
発生用信号を生成する信号生成部1と、信号生成部1か
らの音響発生用信号に対して処理を行なう信号処理部2
と、信号処理部2で処理された音響発生用信号に基づい
て音響を出力するスピーカ4とを有している。1 is a block diagram of an embodiment of a signal processing apparatus according to the present invention. In the example of FIG. 1, the signal processing device is configured as a signal processing device for acoustic signal processing, and a signal generation unit 1 that generates an acoustic generation signal and an acoustic generation signal from the signal generation unit 1 Signal processing unit 2 for performing processing
And a speaker 4 that outputs sound based on the sound generation signal processed by the signal processing unit 2.
【0014】ここで、信号処理部2は、Δ(デルタ)変
調器やΔΣ(デルタ・シグマ)変調器などの変調器5
と、変調器5からの信号に対してその信号の性質を変え
るフィルタリング処理を施すフィルタリング部6と、フ
ィルタリング処理された結果の信号から音響発生用のデ
ジタルデータを生成するデジタルデータ生成部7とを有
している。Here, the signal processing unit 2 includes a modulator 5 such as a Δ (delta) modulator or a ΔΣ (delta sigma) modulator.
A filtering unit 6 for performing a filtering process for changing the characteristics of the signal from the modulator 5, and a digital data generating unit 7 for generating digital data for sound generation from the signal resulting from the filtering process. Have
【0015】本実施例の信号処理装置も、図10に示し
た従来の信号処理装置と同様に、例えば、実際のスピー
カ4とは異なる位置にあたかも仮想スピーカ4’が存在
し、人間Hがスピーカ4から出力された音響を、この仮
想音源(仮想スピーカ4’)から出力されたものとして
聞くことができるように信号処理するようになっている
が、本実施例の信号処理装置では、その回路構成を従来
に比べて簡単なものにすることを意図しており、このた
め、図10に示した従来の信号処理装置のA/D変換部
52,デジタルフィルタ部53のかわりに、変調器5,
フィルタリング部6,デジタルデータ生成部7の信号処
理部2が設けられている。Similarly to the conventional signal processing apparatus shown in FIG. 10, the signal processing apparatus of the present embodiment also has, for example, a virtual speaker 4'at a position different from the actual speaker 4, and the human H is a speaker. The signal output from the virtual sound source 4 is processed so that the sound can be heard as being output from this virtual sound source (virtual speaker 4 '). The configuration is intended to be simpler than that of the conventional one. Therefore, instead of the A / D conversion unit 52 and the digital filter unit 53 of the conventional signal processing device shown in FIG. 10, the modulator 5 is used. ,
The filtering unit 6 and the signal processing unit 2 of the digital data generation unit 7 are provided.
【0016】すなわち、図1の信号処理装置において
は、信号処理部2の変調器5は、例えば文献「日経エレ
クトロニクス 1988.7.25 (NO.452),277〜285頁」,
「日経エレクトロニクス 1988.8.8 (NO.453),211〜2
22頁」,「日経エレクトロニクス 1988.8.22 (NO.45
4),277〜286頁」,「日経エレクトロニクス 1988.10.
17(NO.458),223〜231頁」,「日経エレクトロニクス
1988.10.31 (NO.459),233〜239頁」,「日経エレク
トロニクス 1988.11.14 (NO.460),271〜277頁」に示
されているように、オーバーサンプリング方式によって
1ビットで表現された信号を得るようになっている。That is, in the signal processing device of FIG. 1, the modulator 5 of the signal processing unit 2 is disclosed in, for example, the document “Nikkei Electronics 1988.7.25 (NO.452), pages 277 to 285”,
"Nikkei Electronics 1988.8.8 (NO.453), 211-2
Page 22 ”,“ Nikkei Electronics 1988.8.22 (NO.45)
4), pp. 277-286 "," Nikkei Electronics 1988.10.
17 (NO.458), pages 223-231 "," Nikkei Electronics
1988.10.31 (NO.459), pages 233 to 239 "," Nikkei Electronics 1988.11.14 (NO.460), pages 271 to 277 ", represented by one bit by the oversampling method. It is designed to get a signal.
【0017】図2,図3には、変調器5の一例として、
Δ変調器,ΔΣ変調器の構成がそれぞれ示されている。
図2を参照すると、Δ変調器は、1ビット量子化器とし
ての電圧比較器11と、1ビットD/A変換器12と、
アナログ積分器13と、比較器11の出力を1サンプリ
ング周期の時間だけ保持するDフリップフロップ(1サ
ンプル遅延器)14とにより構成されている。なお、1
ビットD/A変換部12,アナログ積分器13は、入力
信号を予測する予測フィルタ15として機能するように
なっている。すなわち、アナログ積分器13からは、入
力信号に対する予測信号が出力されるようになってい
る。2 and 3, as an example of the modulator 5,
The configurations of the Δ modulator and ΔΣ modulator are shown respectively.
Referring to FIG. 2, the Δ modulator includes a voltage comparator 11 as a 1-bit quantizer, a 1-bit D / A converter 12, and
It is composed of an analog integrator 13 and a D flip-flop (1 sample delay device) 14 that holds the output of the comparator 11 only for the time of one sampling cycle. In addition, 1
The bit D / A converter 12 and the analog integrator 13 function as a prediction filter 15 that predicts an input signal. That is, the analog integrator 13 outputs a prediction signal for the input signal.
【0018】このようなΔ変調器では、サンプリングタ
イミングごとに入力信号と予測信号との大小を比較器1
1で比較し、この結果、入力信号の方が大きければ、比
較器11の出力は“1”となり、これと反対に、予測信
号の方が大きければ、比較器11の出力は“0”とな
る。また、比較器11の出力が“1”となるときには、
予測信号を増加させるための制御信号が、また、比較器
11の出力が“0”となるときには、予測信号を減少さ
せるための制御信号が、1サンプル遅延器14を介し
て、1ビットD/A変換器12,アナログ積分器13の
予測フィルタ15にフィードバックし、予測フィルタ1
5は、フィードバック信号に応じて予測信号を更新す
る。In such a Δ modulator, the magnitude of the input signal and the prediction signal is compared by the comparator 1 at each sampling timing.
When the input signal is larger, the output of the comparator 11 is “1”. On the contrary, when the predicted signal is larger, the output of the comparator 11 is “0”. Become. When the output of the comparator 11 becomes "1",
The control signal for increasing the prediction signal, and when the output of the comparator 11 is "0", the control signal for decreasing the prediction signal is 1-bit D / The prediction filter 15 of the A converter 12 and the analog integrator 13 is fed back to the prediction filter 1
5 updates the prediction signal according to the feedback signal.
【0019】この操作を繰り返すことによって、Δ変調
器は、入力信号に対応したデジタルコード列(1ビット
に量子化した高速なデータ列)を出力する。上記説明か
ら明らかなように、このデジタルコード列は、入力信号
と予測信号との差を符号化したものであり、Δ変調器で
は、予測信号と入力信号との差が最小になるように符号
化が行なわれる。By repeating this operation, the Δ modulator outputs a digital code string (high-speed data string quantized into 1 bit) corresponding to the input signal. As is clear from the above description, this digital code string is an encoded difference between the input signal and the prediction signal, and the Δ modulator encodes it so that the difference between the prediction signal and the input signal is minimized. The conversion is performed.
【0020】また、図3を参照すると、ΔΣ変調器は、
積分器21と、1ビット量子化器としての電圧比較器2
2と、比較器22の出力を1サンプリング周期の時間だ
け保持するDフリップフロップ(1サンプル遅延器)2
3と、1ビットD/A変換器24とにより構成されてい
る。Further, referring to FIG. 3, the ΔΣ modulator is
Integrator 21 and voltage comparator 2 as 1-bit quantizer
2 and a D flip-flop (1 sample delay device) 2 for holding the output of the comparator 22 for a time of 1 sampling period
3 and a 1-bit D / A converter 24.
