JPH0883263A - ディジタル信号処理装置 - Google Patents

ディジタル信号処理装置

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JPH0883263A
JPH0883263A JP6219059A JP21905994A JPH0883263A JP H0883263 A JPH0883263 A JP H0883263A JP 6219059 A JP6219059 A JP 6219059A JP 21905994 A JP21905994 A JP 21905994A JP H0883263 A JPH0883263 A JP H0883263A
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 ルックアップテーブルの容量を小さく抑える
為に入力信号の下位ビットを削減した場合にも、ルック
アップテーブルから得られる2入力の和に対する一方の
入力の比に関するデータの、入力信号の下位ビットを削
減せずに設定されたルックアップテーブルから得られる
データに対する誤差を最小限に抑える。 【構成】 2つの入力信号の和に対し、一方の入力信号
の比を求めるLUTの前段に入力信号の大きさに応じ入
力信号がオーバーフローしない範囲で両入力信号を2の
定数乗倍してから下位ビットを削減し、LUTへの入力
バス幅を小さくする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、電子機器のディジタル
信号処理装置に関し、特に2系統の入力バスを有し、両
系統の入力の和に対する一方の入力の比を算出する装置
に関する。
【0002】
【従来の技術】ビデオカメラやビデオテープレコーダの
ような電子機器において、映像や音声信号等の信号を処
理するに際して、従来はアナログ回路にてアナログ的に
処理していたものが、近年、信号自体をディジタル化し
てディジタル信号処理する手法に置き換わりつつある。
【0003】このような信号処理を為すディジタル信号
処理回路では、2系統の信号の和に対し、一方の信号の
比を算出するような状況が多々発生する。このような比
の算出に際しては、図2に示すように入力信号A及びB
の和を加算器50にて作成し、この加算結果を入力信号
Bと共に除算器51に入力して、B/(A+B)を算出
することになり、入力信号が供給される度にこの加算器
50及び除算器51にて演算を行うには演算自体に大き
な時間を要することになり、この信号処理回路を通過す
ることに伴う信号の遅延時間が大きくなってしまう。
【0004】そこで、この図2の破線で囲んだ演算部の
働きを、動作速度の高速化、回路の簡略化を図るという
理由から、LUT(Look Up Table)にて
代用する方法が賞用されている。
【0005】このLUTは、予め入力信号A及びBがと
り得る値毎にB/(A+B)の比を算出しておいてメモ
リに記憶させたもので、このLUTを用いれば、入力信
号A、Bが入力されると、両入力に対応した演算値を実
際に演算することなくメモリから読み出すことができ
る。
【0006】ここで、図2の演算部で算出しようとする
B/(A+B)の比自体は、当然1以下の値となるので
あるが、ディジタル的な計算上においては小数点以下の
数値をそのまま取り扱うことはなく、出力信号がとり得
る所定の値が1を意味するように換算され、更に小数点
以下は切り捨てられる。即ち出力信号が8ビットである
場合に、出力信号のとり得る値は、全ビットが「0」の
最小値0から最上位ビットのみが「1」の所定値128
(=27)の中のいずれかの値となる。そこで、前述の
比をディジタル信号処理回路の出力とする場合、出力さ
れる比に対応するデータCは数1にて表現される。尚、
数1においてintは後ろに連なる()内の値の小数点
以下を切り捨てることを意味する記号であり、Wは出力
信号のビット幅を示す。また、両入力信号が共に零の時
にはC=2W-2とする。
【0007】
【数1】
【0008】このように演算部をLUTに置換する際
に、両入力のビット幅を例えば、共に10ビットと仮定
