JPH07193446A

JPH07193446A - 予測ゲイン自動切替回路

Info

Publication number: JPH07193446A
Application number: JP34747293A
Authority: JP
Inventors: Koji Sato; 康志佐藤
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1993-12-24
Filing date: 1993-12-24
Publication date: 1995-07-28

Abstract

(57)【要約】【目的】過大、過小入力信号に対しゲインの切替設定
をリアルタイムで行う予測ゲイン自動切替回路を得る。【構成】入力信号Ｓiのレベルを減衰アンプ１で１／
ｍとし、レベル判定回路２で入力信号（Ｓi／ｍ）のレ
ベルをディジタル信号とし、このディジタル信号を所定
の時間間隔で記録メモリ３に記憶する。予測演算回路４
は、記録メモリ３の記憶しているディジタル信号を基
に、所定の時間経過後の入力信号Ｓiのレベルをリアル
タイムで事前に予測する。この予測したレベルの値に基
づいてゲイン切替回路６のゲインを自動的に切り替え
る。この回路によれば、入力信号Ｓiのレベルがダイナ
ミックレンジを越える前に、ゲインを最適に設定するこ
とが可能となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、予測ゲイン自動切替回
路に関し、例えば、画像や音声の計測装置、記録装置お
よび放送装置等において用いられ、入力信号レベルに対
する最適なゲイン設定を自動的に行う回路に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の予測ゲイン自動切替回路例を図３
に示す。ここで、予測ゲイン自動切替回路とは、入力信
号レベルを事前に予測し、現在設定しているゲインにお
けるダイナミックレンジが、次に来る入力信号に対し適
切なレベルとなるように、自動的にゲインの値を切替設
定する回路である。この種の回路を設ける主な目的は、
過小入力および／または過大入力に対する予防策であ
り、特に過大信号入力時の歪信号の発生の防止を目的と
している。図３に示した予測ゲイン自動切替回路は、こ
のような目的において構成されている。

【０００３】上記の従来例は、入力信号Ｓiをレベル判
定回路２へ入力するためのバッファアンプ兼用の減衰ア
ンプ１、信号レベルの状態を判定するレベル判定回路
２、ゲインを切り替えるゲイン切替回路６を有し、入力
信号Ｓiの大きさに応じてゲインを切り替えダイナミッ
クレンジを最適な値とする。

【０００４】また、上記の従来例に目的の類似した公開
公報として、「出力レベル制御装置」（特開平１−２３
１５１０号公報）がある。これはディジタル再生装置に
関するものであり、予め再生レベルを記録しておき、そ
れをもとにゲインを適切に設定する方法、およびディジ
タル記録を前提として信号レベルのモニタと信号出力と
の時間をディジタル的に遅延させ、ダイナミックレンジ
を越えないようにゲインを設定する方法である。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た従来のゲイン自動切替回路は、信号レベルを判定して
からゲインを切り換えるまでのタイミングの遅延によ
り、一時的に信号レベルがダイナミックレンジを越えて
しまう現象を、免れ得ない問題を伴う。また上記公開公
報はディジタル信号において遅延および処理を施すもの
であり、入力信号に対しリアルタイムで対応することを
目的とする、アナログ信号処理装置への適用は不適当で
ある。

【０００６】本発明は、過大および／または過小入力信
号に対しゲインの切替設定をリアルタイムで行う、予測
ゲイン自動切替回路を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】かかる目的を達成するた
め、本発明の予測ゲイン自動切替回路は、入力信号の所
定の時間経過後のレベルをリアルタイムで事前に予測す
る予測手段と、予測手段の予測したレベルの値に基づい
て入力信号を増幅または減衰するアンプのゲインを切り
換えるゲイン切替手段とを有し、ゲインを自動的に切り
替えることを特徴としている。

【０００８】

【作用】本発明の予測ゲイン自動切替回路によれば、入
力信号の所定の時間経過後のレベルをリアルタイムで事
前に予測し、予測したレベルの大きさに応じてアンプの
ゲインを切り換えることとしている。故に、ダイナミッ
クレンジを越える過大入力信号および／または不適切な
過小信号に対し、リアルタイムでの処理が可能となる。

【０００９】

【実施例】次に添付図面を参照して本発明による予測ゲ
イン自動切替回路の実施例を詳細に説明する。図１およ
び図２を参照すると本発明の予測ゲイン自動切替回路の
実施例が示されている。

【００１０】図１は第１の実施例の予測ゲイン自動切替
回路の回路構成を示しており、大きくは、入力信号レベ
ル予測回路１０とゲイン切替回路６の２つの部分を有し
ている。また、入力信号レベル予測回路１０は、減衰ア
ンプ１、レベル判定回路２、記録メモリ３、予測演算回
路４および制御回路５からなっている。

