JPH0879011A

JPH0879011A - 非線形ディジタル信号処理装置

Info

Publication number: JPH0879011A
Application number: JP6211184A
Authority: JP
Inventors: Manabu Yumine; 学湯峯
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1994-09-05
Filing date: 1994-09-05
Publication date: 1996-03-22

Abstract

(57)【要約】【目的】非線形回路を通すことによって発生した高調
波が、信号帯域内に折り返す事で生じる歪を低減する。【構成】入力信号は、リミッタ１とフィルタ３に入力
される。リミッタ１は、非線形演算を行う。フィルタ２
は、リミッタ１の信号のサンプリングポイントをシフト
する。フィルタ３は、入力信号のサンプリングポイント
をシフトする。リミッタ４は、フィルタ３からの信号に
非線形演算を施す。加算回路５は、フィルタ２とリミッ
タ４からの信号を加算する。フィルタ６は、加算回路５
からの信号のサンプリングポイトをシフトする。係数回
路７は、フィルタ６からの信号をａ倍する。以上の構成
により、サンプリング周波数を上げることなく、高調波
の折り返し歪みを低減する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、映像信号の非線形ディ
ジタル信号処理装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、映像信号の非線形ディジタル信号
処理は、低価格で高画質なＶＴＲ、ビデオムービー等を
実現するために重要な技術になっている。非線形ディジ
タル信号処理は、非線形な演算によって発生する高調波
が信号帯域内に折り返す事によって波形歪を生ずる。こ
の波形歪を低減する事が非線形ディジタル信号処理では
重要な技術の一つである。

【０００３】以下に従来の非線形ディジタル信号処理装
置について説明する。図３は、従来の非線形ディジタル
信号処理装置のブロック図である。図３において３１は
サンプリング周波数を上げるための補間回路で、３２は
非線形演算回路で、３３は信号帯域以上の周波数成分を
カットするローパスフィルタ（以下、ＬＰＦと略す）
で、３４はサンプリング周波数を元に戻すための間引き
回路である。

【０００４】以上のように構成された非線形ディジタル
信号処理装置について、以下その動作について説明す
る。まず、補間回路３１に入力される信号のサンプリン
グ周波数をfs、信号帯域をfaとする（ただし fa<(fs/2)
）。補間回路３１は、入力信号のサンプリング点の間
(0.5 クロックの部分)のデータを算出することで、サンプリ
ング周波数を２倍の２fsにする。このサンプリング周波
数が２倍になった信号に対し非線形演算回路３２で非線
形演算を行い、ＬＰＦ３３で信号帯域fa以上の信号成分
をカットする。ＬＰＦ３３からの信号を、間引き回路３
４でデータを間引きサンプリング周波数をfsに戻す。

【０００５】このように、従来の非線形ディジタル信号
処理装置は、サンプリング周波数を２倍にして非線形演
算を行い、高調波をカットし、サンプリング周波数を元
に戻す事で、折り返し歪を低減していた。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の構成では、入力信号のサンプリング周波数を上げる
ために、非線形ディジタル信号処理装置の動作周波数を
上げる必要があるという問題点を有していた。

【０００７】本発明は、上記従来の問題点を解決するも
ので、サンプリング周波数を上げる事なく無限に高次な
高調波からの折り返しを低減する非線形ディジタル信号
処理装置を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に本発明の非線形ディジタル信号処理装置は、入力信号
に対し非線形演算を行う第１の非線形演算手段と、第１
の非線形演算手段からの信号のサンプリングポイントを
シフトする第１のフィルタ手段と、入力信号のサンプリ
ングポイントをシフトする第２のフィルタ手段と、第２
のフィルタ手段からの信号に対し非線形演算を行う第２
の非線形演算手段と、第１のフィルタ手段と、第２の非
線形演算手段からの信号を加算する加算手段と、加算手
段からの信号のサンプリングポイントをシフトする第３
のフィルタ手段と、第３のフィルタ手段からの信号をａ
倍する係数手段の構成を有している。