した場合、LUT設定用に210×210=220個のアドレ
スが必要になり、更に出力を8ビットと仮定した場合、
データCの1データについて1バイトが必要になり、全
データCを格納するためには、220バイト即ち略1Mバ
イトの容量を有するメモリが必要になる。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】前述のように、2入力
の和に対し、一方の入力の比を算出する回路において、
LUTを用いる方法では、両入力信号のとり得る全値の
組み合わせ毎にメモリのアドレスを1個付与して、ここ
に演算値を用意する必要があり、例えば、入力信号Aが
pビット、入力信号Bがqビットであれば、生じ得る全
ての場合の演算値を準備しておくためには、メモリのア
ドレスは2の(p+q)乗だけ必要となる。従って、入
力信号A、Bのビット幅が大きくなるにつれて、必要な
メモリのアドレスも極端に増大して、回路規模、即ちメ
モリの容量が増加することになる。
【0010】また、入力信号A、Bの下位ビットを削減
することにより、LUTの為の回路規模を削減する、即
ち必要となるメモリの容量を抑えることが可能になる
が、2系統の入力信号が共に小さい場合、信号値として
非常に重要となるにもかかわらず、この下位ビットが削
減されてLUTに入力される為に、得られたデータは実
際の演算値に比べて大きく異なり、計算誤差が非常に大
きくなる特性を有する。
【0011】
【課題を解決するための手段】本発明は、2つの入力信
号の和に対する、一方の入力信号の比を求めるLUTの
前段に、入力信号の大きさに応じ入力信号がオーバーフ
ローしない範囲で2K(K:正の整数)を乗じてから下
位ビットを削減し、LUTへの入力のビット幅を小さく
する。更に具体的には、所定のビット幅を有する2系統
のディジタル入力信号A及びBの夫々に、前記いずれの
入力信号もオーバーフローすることのない範囲で2K
(K:正の整数)を乗ずる第1及び第2乗算手段と、m
ビット(m:正の整数)の信号aとnビット(n:正の
整数)の信号bの夫々がとり得る全ての値に対して、b
/(a+b)に関するデータが、予め信号a及び信号b
を組み合わせた(m+n)ビットのアドレスに格納され
たルックアップテーブルと、第1乗算手段出力の下位の
所定ビット分を切り捨ててmビットの出力を発する第1
切り捨て手段と、第2乗算手段出力の下位の所定ビット
分を切り捨てnビットの出力を発する第2切り捨て手段
とを備え、第1切り捨て手段出力を信号aとし、第2切
り捨て手段出力を信号bとしてルックアップテーブルに
入力し、両切り捨て手段出力を組み合わせて成るアドレ
スに対応するデータをB/(A+B)に関するデータと
して出力することを特徴とする。
【0012】更には、所定のビット幅を有する2系統の
ディジタル入力信号A及びBを比較して大きい方を選択
出力する選択手段と、選択手段出力の最上位ビットと選
択手段出力中の1となるビット中で最も上位のビットと
のビット差を検出する検出手段と、入力信号Aが入力さ
れ、検出手段出力に相当するビット差だけ入力信号Aを
上位ビット側にシフトする第1シフト手段と、入力信号
Bが入力され、検出手段出力に相当するビット差だけ入
力信号Bを上位ビット側にシフトする第2シフト手段
と、mビット(m:正の整数)の信号aとnビット
(n:正の整数)の信号bの夫々がとり得る全ての値に
対して、b/(a+b)に関するデータが、予め信号a
及び信号bを組み合わせた(m+n)ビットのアドレス
に格納されたルックアップテーブルとを備え、第1シフ
ト手段出力の下位の所定ビット分を切り捨ててmビット
の出力を発する第1切り捨て手段と、第2シフト手段出
力の下位の所定ビット分を切り捨ててnビットの出力を
発する第2切り捨て手段と、第1切り捨て手段出力を信
号aとし、第2切り捨て手段出力を信号bとしてルック
アップテーブルに入力し、両切り捨て手段出力を組み合
わせて成るアドレスに対応するデータをB/(A+B)
に関するデータとして出力することを特徴とする。
【0013】
【作用】本発明は上述のように構成したので、LUT用
