JPH0295017A - 非線形量子化装置 - Google Patents
非線形量子化装置Info
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- JPH0295017A JPH0295017A JP63248103A JP24810388A JPH0295017A JP H0295017 A JPH0295017 A JP H0295017A JP 63248103 A JP63248103 A JP 63248103A JP 24810388 A JP24810388 A JP 24810388A JP H0295017 A JPH0295017 A JP H0295017A
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- Japan
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- quantization
- signal
- nonlinear
- noise
- quantizing
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
産業上の利用分野
本発明は、アナログ信号を非線形量子化によってデジタ
ル信号に変換する非線□形量子化装置に関するものであ
る。
ル信号に変換する非線□形量子化装置に関するものであ
る。
従来の技術
アナログ信号をデジタル信号に変換するには線形量子化
によって行われることが通常であったが、デジタルデー
タの量を減少させるために構成が簡単で安価な非線形量
子化が行われるようになった。
によって行われることが通常であったが、デジタルデー
タの量を減少させるために構成が簡単で安価な非線形量
子化が行われるようになった。
第2図はこの従来の非線形量子化装置のブロック図を示
す。以上のように構成された従来の非線形量子化装置に
おいては、量子化セグメントと量子化レベルからなる量
子化ビット数が減少すると共に量子化セグメント区間内
の量子化のレベル数も少なくとられることになり、量子
化雑音の最小単位の量子化ステップの大きさが大きくな
っていく。
す。以上のように構成された従来の非線形量子化装置に
おいては、量子化セグメントと量子化レベルからなる量
子化ビット数が減少すると共に量子化セグメント区間内
の量子化のレベル数も少なくとられることになり、量子
化雑音の最小単位の量子化ステップの大きさが大きくな
っていく。
発明が解決しようとする課題
しかしながら前記のような構成では、今まで例えば16
ビツトの線形量子化されていたのが量子化の区間を示す
セグメントとその区間内でのレベルを表すビットにそれ
ぞれ4ビツトと12ビツトとかに振り分けられるために
量子化誤差である雑音が大きくなって再生信号のクォリ
ティが犠牲にされてしまうという問題点を有していた。
ビツトの線形量子化されていたのが量子化の区間を示す
セグメントとその区間内でのレベルを表すビットにそれ
ぞれ4ビツトと12ビツトとかに振り分けられるために
量子化誤差である雑音が大きくなって再生信号のクォリ
ティが犠牲にされてしまうという問題点を有していた。
本発明はかかる点に鑑み、非線形量子化の方式をとりな
がらも量子化雑音を減らしクォリティを向上する非線形
量子化装置を提供することを目的とする。
がらも量子化雑音を減らしクォリティを向上する非線形
量子化装置を提供することを目的とする。
課題を解決するための手段
本発明は、上記問題点を解決するために、非線形量子化
された量子化セグメントと量子化レベルを基に非線形デ
コードを行い、そのデコードされた信号と入力された信
号の差を検出し、次に非線形量子化器の入力に加算して
量子化雑音を減少するようにしたものである。
された量子化セグメントと量子化レベルを基に非線形デ
コードを行い、そのデコードされた信号と入力された信
号の差を検出し、次に非線形量子化器の入力に加算して
量子化雑音を減少するようにしたものである。
作 用
本発明は前記した構成により、量子化雑音のフィードバ
ックを行わない非線形量子化のみのものに比べて量子化
雑音を減少することができ、信号対量子化雑音すなわち
S/N比が向上することにより、再生信号のクォリティ
を高めることができる。
ックを行わない非線形量子化のみのものに比べて量子化
雑音を減少することができ、信号対量子化雑音すなわち
S/N比が向上することにより、再生信号のクォリティ
を高めることができる。
実施例
以下、本発明の非線形量子化装置の実施例を図面を参照
しながら説明する。
しながら説明する。
第1図は本発明の一実施例における非線形量子化装置の
ブロック図を示すものである。第1図において、1は入
力されるアナログ信号、2は遅延器からの出力信号12
とアナログ入力信号1との加算器、3は加算器2からの
出力信号、4は加算器2からの出力信号3をデジタルに
変換する非線形量子化器、5は非線形量子化器4から出
