JPS6346611B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

この発明はデータ・サンプリング方法および装
置に関する。 従来のデータ・サンプリング方法は、サンプリ
ングすべきデータを忠実に再生するためにセツト
されたサンプリング期間において発生されるすべ
てのデータを処理するものではない。通常は、周
期的にポイント・サンプリングを行い、サンプリ
ング回路の動作速度により抽出されたサンプルの
データ（以上サンプリング・データという）を平
均化している。ビデオ表示器は行列に配列された
画素をもつているので、このポイント・サンプリ
ングがこのビデオ表示器のデイジタル制御用に使
用される。各画素ごとに、１つのサンプル・デー
タがデイジタル的にエンコードされる。この方法
においては、ビデオ信号の有効周波数範囲がｆで
ある場合に、サンプリング周波数が2fのナイキス
ト制限値にセツトされたとしても、すなわちサン
プリング期間が1/2ｆのナイキスト期間にセツト
されたとしても、充分な忠実度をもつてデータを
再生することが出来ない。実際には、画素数が例
えば265×265または512×512と少ないので、サン
プリング周波数はナイキスト制限値2fよりはるか
に小さい値にセツトされている。ビデオ表示の精
度を良くするためには、サンプリング・ポイント
における振幅データよりも画素データに関する情
報を多く含む画素表示データをエンコードする方
が有利である。 この発明の目的は入力信号を高忠実度をもつて
効率良くサンプリングするためのデータ・サンプ
リング方法および装置を提供することである。 この発明の一実施例においては、各周期ごと
に、入力信号に対して多数のサンプリングが取ら
れる。前周期において選択されたサンプリング値
から最もはずれたサンプリング値が今周期の最大
または最小値として選択される。各周期の最初に
おいて、以後において得られるサンプリング値と
比較するために最初のサンプリング値が最大およ
び最小基準値として記憶される。最大基準値より
大きなサンプリング値が受入されると、この最大
基準値のみが置換され、最小基準値より小さなサ
ンプリング値が受入されると、この最小基準値の
みが置換されることになる。各期間中において発
生される最大（MAX）および最小（MIN）サン
プリング値がこの期間における入力信号を最も良
く表わす値に対する座標値として選択される。最
終サンプリング値としていずれの座標値を選択し
て記憶させるかは前回の期間に対して選択された
サンプリング値からより大きくはずれたサンプリ
ング値を検出することにより決定される。最大お
よび最小の偏差が等しい場合には、定められたサ
ンプリング値、例えば最小サンプリング値が選択
されることになる。これは最大サンプリング値か
ら前回のサンプリング値を差引いてこの前回のサ
ンプリング値に対する正の偏差値PΔを求め、次
に前回のサンプリング値から最小サンプリング値
を差引いてこの前回のサンプリング値に対する負
の偏差値NΔを求め、より大きな偏差値を次の条
件に基いて決定することにより実施される。 PΔ＞NΔの場合は最大サンプリング値、 PΔ＜NΔの場合は最小サンプリング値、 PΔ＝NΔの場合は最大または最小サンプリン
グ値を選択する。 PΔ＝NΔの場合には、いずれが前回において
更新されたかに応じて最大または最小サンプリン
グ値が選択される。 以下、図面を参照してこの発明の実施例を説明
する。 第１図はこの発明の一実施例に係るデータ・サ
ンプリング装置の回路図を示す。 ビデオ信号はサンプリングされ、通常の変換回
路によりデイジタル信号に変換され、例えば
10MHzの周波数で動作するサンプリング・クロ
ツク発生器１２からのクロツクの制御下において
新データ用バツフア・レジスタ１０に格納され
る。カウンタ１４は前記クロツクを適当な割合
で、例えば1/10で分周し、サンプリング期間指定
クロツクを発生する。このサンプリング期間指定
クロツクは出力用バツフア・レジスタ１６に供給
され、入力用バツフア・レジスタ１０に格納され
た10個ごとのサンプリング・データに対し１つの
サンプリング・データを選択する。この選択され
たサンプリング・データは10番目の入力サンプリ
ング・データというわけではなく、前回のサンプ
