(57)【要約】【課題】Ａ／Ｄ変換に際して、信号レベルにオフセットを与えた場合において、実用上充分な程度にまで正確に元の信号を復元する。【解決手段】アナログの入力信号について、サンプルホールド周期1/fsによるサンプルホールドを行う。このサンプルホールド信号が閾値を超えて遅延時間1/2fsを経過したタイミングで、サンプルホールド信号に対するオフセットの付与を開始する。この信号をサンプリング周波数2fsのデジタル信号に変換する。オフセット後の復元処理では、オフセット付与の開始時に得られる、オフセット付与前のレベルと、次のオフセットが付与されたレベルとから実際のオフセットレベルを求めて信号レベルを復元する。【選択図】図４
2011071674.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
アナログ入力信号を所定のサンプルホールド周期ごとにサンプルホールドしたサンプルホールド信号を出力するサンプルホールド手段と、
上記サンプルホールド信号のレベルについて閾値を超えているか否かを検出してレベル検出信号を出力するレベル検出手段と、
上記レベル検出信号が上記閾値を超えたとき、上記サンプルホールド周期より短い遅延時間を経過したのち、有効レベルのオフセット信号を出力する、オフセット信号出力手段と、
上記有効レベルのオフセット信号が出力されたとき、上記サンプルホールド信号のレベルに対して、上記有効レベルによるオフセットを付与して出力するオフセット付与手段と、
上記オフセット付与手段から出力される信号を、サンプルホールド周期に対応する周波数より高いサンプリング周波数によりサンプリングしてデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換手段と、
上記オフセット信号出力手段から有効レベルのオフセット信号の出力が開始されたタイミングを判別し、上記Ａ／Ｄ変換手段から出力されるデジタル信号において時間的に連続して得られる複数のデジタル信号のレベルに基づいて、上記オフセット信号出力手段から出力されている上記オフセット信号の有効レベルを求めるオフセットレベル取得手段と、
上記オフセットレベル取得手段により求められたオフセットレベルの有効レベルに基づいて、上記Ａ／Ｄ変換手段から入力するデジタル信号のレベルを変更する、信号レベル復元手段と、
上記信号レベル復元手段から出力されるデジタル信号について、より低いサンプリング周波数に変更する、サンプリング周波数変更手段と、
を備えるＡ／Ｄ変換器。
【請求項２】
上記サンプルホールド周期を1/fs（fsは所定の周波数）として、上記サンプルホールド周期より短い遅延時間は1/2fsを設定し、
上記Ａ／Ｄ変換手段は、サンプリング周波数2fsによりサンプリングしてデジタル信号に変換し、
上記オフセットレベル取得手段は、Ａ／Ｄ変換手段から出力されるデジタル信号において時間的に連続する２つのデジタル信号のレベルに基づいて、上記オフセット信号出力手段から出力されている上記有効なオフセットレベルの値を求め、
上記サンプリング周波数変更手段は、上記信号レベル復元手段から出力されるサンプリング周波数2fsのデジタル信号について、サンプリング周波数fsに変換するデシメーション処理を実行する、
請求項１に記載のＡ／Ｄ変換器。
【請求項３】
上記オフセットレベル取得手段は、
上記Ａ／Ｄ変換手段から出力されるデジタル信号において時間的に連続する２つのデジタル信号のレベルが同じでないことを検出することにより、上記オフセット信号出力手段から有効なオフセットレベルの出力が開始されたタイミングであることを判別する、
請求項２に記載のＡ／Ｄ変換器。
【請求項４】
アナログ入力信号を所定のサンプルホールド周期ごとにサンプルホールドしたサンプルホールド信号を出力するサンプルホールド手順と、
上記サンプルホールド信号のレベルについて閾値を超えているか否かを検出してレベル検出信号を出力するレベル検出手順と、
上記レベル検出信号が上記閾値を超えたとき、上記サンプルホールド周期より短い遅延時間を経過したのち、有効レベルのオフセット信号を出力する、オフセット信号出力手順と、
上記有効レベルのオフセット信号が出力されたとき、上記サンプルホールド信号のレベルに対して、上記有効レベルによるオフセットを付与して出力するオフセット付与手順と、
上記オフセット付与手順により出力される信号を、サンプルホールド周期に対応する周波数より高いサンプリング周波数によりサンプリングしてデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換手順と、