【００１１】減衰アンプ１は、入力信号Ｓiを入力信号
レベル予測回路１０へ取り込むためのものである。具体
的なゲイン１／ｍの値は、想定される入力信号Ｓiのレ
ベルに対し、ダイナミックレンジをカバーできる適切な
値に設定する。この減衰アンプ１により入力信号Ｓi
は、減衰信号（Ｓi／ｍ）として出力される。

【００１２】レベル判定回路２は、減衰信号（Ｓi／
ｍ）をＮ段のレベルに分別しＮ値またはＮ個のディジタ
ル信号Ｈj（Ｈj；Ｈ1〜ＨN）に変換する回路である。レ
ベル判定回路２は、高速性を要求されるためＮ段のアナ
ログコンパレータにより構成する。但し、Ａ／Ｄ変換器
を用いても良い。段数Ｎは、欲する予測精度等により決
定する。

【００１３】記録メモリ３は、レベル判定回路２から出
力されるディジタル信号Ｈjを一時記憶する回路であ
る。このディジタル信号Ｈjを記憶のために取り込む時
間間隔は、制御回路５からの記憶指令信号に基づく所定
の周期時間Ｔである。記録メモリ３には、現時点ｔ0よ
り予め定めた所定数；ｋサンプル前からのディジタル信
号（Ｈj(ｔ-k)〜Ｈj(ｔ-1)〜Ｈj(ｔ0)）を記憶保持す
る。所定数ｋは、欲する予測精度・入力信号の周波数等
により決定する。

【００１４】予測演算回路４は、記録メモリ３に記憶さ
れた入力信号のレベルのデータを基にして、次に来る入
力信号のレベルの予測演算を行う回路部である。予測演
算の内容は、例えば、入力信号レベルの変化量から次に
来る信号のレベルを予測する。現在サンプル時点の入力
信号Ｓi(ｔ0)、および次回サンプル時点の予測される入
力信号Ｓi(ｔ+1)、の関係を数式で表すと下記となる。Ｓi(ｔ+1)＝Ｓi(ｔ0)＋Ｔ・ｄＦ(t)／ｄｔ ……（１）但し、Ｆ(t)はサンプリングに基づく関数；Ｆ(t)＝ｆ
（Ｈj(t)）である。

【００１５】数式（１）の具体例を以下に説明する。
今、レベル判定回路２のＮ段の各段間のレベル差をＰの
等間隔、また、サンプル時間間隔を等間隔と仮定する。
３個のサンプルの時点を、ｔ、ｔ-1およびｔ-2とし、次
回サンプル時点ｔ+1の信号レベルＳi(ｔ+1)を予測す
る。この予測式は下記の式（２）となる。Ｓi(ｔ+1)＝Ｓi(ｔ0)＋Ｐ・Ｈj(ｔ0)｛（Ｈj(ｔ0)−Ｈj(ｔ-1)）／（Ｈj(ｔ-1)−Ｈj(ｔ-2)）｝ ……（２）

【００１６】上記の予測演算回路において、各段間のレ
ベル間隔を不統一としても良い。例えば、中間領域を広
く、上限に近い領域を細かくレベル分割し、予測式の係
数を分割に対応させ変化させる。この手法によれば、少
ない段数で信号レベルの上限の領域でより緻密な判定が
可能となる。

【００１７】制御回路５は、これら全体の処理のタイミ
ング制御を行う回路部である。上記のサンプリング時間
間隔Ｔは、予測精度、入力信号の周波数等により決め
る。

【００１８】予測演算回路４の出力は、ゲイン切替信号
として適切なタイミングでゲイン切替回路６に出力さ
れ、ゲイン切替回路６のゲインを適切な値に設定する。
このゲイン設定に基づき、入力信号の未入力の信号レベ
ルに対するゲインが解析され、ダイナミックレンジを越
える過大入力の入力信号に適切な対応が自動的に施さ
れ、出力信号Ｓ0を正常な信号に確保することが可能と
なる。

【００１９】図２は、本発明の第２の実施例を示す回路
である。この実施例の予測ゲイン自動切替回路は、入力
信号レベル予測回路２０とゲイン切替回路６の２つの部
分から構成される。入力信号レベル予測回路２０は、減
衰アンプ１、微分回路１１、レベル判定回路１２、予測
演算回路１４および制御回路５から構成される。

【００２０】第２の実施例の特徴は、第１の実施例と比
較して減衰アンプ１とレベル判定器１２との間に新たに
微分回路１１が挿入されたこと、および記録メモリ３が
削除されたことである。上記の回路構成において、減衰
アンプ１、制御回路５およびゲイン切替回路６は基本的
に第１の実施例の同一名称の回路部と同一であるから、
これらの回路部の説明を省略する。

【００２１】微分回路１１は、減衰アンプ１から出力さ
れる減衰信号（Ｓi／ｍ）を微分し、微分処理後のアナ
ログ信号を出力する回路部である。この出力信号は、減
衰信号（Ｓi／ｍ）の時間変動量（ΔＳi／ｍ）に比例し
た量であり、下記の式（３）によって表される。 ΔＳi／ｍ＝ｄ（Ｓi／ｍ）／ｄｔ ……（３）