【0021】このΔΣ変調器は、Δ変調器の変形として
捉えることができる。すなわち、ΔΣ変調器は、図2に
示したΔ変調器の前段に積分器を追加したのと同様の特
性をもち、ΔΣ変調器の積分器21は、Δ変調器の前段
に追加した積分器とΔ変調器の積分器13とを1つにま
とめたものとなっている。This ΔΣ modulator can be regarded as a modification of the Δ modulator. That is, the ΔΣ modulator has the same characteristics as the addition of the integrator to the preceding stage of the Δ modulator shown in FIG. 2, and the integrator 21 of the ΔΣ modulator is the integrator added to the preceding stage of the Δ modulator. And the integrator 13 of the Δ modulator are combined into one.
【0022】前述のΔ変調器では、その出力が入力信号
と予測信号との差分符号となるが、ΔΣ変調器では、Δ
変調器の前段に積分器を追加したのと同様の特性をもつ
ので、入力信号を積分してからΔ変調器に入力すること
と等価となり、出力が差分符号である性質をなくすとと
もに、傾斜過負荷(急峻に変化する入力信号に変調器の
予測器が追従できないという現象)による入力信号に対
する制約もなくすことができる。すなわち、Δ変調方式
の欠点を改善することができる。In the Δ modulator described above, the output is the difference sign between the input signal and the prediction signal, but in the ΔΣ modulator, Δ
Since it has the same characteristics as adding an integrator in the preceding stage of the modulator, it is equivalent to integrating the input signal and then inputting it to the Δ modulator, eliminating the property that the output is a differential code and increasing the slope transient. It is also possible to eliminate the restriction on the input signal due to the load (a phenomenon in which the predictor of the modulator cannot follow the input signal that changes abruptly). That is, the drawback of the Δ modulation method can be improved.
【0023】このように、変調器5にΔ変調器,ΔΣ変
調器などを用いることにより、アナログ入力(信号生成
部1からの音響発生用信号)を1ビットに量子化し、1
ビット量子化データ列として出力するようになっている
が、本発明においては、特に、信号処理精度を高めるた
め、また、後述のようにFIRフィルタを簡単な構成で
実現するため、変調器5にはΔΣ変調器を用いるのが良
い。すなわち、ΔΣ変調器では、低周波域において、サ
ンプリングする前の性質がそのまま残るので、信号処理
精度を高めることができる。As described above, by using the Δ modulator, the ΔΣ modulator, etc. as the modulator 5, the analog input (the sound generation signal from the signal generating section 1) is quantized into 1 bit and 1
Although it is output as a bit quantized data string, in the present invention, in particular, in order to improve signal processing accuracy and to realize an FIR filter with a simple configuration as described later, the modulator 5 Is better to use a ΔΣ modulator. That is, in the ΔΣ modulator, since the property before sampling remains as it is in the low frequency region, the signal processing accuracy can be improved.
【0024】図4は信号処理部2のフィルタリング部6
の構成例を示す図である。図4の構成例では、このフィ
ルタリング部6は、クロックCLKを発生するクロック
発生器31と、クロック発生器31からのクロックCL
Kを分周し、分周信号DSを生成する分周器32と、分
周器32からの出力からタイミングパルスWEを生成す
るモノマルチバイブレータ33と、モノマルチバイブレ
ータ33からのタイミングパルスWEにより、1ビット
入力信号DINの書込み制御がなされる信号蓄積部(例
えば信号RAM)34と、クロックパルスCLKとタイ
ミングパルスWEの反転信号との論理積をとり、信号R
AM34読出用のクロックパルスCLK1を生成するA
ND回路35と、クロックパルスCLK1をカウント
し、そのカウント値により信号RAM34をアドレッシ
ングするカウンタ36と、1ビットで表現されたフィル
タ係数が記憶されている係数記憶部(例えば係数RO
M)37と、クロックパルスCLKをカウントし、その
カウント値により、係数ROM37をアドレッシングす
るカウンタ38と、係数記憶部37中から選択出力され
た1ビットフィルタ係数D2と信号蓄積部34から選択
出力された1ビット入力信号D1とを用いて、1ビット
で表現されたフィルタリング結果を算出するフィルタリ
ング結果出力部39とを有している。FIG. 4 shows the filtering section 6 of the signal processing section 2.
It is a figure which shows the structural example. In the configuration example of FIG. 4, the filtering unit 6 includes a clock generator 31 that generates a clock CLK and a clock CL from the clock generator 31.
A frequency divider 32 that divides K to generate a divided signal DS, a mono-multivibrator 33 that generates a timing pulse WE from the output from the frequency divider 32, and a timing pulse WE from the mono-multivibrator 33 A signal storage unit (for example, a signal RAM) 34 for controlling the writing of the 1-bit input signal DIN and a logical product of the inversion signal of the clock pulse CLK and the timing pulse WE are obtained, and a signal R is obtained.
A for generating clock pulse CLK 1 for reading AM34
The ND circuit 35, the counter 36 that counts the clock pulse CLK 1 and addresses the signal RAM 34 by the count value, and the coefficient storage unit (for example, the coefficient RO that stores the filter coefficient represented by 1 bit).
M) 37, a counter 38 that counts the clock pulse CLK and addresses the coefficient ROM 37 according to the count value, a 1-bit filter coefficient D 2 that is selectively output from the coefficient storage unit 37, and a selective output from the signal storage unit 34. And a filtering result output unit 39 that calculates a filtering result expressed by 1 bit by using the 1-bit input signal D 1 .
【0025】図4の例では、フィルタリング結果出力部
39はXOR回路(排他的論理和回路)で構成されてい
る。具体的には、フィルタリング結果出力部39,すな
わちXOR回路は、1ビット入力信号D1と1ビットフ
ィルタ係数D2との乗算を行なうようになっている。In the example of FIG. 4, the filtering result output unit 39 is composed of an XOR circuit (exclusive OR circuit). Specifically, the filtering result output unit 39, that is, the XOR circuit is adapted to multiply the 1-bit input signal D 1 and the 1-bit filter coefficient D 2 .
【0026】図5はフィルタリング結果出力部39,す
なわちXOR回路の機能を説明するための図である。X
OR回路は、1ビット入力信号と1ビットフィルタ係数
の一方が“1”で他方が“0”のときに、“0”を出力
し、1ビット入力信号と1ビットフィルタ係数の両方と
も“0”かまたは“1”のときに、“1”を出力する。
XOR回路の出力段に接続されるデジタルデータ生成部
7が、“1”を“+1”として処理し、“0”を“−
1”として処理するよう構成されている場合、XOR回
路から“1”が出力されるときには、デジタルデータ生
成部7において、これは“+1”とみなされ、また、X
OR回路から“0”が出力されるときには、これは“−
1”とみなされる。従って、1ビット入力信号と1ビッ
トフィルタ係数の一方が“1”で他方が“0”のときに
は、XOR回路では実質上、“+1”と“−1”との乗
算を行ない、その結果を“0”,すなわち“−1”とし
て出力することができる。また、1ビット入力信号と1
ビットフィルタ係数の両方とも“0”かまたは“1”の
ときには、XOR回路では実質上、“+1”と“+1”
との乗算,または“−1”と“−1”との乗算を行な
い、その結果を“1”,すなわち“+1”として出力す
ることができる。FIG. 5 is a diagram for explaining the function of the filtering result output unit 39, that is, the XOR circuit. X
The OR circuit outputs "0" when one of the 1-bit input signal and the 1-bit filter coefficient is "1" and the other is "0", and both the 1-bit input signal and the 1-bit filter coefficient are "0". , Or "1", "1" is output.