リング期間において選択されたサンプリング値に
対してより大きな偏差値をもつ最大または最小サ
ンプリング値として与えられる。 最大および最小サンプリング・データはゲート
G1ないしG4を介して供給されるサンプリング期
間指定クロツク・パルスの制御下において、現在
のサンプリング期間において得られた最初のサン
プリング・データを最小データ用レジスタ１８お
よび最大データ用レジスタ２０に格納することに
より選択される。この後、これらのレジスタ１８
および２０の内容は加算器２２および２４におい
て次に取りこまれるサンプリング・データと比較
される。加算器２２は最小データ用レジスタ１８
の最小サンプリング・データ（MIN）の２の補
数に新たなサンプリング・データ（NEW）を加
えて出力データ（NEW−MIN）を発生する。こ
の出力データの符号はNEW＜MINの場合には負
となる。この場合、この加算器２２の出力データ
は最小データ用レジスタ１８の内容を更新する。
これは、ゲートG3を介してゲートG4を付勢する
ことにより達成される。同様に、加算器２４はレ
ジスタ２０の最大サンプリング・データ
（MAX）の２の補数に新たなサンプリング・デ
ータ（NEW）を加えて、出力データ（AX−
NEW）を発生する。この出力データはMAX＜
NEWの場合に負となり、この場合、この出力デ
ータによりレジスタ２０の内容がゲートG1およ
びG2を介して更新される。このようにして、カ
ウンタ１４からののサンプリング期間指定クロツ
ク・パルスにより定められたサンプリング期間に
おいて発生された最大および最小サンプリング・
データ（MAX）および（MIN）がこのサンプリ
ング期間の終了時においてレジスタ２０および１
８にそれぞれ格納される。次に、前回出力用バツ
フア・レジスタ１６に格納されたサンプリング・
データ（LAST）が加算器２６および２８におい
て最小および最大サンプリング・データ（MIN）
および（MAX）と比較され、それぞれ出力デー
タNΔ（＝LAST−MIN）およびPΔ（＝MAX−
LAST）を形成する。これらの出力データNΔお
よびPΔはそれぞれ最小データおよび最大データ
の偏差値を示す。これらの偏差値はNΔおよび
PΔの２の補数を加算する加算器３０において比
較され、出力データ（NΔ−PΔ）を得る。この
出力データはPΔ＞NΔの場合に負となり、最大
サンプリング・データの前回のサンプリング・デ
ータLASTに対する偏差値が最小サンプリング・
データの偏差値よりも大きいことを示す。この場
合、最大サンプリング・データMAXがマルチプ
レツサ３２を介して出力用バツフア・レジスタ１
６に格納される。この他の場合においてはPΔ＝
NΔの場合を除いて、前記出力データは正の符号
（Ｏ）をもつと判断され、最小サンプリング・デ
ータの偏差値が最大サンプリング・データの偏差
値より大きいことを示す。この場合、最小サンプ
リング・データが出力用バツフア・レジスタ１６
に格納される。PΔ＝NΔの場合、加算器３０か
らの入力信号ＡおよびＢおよびＪ−Ｋフリツプ・
フロツプ３６からの第３入力信号を受入する論理
ゲートG5およびG6の制御下において、いずれの
サンプリング・データが前回の選択動作において
選択されたかにより、最大または最小サンプリン
グ・データのいずれを出力用バツフア・レジスタ
１６に格納すべきかが決定される。フリツプ・フ
ロツプ３６は新たなサンプリング・データが最小
または最大サンプリング・データを形成するか否
かに応じて、各サンプリング・クロツクパルスに
よりセツトまたはリセツトされる。入力データＡ
がPΔ＞NΔを示し、入力データＢがPΔ＝NΔを
示し、入力データＣが前回のサンプリング・デー
タが最小データ用レジスタに格納されたことを示
し、入力データが前回のサンプリング・データ
が最大データ用レジスタに格納されたことを示す
場合、論理ゲート回路は次式に従つてレジスタ２
０からマルチプレクサ３２を介して最大サンプリ
ング・データMAXを選択する。 MAX＝Ａ＋Ｂ Ａ，Ｂが共に真値をとらない場合には最小サン
プリング・データが選択される。Ｂが真値をとる
場合、すなわちPΔ＝NΔの場合において、が
真値をとる場合には最大サンプリング・データが
選択され、その他の場合には最小サンプリング・
データが選択される。このように論理動作は
ANDゲートG5およびORゲートG6により実施さ