力される量子化の区間を示す量子化セグメント信号、6
は非線形量子化器4から出力される量子化レベルを示す
量子化レベル信号、7は量子化セグメント信号5と量子
化レベル信号6からデコードを行ないサンプリング周波
数の1/2を力・ソトオフ周波数とするローパスフィル
タを含んだ非線形デコーダ、8は非線形デコーダ7から
の出力、9は非線形デコーダ7からの出力信号8と加算
器2からの出力信号3との差分をとる量子化雑音検出器
、10は量子化雑音検出器9からの出力信号、11は量
子化雑音検出器9からの出力信号10を非線形量子化器
4にてサンプリングされる時間の1サンプル時間だけ遅
延させる遅延器。12は遅延器11からの遅延出力信号
。第3図は、アナログ/デジタル変換での信号及び雑音
のスペクトルの概略を表す図である。アナログ/デジタ
ル変換は、連続的なアナログ信号を離散的なデジタル信
号に変換するため必然的に誤差を生じる。この誤差を、
一般に量子化雑音と呼んでいる。またデジタル/アナロ
グ変換により元の原信号を復調するには、サンプリング
定理により原信号の周波数スペクトルの2倍以上にてサ
ンプリングを行なえば良いことが知られている。第3図
(a)は、原信号をサンプリング周波数f、、にてサン
プリングした時のスペクトルを表していて、f5毎に原
信号のサンプリングに伴う折返し雑音が現れる。量子化
雑音は、アナログ/デジタル変換器の分解能によって決
まる一定値のレベルで現れる。従って復調時に原信号を
取り出すにはサンプリング周波数の1/2であるナイキ
スト周波数より高い周波数成分を除去しておかねばなら
ない。ローパスフィルタ後の、復調時には原信号のスペ
クトルと共に直流からナイキスト周波数までの間に量子
化雑音が分布していることになる。第3図(b)は、本
発明のフィードバックループを構成した時のスペクトル
分布を示す。フィードバックループ内の遅延器によって
フィードバック信号の位相が遅れるため、ある周波数帯
域ではネガティブフィートノく・ツク、ほかの周波数帯
域ではポジティブフィードパ・ツクとなり、量子化雑音
が減少する帯域と増加する帯域が交互に表れることを示
している。第4図は、量子化ビットN=6ビツトのスロ
ットの中に量子化セグメントS=3ビットと量子化レベ
ルR=3ビ−ソトニ割り当てられた場合の、スロ・ソト
構成と入力と出力の量子化セグメントと量子化レベルの
構成を示す図である。ここでセグメントとレベルが共に
3ビツトであることは、各8段階の階調しか有しないこ
とであり、入力される信号はまず8段階のどのレベルの
大きさのなかに入るかを表すセグメントが区分けされ、
次にそのセグメント内の8段階のレベルのどの階調に最
も近いかを表すレベルに区分けられる。その値が、量子
化セグメント及び量子化レベルとして各3ビツトで構成
された1つのサンプルのデータとなる。第5図は第1図
のブロック図を記号で表したもので、53は1サンプリ
ング周期だけの遅延を表す遅延器、51は信号の加算器
、52は信号の減算器を表す。またX(n)+ Y
(n)、U (n)、Q (n)、R(n)は、信号を
サンプリング周期に同期して変化する時系列信号と扱っ
ている。Q (n)が、ここでは量子化雑音を示してい
る。Gは増幅器を表し、G=1であれば正相にてゲイン
1の出力を行い、G=−1であれば逆相にてゲイン1に
て出力することを意味する。ここではネガティブフィー
ドバック状態を考えてG−−1の場合について取り扱う
。
ブロック図を示すものである。第1図において、1は入
力されるアナログ信号、2は遅延器からの出力信号12
とアナログ入力信号1との加算器、3は加算器2からの
出力信号、4は加算器2からの出力信号3をデジタルに
変換する非線形量子化器、5は非線形量子化器4から出
力される量子化の区間を示す量子化セグメント信号、6
は非線形量子化器4から出力される量子化レベルを示す
量子化レベル信号、7は量子化セグメント信号5と量子
化レベル信号6からデコードを行ないサンプリング周波
数の1/2を力・ソトオフ周波数とするローパスフィル
タを含んだ非線形デコーダ、8は非線形デコーダ7から
の出力、9は非線形デコーダ7からの出力信号8と加算
器2からの出力信号3との差分をとる量子化雑音検出器
、10は量子化雑音検出器9からの出力信号、11は量
子化雑音検出器9からの出力信号10を非線形量子化器
4にてサンプリングされる時間の1サンプル時間だけ遅
延させる遅延器。12は遅延器11からの遅延出力信号
。第3図は、アナログ/デジタル変換での信号及び雑音
のスペクトルの概略を表す図である。アナログ/デジタ
ル変換は、連続的なアナログ信号を離散的なデジタル信
号に変換するため必然的に誤差を生じる。この誤差を、
一般に量子化雑音と呼んでいる。またデジタル/アナロ
グ変換により元の原信号を復調するには、サンプリング
定理により原信号の周波数スペクトルの2倍以上にてサ
ンプリングを行なえば良いことが知られている。第3図
(a)は、原信号をサンプリング周波数f、、にてサン