上記オフセット信号出力手順により有効レベルのオフセット信号の出力が開始されたタイミングを判別し、上記Ａ／Ｄ変換手順により出力されるデジタル信号において時間的に連続して得られる複数のデジタル信号のレベルに基づいて、上記オフセット信号出力手順により出力されている上記オフセット信号の有効レベルを求めるオフセットレベル取得手順と、
上記オフセットレベル取得手順により求められたオフセットレベルの有効レベルに基づいて、上記Ａ／Ｄ変換手段から入力するデジタル信号のレベルを変更する、信号レベル復元手順と、
上記信号レベル復元手順により出力されるデジタル信号について、より低いサンプリング周波数に変更する、サンプリング周波数変更手順と、
を実行するＡ／Ｄ変換方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アナログ信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器と、その方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
アナログ信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器のダイナミックレンジを拡大する手法の１つとして、AGC(Auto Gain Control)回路などにより振幅を圧縮することが一般的に行われている。AGCではゲインを変更するために、ダイナミックレンジの観点からは、広い拡大範囲を得ることができる。しかし、ゲイン変更による歪みの発生であるとか、応答の不自然さなどの問題は抱えている。
【０００３】
また、同じくＡ／Ｄ変換器のダイナミックレンジを拡大する手法としては、Ａ／Ｄ変換器のダイナミックレンジを超えたためにクリップした信号について、その波形を補間するというものが知られている。また、クリップした信号にオフセットレベルを与えるという手法も知られている。
【０００４】
しかし、波形補間の手法では、喪失された元の信号の情報を、何らかの方法によって推定することになる。この場合には、あくまでも推定に留まるので、元の信号に対して十分に忠実となるように復元することは難しい。
【０００５】
また、オフセットレベルを与える構成の例としては、特許文献１，２などに記載されているものを挙げることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００４−１４７３２６号公報
【特許文献２】特開平７−４５０００号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ここで、特許文献１，２に記載される構成は、何れも、Ａ／Ｄ変換後の信号についてクリップしたことを検出し、この検出結果に応じて、Ａ／Ｄ変換器への入力段階の信号に対してオフセットレベルを与えようというものである。しかし、このようにして、Ａ／Ｄ変換後の信号を対象としてクリップを検出するのに対して、Ａ／Ｄ変換前のアナログ信号にオフセットを与えるという構成では、現実においては、Ａ／Ｄ変換器における信号処理遅延があるために、オフセットを付加すべきタイミングの適切なコントロールが難しい。
また、特許文献１には、レジスタなどのメモリに、適当なオフセット量を格納しておくことが記載されている。しかし、特許文献１の構成では、上記しているように、オフセット付加処理がアナログ段で行われる。アナログ回路は、電源電圧、温度などの要因によりオフセット量が変化し得るので、特許文献１の構成により、実際に、常に適切なオフセット量を与えて元の信号を忠実に復元することは難しい。この問題は、特に上記の要因についての実際の変動が大きかったり、また、定常的に変動してしまうような場合に顕著となる。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
そこで本発明は上記した課題を考慮して、Ａ／Ｄ変換器として次のように構成する。
アナログ入力信号を所定のサンプルホールド周期ごとにサンプルホールドしたサンプルホールド信号を出力するサンプルホールド手段と、有効レベルのオフセット信号が出力されているときには、上記サンプルホールド信号のレベルに対して、この有効レベルによるオフセットを付与して出力するオフセット付与手段と、上記サンプルホールド信号のレベルについて閾値を超えているか否かを検出してレベル検出信号を出力するレベル検出手段と、上記レベル検出信号が上記閾値を超えたとき、上記サンプルホールド周期より短い遅延時間を経過したのちで、上記有効レベルのオフセット信号を出力する、オフセット信号出力手段と、上記有効レベルのオフセット信号が出力されたとき、上記サンプルホールド信号のレベルに対して