The digital data generator 7 connected to the output stage of the XOR circuit processes “1” as “+1” and processes “0” as “−”.
When configured to process as "1", when the "1" is output from the XOR circuit, this is regarded as "+1" in the digital data generation unit 7, and X
When "0" is output from the OR circuit, this is "-
Therefore, when one of the 1-bit input signal and the 1-bit filter coefficient is "1" and the other is "0", the XOR circuit effectively multiplies "+1" and "-1". It is possible to output the result as “0”, that is, “−1”.
When both of the bit filter coefficients are "0" or "1", the XOR circuit is substantially "+1" and "+1".
It is possible to perform multiplication with and or multiplication with "-1" and "-1", and output the result as "1", that is, "+1".
【0027】また、デジタルデータ生成部7は、フィル
タリング部6からの1ビットで表現されたフィルタリン
グ結果が時系列で入力するとき、時系列で入力したフィ
ルタリング結果に基づいて音響発生用のデジタルデータ
を生成する再生器として機能するようになっている。こ
のデジタルデータ生成部7の具体的な構成例については
詳述しないが、変調器5にΔ変調器が用いられる場合に
は、例えばカウンタ(デジタル積分器)を用いることが
でき、また、変調器5にΔΣ変調器が用いられる場合に
は、例えばローパスフィルタを用いることができる。Further, when the filtering result expressed by 1 bit from the filtering unit 6 is input in time series, the digital data generating unit 7 generates digital data for sound generation based on the filtering result input in time series. It is designed to function as a regenerator to generate. Although a specific configuration example of the digital data generation unit 7 will not be described in detail, when a Δ modulator is used as the modulator 5, for example, a counter (digital integrator) can be used, and the modulator can also be used. When a ΔΣ modulator is used for 5, a low pass filter can be used, for example.
【0028】なお、信号処理部2において、仮にフィル
タリング部6を設けずに、Δ変調器,ΔΣ変調器などの
変調器5の出力をカウンタ(デジタル積分器),デジタ
ルローパスフィルタなどのデジタルデータ生成部7に入
力させるものとする場合、この信号処理部2は、前述の
文献に開示されているオーバーサンプリング方式のA/
D変換器と同様のものとなる。すなわち、Δ変調器の出
力段に、変調器に使った予測フィルタと同様の回路(例
えばデジタル積分器)を再生器として接続すれば、ま
た、ΔΣ変調器の出力段に、デジタルローパスフィルタ
を再生器として接続すれば、これらの再生器から、入力
波形に対応したデジタル信号を得ることができ、A/D
変換器を構成することができる。この場合、Δ変調器,
ΔΣ変調器を用いたA/D変換器では、図11に示した
従来の信号処理装置のA/D変換部52,すなわち通常
のA/D変換器に比べて、サンプリング間隔を短かく
し、高速サンプリングを行なうことができる。In the signal processing unit 2, the output of the modulator 5 such as a Δ modulator or ΔΣ modulator is temporarily generated without providing the filtering unit 6 to generate digital data such as a counter (digital integrator) or a digital low-pass filter. When the signal is input to the unit 7, the signal processing unit 2 uses A / A of the oversampling method disclosed in the above-mentioned document.
It is the same as the D converter. That is, if a circuit similar to the predictive filter used for the modulator (for example, a digital integrator) is connected as a regenerator to the output stage of the Δ modulator, the digital low-pass filter is reproduced at the output stage of the ΔΣ modulator. Digital signal corresponding to the input waveform can be obtained from these regenerators if connected as an A / D converter.
A converter can be constructed. In this case, the Δ modulator,
The A / D converter using the ΔΣ modulator has a shorter sampling interval and a higher speed than the A / D converter 52 of the conventional signal processing device shown in FIG. 11, that is, a normal A / D converter. Sampling can be performed.
【0029】換言すれば、本実施例の信号処理部2は、
変調器5,デジタルデータ生成部7からなるオーバーサ
ンプリング方式のA/D変換器において、変調器5とデ
ジタルデータ生成部7との間に、1ビット入力,1ビッ
ト出力のフィルタリング部6がさらに設けられているこ
とを特徴とし、また、1ビット入力,1ビット出力のフ
ィルタリング部6自体に特徴を有している。In other words, the signal processor 2 of this embodiment is
An oversampling A / D converter including a modulator 5 and a digital data generator 7 is further provided with a 1-bit input / 1-bit output filtering unit 6 between the modulator 5 and the digital data generator 7. In addition, the filtering unit 6 itself for 1-bit input and 1-bit output has a feature.
【0030】次に、このような構成の信号処理装置の具
体的な動作について説明する。なお、以下では、信号処
理部2の変調器5にΔΣ変調器が用いられ、デジタルデ
ータ生成部7にはローパスフィルタが用いられていると
して説明する。Next, a specific operation of the signal processing device having such a configuration will be described. In the following description, a ΔΣ modulator is used as the modulator 5 of the signal processing unit 2 and a low-pass filter is used as the digital data generating unit 7.
【0031】信号生成部1から音響発生用信号が生成さ
れて、信号処理部2に加わると、信号処理部2の変調器
5では、これをΔΣ変調し、1ビットデータ列に変換
し、1ビット入力信号DINとしてフィルタリング部6
に与える。フィルタリング部6が図4に示すような構成
になっているとすると、フィルタリング部6は、変調器
5からの1ビット入力信号DINを受けて、例えば図6
のように動作する。なお、図6は、ΔΣ変調のオーバー
サンプリング比Mが“5”であって、1ビット入力信号
DINおよび係数ROM37に記憶されている1ビット
フィルタ係数が、5倍にオーバーサンプリングされてい
るとし、係数ROM37に10個の1ビットフィルタ係
数W0〜W9(フィルタ係数の長さ=10)が記憶されて
いるとした場合のタイムチャートを示している。When the signal for sound generation is generated from the signal generation unit 1 and applied to the signal processing unit 2, the modulator 5 of the signal processing unit 2 performs ΔΣ modulation and converts it into a 1-bit data string, and 1 Filtering unit 6 as bit input signal DIN
Give to. Assuming that the filtering unit 6 has the configuration shown in FIG. 4, the filtering unit 6 receives the 1-bit input signal DIN from the modulator 5 and receives the 1-bit input signal DIN from the modulator 5, for example.
Works like Note that in FIG. 6, the oversampling ratio M of ΔΣ modulation is “5”, and the 1-bit input signal DIN and the 1-bit filter coefficient stored in the coefficient ROM 37 are oversampled by 5 times. The time chart in the case where ten 1-bit filter coefficients W 0 to W 9 (filter coefficient length = 10) are stored in the coefficient ROM 37 is shown.
【0032】図6を参照すると、クロック発生器31か
らクロックCLK(例えば25.92MHzの周波数)
が発生すると、分周器32は、クロックCLKを例えば
1/10に分周し、分周信号DSを生成する。また、モ
ノマルチバイブレータ33は、分周器32からの分周信
号DSに基づき、タイミングパルスWEを生成する。A
ND回路35では、クロックCLKとタイミングパルス
WEの反転信号との論理積をとって、カウンタ36用の
クロックCLK1を生成する。このような各種制御信号
の下で、1ビット入力信号DINを受けると、信号蓄積
部(信号RAM)34には、タイミングパルス(ライト
イネーブル信号)WEがハイレベルのときに、1ビット
入力信号DINが書き込まれる。すなわち、クロックC
LKの1/10の分周タイミングで、fn-1,fn,f
n+1,fn+2が順次書き込まれる。Referring to FIG. 6, a clock CLK (for example, a frequency of 25.92 MHz) is generated from the clock generator 31.