プリングした時のスペクトルを表していて、f5毎に原
信号のサンプリングに伴う折返し雑音が現れる。量子化
雑音は、アナログ/デジタル変換器の分解能によって決
まる一定値のレベルで現れる。従って復調時に原信号を
取り出すにはサンプリング周波数の1/2であるナイキ
スト周波数より高い周波数成分を除去しておかねばなら
ない。ローパスフィルタ後の、復調時には原信号のスペ
クトルと共に直流からナイキスト周波数までの間に量子
化雑音が分布していることになる。第3図(b)は、本
発明のフィードバックループを構成した時のスペクトル
分布を示す。フィードバックループ内の遅延器によって
フィードバック信号の位相が遅れるため、ある周波数帯
域ではネガティブフィートノく・ツク、ほかの周波数帯
域ではポジティブフィードパ・ツクとなり、量子化雑音
が減少する帯域と増加する帯域が交互に表れることを示
している。第4図は、量子化ビットN=6ビツトのスロ
ットの中に量子化セグメントS=3ビットと量子化レベ
ルR=3ビ−ソトニ割り当てられた場合の、スロ・ソト
構成と入力と出力の量子化セグメントと量子化レベルの
構成を示す図である。ここでセグメントとレベルが共に
3ビツトであることは、各8段階の階調しか有しないこ
とであり、入力される信号はまず8段階のどのレベルの
大きさのなかに入るかを表すセグメントが区分けされ、
次にそのセグメント内の8段階のレベルのどの階調に最
も近いかを表すレベルに区分けられる。その値が、量子
化セグメント及び量子化レベルとして各3ビツトで構成
された1つのサンプルのデータとなる。第5図は第1図
のブロック図を記号で表したもので、53は1サンプリ
ング周期だけの遅延を表す遅延器、51は信号の加算器
、52は信号の減算器を表す。またX(n)+ Y
(n)、U (n)、Q (n)、R(n)は、信号を
サンプリング周期に同期して変化する時系列信号と扱っ
ている。Q (n)が、ここでは量子化雑音を示してい
る。Gは増幅器を表し、G=1であれば正相にてゲイン
1の出力を行い、G=−1であれば逆相にてゲイン1に
て出力することを意味する。ここではネガティブフィー
ドバック状態を考えてG−−1の場合について取り扱う
。
即ち量子化雑音Q (n)は、入力X (n)と非線形
デコーダの出力Y(n)との誤差であるから、Q (n
) =U (n) −Y (n)あるいは Y (n) =U (n) +Q (n)但しN n
=(L L 2. ・・・と表わせる。量子化雑
音Q (n)は、遅延器Z−1によって1サンプリング
時間遅らされ位相が反転された後、X(n)と加算され
非線形量子化器の入力に入る。すなわち、非線形量子化
器の入力は、U (n) =X (n) −Q (n
−1)と表せる。上両式よりU(n)を消去してY(n
)を求めると、 Y (n) =X (n) + (Q (n) −Q
(n−1))と表され、ここで遅延器による量子化雑音
をフィードバックしなければ、 Y (n) =X (n) 十〇 (n)となり、従来
の場合の非線形量子化器の状態を表す。
デコーダの出力Y(n)との誤差であるから、Q (n
) =U (n) −Y (n)あるいは Y (n) =U (n) +Q (n)但しN n
=(L L 2. ・・・と表わせる。量子化雑
音Q (n)は、遅延器Z−1によって1サンプリング
時間遅らされ位相が反転された後、X(n)と加算され
非線形量子化器の入力に入る。すなわち、非線形量子化
器の入力は、U (n) =X (n) −Q (n
−1)と表せる。上両式よりU(n)を消去してY(n
)を求めると、 Y (n) =X (n) + (Q (n) −Q
(n−1))と表され、ここで遅延器による量子化雑音
をフィードバックしなければ、 Y (n) =X (n) 十〇 (n)となり、従来
の場合の非線形量子化器の状態を表す。
この量子化雑音成分の(Q (n) −Q (n −1
) )の意味は、現在の量子化雑音がら1サンプリング
時間前の量子化雑音を減算していて、これは微分の演算
を意味している。また、遅延器を複素数関数で表現して
Z−’=e−ノーT w=2πf1 j2=−1、T
=1/fsとし、この量子化雑音成分は。
) )の意味は、現在の量子化雑音がら1サンプリング
時間前の量子化雑音を減算していて、これは微分の演算
を意味している。また、遅延器を複素数関数で表現して
Z−’=e−ノーT w=2πf1 j2=−1、T
=1/fsとし、この量子化雑音成分は。
Q (n) X (1−Z−’)
=Q (n) X (1−ei2yrr/rQとも表せ
れて、周波数fを0に近づけるとe−8=1であるので
、オーディオ周波数帯域の様な低域成分の量子化雑音は
、Oに近づいていく。ここでWは角周波数、fSはサン
プリング周波数、Tは遅延器の遅延時間、πは3.14
を示す。また、ゲイン周波数特性を求めると、 G (f) =2X I S in (πf/fs)と
なる。ここで11は、絶対値をとること意味し、(f)
は周波数の関数であることを意味する。量子化雑音Q