、上記有効レベルによるオフセットを付与して出力するオフセット付与手段と、上記オフセット付与手段から出力される信号を、サンプルホールド周期に対応する周波数より高いサンプリング周波数によりサンプリングしてデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換手段と、上記オフセット信号出力手段から有効レベルのオフセット信号の出力が開始されたタイミングを判別し、上記Ａ／Ｄ変換手段から出力されるデジタル信号において時間的に連続して得られる複数のデジタル信号のレベルに基づいて、上記オフセット信号出力手段から出力されている上記オフセット信号の有効レベルを求めるオフセットレベル取得手段と、上記オフセットレベル取得手段により求められたオフセットレベルの有効レベルに基づいて、上記Ａ／Ｄ変換手段から入力するデジタル信号のレベルを変更する、信号レベル復元手段と、上記信号レベル復元手段から出力されるデジタル信号について、より低いサンプリング周波数に変更する、サンプリング周波数変更手段とを備えることとした。
【０００９】
上記構成では、アナログの入力信号について、先ず、所定のサンプルホールド周期によるサンプルホールドを行う。そして、このサンプルホールド信号が閾値を超えてサンプルホールド周期より短い遅延時間を経過したタイミングで、サンプルホールド信号に対するオフセットの付与が開始される。このとき、オフセットが最初に付与されたサンプルホールド区間においては、前半においてオフセット付与前のレベルが残り、後半においてオフセットが付与されたレベルとなる。そして、この信号がサンプルホールド周期より高いサンプリング周波数によりデジタル信号に変換されることで、上記のオフセットが最初に付与されたサンプルホールド区間に対応しては、上記前半のオフセット付与前のレベルと、上記後半のオフセットが付与されたレベルとが、それぞれサンプル値として得られることになる。これ以外の区間においては、連続して同じサンプル値が複数回繰り返される。
そこで、オフセット後の復元処理に際しては、上記の前半のオフセット付与前のレベルと、上記後半のオフセットが付与されたレベルとから、実際のオフセットレベルを求める。この求められたオフセットレベルにより、信号レベルを復元する。
即ち、本願発明では、実際に付与されたオフセットレベルを求めて、これに基づいた信号レベルの復元が行われる。
【発明の効果】
【００１０】
このようにして、本発明は、Ａ／Ｄ変換に際して、例えばダイナミックレンジ拡大、クリップ防止のために信号レベルにオフセットを与えた場合において、実用上充分な程度にまで正確に元の信号を復元することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本実施形態のＡ／Ｄ変換器の構成例を示す図である。
【図２】本実施形態のＡ／Ｄ変換器の基本動作として、サンプルホールド回路と、Ａ／Ｄ変換部の動作を示す図である。
【図３】本実施形態のＡ／Ｄ変換器の基本動作として、デジタル信号処理部におけるデシメーション処理を示す図である。
【図４】オフセット処理時に対応した、本実施形態のＡ／Ｄ変換器の動作として、ダイナミックレンジ検出回路、遅延回路、オフセット信号出力回路、加算器の動作例を示す図である。
【図５】オフセット処理時に対応した、本実施形態のＡ／Ｄ変換器の動作として、Ａ／Ｄ変換部、デジタル信号処理部の動作例を示す図である。
【図６】デジタル信号処理部の機能構成例を示すブロック図である。
【図７】デジタル信号処理部の復元処理部が実行する復元処理を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本願発明を実施するための形態（以下、実施形態という）について、下記の順により説明する。
＜１．Ａ／Ｄ変換器の全体構成＞
＜２．通常時の動作＞
＜３．オフセット処理が有効なときの動作＞
【００１３】
＜１．Ａ／Ｄ変換器の全体構成＞
図１は、本実施形態としてのＡ／Ｄ変換器の全体構成を示している。この図に示すようにして、本実施形態のＡ／Ｄ変換器は、サンプルホールド回路１、ダイナミックレンジ検出回路２、遅延回路３、オフセット信号出力回路４、加算器５、Ａ／Ｄ変換部６、及びデジタル信号処理部７を備えて成る。
【００１４】
サンプルホールド回路１は、予め定めた所定のサンプリング周波数ｆｓに対応するサンプル周期（1/fs）により、アナログの入力信号Ｓ１について、そのレベル（電圧値）をホールドするサンプルホールド処理を実行する。なお、この場合のアナログの入力信号Ｓ１は、例えばマイクロフォンなどにより収音して得られた音声信号であるものとする。