の回路規模、即ちメモリの容量を削減しつつ、入力信号
のビット幅の削減による計算誤差の増大を最小限に抑え
ることが可能になる。
【0014】
【実施例】以下、図面に従い、本発明の一実施例につい
て説明する。図1は本実施例装置のブロック図である。
【0015】図中、1は第1のバスの入力端子で、10
ビットのディジタル入力信号Aが入力され、2は第2の
バスの入力端子で、10ビットのディジタル入力信号B
が入力される。
【0016】3は両入力信号を受けて、両者のレベルを
比較する比較器、4は比較器3の比較結果により大きい
と判断される側の入力信号を選択して出力するセレク
タ、5はセレクタ4により選択された入力信号の一方を
受けて、この入力信号を構成する2値データ中の「1」
となっているビットのうちで最上位ビット(MSB)側
から見て最も優先順位が高い、即ち最も上位のビットに
対応した出力ビットを「1」にするプライオリティエン
コーダで、6はこのプライオリティエンコーダ5出力を
受けて、このエンコーダ5出力の「1」の出力ビットと
最上位ビットとのビット差を4ビットの2値信号で出力
するエンコーダ、7は入力信号Aを受けて、エンコーダ
6から出力されるビット差に相当するビット数だけこの
入力信号Aの各ビットの値を上位ビット側にシフトする
シフタ−、同様に、8は入力信号Bを受けて、エンコー
ダ6から出力されるビット差に相当するビット数だけこ
の入力信号Bの各ビットの値を上位ビット側にシフトす
るシフタ−であり、9はシフタ−7からの出力の下位6
ビットを切り捨てて4ビットの信号として出力する切り
捨て回路、10はシフタ−8からの出力の下位6ビット
を切り捨てて4ビットの信号として出力する切り捨て回
路、11は切り捨て回路9、10出力を2入力とするル
ックアップテーブル(LUT)である。
【0017】LUT11は出力として8ビットの信号を
発する具体的には28 バイトのメモリを中核とし、共に
ビット幅が4ビットの2入力を信号a、bとした場合
に、信号aを上位4ビット、信号bを下位4ビットとし
て両者を組み合わせた8ビットにてアドレスを形成し、
これらの各アドレスに該当する信号a、bを数2に具体
的に代入して算出されるデータCが各アドレス毎に予め
格納されて構成されており、切り捨て回路9、10出力
を夫々、信号a、bとして入力すると、該当するアドレ
スに格納されたデータCが出力される。尚、入力信号
A、Bを一連の回路にて信号a、bに加工することを考
慮した上で比のデータを取り出すことを考慮して、数2
は数1のAをaに、Bをbに単に置換したものに過ぎ
ず、出力信号のビット幅は8ビットであるのでW=8と
なる。
【0018】
【数2】
【0019】次に図1のブロック図の動作を図3を参照
にして説明する。ここで、説明をわかり易くするため
に、入力信号Aの数値は「31」、入力信号Bの数値は
「15」と具体的に示し、図3(a)は入力信号Aとし
て10ビットのディジタル信号で「31」の数値を表現
しており、(b)は入力信号Bとして10ビットのディ
ジタル信号で「15」の数値を表現している。
【0020】比較器3では、両入力信号のいずれが大き
い値かを比較し、31>15であるので、入力信号Aの
方が大きいという比較結果をセレクタ4に出力する。セ
レクタ4はこれを受けて後段のプライオリティエンコー
ダ5に図3(c)のように入力信号Aを選択出力する。
【0021】プライオリティエンコーダ5は入力信号A
の各ビット中の「1」であるビットのうちで最上位ビッ
ト(MSB)側から見て最も上位のビットに対応した出
力ビットのみが「1」となる10ビットの信号を発する
ので、入力信号Aの場合、下位5ビットが全て「1」で
ある為、最上位ビットから6番目のビットが「1」の最
も上位のビットとなって、図3(d)のように最上位か
ら6番目のビットのみが「1」の10ビットの信号を後
段のエンコーダ6に出力する。
【0022】尚、図3(d)にプライオリティエンコー
ダ5出力の各ビットの下側には、最上位ビットからビッ
ト数の差が0、1、2・・・と付記され、「1」となる
最上位から6番目のビットでのビット数の差は「5」と
なる。
【0023】エンコーダ6はプライオリティエンコーダ