【０００９】さらに、本発明は、入力信号に対し非線形
演算を行う第１の非線形演算手段と、第１の非線形演算
手段の信号を遅延する遅延手段と、入力信号に対し非線
形演算を行う第２の非線形演算手段と、第２の非線形演
算手段からの信号のサンプリングポイントをシフトする
第１のフィルタ手段と、入力信号のサンプリングポイン
トをシフトする第２のフィルタ手段と、第２のフィルタ
手段からの信号に対し非線形演算を行う第３の非線形演
算手段と、第１のフィルタ手段の信号から、第３の非線
形演算手段の信号を減算する第１の減算手段と、第１の
減算手段からの信号のサンプリングポイントをシフトす
る第３のフィルタ手段と、第３のフィルタ手段からの信
号をａ倍する係数手段と、遅延手段の信号から、係数手
段の信号を減算する第２の減算手段の構成を有してい
る。

【００１０】

【作用】本発明は上記した構成によって、非線形処理で
発生する高調波の折り返し歪が、低減される。以下、高
調波の折り返し歪が低減される原理を説明する。

【００１１】まず、サンプリング周波数をfs[Hz]、折り
返し周波数をfa[Hz]（０≦fa≦fs/2）、ｎを自然数、時
間をt[sec]、サンプリングポイントのシフト量をSck[cl
ock]（Sckは実数）とすると、fs/2以上の周波数成分F0
(t)は次の２式（（数１），（数２））のどちらかで表
現できる。

【００１２】

【数１】

【００１３】

【数２】

【００１４】このfs/2以上の周波数成分を、t=0からサ
ンプリング周波数fsでサンプリングする事で、fs/2以下
に折り返った信号F1(t)は、それぞれ次の２式（（数
３），（数４））となる。

【００１５】

【数３】

【００１６】

【数４】

【００１７】この２式からわかるように、サンプリング
ポイントをシフトすると、折り返った信号の位相が変化
する。これを踏まえ、上記構成の説明をする。

【００１８】まず、入力信号が第１の非線形演算手段を
通ることで発生する高調波F2(t)を

【００１９】

【数５】

【００２０】とすると、入力信号を第２のフィルタ手段
でSckクロックシフトた信号が、第２の非線形演算手段
を通ることで発生する高調波F3(t)は

【００２１】

【数６】

【００２２】となり、このF3(t)が折り返すと

【００２３】

【数７】

【００２４】となる。またF2(t)（（数５）参照）の折
り返し成分F5(t)は

【００２５】

【数８】

【００２６】となり第１のフィルタ手段でSckクロック
シフトすると

【００２７】

【数９】

【００２８】となる。ここで、第１のフィルタ手段から
の信号F6(t)（（数９）参照）と、第２の非線形演算手
段からの信号F4(t)（（数７）参照）を加算手段で加算
し第３のフィルタ手段でSck2クロックシフトし係数手段
でａ倍すると

【００２９】

【数１０】

【００３０】となる。また、入力信号が第１の非線形演
算手段を通ることで発生する高調波F8(t)が

【００３１】

【数１１】

【００３２】の時も、同様に計算すると、

【００３３】

【数１２】

【００３４】となる。つまり、F7(t)（（数１０）参
照）とF9(t)（（数１２）参照）から、非線形演算によ
って発生した高調波の折り返しの成分は、（数１３）倍
となる。

【００３５】

【数１３】

【００３６】ここで、fs/2以下の信号成分は、非線形演
算によるゲインの2a倍となる事を考えると、高調波の折
り返し成分はfs/2以下の信号成分に対し（数１４）倍と
なるので、高調波の折り返し成分のみ低減できる事がわ
かる。

【００３７】

【数１４】

【００３８】また、F6(t)（（数９）参照）からF4(t)
（（数７）参照）を減算する事で高調波の折り返し成分
のみ取り出し、入力信号に非線形処理を行ったものから
高調波の折り返し成分を減算し、高調波の折り返し成分
を低減する事もできる。

【００３９】

【実施例】以下本発明の一実施例について、図面を参照
しながら説明する。

【００４０】図１は本発明の第１の実施例における非線
形ディジタル信号処理装置のブロック図である。図１に
おいて、リミッタ１は、図４に示すリミッタ特性を持
ち、入力信号をリミットする。フィルタ２は、リミッタ
１からのデータのサンプリングポイントを0.5クロック
シフトする。サンプリングポイントのシフト例を図５に
示す。フィルタ２は、○で示すデータを入力した時、×
で示すデータを出力する。