When the occurrence of 1 occurs, the frequency divider 32 divides the clock CLK into, for example, 1/10 to generate the divided signal DS. The mono-multivibrator 33 also generates a timing pulse WE based on the frequency-divided signal DS from the frequency divider 32. A
The ND circuit 35 takes the logical product of the clock CLK and the inverted signal of the timing pulse WE to generate the clock CLK 1 for the counter 36. When the 1-bit input signal DIN is received under such various control signals, the 1-bit input signal DIN is stored in the signal storage unit (signal RAM) 34 when the timing pulse (write enable signal) WE is at the high level. Is written. That is, the clock C
F n−1 , f n , f at a frequency division timing of 1/10 of LK
n + 1 and fn + 2 are sequentially written.
【0033】一方、タイミングパルス(ライトイネーブ
ル信号)WEがロウレベルのときには、信号蓄積部(信
号RAM)34は読出モードとなり、カウンタ36のカ
ウント値によりアドレッシングされて、そのアドレスの
ところのデータが読み出される。例えば、信号蓄積部
(信号RAM)34にfnが書き込まれた後には、信号
蓄積部(信号RAM)34からは、1ビット入力信号D
1としてfn,fn-1,…,fn-9が順次に読み出され、次
いで、fn+1が書き込まれた後には、信号蓄積部(信号
RAM)34からは、1ビット入力信号D1として、f
n+1,fn,…,fn-8が順次に読み出される。On the other hand, when the timing pulse (write enable signal) WE is at the low level, the signal accumulating section (signal RAM) 34 is in the reading mode, and the data at the address is read out by addressing with the count value of the counter 36. . For example, after f n is written in the signal storage unit (signal RAM) 34, the 1-bit input signal D is output from the signal storage unit (signal RAM) 34.
After fn , fn -1 , ..., Fn -9 are sequentially read as 1 and then fn + 1 is written, a 1-bit input is made from the signal storage unit (signal RAM) 34. As the signal D 1 , f
n + 1 , f n , ..., F n-8 are sequentially read.
【0034】また、カウンタ38は、クロックCLKに
よりカウントを行ない、係数記憶部(係数ROM)37
は、カウンタ38のカウント値によりアドレッシングさ
れて、そのアドレスのところのデータが読み出される。
より詳しくは、カウンタ38は、タイミングパルスWE
に同期した巡回カウンタとして構成することができ、こ
の場合、係数記憶部(係数ROM)37からは、タイミ
ングパルスWEがロウレベルとなった後、1ビットフィ
ルタ係数D2として、W0,W1,…,W9が順次に読み出
される。The counter 38 counts according to the clock CLK, and the coefficient storage section (coefficient ROM) 37.
Is addressed by the count value of the counter 38 and the data at that address is read.
More specifically, the counter 38 uses the timing pulse WE.
Can be configured as a cyclic counter synchronized with, in this case, from the coefficient storage unit (coefficient ROM) 37, after the timing pulse WE becomes low level, as a 1-bit filter coefficients D 2, W 0, W 1, ..., W 9 are sequentially read.
【0035】フィルタリング結果出力部,すなわちXO
R回路39では、前述のように、信号蓄積部(信号RA
M)34からの1ビット入力信号D1と係数記憶部(係
数ROM)37からの1ビットフィルタ係数D2との乗
算を行なう。その結果、フィルタリング結果出力部39
からは、図7に示すようなフィルタリング結果,すなわ
ち出力信号が出力される。すなわち、フィルタリング部
6に変調器5から1ビットデータ列fnが入力すると、
フィルタリング結果出力部39からは、fn-9・W9,f
n-8・W8,…,fn・W0が出力信号として順次に出力さ
れ、次いで、フィルタリング部6に変調器5から1ビッ
トデータ列fn+1が入力すると、フィルタリング結果出
力部39からは、fn-8・W9,fn-7・W8,…,fn+1
・W0が出力信号として順次に出力される。Filtering result output section, that is, XO
In the R circuit 39, as described above, the signal storage unit (signal RA
M) The 1-bit input signal D 1 from the 34 and the 1-bit filter coefficient D 2 from the coefficient storage unit (coefficient ROM) 37 are multiplied. As a result, the filtering result output unit 39
Outputs the filtering result, that is, the output signal as shown in FIG. That is, when the 1-bit data string f n is input from the modulator 5 to the filtering unit 6,
From the filtering result output unit 39, f n-9 · W 9 , f
When n-8 · W 8 , ..., F n · W 0 are sequentially output as output signals, and then the 1-bit data string f n + 1 is input from the modulator 5 to the filtering unit 6, the filtering result output unit 39 From f n-8 · W 9 , f n-7 · W 8 , ..., f n + 1
-W 0 is sequentially output as an output signal.
【0036】デジタルデータ生成部7において、これら
の総和をとることにより、1ビット入力信号に対しFI
R(finite impulse response)フィルタ処理を施した結
果を得ることができる。すなわち、フィルタリングされ
た信号の値F(n)を、次式のように、現時点nよりも
kサンプリング前の1ビット入力信号f(n−k)と対
応する1ビットフィルタ係数W(k)の積和で表現する
FIRフィルタリングの手法が適用可能となる。In the digital data generator 7, the FI is applied to the 1-bit input signal by taking the sum of these.
The result of R (finite impulse response) filtering can be obtained. That is, the value F (n) of the filtered signal is converted into a 1-bit filter coefficient W (k) corresponding to the 1-bit input signal f (n−k) k sampling earlier than the current point n as shown in the following equation. The FIR filtering method expressed by sum of products can be applied.
【0037】[0037]
【数1】 [Equation 1]
【0038】また、フィルタリング部6は、1回のフィ
ルタリング結果出力につき、係数記憶部37中から選択
した1ビットフィルタ係数1個と、信号蓄積部34から
選択した対応する1ビット入力信号1個とを用いて演算
を行なうだけで良く、非常に簡単な回路構成でFIRフ
ィルタを実現できる。The filtering unit 6 also outputs one 1-bit filter coefficient selected from the coefficient storage unit 37 and one corresponding 1-bit input signal selected from the signal storage unit 34 for each filtering result output. The FIR filter can be realized with a very simple circuit configuration by simply performing the calculation using
【0039】このように、本実施例では、1ビットの入
力信号に対するFIRフィルタを簡単な構成で実現でき
ることがわかる。そして、1ビットの入力信号に対し、
FIRフィルタリング処理を行なうことで、信号の性質
を変化させ、スピーカ4から所望の音響を出力すること
ができる。なお、FIRフィルタには直線位相性などの
利点があり、FIRフィルタを簡単な構成で実現できる
ことは、極めて有利である。As described above, in the present embodiment, it is understood that the FIR filter for the 1-bit input signal can be realized with a simple structure. And for 1-bit input signal,
By performing the FIR filtering process, the characteristics of the signal can be changed and a desired sound can be output from the speaker 4. The FIR filter has advantages such as linear phase property, and it is extremely advantageous that the FIR filter can be realized with a simple configuration.
【0040】ところで、上述のようなフィルタリング処
理において、ΔΣ変調のオーバーサンプリング比をM、
タップ長をN、ΔΣ変調された1ビットフィルタ係数の
長さをN・M、出力信号の精度を保証する数値をQ(Q
>1)とするとき、1ビット入力信号当りの出力信号数
Xは、次式を満たすものであるのが良い。By the way, in the above filtering process, the oversampling ratio of ΔΣ modulation is set to M,
The tap length is N, the length of the ΔΣ-modulated 1-bit filter coefficient is N · M, and the numerical value that guarantees the accuracy of the output signal is Q (Q
> 1), the number X of output signals per 1-bit input signal should satisfy the following equation.