5出力で「1」となるビットの最上位ビットとのビット
数の差を4ビットの信号に変換するので、図3の場合に
は(e)に示すように「5」を示す信号がシフタ−7、
8に出力される。
【0024】シフタ−7は一旦保持されている10ビッ
トの入力信号Aを構成する各ビットの内容を、エンコー
ダ6出力にて指示される「5」に相当するビット数、即
ち5ビット分だけ上位ビット側にシフトして図3(f)
の信号を出力する。また、シフタ−8は一旦保持されて
いる10ビットの入力信号Bを構成する各ビットの内容
を、5ビット分だけ上位ビット側にシフトして図3
(g)の信号を出力する。これらの両シフタ−7、8で
の5ビットのシフトにより、入力信号Aは「31」から
「992」に変換され、入力信号Bは「15」から「4
80」に変換されることになる。
【0025】以上のように、比較器3、セレクタ4、プ
ライオリティエンコーダ5、及びエンコーダ6での信号
処理を両入力信号A、Bに施すことにより、実質的に入
力信号A及びBは共にオーバーフローさせない範囲でし
かも最大限に上位ビット側に同じビット数だけシフトさ
せて、シフト前に上位側にあった「0」のビットを下位
側に移動させたことになる。
【0026】ところで、この処理が数1に対してどのよ
うな影響を及ぼすかを以下に説明すると、数1の式中の
B/(A+B)の部分の分母及び分子に2の定数乗、例
えば2のN乗(Nは正の整数)を乗ずると、数1は数3
のように変形される。尚、上述の例ではN=5に該当す
る。
【0027】
【数3】
【0028】この数3の分数部を約分すると、当然元の
数1と全く等しい式に戻るため、LUTへの入力の前に
両入力を定数倍しても、比の算出結果は変わらないと言
える。そこで、前述のように両入力信号を5ビット分の
シフトさせる、即ち25 を乗じても得られる比には変化
がないことになる。
【0029】こうしてオーバーフローさせない範囲で上
位ビットにシフトされた入力信号A、Bは夫々切り捨て
回路9、10にて下位6ビット分の切り捨てが為され、
入力信号Aは図3(h)のように、また同様に入力信号
Bは図3(i)のように共に上位4ビットのみで構成さ
れる信号としてLUT11に入力される。尚、(h)の
切り捨て回路9出力の数値は「15」に、(i)の切り
捨て回路10出力の数値は「7」になる。
【0030】LUT11には4ビットの2入力がとり得
る全ての値について数2の演算結果が予め記憶されてお
り、ここに切り捨て回路9出力を信号aとして、切り捨
て回路10出力を信号bとして入力することで、図3
(j)のようなアドレスから、a=15、b=7の時の
数2の演算結果C=40が図3(k)のように8ビット
の出力信号としてLUT11から出力される。
【0031】ここで、シフタ−7、8の10ビットの各
出力を4ビットに削減することにより、LUT11を構
成するためのメモリの容量の削減が可能になる。即ち、
前述したようにLUTへの入力信号のビット幅が共に1
0ビットで、出力のビット幅が8ビットの時には220
イトの容量のメモリが必要となるが、入力信号の下位6
ビットが切り捨てられて、出力のビット幅が8ビットを
維持する場合には、2 4×24=28 バイトの容量で済む
ことになる。
【0032】ところで、220バイトのメモリを用いて、
LUTとして2入力信号が共に10ビットで、出力が8
ビットとなるように設定された場合を仮定すると、比較
器3、セレクタ4、プライオリティエンコーダ5、エン
コーダ6、シフタ−7、8及び切り捨て回路9、10を
全く付加することなく、10ビットの入力信号A、Bを
そのままLUTに入力して対応するメモリアドレスに予
め数1にて算出されたデータCを得ることができるが、
この場合、A=31、B=15としてC=41が出力さ
れることになる。
【0033】このように入力信号A、Bのビット幅を削
減しないで得られるCの値(=41)に対して、本実施
例のようにオーバーフローしない範囲で入力信号A、B
を可能な限り上位ビット側にシフトさせて下位6ビット
を削除して、入力信号a、bを加工してLUTより得ら
れたCの値(=40)は僅かに「1」の誤差を有するに