サンプルホールド回路１により入力信号Ｓ１をサンプルホールドして得られたサンプルホールド信号Ｓ２は、ダイナミックレンジ検出回路２と加算器５とに分岐して出力される。
【００１５】
ダイナミックレンジ検出回路２は、入力されるサンプルホールド信号Ｓ２のレベル(電圧値)が、閾値ｔｈを超えたか否かについて検出する。閾値ｔｈは、Ａ／Ｄ変換部６のダイナミックレンジの限界値に応じて設定される。つまり、サンプルホールド信号Ｓ２のレベルが閾値ｔｈを超えた状態は、そのままではＡ／Ｄ変換部６にてクリップが発生する程度に入力信号Ｓ１のレベルが過大となり得る状態を検出したことに相当する。その検出結果は、ダイナミックレンジ検出回信号として遅延回路３に対して出力される。
【００１６】
遅延回路３は、遅延時間Td=1/2fsにより、入力されたダイナミックレンジ検出信号を遅延させる。なお、遅延時間Td=1/2fsは、サンプリング周波数fsに応じた１周期に対して、１/２周期分となる時間分に相当する。そして、遅延回路３は、遅延後の信号をオフセット制御信号として、オフセット信号出力回路４に対して出力する。
【００１７】
オフセット信号出力回路４は、入力されるオフセット制御信号に応じて、オフセット信号のレベル(オフセットレベル、オフセット量)を設定して加算器５に対して出力する。
これまでの説明から理解されるように、オフセット制御信号は、遅延時間Td=1/2fsだけ遅延されたダイナミックレンジ検出信号である。オフセット制御信号としても、少なくとも、サンプルホールド信号Ｓ２のレベルが閾値を超えていない状態と、閾値ｔｈを超えている状態の何れかを示すものとなる。
オフセット信号出力回路４は、オフセット制御信号が上記閾値ｔｈを超えていない状態を示しているときには、０レベルのオフセット信号を出力する。つまり、有効なオフセット信号は出力させない。これに対して、オフセット制御信号が上記閾値ｔｈを超えている状態を示しているときには、例えば予め設定した０より大きな所定の有効レベル（電圧値）のオフセット信号を出力する。つまり、有効なオフセット信号を出力する。
【００１８】
また、この場合のオフセット信号出力回路４は、オフセットタイミング信号を生成してデジタル信号処理部７に対して出力する。オフセットタイミング信号は、オフセット信号出力回路４自身が、有効なオフセット信号を出力している状態であるか否かを示す信号となる。
なお、オフセットタイミング信号としては、例えばオフセット制御信号と同義の２状態を示すものとなる。従って、デジタル信号処理部７に対して、オフセットタイミング信号に代えて、遅延回路３からのオフセット制御信号を入力させることとしてもよい。ただし、レベル０と有効レベルとで切り換えるのはオフセット信号出力回路４であり、オフセットタイミング信号は、オフセット信号出力回路４が自身の動作状態に応じて生成する。従って、オフセットタイミング信号のほうが、有効なオフセット信号の出力／停止の切り換えのタイミングがより正確に示されていることになる。
【００１９】
加算器５は、サンプルホールド回路２から入力されるサンプルホールド信号Ｓ２に、上記オフセット信号出力回路４から出力されるオフセット信号のレベル(電圧値)を加算して、信号Ｓ３として、Ａ／Ｄ変換部６に対して出力する。信号Ｓ３は、サンプルホールド信号Ｓ２に対して０若しくは有効レベルのオフセット信号が与えられたオフセット処理後のサンプルホールド信号といえる。
【００２０】
Ａ／Ｄ変換部６は、信号Ｓ３を入力して、２fsのサンプリング周波数によるサンプリングを行い、サンプリング周波数2fsのデジタル信号に変換してデジタル信号Ｓ４として出力する。ここで、サンプリング周波数からみた場合、サンプルホールド信号Ｓ２は、サンプリング周波数fsによりサンプリングされた信号であるとみることができる。従って、この場合のＡ／Ｄ変換部６は、信号Ｓ３について、２倍のオーバーサンプリングを実行しているものとみることができる。
【００２１】
デジタル信号処理部７は、オフセット処理後のサンプリング周波数2fsのデジタル信号Ｓ４と、オフセットタイミング信号とを入力する。
そして、後述するようにして、デジタル信号Ｓ４において、有効レベルのオフセット信号が加算されている区間については、オフセット前の入力信号と同じレベルに復元する処理を実行する。これにより、ダイナミックレンジが拡大された信号を得ることができる。また、サンプリング周波数について2fsからfsに戻すためのデシメーションを実行する。つまり、出力信号Ｓ５としては、サンプリング周波数fsによる、ダイナミックレンジの拡大された音声信号が得られる。
【００２２】
＜２．通常時の動作＞