【0041】[0041]
【数2】X≧N2・Q2/M[Formula 2] X ≧ N 2 · Q 2 / M
【0042】例えば、図6では、ΔΣ変調された1ビッ
トフィルタ係数の長さが“10”である場合が示されて
おり、ここで、オーバーサンプリング比Mが“2”であ
るとの情報を与えれば、フィルタのタップ長Nは、次式
から“5”となる。For example, FIG. 6 shows the case where the length of the ΔΣ-modulated 1-bit filter coefficient is “10”, and here, the information that the oversampling ratio M is “2” is given. If given, the tap length N of the filter is "5" from the following equation.
【0043】[0043]
【数3】N=(フィルタ係数の長さ)/M=10/2=5## EQU3 ## N = (length of filter coefficient) / M = 10/2 = 5
【0044】この場合、1ビット入力信号当りの出力信
号数Xに対して、出力信号の精度の保証値Qは、数2か
ら次式を満たすものであるのが良い。In this case, with respect to the number X of output signals per 1-bit input signal, it is preferable that the guaranteed value Q of the accuracy of the output signal satisfies the following equation from the equation (2).
【0045】[0045]
【数4】X≧52・Q2/2=12.5×Q2 [Expression 4] X ≧ 5 2 · Q 2 /2=12.5×Q 2
【0046】しかしながら、図7より、X=10である
ので、この場合、Qは“1”よりも小さくなってしまう
(Q<1)。従って、オーバーサンプリング比Mが“2”
のときは、数2の条件を満たすようにすると、Qが
“1”よりも小さくなってしまい、出力信号の精度が低
下する恐れがある。However, since X = 10 from FIG. 7, in this case, Q becomes smaller than "1".
(Q <1). Therefore, the oversampling ratio M is "2".
In this case, if the condition of Expression 2 is satisfied, Q becomes smaller than “1”, which may reduce the accuracy of the output signal.
【0047】これに対し、オーバーサンプリング比Mが
“5”であるとの情報を与えれば、フィルタのタップ長
Nは、次式から“2”となる。On the other hand, if the information that the oversampling ratio M is "5" is given, the tap length N of the filter becomes "2" from the following equation.
【0048】[0048]
【数5】N=(フィルタ係数の長さ)/M=10/5=2(5) N = (length of filter coefficient) / M = 10/5 = 2
【0049】この場合には、数2の条件は、次式のよう
になる。In this case, the condition of Expression 2 is as follows.
【0050】[0050]
【数6】X≧22・Q2/5=0.8×Q2 [Equation 6] X ≧ 2 2 · Q 2 /5=0.8×Q 2
【0051】そして、図7より、X=10であるので、
この場合、Q≦12.5となり、Q>1の条件をも満た
すことができる。すなわち、オーバーサンプリング比M
が“5”のときは、数2の条件とQ>1の条件との両方
の条件を満たすことができる。From FIG. 7, since X = 10,
In this case, Q ≦ 12.5, and the condition of Q> 1 can also be satisfied. That is, the oversampling ratio M
When is “5”, it is possible to satisfy both the condition of Expression 2 and the condition of Q> 1.
【0052】すなわち、ΔΣ変調された信号は、最大値
で正規化した元信号をfとした時、確率P(+1)=
(1+f)/2で“1”を出力し、確率P(−1)=
(1−f)/2で“−1”を出力する試行を繰り返した
結果(二項分布)と考えることができる。この場合、フ
ィルタリング処理として、[f(n−k)]XOR[W
(k)]の結果を出力すれば、期待される平均値は通常
のFIRフィルタリングの結果に一致するが、実際の平
均値の分散は、時間当りの出力信号数Xが少ないほど大
きくなる。That is, in the ΔΣ-modulated signal, when the original signal normalized by the maximum value is f, the probability P (+1) =
“1” is output at (1 + f) / 2, and the probability P (−1) =
It can be considered as the result (binomial distribution) of repeated trials of outputting "-1" at (1-f) / 2. In this case, as the filtering process, [f (n−k)] XOR [W
If the result of (k)] is output, the expected average value matches the result of normal FIR filtering, but the variance of the actual average value increases as the number X of output signals per time decreases.
【0053】具体的には、通常のサンプリングの間での
出力信号数をX’とするとき、分散,標準偏差,偏差の
平均は、それぞれ次式のようになる。Specifically, when the number of output signals during normal sampling is X ', the variance, standard deviation, and average of the deviations are as follows.
【0054】[0054]
【数7】 (Equation 7)
【0055】図8には、期待値からの偏差が示されてい
る。ここで、P(+1)=P(−1)=1/2とする
と、期待値から所定の偏差1/(2NQ)の範囲内に収
めるためには、出力信号数X’が次式を満たす必要があ
る。FIG. 8 shows the deviation from the expected value. Here, assuming that P (+1) = P (−1) = 1/2, the number of output signals X ′ satisfies the following equation in order to fall within a predetermined deviation 1 / (2NQ) from the expected value. There is a need.
【0056】[0056]
【数8】X’=N2Q2 [Expression 8] X '= N 2 Q 2
【0057】X’は通常のサンプリングの間での出力信
号数であるので、1オーバーサンプリング間では、出力
信号数Xが次式を満たす必要がある。Since X'is the number of output signals during normal sampling, the number X of output signals must satisfy the following expression during one oversampling.
【0058】[0058]
【数9】X=N2Q2/M[Equation 9] X = N 2 Q 2 / M
【0059】このことから、出力信号の最大値の1/Q
までを許容できる誤差として、信頼度95%で分散が1
/Qの範囲に収まるためには、1入力信号当りの出力信
号数Xが数2を満たす必要があることがわかる。From this, 1 / Q of the maximum value of the output signal
The allowable error is up to 95% reliability and 1 variance
It can be seen that the number X of output signals per input signal must satisfy the equation 2 in order to fall within the range of / Q.
【0060】すなわち、上述したフィルタリング部6に
おいて、入力信号とフィルタ係数に特別な制限を設けな
い場合、フィルタリング処理結果の出力回数(出力頻
度)を数2により定められるXで示される程度に設定す
れば、期待精度を高めることができ、出力信号にローパ
スフィルタを施した値を通常のFIRフィルタリングの
結果に近い値にすることができる。That is, in the above-described filtering unit 6, if no special limitation is imposed on the input signal and the filter coefficient, the number of times the filtering process result is output (output frequency) is set to an extent indicated by X defined by the equation 2. For example, the expected accuracy can be increased, and the value obtained by applying the low-pass filter to the output signal can be set to a value close to the result of normal FIR filtering.
【0061】一方、このフィルタリング部6において
は、フィルタリング処理のために1ビット入力信号およ
び1ビットフィルタ係数を蓄えておくメモリの容量(信
号蓄積部,係数記憶部の容量)が大きな問題となる。On the other hand, in this filtering unit 6, the capacity of the memory (the capacity of the signal storage unit and the coefficient storage unit) for storing the 1-bit input signal and the 1-bit filter coefficient for the filtering process becomes a serious problem.
【0062】1入力信号あたりの出力信号数Xは、フィ
ルタ長N・Mよりも大きくても、フィルタの同じ係数で
何度も計算を繰り返すだけで無駄であるので、この無駄
を省くためには、次式を満たせば良い。Even if the number X of output signals per input signal is larger than the filter length N · M, it is wasteful to repeat the calculation many times with the same coefficient of the filter. To avoid this waste, , The following formula should be satisfied.
【0063】[0063]
【数10】N・M≧X[Equation 10] N ・ M ≧ X
【0064】数2と数10から、N・Mを最小にするX
を求めると、次式が得られる。From Equations 2 and 10, X that minimizes N · M
The following equation is obtained by obtaining.