(n)がホワイトノイズならば、従来の量子化雑音のパ
ワースペクトル密度は、周波数に依らない一定値γ0で
、本発明の量子化雑音のパワースペクトル密度γ(f)
は、上式より、γ(f)= l G (f)+2Xγθ
=4 (Sin (πf/fs))2X7eとなる。こ
の雑音成分は非線形デコーダ内にあるローパスフィルタ
によって減衰し、直流からローパスフィルタのカットオ
フ周波数fcの間の残留雑音電力NQ’は、 NQ′=f「O1lγ(f)df である。ここで1.l’fcOdfは、周波数fの関数
を0から周波数fcまでを積分することを意味する。
れて、周波数fを0に近づけるとe−8=1であるので
、オーディオ周波数帯域の様な低域成分の量子化雑音は
、Oに近づいていく。ここでWは角周波数、fSはサン
プリング周波数、Tは遅延器の遅延時間、πは3.14
を示す。また、ゲイン周波数特性を求めると、 G (f) =2X I S in (πf/fs)と
なる。ここで11は、絶対値をとること意味し、(f)
は周波数の関数であることを意味する。量子化雑音Q
(n)がホワイトノイズならば、従来の量子化雑音のパ
ワースペクトル密度は、周波数に依らない一定値γ0で
、本発明の量子化雑音のパワースペクトル密度γ(f)
は、上式より、γ(f)= l G (f)+2Xγθ
=4 (Sin (πf/fs))2X7eとなる。こ
の雑音成分は非線形デコーダ内にあるローパスフィルタ
によって減衰し、直流からローパスフィルタのカットオ
フ周波数fcの間の残留雑音電力NQ’は、 NQ′=f「O1lγ(f)df である。ここで1.l’fcOdfは、周波数fの関数
を0から周波数fcまでを積分することを意味する。
従って、πf<<fsならば
S i n Cyr f/ fs) ’=yr f/
fsと近似でき、量子化雑音のパワースペクトル密度は
、 7 (f)44 (πf/fs)2Xγ++と表せ
る。従って直流からローパスフィルタのカットオフ周波
数fcの間の残留雑音電力は、NQ’ =J ”94
(πf/ fs) 2d f=4π27efc3/31
’s2 となる。第6図は、この上式で示される量子化雑音の周
波数スペクトルを示したものであり、第6図の斜線に示
された部分のNQ’はカットオフ周波数fcのローパス
フィルタ後の量子化雑音電力を表したものである。
fsと近似でき、量子化雑音のパワースペクトル密度は
、 7 (f)44 (πf/fs)2Xγ++と表せ
る。従って直流からローパスフィルタのカットオフ周波
数fcの間の残留雑音電力は、NQ’ =J ”94
(πf/ fs) 2d f=4π27efc3/31
’s2 となる。第6図は、この上式で示される量子化雑音の周
波数スペクトルを示したものであり、第6図の斜線に示
された部分のNQ’はカットオフ周波数fcのローパス
フィルタ後の量子化雑音電力を表したものである。
以上のようにこの実施例によれば、原信号のスペクトル
分布より高い周波数でサンプリングすると共に量子化雑
音を遅延器を介してフィードバックを設けることにより
、非直線デコーダのローパスフィルタのカットオフ周波
数fc以下の原信号帯域に含まれる量子化雑音電力を減
じることができ発明の詳細 な説明したように、本発明によれば、本非線形量子化装
置によって原信号はそのままで量子化雑音を激減するこ
とができ、非線形量子化が量子化ビット数が少ないにも
かかわらずS/N比の向上とクォリティの向上に多大な
効果がもたらせれる利点を有することができ、その実用
的効果は大きい。
分布より高い周波数でサンプリングすると共に量子化雑
音を遅延器を介してフィードバックを設けることにより
、非直線デコーダのローパスフィルタのカットオフ周波
数fc以下の原信号帯域に含まれる量子化雑音電力を減
じることができ発明の詳細 な説明したように、本発明によれば、本非線形量子化装
置によって原信号はそのままで量子化雑音を激減するこ
とができ、非線形量子化が量子化ビット数が少ないにも
かかわらずS/N比の向上とクォリティの向上に多大な
効果がもたらせれる利点を有することができ、その実用
的効果は大きい。
第1図は本発明の第1の実施例における非線形量子化装
置のブロック図、第2図は従来の非線形量子化器のブロ
ック図、第3図(a)は従来のアナログ/デジタル変換
での信号及び雑音のスペクトル図、第3図(b)は本発
明のアナログ/デジタル変換での信号及び雑音のスペク
トル図、第4図は量子化ビットN=6ビツト、量子化セ
グメントS=3ビット、量子化レベルR=3ビットの場
合の構成図、第5図は第1図のブロック図を記号で表記
した回路図、第6図は量子化雑音の周波数スペクトル図
である。 1・・・入力されるアナログ信号、2・・・加算器、3
・・・加算器2からの出力信号、4・・・非線形量子化
器、5・・・非線形量子化器4からの量子化セグメント
出力信号、6・・・非線形量子化器4からの量子化レベ
ル出力信号、7・・・非線形デコーダ、8・・・非線形
デコーダ7からの出力信号、9・・・量子化雑音検出器