上記図１に示した本実施形態のＡ／Ｄ変換器の動作として、先ず、オフセット処理が実行されていない、通常時において得られる動作について、図２，図３を参照して説明する。なお、この図２，図３により説明する動作は、図１のＡ／Ｄ変換器の基本動作としてみることができる。
【００２３】
先ず、図２（ａ）には、サンプルホールド回路１の動作が示されている。
例えば、この図２（ａ）には、入力信号Ｓ１の包絡波形が示されている。サンプルホールド回路１では、この入力信号Ｓ１について、図示するようにしてサンプルホールド周期Ts = 1/fsごとのタイミングでサンプルホールドを実行する。そして、この図に示されるようにして、1/fsのサンプルホールド周期ごとにホールド値が変化し得る形式のサンプルホールド信号Ｓ２を出力する。
【００２４】
前述したように、通常時においてはオフセット信号はレベル０であり、加算器５において有効レベルの加算は行われない。従って、通常時においては、信号Ｓ２がそのまま加算器から信号Ｓ３として出力され、Ａ／Ｄ変換部６に対して入力される。
【００２５】
図２（ｂ）は、上記信号Ｓ２と同等の信号Ｓ３が入力された場合の、Ａ／Ｄ変換部６の動作を示している。
前述したように、Ａ／Ｄ変換部６は、サンプルホールド回路１のサンプリング周波数fsに対して２倍となる、2fsによるオーバーサンプリングを実行する。従って、この図に示すように、Ａ／Ｄ変換部６は、信号Ｓ３（＝Ｓ２）のサンプルホールド周期（Ts = 1/fs）に対応する区間（サンプルホールド区間）ごとに、その２分の１のサンプリング周期（Tad=1/2fs）によって２回ずつサンプリングを行うことになる。
従ってこの場合に得られるＡ／Ｄ変換部６の出力であるデジタル信号Ｓ４は、図３（ａ）に示すようにして、サンプリング周波数2fs（Tad=1/2fs）の信号として、時間軸に従っては２回連続したサンプルタイミングで同一のサンプル値(信号レベル)が得られる信号となる。
【００２６】
この場合においてはデジタル信号に対して有効レベルによるオフセットが与えられていない。このために、デジタル信号処理部７は、上記デジタル信号Ｓ４についてレベル値の復元処理は特に実行せずに、デシメーション処理のみを実行する。
図３（ａ）に示すデジタル信号Ｓ４について1/2のサンプリング周波数にデシメーションを実行した場合には、図３（ｂ）に示す出力信号Ｓ５が得られる。つまり、同じサンプルホールド区間において得られる２つの同じ値のうち、前後何れかの１つが間引きされた信号となる。この出力信号Ｓ５は、例えば図２（ａ）に示したサンプルホールド信号Ｓ２を、単純にサンプリング周波数fsによりＡ／Ｄ変換した場合と同等の信号であるといえる。つまり、アナログの入力信号について、適正に、サンプリング周波数fsによるデジタル信号に変換する動作が得られている。
【００２７】
＜３．オフセット処理が有効なときの動作＞
次に、オフセット処理が有効に動作するときの本実施形態のＡ／Ｄ変換器の動作について、図４〜図６を参照して説明する。
先ず、図４（ａ）には、入力信号Ｓ１のレベル閾値ｔｈを超えている状態が示されている。先にも述べたように、ここでの閾値ｔｈは、ダイナミックレンジ検出回路２にて、ダイナミックレンジの限界値に対応して設定されている。
【００２８】
このような入力信号Ｓ１の変化に応じて、時刻t1の後の期間t2〜t4に対応するサンプルホールド区間において、サンプルホールド信号Ｓ２のレベル(電圧値)も閾値ｔｈを超えることになる。これに応じて、ダイナミックレンジ検出回路２は、時刻t2において、サンプルホールド信号Ｓ２が閾値ｔｈを超えたことを検出する。
【００２９】
図４（ｂ）は、図４（ａ）における期間t2〜t4及びその前後の期間を拡大して示している。
この図に示すようにして、ダイナミックレンジ検出回路２は、時刻t2以前においては、サンプルホールド信号Ｓ２が閾値ｔｈを超えていないことを検出しており、これに応じて、ダイナミックレンジ検出信号としてＬレベルを出力している。そして、時刻t2に至って、サンプルホールド信号Ｓ２が閾値ｔｈを超えたことを検出したことに応じては、ダイナミックレンジ検出信号をＨレベルに変化させる。
なお、ここでは図示していないが、この後、ダイナミックレンジ検出信号としては、サンプルホールド信号Ｓ２が閾値ｔｈを超えた状態を維持している間は、Ｈレベルを維持する。そして、サンプルホールド信号Ｓ２が閾値ｔｈ以下となるようにして変化すると、ダイナミックレンジ検出信号は、Ｌレベルに変化する。
【００３０】