れる。ORゲートG6からマルチプレクサ３２に供
給される出力信号は真値の場合に最大サンプリン
グ・データMAXを選択し、そうでない場合には
最小サンプリング・データMINを選択する。マ
ルチプレクサ３２はレジスタ２０および１８から
それぞれ最大および最小サンプリング・データを
選択するための２組のANDゲート回路を備えて
いる。ORゲートG6の出力信号は、真値をとつた
場合には、、１組のANDゲート回路を付勢して最
大サンプリング・データMAXをバツフア・レジ
スタ１６に転送し、その他の場合には、インバー
タ（図示せず）を介して別の組のANDゲート回
路を付勢し最小サンプリング・データをバツフ
ア・レジスタ１６に転送する。このように、サン
プリング期間中におけるピーク偏差値はこのサン
プリング期間中における入力波形を最も良く表わ
すために使用されるサンプリング・データに対す
る判定値として使用される。 このピーク偏差値によるサンプリング技術の利
点は次に説明するポイント・サンプリングとの比
較から明確に理解される。このサンプリングの目
的はＡ／Ｄ変換器からの情報を高忠実度をもつて
エンードすることである。これは各サンプリング
期間におけるサンプリング回数を検査し、各サン
プリング期間において前回のサンプリング・デー
タに対する最大の絶対偏差値をエンコードするこ
とにより実行される。正弦波を使用し、この正弦
波の周波数f1の２倍のサンプリング周波数FSで
サンプリングを行い、第２ａ図に示すように各半
サイクルの中央にサンプリング・ポイントがセツ
トされる。これはピーク・サンプリングであり、
最初の２ないし３サイクルにおいて破線の矩形波
により示されるように100％変調が得られる。こ
れは、第２ａ図の最後の２サイクルにおいてＮ・
2f（Ｎは整数で、例えば10）のサンプリング周波
数を使用して得られた波形に示されるように、ピ
ーク偏差によるサンプリングと同じである。しか
しこれはサンプリング周波数FSのサンプリン
グ・ポイントを正弦波のピーク値にセツトしたた
めである。第２ｂ図は第２ａ図の場合から90゜だ
け位相をずらした場合においてサンプリング周波
数FSで得たサンプリングの結果を示す。この条
件下においては、ポイント・サンプリングによる
変調度は第２ｂ図の最初の２ないし３サイクルに
示されるように０％となるが、ピーク偏差による
サンプリングにおいては変調度は第２ｂ図におい
て最後の２サイクルにおいて示されるように100
％である。これは選択動作がピーク値で行われて
いるためである。このようにポイント・サンプリ
ングは位相変動の影響を受け易く、ピーク偏差に
よるサンプリングは破線で示す波形に与える位相
変動の影響を最小にしている。 第３図において、実曲線はビデオ信号を示す。
これはナイキスト制限値と等しいか、またはより
高い周波数成分および低い周波数成分を含む適当
なビデオ信号である。このビデオ信号をポイン
ト・サンプリングによりエンコードすると、各サ
ンプリング期間の中央にサンプリング・ポイント
をセツトした場合、実線で示す階段状の変調波形
が得られる。一方、各サンプリング期間におい
て、例えば10回のサンプリングを行うことにより
ピーク偏差サンプリングを実施すると、変調波形
は破線で示す階段状波形となる。このピーク偏差
式サンプリングによれば、入力データをより良く
表わす高変調度が得られ、Ａ／Ｄ変換器からのデ
ータのコード化の忠実度を上げている。バツフ
ア・レジスタ１６からのコード化されたサンプリ
ング・データはブラウン管上に表示されるか、表
示の前にデイジタル・メモリに格納され、スキヤ
ニング変換処理される。 第１図に示すシステムの動作を下表を参照しな
がら説明する。

【表】 ビデオ信号が２連続サンプリング期間におい
て、各サンプリング期間ごとに５回サンプリング
され、Ａ／Ｄ変換器によりデイジタル・データに
変換され、第１デイジタル・データ列を形成す
る。これらのサンプリング・データは第２デイジ
タル・データ列により表示される各サンプリン
グ・クロツク期間の終端時において新データ用バ
ツフア・レジスタ１０に格納される。説明を簡潔
にするために、左側におけるビデオ・サンプリン
グに対するビデオ入力をゼロとしてある。サンプ
リング期間における最初のサンプリング・データ