【0065】[0065]
【数11】X=N・M[Equation 11] X = N · M
【0066】すなわち、1入力信号について全てのフィ
ルタ係数分の信号を出力するようにすれば(換言すれ
ば、1ビット入力信号と1ビットフィルタ係数の積を、
1サンプリングについて、全てのフィルタ係数に対して
計算して出力するようにすれば)、メモリ容量(信号蓄
積部,係数記憶部の容量)を最小にできることがわか
る。That is, if signals for all filter coefficients are output for one input signal (in other words, the product of the 1-bit input signal and the 1-bit filter coefficient is
It can be seen that the memory capacity (capacity of the signal accumulating section and coefficient storing section) can be minimized by calculating and outputting for all filter coefficients for one sampling.
【0067】オーバーサンプリングを行なう場合、記憶
(蓄積)すべき信号の数は通常のサンプリングを行なう場
合よりも飛躍的に増えることが予想されるため、出力信
号数Xを数11のように規定することにより、メモリ容
量を最小にできることは、装置設計上、非常に有利であ
る。When oversampling is performed, the memory is
Since the number of signals to be (accumulated) is expected to increase dramatically as compared to the case of performing normal sampling, it is not possible to minimize the memory capacity by defining the number of output signals X as shown in equation 11. It is very advantageous in the device design.
【0068】例えば図4のフィルタリング部6におい
て、Qに当る数値を10、タップ数Nを36とし、さら
にオーバーサンプリング比Mを60とする場合には、出
力信号数Xの最小値を2160とすれば良い。また、こ
の場合、フィルタ係数の長さはN・M=2160である
ので、出力信号数Xを2160とするときには、1サン
プリングについて全フィルタ係数の演算結果を出力する
構造になることがわかる。For example, in the filtering unit 6 of FIG. 4, when the value corresponding to Q is 10, the number of taps N is 36, and the oversampling ratio M is 60, the minimum value of the number of output signals X is 2160. Good. Further, in this case, since the length of the filter coefficient is N · M = 2160, it is understood that when the number of output signals X is 2160, the calculation result of all filter coefficients is output for one sampling.
【0069】図9は、フィルタリング部6の他の構成例
を示す図である。図9の例では、フィルタリング部6
は、クロックCLK2を発生するクロック発生器41
と、1ビット入力信号DINがシリアルに順次に入力す
る複数段の信号蓄積部(シフトレジスタ)42と、複数
個の1ビットフィルタ係数が記憶されている係数記憶部
(係数ROM)43と、信号蓄積部42から選択された
P個の1ビット入力信号とこれらに対応する係数記憶部
43から選択されたP個の1ビットフィルタ係数とをそ
れぞれ用いて、1ビットで表現されたフィルタリング結
果をP個並列に出力するフィルタリング結果出力部44
と、P個のフィルタリング結果の総和をとる総和部45
とを有している。FIG. 9 is a diagram showing another configuration example of the filtering unit 6. In the example of FIG. 9, the filtering unit 6
Is a clock generator 41 that generates a clock CLK 2.
A plurality of stages of signal storage units (shift registers) 42 for serially inputting 1-bit input signals DIN serially, a coefficient storage unit (coefficient ROM) 43 storing a plurality of 1-bit filter coefficients, and signals The P 1-bit input signals selected from the storage unit 42 and the P 1-bit filter coefficients selected from the coefficient storage unit 43 corresponding to these are used to output the filtering result expressed by 1 bit as P 1 Filtering result output section 44 for outputting in parallel
And a summation unit 45 for summing P filtering results
And have.
【0070】なお、図9の例では、フィルタリング結果
出力部44は、P個のXOR回路(排他的論理和回路)
で構成されており、各XOR回路は、信号蓄積部42か
らの1個の1ビット入力信号とこれに対応する係数記憶
部43からの1個の1ビットフィルタ係数との乗算を行
なうようになっている。このような構成では、いま例え
ば入力信号およびフィルタ係数が60倍にオーバーサン
プリングされているとし、クロックCLK2が12KH
zの周波数であるとし、信号蓄積部(シフトレジスタ)
42の段数PおよびXOR回路の個数Pを2160とす
ると、信号蓄積部(シフトレジスタ)42には2160
個の1ビット入力信号データが順次に蓄積される。この
際、シフトレジスタ42では、1個の1ビット入力信号
が蓄積されるごとに、最も古いデータが取り除かれてい
く。In the example of FIG. 9, the filtering result output unit 44 includes P XOR circuits (exclusive OR circuits).
Each XOR circuit is configured to perform multiplication of one 1-bit input signal from the signal accumulator 42 and one corresponding 1-bit filter coefficient from the coefficient storage 43. ing. In such a configuration, for example, assuming that the input signal and the filter coefficient are oversampled 60 times, the clock CLK 2 is 12 KH.
z frequency, signal storage (shift register)
If the number of stages P of 42 and the number of XOR circuits P are 2160, the signal storage unit (shift register) 42 has 2160.
Pieces of 1-bit input signal data are sequentially accumulated. At this time, in the shift register 42, the oldest data is removed every time one 1-bit input signal is accumulated.
【0071】フィルタリング結果出力部44では、21
60個のXORにより、2160個分の演算(乗算)が
並列で動作し、総和部45では、2160個の乗算結果
を総和して出力する。なお、図9のフィルタリング部で
は出力結果が高域にノイズの重量したアナログ値となる
ので、後の処理によってはさらに出力値にローパスフィ
ルタを用いる必要がある。In the filtering result output section 44, 21
The operation (multiplication) for 2160 operates in parallel by the 60 XORs, and the summation unit 45 sums up the 2160 multiplication results and outputs it. Since the output result of the filtering unit shown in FIG. 9 is an analog value in which high frequencies are weighted by noise, it is necessary to further use a low-pass filter for the output value depending on the subsequent processing.
【0072】以上のように、フィルタリング部6が図9
のように構成されている場合、その動作は、図4に示し
たフィルタリング部の動作が、P回分並列に同時になさ
れると考えられる。これにより、フィルタリング結果の
出力回数をその分減らすことができる。すなわち、フィ
ルタリング処理の回数を減らすことができる。また、比
較的低い動作クロックで回路を動作させることができ
る。As described above, the filtering unit 6 is configured as shown in FIG.
It is considered that the operation of the filtering section shown in FIG. 4 is performed P times in parallel at the same time. This makes it possible to reduce the number of times the filtering result is output. That is, the number of filtering processes can be reduced. Further, the circuit can be operated with a relatively low operation clock.
【0073】また、フィルタリング部6が図9のように
構成されている場合においても、その出力信号数Xは、
基本的には、図4に示したフィルタリング部と同様の制
限を受けるが、P回分が並列に出力されるので、ΔΣ変
調された信号の1サンプリング当りのフィルタリング部
からの出力信号数Xは、次式を満たせば良い。Even when the filtering unit 6 is constructed as shown in FIG. 9, the number X of output signals is
Basically, it is subject to the same limitation as the filtering unit shown in FIG. 4, but since P times are output in parallel, the number X of output signals from the filtering unit per sampling of the ΔΣ-modulated signal is The following formula should be satisfied.
【0074】[0074]
【数12】X≧N2Q2/(M・P)[Equation 12] X ≧ N 2 Q 2 / (MP)
【0075】出力信号数Xを数12を満たすものとする
ことによって、出力信号にローパスフィルタを施した値
を通常のFIRフィルタリングの結果に近い値にするこ
とができる。By setting the number X of output signals to satisfy the expression 12, the value obtained by applying the low-pass filter to the output signal can be made a value close to the result of normal FIR filtering.
【0076】また、図9の構成では、特に、ΔΣ変調し
た1サンプリングについて、1個の結果を出力すること
ができる。この場合には、信号の入出力ともに同じ動作
クロックで入出力回路を動作させることができ、動作タ
イミングの設計が容易になる。Further, in the configuration of FIG. 9, one result can be output particularly for one ΔΣ-modulated sampling. In this case, the input / output circuit can be operated with the same operation clock for both signal input and output, which facilitates the design of the operation timing.