、10・・・量子化雑音検出器9からの出力信号、11
・・・遅延器、12・・・遅延器11からの出力信号で
ある。
置のブロック図、第2図は従来の非線形量子化器のブロ
ック図、第3図(a)は従来のアナログ/デジタル変換
での信号及び雑音のスペクトル図、第3図(b)は本発
明のアナログ/デジタル変換での信号及び雑音のスペク
トル図、第4図は量子化ビットN=6ビツト、量子化セ
グメントS=3ビット、量子化レベルR=3ビットの場
合の構成図、第5図は第1図のブロック図を記号で表記
した回路図、第6図は量子化雑音の周波数スペクトル図
である。 1・・・入力されるアナログ信号、2・・・加算器、3
・・・加算器2からの出力信号、4・・・非線形量子化
器、5・・・非線形量子化器4からの量子化セグメント
出力信号、6・・・非線形量子化器4からの量子化レベ
ル出力信号、7・・・非線形デコーダ、8・・・非線形
デコーダ7からの出力信号、9・・・量子化雑音検出器
、10・・・量子化雑音検出器9からの出力信号、11
・・・遅延器、12・・・遅延器11からの出力信号で
ある。
Claims (1)
- アナログ入力と遅延器からの出力を加算する手段と、加
算器からの出力を量子化セグメントと量子化レベルに変
換する非線形量子化する手段と、量子化セグメントと量
子化レベルから非線形量子化しローパスフィルタを通し
て元の信号にデコードする手段と、デコードされた信号
と加算器からの出力信号を減算する量子化雑音検出手段
とを有し、前記遅延器が前記量子化雑音検出手段の出力
を遅延することを特徴とする非線形量子化装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63248103A JPH0295017A (ja) | 1988-09-30 | 1988-09-30 | 非線形量子化装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63248103A JPH0295017A (ja) | 1988-09-30 | 1988-09-30 | 非線形量子化装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0295017A true JPH0295017A (ja) | 1990-04-05 |
Family
ID=17173267
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63248103A Pending JPH0295017A (ja) | 1988-09-30 | 1988-09-30 | 非線形量子化装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0295017A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003029315A (ja) * | 2001-07-16 | 2003-01-29 | Sony Corp | 撮像装置に用いられる制御装置および方法 |
| JP2011066619A (ja) * | 2009-09-16 | 2011-03-31 | Fujitsu Ltd | Ad変換器 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS59223032A (ja) * | 1983-06-01 | 1984-12-14 | Sony Corp | ディジタル信号伝送装置 |
| JPS61203719A (ja) * | 1985-03-07 | 1986-09-09 | Pioneer Electronic Corp | 信号処理回路 |
| JPS6313520A (ja) * | 1986-07-04 | 1988-01-20 | Sony Corp | Ad変換回路 |
-
1988
- 1988-09-30 JP JP63248103A patent/JPH0295017A/ja active Pending
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS59223032A (ja) * | 1983-06-01 | 1984-12-14 | Sony Corp | ディジタル信号伝送装置 |
| JPS61203719A (ja) * | 1985-03-07 | 1986-09-09 | Pioneer Electronic Corp | 信号処理回路 |
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| JP2011066619A (ja) * | 2009-09-16 | 2011-03-31 | Fujitsu Ltd | Ad変換器 |
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