図１にて説明したように、オフセット制御信号は、このダイナミックレンジ検出信号を遅延時間Td=1/2fsだけ遅延させた信号となる。図４（ｂ）には、ダイナミックレンジ検出信号とともに、オフセット制御信号のタイミングが示されている。このように、オフセット制御信号は、ダイナミックレンジ検出信号に対して1/2fs分の時間だけ遅延していることで、サンプルホールド信号Ｓ２のサンプルホールド区間の中間である時刻t３にてＬレベルからＨレベルに立ち上がる。
【００３１】
オフセット信号出力回路４は、オフセット制御信号がＬレベルのときには、オフセット信号としてレベル０を出力する。つまり、有効なオフセット信号は出力しない。オフセット信号出力回路４は、オフセット制御信号がＨレベルのときに、有効なレベル（有効オフセットレベル）Loのオフセット信号を加算器５に出力する。
これにより、サンプルホールド信号Ｓ２が閾値ｔｈを超えたことが検出された最初のサンプルホールド区間（1/fs）では、加算器５の出力信号Ｓ３は、図４（ｂ）の期間t2〜t4として示すように、前半の1/2fs分の期間t2〜t3においては、元のサンプルホールド信号Ｓ２のレベルａとなり、後半の1/2fs分の期間t3〜t4においては、元のサンプルホールド信号Ｓ２のレベルａに対して、有効オフセットレベルLoの加算分だけ、この場合には低減されたレベルｂが得られる。そして、このようにしてオフセット信号出力回路４が有効オフセットレベルLoを出力し、これが加算器５においてサンプルホールド信号Ｓ２と加算される動作が、オフセット制御信号がＬレベルとなるまで継続される。
【００３２】
図５（ａ）は、デジタル信号Ｓ４を示している。このデジタル信号Ｓ４は、上記のようにして有効オフセットレベルLoが与えられた後の信号Ｓ３をＡ／Ｄ変換部６によりデジタルに変換して得られたものである。
Ａ／Ｄ変換部６は、入力される信号Ｓ３について、サンプルホールド信号Ｓ２のサンプリング周波数fsの２倍である、サンプリング周波数2fsによりサンプリングする。このために、図４（ｂ）の期間t2〜t3において得られていたレベルａと、期間t2〜t3において得られていたレベルｂは、それぞれ、図５（ａ）の時刻t2'、時刻t3'に示すようにして、デジタル信号Ｓ４において適正にサンプル値として得られている。また、図５（ａ）において時点t3'以降において示されるサンプル値は、実際には、オフセットが加算された後のサンプル値となっている。
【００３３】
デジタル信号処理部７は、上記のようにして有効オフセットレベルＬoが与えられた後のデジタル信号Ｓ４について、入力信号Ｓ１と同等の波形となるようにして復元するとともに、サンプリング周波数fsとなるようにデシメーションを実行する。この結果、デジタル信号処理部７からは、図５（ｂ）に示される出力信号Ｓ５を出力する。
この図５（ｂ）に示される出力信号Ｓ５としては、先ず、サンプル周期が1/fsとなっており、デシメーションが実行されたことが示される。また、有効オフセットレベルＬoが加算されていたサンプルホールド区間に対応するサンプル値については、有効オフセットレベルＬoと同じ値を減算することで、元の入力信号Ｓ１（サンプルホールド信号Ｓ２）と同等のサンプル値に復元されている。
【００３４】
図６は、デジタル信号処理部７の内部処理構成例を示している。
この図に示すデジタル信号処理部７は、復元処理部７ａとデシメーション処理部７ｂとを有する。
復元処理部７ａは、デジタル信号Ｓ４に有効オフセットレベルLoが与えられている場合において、有効オフセットレベルLoが与えられた後のサンプル値を、有効オフセットレベルが与えられる前のサンプル値に戻すための処理を実行する。
この場合、復元処理部７ａから出力されるデジタル信号は、デジタル信号Ｓ４と同じサンプリング周波数2fsとなっている。デシメーション処理部７ｂは、この復元処理部７ａからのサンプリング周波数2fsの信号についてデシメーションを実行して、サンプリング周波数fsによるデジタル信号に変換して出力する。
なお、デジタル信号処理部７の実際としては、上記復元処理部７ａとデシメーション処理部７ｂ以外に対応する信号処理を実行するように構成してもよいが、ここでは、本実施形態に関連した最も基本的な構成を示している。
【００３５】
図７は、復元処理部７ａが実行するとされる処理手順例を示している。
例えば復元処理部７ａ（デジタル信号処理部７）はハードウェアにより構成されてもよいのであるが、ＤＳＰ(Digital Signal Processor)などによっても形成できる。ＤＳＰにより形成する場合には、例えばこの図６のフローチャートに基づいたプログラム、インストラクションをＤＳＰに与えることで、復元処理部７ａとしての機能を実現できる。
【００３６】
ステップＳ１０１において復元処理部７ａは、先ず、入力されるデジタル信号Ｓ４について、連続する２つの信号（サンプル点）のレベル（サンプル値）が同じでないか否かについて判別する。