は最初のサンプリング・クロツク周期の終端時に
おいて最小および最大サンプリング・データ用レ
ジスタに格納される。この後、レジスタ１０にラ
ツチされていたサンプリング・データが、最小お
よび最大サンプリング・データ用レジスタにラツ
チされていたサンプリング・データに対して小さ
いか、大きいかに応じてこの最小または最大サン
プリング・データ用レジスタに格納される。この
サンプリング期間の終了時において、最小または
最大サンプリング・データMINまたはMAXが前
回バツフア・レジスタ１６に記入されたサンプリ
ング・データLASTに対していずれがより大きな
偏差値をもつかに応じてコード化されたサンプリ
ング・データとして選択される。また最初のサン
プリング・データの終了時において、サンプリン
グ・データLASTおよびMAX間の差PΔは１３
となり、差、NΔは０であるから、このサンプリ
ング・データMAXがレジスタ１６に格納され
る。ここでは、新データ用バツフア・レジスタ、
最小または最大サンプリング・データ用レジスタ
および出力用レジスタの３個のレジスタが使用さ
れている。従つて、新データを出力用レジスタへ
と転送する場合に３個のフロツク周期分だけ遅延
が生ずる。次のサンプリング期間において、最初
の新ビデオ・データ６が最小および最大サンプリ
ング・データ用レジスタに格納される。この後、
新しいデータが６より大きい場合のみ最大サンプ
リング・データ用レジスタに格納され、前回の最
小サンプリング・データより小さな新データは最
小サンプリング・データ用レジスタに格納され
る。このサンプリング期間の終了時において、新
たな最大および最小サンプリング・データMAX
およびMINが前回のサンプリング・データ１３
と比較され、すなわちデータLASTおよびMIN
が加算器２６において比較されると共にデータ
LASTおよびMAXが加算器２８において比較さ
れ、偏差値NΔおよびPΔが得られる。これらの
偏差値は相互に大小関係を放置される。データ
LASTはデータMAXより大きいので偏差PΔは
偏差NΔより小さいことがわかる。加算２８から
の負の符号は各クロツク周期において示され、比
較動作なしに最小サンプリング・データ用レジス
タの内容を選択すべきことを指定する。第２サン
プリング期間においては、最小サンプリング・デ
ータMINはデータLASTより常に小さいので、
加算器２６の出力データの符号は正であり、ここ
ではこの周期の終端における最小サンプリング・
データMINは２となるので、この最小サンプリ
ング・データが今回のサンプリング・データ
LASTとして選択されることになる。 次表を参照して前表に続いて第３および第４サ
ンプリング期間におけるデータについて説明す
る。

【表】 第３サンプリング期間において、最大および最
小サンプリング・データMAXおよびMINとして
記入された新たなデータは０であるので、偏差値
PΔは負で、偏差値NΔは２である。しかしこの
第３サンプリング期間の終了時までに、偏差値
PΔおよびNΔは共に２に等しくなる。この場合、
前述した条件に応じてデータMINまたはMAXが
更新データとして選択される。この例においては
データMIN（＝０）が選択される。 第４サンプリング期間においてサンプリング・
データ６が新たなデータMAXおよびMINとして
入力される。この後、データMAXがこの期間に
おける最大値15になるまで更新される。データ
MINはデータ５がレジスタ１８に格納される最
後のクロツク周期まで保持される。このサンプリ
ング期間を通して、データMINはデータLAST
より大きく、加算器２６の出力データは負とな
る。同時に、データMAXもデータLASTより大
きく、データMAX（＝15）が次のコード化サン
プリング・データとして選択される。 このピーク偏差式サンプリング技術は、ビデ
オ・データがカツトオフ周波数FCまでのすべて
の周波数を含むような表示システムに使用した場
合に有利であるし、更に最少のサンプリング・デ
ータにより高忠実度をもつてコード化を可能にし
ている。また帯域減少システムまたはマルチプレ
クス・データ発生システム等にも使用可能であ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例に係るデータ・サ
ンプリング装置の回路図、第２ａ図と第２ｂ図は