過ぎないことがわかる。
【0034】また、比較器3、セレクタ4、プライオリ
ティエンコーダ5、エンコーダ6及びシフタ−7、8を
付加せず、切り捨て回路9、10のみを付加し、LUT
11を用いた場合(単純切り捨て方法)は、LUT自体
の容量は図1の場合と同等に小さく抑えられるが、シフ
タ−でのシフトをすることなしに入力信号A、Bの下位
6ビットが切り捨てられることによりLUT11への2
入力はいずれのビットも「0」となり、数2よりC=6
4に相当する出力がLUTが得られることになる。この
値は、C=41に対して著しく大きな誤差を有している
ことになり、単にLUTに対するビットのみを削減する
だけでは、入力の値が著しく小さい場合に、出力に大き
な誤差が生じることがわかる。
【0035】数4は入力信号A、Bが共に10ビット、
出力信号が8ビットとして各入力信号を0〜1023ま
で順次変化させた全ての入力パターンにおいて、下位ビ
ットの切り捨てを行わず、LUTに大きな容量を使用し
た場合に得られる値を基準にして、図1の本実施例装置
を用いて得られる出力と、前記単純切り捨て方法を用い
て得られる出力との夫々の誤差を実験により求めたもの
で、この数4より明らかなように、単純切り捨て方法に
比べて本実施例装置の方法では誤差を極めて小さく抑え
られる。尚、数4において最大値誤差とは得られる誤差
の中の最大値を意味し、2乗誤差の平均とは得られる誤
差を2乗した後に平均した値である。
【0036】
【数4】
【0037】前記第1実施例では入力信号A、Bは共に
10ビットとビット幅が等しい場合を説明したが、入力
信号のビット幅が異なる場合には、図1のブロック図の
ままでは対応できない。図4の第2実施例は、このよう
な場合に対応するためのブロック図である。次にこの第
2実施例について説明する。尚、図4において図1と同
一部分には同一符号を付して説明を省略する。
【0038】図4において図1と異なる部分は、入力信
号のビット幅が異なる側の入力バスにビット幅補充回路
30を追加した点のみである。例えば、図5(a)、
(b)に示すように入力信号Aのビット幅が10ビット
で、入力信号Bのビット幅が8ビットの場合、入力端子
2の後段の第2のバス中にビット幅補充回路30を配し
て、入力信号Bをこのビット幅補充回路30に入力し、
ここで、図5(c)のように入力信号Aのビット幅との
差、即ち2ビットを入力信号の最上位ビットに追加し、
しかもこの追加された2ビットの値を共に零とする。こ
れにより入力信号は値自体を変更することなく10ビッ
トの信号となり、これは図3(b)と同一となり、以下
の回路動作を図1と全く同一にすることにより同一の結
果が得られる。
【0039】前記両実施例では、切り捨て回路9、10
での切り捨てビット幅は特に6ビットに限定されるもの
ではなく、例えば下位7ビットの切り捨てを行うように
構成すれば、LUT11出力の計算誤差は大きくなるが
必要容量はより小さく抑えられ、逆に下位5ビットの切
り捨てを行うように構成すれば、LUT11出力の計算
誤差は小さくなるが必要容量はより大きくなる。
【0040】また、前記両実施例では、切り捨て回路
9、10での切り捨ては入力信号A、Bのいずれに対し
ても同一ビット分だけ削減しているがこれに限定される
ものではなく、例えば切り捨て回路9にて入力信号A側
の下位6ビットを削除し、切り捨て回路10では入力信
号B側の下位5ビットを削除するように構成することも
可能である。尚、この場合、LUTに予め格納されるデ
ータは、信号a側が4ビット、信号b側が5ビットとな
ることを前提にしてこれらの全ての組み合わせに対して
演算を行なって格納しておく必要がある。
【0041】また、前記両実施例では、LUT11の作
成に際して、共に4ビットの信号a、bの内の信号aを
アドレスの上位4ビット、信号bをアドレスの下位4ビ
ットとして、数2での算出結果を格納したが、これに限
定されるものではなく、信号aをアドレスの下位4ビッ
ト、信号bをアドレスの上位4ビットとすることも可能
である。
【0042】また、前記第2実施例では入力信号Bのビ
ット幅が入力信号のそれより小さい場合を説明したが、