【００２２】この微分回路の回路構成は、例えば単純に
は、コンデンサＣおよびチョークＬの構成による、いわ
ゆるハイパスフィルタの構成回路によって得ることがで
きる。

【００２３】レベル判定回路１２は、時間変動量（ΔＳ
i／ｍ）をＮ段のレベルに分別しＮ値またはＮ個のディ
ジタル信号ｇj（ｇj；ｇ1〜ｇN）に変換する回路であ
る。このレベル判定回路１２は、第１の実施例のレベル
判定回路２と処理する信号が異なるが、同一の回路構成
で良い。このレベル判定回路１２の出力信号により、入
力信号Ｓiの時間変動量の大きさが分類され、変動レベ
ル信号１２１として出力される。

【００２４】予測演算回路１４は、減衰信号（Ｓi／
ｍ）と変動レベル信号１２１を入力信号を基にして、次
に来る入力信号レベルの予測演算を行う回路部である。
予測演算の内容は、変動レベル信号の分類された段階と
減衰信号の大きさから次に来る信号のレベルを予測す
る。この予測の理論式の一例を下記の式（４）に示す。
下記式において、現在時点の入力信号Ｓi(ｔ0)、および
所定時間Ｔ後の予測される入力信号Ｓi(ｔ+1)、の関係
を表している。Ｓi(ｔ+1)＝Ｓi(ｔ0)｛１＋Ｇj｝ ……（４）但し、Ｇjはディジタル信号ｇjのレベルに対応した係数
値である。

【００２５】本実施例は、式（４）および式（２）の対
比からわかるように、予測演算が単純化されている。そ
の理由は、第１の実施例の予測演算回路４における演算
処理の一部の微分処理を、微分回路１１で行ったからで
ある。第２の実施例は、回路構成の単純化および高速処
理において有利である。

【００２６】尚、上述の実施例は本発明の好適な実施の
一例ではあるが、本発明はこれに限定されるものではな
く本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々変形実施
可能である。例えば、上記の実施例では、ダイナミック
レンジを越える過大な入力信号に対するゲイン調整とし
たが、過小入力に対するアンプの増幅度の調整とするこ
ともできる。さらに、過大および過小の入力信号へ対応
する予測ゲイン自動切替回路として構成することも可能
である。

【００２７】

【発明の効果】以上の説明より明かなように、本発明の
予測ゲイン自動切替回路は、入力信号の所定の時間経過
後のレベルをリアルタイムで事前に予測し、予測したレ
ベルの大きさに応じてアンプのゲインを切り換えること
としている。故に、過大入力信号および／または不適切
な過小信号に対し、リアルタイムでのアンプのゲインの
切替を可能とする。この処理により、入力信号への歪の
発生、および測定等における不適切な過小信号の発生等
を防止することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の予測ゲイン自動切替回路の第１の実施
例を示す回路構成ブロック図である。

【図２】本発明の予測ゲイン自動切替回路の第２の実施
例を示す回路構成ブロック図である。

【図３】従来のゲイン自動切替回路の回路構成例を示す
ブロック図である。

【符号の説明】

１減衰アンプ２レベル判定回路３記録メモリ４予測演算回路５制御回路６ゲイン切替回路１０入力信号レベル予測回路

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】入力信号の所定の時間経過後のレベルを
リアルタイムで事前に予測する予測手段と、該予測手段の予測した前記レベルの値に基づいて前記入
力信号を増幅または減衰するアンプのゲインを切り換え
るゲイン切替手段とを有し、前記ゲインを自動的に切り替えることを特徴とする予測
ゲイン自動切替回路。
【請求項２】前記予測手段は、前記入力信号のレベル
を判定する第１のレベル判定手段と、該第１のレベル判
定手段の判定結果を一時記憶する記憶手段と、該記憶手
段の記憶している前記判定結果を用いて前記所定の時間
経過後のレベルの大きさを演算する第１の予測演算手段
とを含むことを特徴とする請求項１記載の予測ゲイン自
動切替回路。
【請求項３】前記予測手段は、前記入力信号のレベル
の時間変化量を抽出する微分手段と、前記微分手段が抽
出した前記時間変化量の大きさを判定する第２のレベル
判定手段と、該第２のレベル判定手段の判定結果を用い
て前記所定の時間経過後のレベルの大きさを演算する第
２の予測演算手段とを含むことを特徴とする請求項１記
載の予測ゲイン自動切替回路。
【請求項４】前記第１のレベル判定手段は、アナログ
コンパレータであることを特徴とする請求項２記載の予
測ゲイン自動切替回路。
【請求項５】前記第２のレベル判定手段は、アナログ
コンパレータであることを特徴とする請求項３記載の予
測ゲイン自動切替回路。