この発明の特徴を説明するための信号波形図、第
３図はピーク偏差式サンプリングおよびポイン
ト・サンプリングによるコード信号の説明図であ
る。 １０……新データ用バツフア・レジスタ、１２
……ロツク・パルス発生器、１４……カウンタ、
１６……出力用バツフア・レジスタ、１８……最
小サンプリング・データ用レジスタ、２０……最
大サンプリング・データ用レジスタ、２２，２
４，２６，２８，３０……加算器、３２……マル
チプレクサ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 各サンプリング期間において、入力信号に対
   して複数のサンプルを抽出する工程と、各サンプ
   リング期間において抽出されたサンプルのデータ
   の中から前回のサンプリング期間において選択さ
   れたサンプルのデータに対して最も大きな偏差値
   をもつサンプルのデータをそのサンプリング期間
   全体を代表するものとして選択する工程とを具備
   していることを特徴とするデータ・サンプリング
   方法。 ２ 前記選択する工程において、各サンプリング
   期間における最大および最小のサンプルのデータ
   としてその期間の最初のサンプルのデータをまず
   記憶し、この記憶したサンプルのデータを順次入
   力されるサンプルのデータと比較してその大小関
   係から新たな最大および最小のサンプルのデータ
   を記憶し、このサンプリング期間において最終的
   に記憶された最大および最水のサンプルのデータ
   を前回のサンプリング期間において選択されたサ
   ンプルのデータと比較して、最大および最小のサ
   ンプルのデータのいずれが前回のサンプリング期
   間において選択されたサンプルのデータに対して
   より大きな偏差値をもつかを検査し、より大きな
   偏差値をもつ最大または最小のサンプルのデータ
   をこのサンプリング期間におけるサンプルのデー
   タとして選択する特許請求の範囲第１項記載のデ
   ータ・サンプリング方法。 ３ 前記サンプルのデータはデジタルデータであ
   り、より大きな偏差値をもつサンプルのデータの
   検出は前回のサンプリング期間において選択され
   たサンプルのデータを今回のサンプリング期間に
   おいて記憶された最大および最小のサンプルのデ
   ータと比較し、それぞれ第１および第２の偏差値
   を算出し、これらの第１および第２の偏差値の差
   を算出し、この差の符号を検出し、前記第１およ
   び第２の偏差値の大小関係に応じて、またこの第
   １および第２の偏差値が相互に等しい場合には前
   回のサンプリング期間においてサンプルのデータ
   として最大および最小のサンプルのデータのいず
   れが選択されたかに応じて今回のサンプリング期
   間において記憶された最大および最小のサンプル
   のデータのいずれを今回のサンプリング期間のサ
   ンプルのデータとして選択するかを定める特許請
   求の範囲第２項記載のデータ・サンプリング方
   法。 ４ サンプリング期間を指定する手段と、各サン
   プリング期間において複数のサンプルを抽出する
   手段と、各サンプリング期間において抽出される
   新しいサンプルのデータが今回のサンプリング期
   間における記憶されている最大および最小サンプ
   ルのデータよりそれぞれ大きい場合または小さい
   場合にこの新しいサンプルのデータを最大および
   最小サンプルのデータとして記憶する第１の記憶
   手段と、次のサンプリング期間が終了するまで今
   回のサンプリング期間において選択されたサンプ
   ルのデータを記憶する第２の記憶手段と、前記サ
   ンプリング期間指定手段からの出力信号に応動し
   て、前記第１の記憶手段に記憶された最大および
   最小サンプルのデータのいずれが前回のサンプリ
   ング期間の終端において前記第２の記憶手段に記
   憶されたサンプルのデータに対してより大きな偏
   差値をもつかに応じてこれらの最大および最小サ
   ンプルのデータの中の一方を前記第２の記憶手段
   に格納すべきサンプルのデータとして選択する選
   択手段とを具備していることを特徴とするデー
   タ・サンプリング装置。 ５ 前記第１の記憶手段は最大および最小サンプ