【0077】具体的に、数12において、Qに当る数値
を10、Nを36、Pを2160とし、Mを60とし
て、1入力信号あたりの出力信号数Xを求めれば、X=
1となり、ΔΣ変調した信号の1サンプリングについて
1個の結果を出力する構成を実現することができる。Specifically, in equation 12, when the numerical value corresponding to Q is 10, N is 36, P is 2160, and M is 60, the number X of output signals per input signal is calculated.
Therefore, it is possible to realize a configuration in which one result is output for one sampling of the ΔΣ modulated signal.
【0078】また、図9の構成では、係数記憶部43中
から任意に選択したP個の1ビットフィルタ係数と、信
号蓄積部42から選択した対応するP個の1ビット信号
の積の和を、ΔΣ変調して出力することによって、出力
信号も1ビット信号になり、フィルタリング部の後段
に、さらに別のディジタル信号処理を付加することがで
きる。Further, in the configuration of FIG. 9, the sum of the products of the P 1-bit filter coefficients arbitrarily selected from the coefficient storage unit 43 and the corresponding P 1-bit signals selected from the signal storage unit 42 is calculated. , ΔΣ-modulated and output, the output signal also becomes a 1-bit signal, and it is possible to add another digital signal processing after the filtering section.
【0079】具体的には、図9のフィルタリング部の後
段にアナログローパスフィルタを接続し、さらにその出
力信号をΔΣ変調器に加え、ΔΣ変調を施すこともでき
る。Specifically, it is also possible to connect an analog low-pass filter in the subsequent stage of the filtering section of FIG. 9 and add the output signal thereof to a ΔΣ modulator to perform ΔΣ modulation.
【0080】この場合、出力の後段で直接デジタル信号
処理はできなくなるが、回路の構成は簡単になる。In this case, the digital signal processing cannot be performed directly in the latter stage of the output, but the circuit configuration becomes simple.
【0081】なお、上述の実施例では、オーバーサンプ
リング方式として、ΔΣ変調を用いており、特にΔΣ変
調を用いることにより、前述のように、信号処理精度を
高め、また、FIRフィルタを簡単な構成で実現できる
という利点を有するが、本発明は、ΔΣ変調に限定され
ず、オーバーサンプリング方式として、ΔΣ変調をも含
めたより広義の確率密度変調を用いる場合にも同様に適
用できる。In the above-described embodiment, the ΔΣ modulation is used as the oversampling method. Particularly, by using the ΔΣ modulation, the signal processing accuracy is increased and the FIR filter has a simple structure as described above. However, the present invention is not limited to the ΔΣ modulation, and can be similarly applied to the case where a more broad probability density modulation including the ΔΣ modulation is used as the oversampling method.
【0082】また、上述の実施例では、信号処理装置を
音響信号処理に適用して説明したが、本発明は、音響信
号処理に限らず、信号の性質を変化させる用途であれ
ば、任意の用途に適用可能である。Further, in the above-described embodiments, the signal processing device is applied to the acoustic signal processing, but the present invention is not limited to the acoustic signal processing, but may be any other application as long as it changes the characteristics of the signal. It can be used for various purposes.
【0083】[0083]
【発明の効果】以上に説明したように、請求項1記載の
発明によれば、1ビットで表現された1ビット入力信号
を蓄積する信号蓄積手段と、1ビットで表現されたフィ
ルタ係数が記憶されている係数記憶手段と、信号蓄積手
段からの1ビット入力信号と係数記憶手段からの1ビッ
トフィルタ係数とによりフィルタリング結果を計算する
フィルタリング結果出力手段とを有し、オーバーサンプ
リング方式により1ビットで表現された1ビット入力信
号を直接フィルタリングして1ビットで表現されたフィ
ルタリング結果を得るので、1ビットで表現された信号
に対するフィルタリング処理が簡単な構成の回路で実現
可能となり、特に、直線位相性などの利点を有するFI
Rフィルタリングの手法が簡単な構成の下で可能とな
る。As described above, according to the first aspect of the invention, the signal accumulating means for accumulating the 1-bit input signal represented by 1 bit and the filter coefficient represented by 1 bit are stored. And a filtering result output means for calculating a filtering result by the 1-bit input signal from the signal storage means and the 1-bit filter coefficient from the coefficient storage means. Since the expressed 1-bit input signal is directly filtered to obtain the filtering result expressed by 1-bit, the filtering process for the signal expressed by 1-bit can be realized by a circuit having a simple configuration, and in particular, the linear phase characteristic FI with advantages such as
The R filtering method is possible with a simple configuration.
【0084】また、請求項2記載の発明によれば、オー
バーサンプリング方式には、ΔΣ変調方式が用いられる
ので、信号処理精度を高めることができ、また、FIR
フィルタを非常に簡単な構成で実現できる。According to the second aspect of the invention, since the ΔΣ modulation method is used as the oversampling method, the signal processing accuracy can be improved and the FIR processing can be performed.
The filter can be realized with a very simple structure.
【0085】また、請求項3記載の発明によれば、フィ
ルタリング結果出力手段は、1回のフィルタリング結果
出力につき、係数記憶手段から選択した1個の1ビット
フィルタ係数と、信号蓄積手段から選択した対応する1
個の1ビット入力信号とを用いて、1つのフィルタリン
グ結果を出力するので、非常に簡単なハードワイヤド・
ロジックで、1ビット信号に対するフィルタリング処理
を行なうことができる。According to the third aspect of the present invention, the filtering result outputting means selects one 1-bit filter coefficient selected from the coefficient storing means and the signal accumulating means for each filtering result output. Corresponding 1
One filtering result is output using one 1-bit input signal and
Logic can perform a filtering process on a 1-bit signal.
【0086】また、請求項4記載の発明によれば、フィ
ルタリング結果出力手段は、1回のフィルタリング結果
出力につき、係数記憶手段から選択した複数の1ビット
フィルタ係数と、信号蓄積手段から選択した対応する複
数の1ビット入力信号とを用いて、複数のフィルタリン
グ結果を並列出力するので、フィルタリング処理の回数
を減らすことが可能になり、比較的低い動作クロックで
回路を動作させることができる。According to the fourth aspect of the invention, the filtering result output means selects a plurality of 1-bit filter coefficients selected from the coefficient storage means and the signal storage means for each filtering result output. Since a plurality of filtering results are output in parallel by using a plurality of 1-bit input signals, the number of filtering processes can be reduced, and the circuit can be operated with a relatively low operation clock.
【0087】また、請求項5,6記載の発明によれば、
確率密度変調のオーバーサンプリング比をMとし、確率
密度変調された1ビットフィルタ係数の長さをN・Mと
し、出力信号の精度を保証する数値をQとするとき、確
率密度変調した信号の1サンプリングに対するフィルタ
リング結果出力手段からの出力信号数Xが、X≧N2・
Q2/Mの関係を満たすよう構成されている。また、確
率密度変調のオーバーサンプリング比をMとし、確率密
度変調された1ビットフィルタ係数の長さをN・Mと
し、出力信号の精度を保証する数値をQとし、フィルタ
リングに用いる複数の信号個数をPとするとき、確率密
度変調した信号の1サンプリングに対する前記フィルタ
リング結果出力手段からの出力信号数Xが、X≧N2Q2
/(M・P)の関係を満たすように構成されているの
で、出力信号の期待精度を高めることができる。According to the inventions of claims 5 and 6,
When the oversampling ratio of the probability density modulation is M, the length of the probability density modulated 1-bit filter coefficient is N · M, and the numerical value that guarantees the accuracy of the output signal is Q, the probability density modulated signal is 1 The number X of output signals from the filtering result output means for sampling is X ≧ N 2 ·
It is configured to satisfy the relationship of Q 2 / M. Further, the oversampling ratio of probability density modulation is M, the length of the probability density modulated 1-bit filter coefficient is N · M, the numerical value that guarantees the accuracy of the output signal is Q, and the number of multiple signals used for filtering is set. Where P is P, the number X of output signals from the filtering result output means for one sampling of the probability density modulated signal is X ≧ N 2 Q 2
Since it is configured to satisfy the relationship of / (MP), the expected accuracy of the output signal can be increased.