【００４１】このフィルタは、例えば

【００４２】

【数１５】

【００４３】で示されるＦＩＲフィルタで構成できる。
フィルタ３は、フィルタ２と同じ構成で、入力信号のサ
ンプリングポイントを0.5クロックシフトする。リミッ
タ４は、リミッタ１と同じ特性を持ち、フィルタ３から
の信号をリミットする。加算回路５は、フィルタ２とリ
ミッタ４からのデータを加算する。フィルタ６は、フィ
ルタ２と同じ構成で加算回路５からの信号のサンプリン
グポイントを0.5クロックシフトする。係数回路７はフ
ィルタ６からの信号を0.5倍する。

【００４４】以上のように構成された非線形ディジタル
信号処理装置について動作を説明する。入力される信号
のサンプリング周波数をfsとし、リミッタ１、フィルタ
２の順で信号処理された信号を信号LF、フィルタ３、リ
ミッタ４の順で信号処理された信号を信号FLとする。こ
こで、fs/2以上の周波数の信号をサンプリング周波数fs
でサンプリングすると、折り返しによってfs/2以下の周
波数の信号成分も発生するが、この時発生した折り返し
成分の位相は、サンプリング点のシフトによって変化す
る。この事を踏まえて、信号LFと信号FLについて考え
る。信号LFでは、リミッタで発生した高調波が信号帯域
内に折り返している状態でサンプリングポイントをシフ
トしているのに対し、信号FLでは、信号をシフトした後
にリミッタを通し高調波が信号帯域内に折り返ってい
る。このため、信号FLと信号LFでは、fs/2以下の信号は
同位相であるが、リミッタで発生したfs/2以上の高調波
の折り返し成分の位相は異なる。この信号LFと信号FLを
加算回路５で加算し、係数回路７で 0.5倍すると、同位
相の成分のゲインは１倍で、位相の異なっている成分は
減衰する。つまり、リミッタで発生する高調波の折り返
し成分のみ減衰する。また、フィルタ６は、0.5クロッ
クサンプリングポイントをシフトすることで、入力信号
と同じサンプリングポイントに戻している。

【００４５】以上のように、入力信号に対し非線形演算
を行う第１の非線形演算手段（リミッタ１）と、第１の
非線形演算手段からの信号のサンプリングポイントをシ
フトする第１のフィルタ手段（フィルタ２）と、入力信
号のサンプリングポイントをシフトする第２のフィルタ
手段（フィルタ３）と、第２のフィルタ手段からの信号
に対し非線形演算を行う第２の非線形演算手段（リミッ
タ４）と、第１のフィルタ手段と、第２の非線形演算手
段からの信号を加算する加算手段（加算回路５）と、加
算手段からの信号のサンプリングポイントをシフトする
第３のフィルタ手段（フィルタ６）と、第３のフィルタ
手段からの信号をａ倍する係数手段（係数回路７）とを
設けることにより、サンプリング周波数を上げることな
く簡単な構成で、非線形演算によって発生する高調波の
折り返し歪を低減できる。

【００４６】尚、フィルタ６と係数回路７の順番を逆に
しても発明の効果に変わりはなく回路構成は実施例に留
まるものではない。

【００４７】また、フィルタ２、フィルタ３、フィルタ
６の構成は、タップ数が偶数で対称な係数を持つＦＩＲ
フィルタであれば n+0.5クロックのシフト（ｎは、０以
上の整数）ができ、発明の効果に変わりはなく、フィル
タの構成は実施例に留まるものではない。

【００４８】図２は本発明の第２の実施例における非線
形ディジタル信号処理装置のブロック図である。図２に
おいて、リミッタ１１は、実施例１のリミッタ１と同特
性で、入力信号をリミットする。入力から係数回路７ま
での回路は、実施例１の加算回路５を、フィルタ２のデ
ータからリミッタ４のデータを減算する減算回路１４に
置き換えた構成にする。また、入力から係数回路７まで
の信号のディレーをＤクロックとする。ディレー１２
は、リミッタ１１からのデータをＤクロック遅らせる。
減算回路１３は、ディレー１２のデータから係数回路７
のデータを減算する。