逆に入力信号Aのビット幅の方が小さい場合には、ビッ
ト幅補充回路を第1のバス側に挿入すればよいことは言
うまでもない。
【0043】
【発明の効果】上述の如く本発明によれば、ルックアッ
プテーブルの容量を小さく抑える為に入力信号の下位ビ
ットを削減した場合にも、ルックアップテーブルから得
られる2入力の和に対する一方の入力の比に関するデー
タの、入力信号の下位ビットを削減せずに設定されたル
ックアップテーブルから得られるデータに対する誤差を
最小限に抑えることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例装置のブロック図である。
【図2】従来例を説明する図である。
【図3】本発明の一実施例に係わり、各部の出力を示す
図である。
【図4】本発明の他の実施例装置のブロック図である。
【図5】本発明の他の実施例に係わり、各部の出力を示
す図である。
【符号の説明】
3 比較器 4 セレクタ 5 プライオリティエンコーダ 6 エンコーダ 7 シフタ− 8 シフタ− 9 切り捨て回路 10 切り捨て回路 11 ルックアップテーブル(LUT)

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 所定のビット幅を有する2系統のディジ
    タル入力信号A及びBの夫々に、前記いずれの入力信号
    もオーバーフローすることのない範囲で2K(K:正の
    整数)を乗ずる第1及び第2乗算手段と、 mビット(m:正の整数)の信号aとnビット(n:正
    の整数)の信号bの夫々がとり得る全ての値に対して、
    b/(a+b)に関するデータが、予め信号a及び信号
    bを組み合わせた(m+n)ビットのアドレスに格納さ
    れたルックアップテーブルと、 前記第1乗算手段出力の下位の所定ビット分を切り捨て
    てmビットの出力を発する第1切り捨て手段と、 該第2乗算手段出力の下位の所定ビット分を切り捨てn
    ビットの出力を発する第2切り捨て手段とを備え、 前記第1切り捨て手段出力を前記信号aとし、前記第2
    切り捨て手段出力を前記信号bとして前記ルックアップ
    テーブルに入力し、前記両切り捨て手段出力を組み合わ
    せて成るアドレスに対応するデータをB/(A+B)に
    関するデータとして出力することを特徴とするディジタ
    ル信号処理装置。
  2. 【請求項2】 所定のビット幅を有する2系統のディジ
    タル入力信号A及びBを比較して大きい方を選択出力す
    る選択手段と、 該選択手段出力の最上位ビットと該選択手段出力中の1
    となるビット中で最も上位のビットとのビット差を検出
    する検出手段と、 前記入力信号Aが入力され、前記検出手段出力に相当す
    るビット差だけ前記入力信号Aを上位ビット側にシフト
    する第1シフト手段と、 前記入力信号Bが入力され、前記検出手段出力に相当す
    るビット差だけ前記入力信号Bを上位ビット側にシフト
    する第2シフト手段と、 mビット(m:正の整数)の信号aとnビット(n:正
    の整数)の信号bの夫々がとり得る全ての値に対して、
    b/(a+b)に関するデータが、予め信号a及び信号
    bを組み合わせた(m+n)ビットのアドレスに格納さ
    れたルックアップテーブルとを備え、 前記第1シフト手段出力の下位の所定ビット分を切り捨
    ててmビットの出力を発する第1切り捨て手段と、 前記第2シフト手段出力の下位の所定ビット分を切り捨
    ててnビットの出力を発する第2切り捨て手段と、 前記第1切り捨て手段出力を前記信号aとし、前記第2
    切り捨て手段出力を前記信号bとして前記ルックアップ
    テーブルに入力し、前記両切り捨て手段出力を組み合わ
    せて成るアドレスに対応するデータをB/(A+B)に
    関するデータとして出力することを特徴とするディジタ
    ル信号処理装置。
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