【図1】本発明に係る信号処理装置の一実施例の構成図
である。FIG. 1 is a configuration diagram of an embodiment of a signal processing device according to the present invention.
【図2】Δ変調器の構成を示す図である。FIG. 2 is a diagram showing a configuration of a Δ modulator.
【図3】ΔΣ変調器の構成を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing a configuration of a ΔΣ modulator.
【図4】フィルタリング部の構成例を示す図である。FIG. 4 is a diagram illustrating a configuration example of a filtering unit.
【図5】XOR回路の機能を説明するための図である。FIG. 5 is a diagram for explaining the function of an XOR circuit.
【図6】図4のフィルタリング部の動作を説明するため
のタイムチャートである。FIG. 6 is a time chart for explaining the operation of the filtering unit in FIG.
【図7】図4のフィルタリング部から出力されるフィル
タリング結果を示す図である。FIG. 7 is a diagram showing a filtering result output from the filtering unit of FIG.
【図8】出力信号の期待値からの偏差を説明するための
図である。FIG. 8 is a diagram for explaining a deviation of an output signal from an expected value.
【図9】フィルタリング部の他の構成例を示す図であ
る。FIG. 9 is a diagram illustrating another configuration example of a filtering unit.
【図10】従来の信号処理装置の構成例を示す図であ
る。FIG. 10 is a diagram showing a configuration example of a conventional signal processing device.
【図11】従来型のA/D変換器を示す図である。FIG. 11 is a diagram showing a conventional A / D converter.
1 信号生成部 2 信号処理部 4 スピーカ 5 変調器 6 フィルタリング部 7 デジタルデータ生成部 31,41 クロック発生器 32 分周期 33 モノマルチバイブレータ 34,42 信号蓄積部 35 AND回路 36 カウンタ 37,43 係数記憶部 38 カウンタ 39,44 フィルタリング結果出力部 45 総和部 1 signal generation section 2 signal processing section 4 speaker 5 modulator 6 filtering section 7 digital data generation section 31,41 clock generator 32 minute cycle 33 mono-multivibrator 34,42 signal storage section 35 AND circuit 36 counter 37, 43 coefficient storage Section 38 counter 39,44 filtering result output section 45 summing section
Claims (6)
を蓄積する信号蓄積手段と、1ビットで表現されたフィ
ルタ係数が記憶されている係数記憶手段と、信号蓄積手
段からの1ビット入力信号と係数記憶手段からの1ビッ
トフィルタ係数とによりフィルタリング結果を計算する
フィルタリング結果出力手段とを有し、オーバーサンプ
リング方式により1ビットで表現された1ビット入力信
号を直接フィルタリングして1ビットで表現されたフィ
ルタリング結果を得ることを特徴とする信号処理装置。1. A signal storage means for storing a 1-bit input signal represented by 1 bit, a coefficient storage means for storing a filter coefficient represented by 1 bit, and a 1-bit input signal from the signal storage means. And a filtering result output means for calculating a filtering result by the 1-bit filter coefficient from the coefficient storage means, and the 1-bit input signal expressed by 1 bit by the oversampling method is directly filtered and expressed by 1 bit. A signal processing device, which obtains a filtered result.
前記オーバーサンプリング方式には、ΔΣ変調方式が用
いられることを特徴とする信号処理装置。2. The signal processing device according to claim 1, wherein
A signal processing apparatus, wherein a ΔΣ modulation method is used for the oversampling method.
前記フィルタリング結果出力手段は、1回のフィルタリ
ング結果出力につき、係数記憶手段から選択した1個の
1ビットフィルタ係数と、信号蓄積手段から選択した対
応する1個の1ビット入力信号とを用いて、1つのフィ
ルタリング結果を出力することを特徴とする信号処理装
置。3. The signal processing device according to claim 1, wherein
The filtering result output means uses one 1-bit filter coefficient selected from the coefficient storage means and one corresponding 1-bit input signal selected from the signal storage means for each filtering result output, A signal processing device which outputs one filtering result.
フィルタリング結果出力手段は、1回のフィルタリング
結果出力につき、係数記憶手段から選択した複数の1ビ
ットフィルタ係数と、信号蓄積手段から選択した対応す
る複数の1ビット入力信号とを用いて、複数のフィルタ
リング結果を並列出力することを特徴とする信号処理装
置。4. The signal processing device according to claim 1, wherein
The filtering result output means uses a plurality of 1-bit filter coefficients selected from the coefficient storage means and a plurality of corresponding 1-bit input signals selected from the signal accumulating means for each filtering result output, and performs a plurality of filtering operations. A signal processing device, which outputs results in parallel.
確率密度変調のオーバーサンプリング比をMとし、確率
密度変調された1ビットフィルタ係数の長さをN・Mと
し、出力信号の精度を保証する数値をQとするとき、確
率密度変調した信号の1サンプリングに対する前記フィ
ルタリング結果出力手段からの出力信号数Xが、X≧N
2・Q2/Mの関係を満たすよう構成されていることを特
徴とする信号処理装置。5. The signal processing device according to claim 3,
When the oversampling ratio of the probability density modulation is M, the length of the probability density modulated 1-bit filter coefficient is N · M, and the numerical value that guarantees the accuracy of the output signal is Q, the probability density modulated signal is 1 The number X of output signals from the filtering result output means for sampling is X ≧ N
A signal processing device, characterized in that it is configured to satisfy the relationship of 2 · Q 2 / M.
確率密度変調のオーバーサンプリング比をMとし、確率
密度変調された1ビットフィルタ係数の長さをN・Mと
し、出力信号の精度を保証する数値をQとし、フィルタ
リングに用いる複数の信号個数をPとするとき、確率密
度変調した信号の1サンプリングに対する前記フィルタ
リング結果出力手段からの出力信号数Xが、X≧N2Q2
/(M・P)の関係を満たすように構成されていること
を特徴とする信号処理装置。6. The signal processing device according to claim 4,
The oversampling ratio of probability density modulation is M, the length of the probability density modulated 1-bit filter coefficient is N · M, the numerical value that guarantees the accuracy of the output signal is Q, and the number of multiple signals used for filtering is P. Then, the number X of output signals from the filtering result output means for one sampling of the probability density modulated signal is X ≧ N 2 Q 2
A signal processing device, which is configured to satisfy a relationship of / (M · P).
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP7091601A JPH08265163A (en) | 1995-03-24 | 1995-03-24 | Signal processing unit |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP7091601A JPH08265163A (en) | 1995-03-24 | 1995-03-24 | Signal processing unit |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH08265163A true JPH08265163A (en) | 1996-10-11 |
Family
ID=14031084
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP7091601A Pending JPH08265163A (en) | 1995-03-24 | 1995-03-24 | Signal processing unit |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH08265163A (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2017504141A (en) * | 2013-11-26 | 2017-02-02 | オラクル・インターナショナル・コーポレイション | High-speed ADC for optical tape wobble signal |
-
1995
- 1995-03-24 JP JP7091601A patent/JPH08265163A/en active Pending
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2017504141A (en) * | 2013-11-26 | 2017-02-02 | オラクル・インターナショナル・コーポレイション | High-speed ADC for optical tape wobble signal |
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