【００４９】以上のように構成された非線形ディジタル
信号処理装置について動作を説明する。入力される信号
のサンプリング周波数をfsとし、リミッタ１４、フィル
タ１５の順で信号処理された信号を信号LF、フィルタ１
６、リミッタ１７の順で信号処理された信号を信号FLと
する。ここで、fs/2以上の周波数の信号をサンプリング
周波数fsでサンプリングすると、折り返しによってfs/2
以下の周波数の信号成分も発生するが、この時発生した
折り返し成分の位相は、サンプリング点のシフトによっ
て変化する。この事を踏まえて、信号LFと信号FLについ
て考える。信号LFでは、リミッタで発生した高調波が信
号帯域内に折り返している状態でサンプリングポイント
をシフトしているのに対し、信号FLでは、信号をシフト
した後にリミッタを通し高調波が信号帯域内に折り返っ
ている。このため、信号FLと信号LFでは、fs/2以下の信
号は同位相であるが、リミッタで発生したfs/2以上の高
調波の折り返し成分の位相は異なる。この信号LFから信
号FLを減算回路１８で減算し、フィルタ１９でサンプリ
ングポイントをシフトし係数回路２０で 0.5倍すると、
同位相の成分のゲインは０倍で、位相の異なっている成
分のみ１クロック遅れで残る。つまり、係数回路２０か
らは、リミッタで発生する高調波の折り返し成分のみが
１クロック遅れで出力される。また、リミッタ１１によ
って、入力信号に非線形処理を行い、高調波が信号帯域
内に折り返っている信号が生成され、この信号をディレ
ー１２によって１クロック遅延する。ここで減算回路１
３で、ディレー１２の信号から、係数回路２０の信号を
減算すると、リミッタ１１の非線形演算で発生した高調
波の折り返し成分のみ減衰させる事ができる。

【００５０】以上のように、入力信号に対し非線形演算
を行う第１の非線形演算手段（リミッタ１１）と、第１
の非線形演算手段の信号を遅延する遅延手段（ディレー
１２）と、入力信号に対し非線形演算を行う第２の非線
形演算手段（リミッタ１４）と、第２の非線形演算手段
からの信号のサンプリングポイントをシフトする第１の
フィルタ手段（フィルタ１５）と、入力信号のサンプリ
ングポイントをシフトする第２のフィルタ手段（フィル
タ１６）と、第２のフィルタ手段からの信号に対し非線
形演算を行う第３の非線形演算手段（リミッタ１７）
と、第１のフィルタ手段の信号から、第３の非線形演算
手段の信号を減算する第１の減算手段（減算回路１８）
と、第１の減算手段からの信号のサンプリングポイント
をシフトする第３のフィルタ手段（フィルタ１９）と、
第３のフィルタ手段からの信号をａ倍する係数手段（係
数回路２０）と、遅延手段の信号から、係数手段の信号
を減算する第２の減算手段（減算回路１３）とを設ける
ことにより、サンプリング周波数を上げる事なく、非線
形処理によって発生する高調波の折り返し歪を低減でき
る。

【００５１】尚、リミッタ１４を無くし、リミッタ１１
の出力をフィルタ１５に入力しても発明の効果に変わり
はなく、実施例に留まるものではない。

【００５２】また、リミッタ１１とディレー１２の順番
を逆にしても発明の効果に変わりはなく、実施例に留ま
るものではない。

【００５３】さらに、フィルタ１９と係数回路２０の順
番を逆にしても発明の効果に変わりはなく、実施例に留
まるものではない。

【００５４】また、フィルタ１５、フィルタ１７、フィ
ルタ１９の構成は、タップ数が偶数で対称な係数を持つ
ＦＩＲフィルタであれば n+0.5クロックのシフト（ｎ
は、０以上の整数）ができ、発明の効果に変わりはな
く、フィルタの構成は実施例に留まるものではない。

【００５５】

【発明の効果】以上のように本発明は、非線形演算を行
った後にサンプリングポイントをシフトした信号と、サ
ンプリングポイントをシフトした後に非線形演算を行っ
た信号を加算する事で、サンプリング周波数を上げるこ
となく、簡単な構成で、非線形演算によって発生する高
調波の折り返し成分を低減でき、その実用的効果は大き
い。

【００５６】さらに、非線形演算を行った後にサンプリ
ングポイントをシフトした信号から、サンプリングポイ
ントをシフトした後に非線形演算を行った信号を減算す
る事で取り出した高調波の折り返し成分を、入力信号に
非線形演算を行った信号から減算する事で高調波の折り
返し成分を低減する。この方法によってサンプリング周
波数を上げる事なく、高調波の折り返し歪を低減でき、
さらにサンプリングポイントをシフトするフィルタの周
波数特性によって信号成分が減衰する事がなく、その実
用的効果は大きい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例における非線形ディジ
タル信号処理装置のブロック図