なお、ここでの判別対象となる連続する２つの信号は、サンプルホールド信号Ｓ２との対応では、同じサンプルホールド区間（サンプルホールドされている1/fsの周期区間）においてサンプリングされた２つの信号（サンプル点）であるべきものとなる。
例えば、通常動作時においては、サンプルホールド信号Ｓ２としては、同じサンプルホールド区間ごとに対応して、必ず、２回連続した信号（サンプル点）ごとに同じレベル（サンプル値）が得られる。従って、同じサンプルホールド区間ごとに対応する２つの連続する信号との同期は、通常動作時において、２回連続して同じレベルとなるサンプル点ごとのタイミングと同期させることにより簡単に得ることができる。
【００３７】
ステップＳ１０１において、上記２つの信号のレベルが同じであるとして否定の判別結果が得られた場合には、ここでは、その２つの信号については、有効オフセットレベルによるオフセットは与えられていないことになる。そこで、そこで、この場合の復元処理部７ａは、特に復元処理を実行することなく、ステップＳ１０１に戻ることで、入力されるデジタル信号Ｓ４を、後段のデシメーション処理部７ｂに渡すようにする。つまり、この場合の信号レベルの復元は行わずに、デシメーション処理のみを実行する。
【００３８】
これに対して、ステップＳ１０１において上記２つの信号レベルが同じでないとして否定の判別結果が得られた場合には、図５（ａ）の時刻t2'，t3'のようにして、有効レベルのオフセット信号の加算が開始されたタイミングを検知したことになる。
そこで、この場合には、ステップＳ１０２以降の処理に進む。ステップＳ１０２においては、上記ステップＳ１０１において信号レベルが同じではないと判別された、同じサンプルホールド区間内の２つの信号（サンプルデータ）のレベルを比較することにより、有効オフセットレベルLoを求める。例として、図５（ａ）との対応であれば、時刻t2'にて得られている信号のレベルａと、時刻t3'にて得られているレベルｂとの差分値を求める。この差分値が、オフセット信号出力回路４より実際に出力された有効オフセットレベルLoを示している。
【００３９】
次に、デジタル信号処理部７は、先ず、ステップＳ１０３において、オフセット処理が有効であるか、つまり、現在において、オフセット信号出力回路４から有効オフセットレベルが出力されている状態にあるか否かについて判別する。
この判別は、オフセット信号出力回路４からデジタル信号処理部７に対して入力されるオフセットタイミング信号に基づいて行う。オフセットタイミング信号は、先に述べたように、オフセット信号出力回路４が有効オフセットレベルLoのオフセット信号を出力しているときと、出力していないときとを示すタイミング信号である。オフセット信号出力回路４が有効オフセットレベルLoのオフセット信号を出力しているときは、オフセット処理が有効なときであり、出力していないときオフセット処理が有効でないときである。
従って、ステップＳ１０３においては、オフセットタイミング信号が有効オフセットレベルLoを出力しているときであることを示していれば、肯定の判別結果が得られる。これに対して、オフセットタイミング信号が有効オフセットレベルLoを出力していないときであることを示していれば、否定の判別結果が得られる。
【００４０】
ここで、例えば先ず、ステップＳ１０３において肯定の判別結果が得られた場合には、ステップＳ１０４に進む。例えば通常、ステップＳ１０１において肯定の判別結果が得られてステップＳ１０２を経て最初のステップＳ１０３に至ったときには、既にオフセットタイミング信号は、有効オフセットレベルLoを出力していることを示している。従って、上記最初のステップＳ１０３においては、通常、肯定の判別結果が得られる。
【００４１】
ステップＳ１０４においては、デジタル信号Ｓ４の現信号のサンプル値に対して、有効オフセットレベルLoを減算して新たなサンプル値を生成する。そして、このステップＳ１０４の処理は、ステップＳ１０３においてオフセット処理が有効であるとの判別結果が継続して得られている限りは、継続して、順次、次の現信号のサンプル値を対象として実行される。そして、このようにしてサンプル値が復元された信号が、後段のデシメーション処理部７ｂに対して入力される。
【００４２】
そして、或る時刻において、オフセットタイミング信号が変化して、ステップＳ１０３においてオフセット処理が無効であるとして否定の判別結果が得られたとする。この否定の判別結果が得られたタイミングで、信号に対する有効オフセットレベルの加算は停止されることになる。そこで、復元処理部７ａは、ステップＳ１０１に戻ることで、以降のサンプル値の復元処理を停止させる。