   ルのデータ用レジスタと、一つのサンプリング期
   間において、最大および最小サンプルのデータと
   して最初のサンプルのデータを記憶する手段と、
   このサンプリング期間において順次取込まれるサ
   ンプルのデータが前記最大および最小サンプルの
   データ用レジスタに記憶されたサンプルのデータ
   に対して大きい値、または小さい値を示す場合
   に、これらの新たに取込まれたサンプルのデータ
   を最大および最小サンプルのデータとして前記最
   大および最小サンプルのデータ用レジスタに格納
   し、このサンプリング期間において取込まれたサ
   ンプルのデータの中の最大および最小サンプルの
   データをそれぞれ前記最大および最小サンプルの
   データ用レジスタに格納する手段を備えている特
   許請求の範囲第４項記載のデータ・サンプリング
   装置。 ６ 前回選択されたサンプルのデータに対して最
   も大きな偏差値をもつ最大または最小サンプルの
   データを選択するための前記手段は、前記第２の
   記憶手段に記憶された前回のサンプルのデータを
   前記最大および最小サンプルのデータ用レジスタ
   に記憶された最大および最小サンプルのデータと
   比較し、かつ前記比較手段およびサンプリング期
   間指定手段からの出力信号に応動して、前記第２
   の記憶手段に記憶されたサンプルのデータに対し
   前記最大および最小サンプルのデータのいずれが
   より大きな偏差値をもつかに応じてこの最大また
   は最小サンプルのデータを新たに前記第２の記憶
   手段に格納する手段を具備している特許請求の範
   囲第５項記載のデータ・サンプリング装置。 ７ サンプリング用クロツク・パルス発生手段
   と、この発生手段からのクロツク・パルスに応動
   して入力信号に対応するデジタル・サンプル・デ
   ータを順次記憶するための新データ用バツフア・
   レジスタと、前記クロツク・パルスに応動した所
   定数のクロツク・パルスごとに１サンプリング期
   間指定用タイミングパルスを発生する手段と、最
   大および最小サンプルのデータ用レジスタと、前
   記サンプリング期間指定用タイミンググパルスに
   応動して、前記バツフア・レジスタからの新しい
   サンプルのデータを前記最大および最小サンプル
   のデータ用レジスタに格納する手段と、同一のサ
   ンプリング期間中に発生される各クロツクパルス
   に応動して前記バツフア・レジスタに格納された
   新たなサンプルのデータを前記最大および最小サ
   ンプルのデータ用レジスタの内容と比較する手段
   と、この比較手段の出力信号に応動して、前記バ
   ツフア・レジスタに格納された新たなサンプルの
   データが前記最大サンプルのデータ用レジスタに
   記憶されたサンプルのデータより大きい場合にこ
   の新たなサンプルのデータを前記最大サンプルの
   データ用レジスタに格納し、前記新たなサンプル
   のデータが前記最小サンプルのデータ用レジスタ
   に記憶されたサンプルのデータより小さい場合
   に、この新たなサンプルのデータを前記最小サン
   プルのデータ用レジスタに格納する手段と、前回
   のサンプリング期間において選択されたサンプル
   のデータを前記最大および最小サンプルのデータ
   用レジスタに記憶されたサンプルのデータと比較
   する手段と、この比較手段からの出力データに応
   動して前記最大および最小サンプルのデータの中
   のいずれが前回選択されたサンプルのデータに対
   してより大きな偏差値をもつかにより前記最大お
   よび最小サンプルのデータの一方を今回のサンプ
   リング期間中におけるサンプルのデータとして選
   択すると共に、前記最大および最小サンプルのデ
   ータが前記前回選択されたサンプルのデータに対
   して等しい偏差値をもつ場合には、このサンプリ
   ング期間において最後に更新された前記最大また
   は最小サンプルのデータ用レジスタに格納されて
   いるサンプルのデータを今回のサンプリング期間
   におけるサンプルのデータとして選択するマルチ
   プレクス手段とを備えていることを特徴とするデ
   ータ・サンプリング装置。