【図２】本発明の第２の実施例における非線形ディジ
タル信号処理装置のブロック図

【図３】従来の非線形ディジタル信号処理装置のブロ
ック図

【図４】本発明の実施例に用いたリミッタの入出力特
性を示す特性図

【図５】本発明の実施例に用いたフィルタを説明する
時に、フィルタに入出力する信号を示す波形図

【符号の説明】

１リミッタ２，３，６フィルタ４リミッタ５加算回路７係数回路

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】入力信号に対し非線形演算を行う第１の
非線形演算手段と、前記第１の非線形演算手段からの信号のサンプリングポ
イントをシフトする第１のフィルタ手段と、入力信号のサンプリングポイントをシフトする第２のフ
ィルタ手段と、前記第２のフィルタ手段からの信号に対し非線形演算を
行う第２の非線形演算手段と、前記第１のフィルタ手段と、前記第２の非線形演算手段
からの信号を加算する加算手段と、前記加算手段からの信号のサンプリングポイントをシフ
トする第３のフィルタ手段と、前記第３のフィルタ手段からの信号をａ倍する係数手段
とを具備することを特徴とする非線形ディジタル信号処
理装置。
【請求項２】第１の非線形演算手段と第２の非線形演
算手段が、同じ演算を行うことを特徴とする請求項１記
載の非線形ディジタル信号処理装置。
【請求項３】第１のフィルタ手段と第２のフィルタ手
段が、同じ構成であることを特徴とする請求項１記載の
非線形ディジタル信号処理装置。
【請求項４】入力から出力までのトータルのサンプリ
ングポイントのシフト量が整数となるように、第３のフ
ィルタ手段のシフト量を決定する事を特徴とする請求項
３記載の非線形ディジタル信号処理装置。
【請求項５】第１の非線形演算手段と第２の非線形演
算手段が、リミッタである事を特徴とする請求項１記載
の非線形ディジタル信号処理装置。
【請求項６】第１のフィルタ手段と第２のフィルタ手
段が、タップ数が偶数で、対称な係数によって構成され
るＦＩＲフィルタである事を特徴とする請求項１記載の
非線形ディジタル信号処理装置。
【請求項７】入力信号に対し非線形演算を行う第１の
非線形演算手段と、前記第１の非線形演算手段の信号を遅延する遅延手段
と、入力信号に対し非線形演算を行う第２の非線形演算手段
と、前記第２の非線形演算手段からの信号のサンプリングポ
イントをシフトする第１のフィルタ手段と、入力信号のサンプリングポイントをシフトする第２のフ
ィルタ手段と、前記第２のフィルタ手段からの信号に対し非線形演算を
行う第３の非線形演算手段と、前記第１のフィルタ手段の信号から、前記第３の非線形
演算手段の信号を減算する第１の減算手段と、前記第１の減算手段からの信号のサンプリングポイント
をシフトする第３のフィルタ手段と、前記第３のフィルタ手段からの信号をａ倍する係数手段
と、前記遅延手段の信号から、前記係数手段の信号を減算す
る第２の減算手段とを具備する事を特徴とする非線形デ
ィジタル信号処理装置。
【請求項８】第１の非線形演算手段と、第２の非線形
演算手段と、第３の非線形演算手段が同じ演算を行うこ
とを特徴とする請求項７記載の非線形ディジタル信号処
理装置。
【請求項９】第１のフィルタ手段と第２のフィルタ手
段が同じ構成である事を特徴とする請求項７記載の非線
形ディジタル信号処理装置。
【請求項１０】入力から係数手段までのトータルのサ
ンプリングポイントのシフト量が整数となるように、第
３のフィルタ手段のシフト量を決定し、入力から遅延手
段までのトータルのシフト量と、入力から第３のフィル
タ手段までのシフト量が同じとなるように遅延手段の遅
延を決定する事を特徴とする請求項７記載の非線形ディ
ジタル信号処理装置。
【請求項１１】第１のフィルタ手段と第２のフィルタ
手段と第３のフィルタ手段が、タップ数が偶数で、対称
な係数によって構成されるＦＩＲフィルタである事を特
徴とする請求項７記載の非線形ディジタル信号処理装
置。