【００４３】
これまでの説明から理解できるように、本実施形態では、先ず、図４にて説明した動作により、有効オフセットレベルLoをサンプルホールド信号Ｓ２に加算して与える動作の開始時においては、同じ周期1/fsのサンプルホールド区間における同じレベル（電圧値）を対象にして、前後の1/2fsの区間ごとに有効オフセットレベルLoを与えないそのままのレベルと、有効オフセットレベルLoを与えた後のレベルとが得られるようにしている。そして、この信号を、サンプルホールド時よりも高いサンプリング周波数2fsでサンプリングしたデジタル信号に変換することで、上記有効オフセットレベルLoを与えないそのままのレベルと、有効オフセットレベルLoを与えた後のレベルとが、連続したサンプル値として得られるようにしている。
そこで、信号復元時においては、上記有効オフセットレベルLoを与えないそのままのレベルのサンプル値と、有効オフセットレベルLoを与えた後のレベルのサンプル値とにより、実際に加算されたのと同じ有効オフセットレベル(Lo)を取得する。つまり、本実施形態では、先ず、実際に加算された有効オフセットレベル(Lo)としての値を高精度で求めることができる。
また、本実施形態では、オフセット処理が開始される都度、そのときに実際に加算された正確な有効オフセットレベル(Lo)を求めることができる。例えば、Ａ／Ｄ変換部６より前段のアナログ信号処理段において、例えば電源電圧や温度などによって素子などの定数，特性が変化してしまい、実際にオフセット信号出力回路４から出力される有効オフセットレベルLoについて誤差が生じたとしても、この誤差を有する正確な有効オフセットレベルLoを常に取得できる。これにより、電源電圧や温度など変動に関わらず、常に、オフセットが与えられた信号について、常に、元の信号のレベルに対して正確に復元できる。つまり、本実施形態では、ダイナミックレンジの拡大を高い精度で行える。また、本実施形態の信号処理であれば量子化ノイズを増加させることなくダイナミックレンジを拡大できる。
なお、例えば図１の構成からサンプルホールド回路１を省略し、サンプルホールドされていない信号Ｓ１に対して同じ処理を実行した場合には、デジタル信号Ｓ４においては、時刻t2',時刻t3'のようにして、同じサンプルホールド区間のレベルを元としながら有効オフセットレベルが与えられていない信号（サンプル点）と、オフセットレベルが与えられていない信号とを得ることはできない。２つの連続する信号は、信号Ｓ１の変化に応じた変化の成分を必ず持つことになる。従って、本実施形態のようにして、復元処理時において正確な有効オフセットレベルLoを取得することは不可能であって、正確な復元処理は期待できないことになる。
【００４４】
また、本願発明は、これまでに説明した実施形態の構成のみに限定されない。
例えば、図６に示したデジタル信号処理部７は、前段に復元処理部７ａを設け、後段にデシメーション処理部７ｂを設けた構成となっている。しかし、例えば先にデシメーション処理を実行した後に、信号レベル(サンプル値)の復元を行う構成としてもよい。この処理順序であっても、例えば、サンプリング周波数2fsの形式の段階において、図７のステップＳ１０２の処理により有効オフセットレベルLoを求めておけば、デシメーションによりサンプリング周波数fsの形式に変換された信号を対象にして、サンプル値を適切に復元できる。
【００４５】
また、図７の処理において、オフセット処理の開始タイミングの判別は、ステップＳ１０１により、同じサンプルホールド区間における２つのサンプルのサンプル値が同じでないか否かに基づいて行うこととしている。しかし、例えば、ステップＳ１０３に準じて、オフセットタイミング信号に基づいて行うこともできる。
【００４６】
また、本実施形態のＡ／Ｄ変換器は、先にマイクロフォンにより収音して得られるアナログの音声信号をデジタル信号に変換する用途に用いることができると述べた。しかし、これ以外のアナログ音声信号であってもよい。さらには、例えば何らかのセンサにて得られたセンサ信号など、音声信号以外のアナログ信号をデジタルに変換することにも適用できる。
【符号の説明】
【００４７】
１  サンプルホールド回路、２  ダイナミックレンジ検出回路、３  遅延回路、４  オフセット信号出力回路、５  加算器、６  Ａ／Ｄ変換部、７  デジタル信号処理部、７ａ  復元処理部、７ｂ  デシメーション処理部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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