(57)【要約】【課題】チップ面積の増加が少なく、高サンプリングレートのデジタル処理が不要となる信号処理装置を提供する。【解決手段】実施形態によれば、信号処理装置は、ＡＤ変換器と、メモリと、予測ロジック部と、誤差量検出部と、セレクタと、を備える。前記ＡＤ変換器は、あるサンプリング周波数で入力信号をＡＤ変換値に変換する。前記メモリは、過去のＡＤ変換出力結果を記憶する。前記予測ロジック部は、前記サンプリング周波数で前記過去のＡＤ変換出力結果を用いて予測値を予測する。前記誤差量検出部は、前記予測値と前記ＡＤ変換値との間の誤差量から前記ＡＤ変換値のエラー判定を行う。前記セレクタは、前記エラー判定に基づいて、前記ＡＤ変換値および前記予測値のいずれか一方をＡＤ変換出力結果として出力する。【選択図】図１
2019165365.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
あるサンプリング周波数で入力信号をＡＤ変換値に変換するＡＤ変換器と、
過去のＡＤ変換出力結果を記憶するメモリと、
前記サンプリング周波数で前記過去のＡＤ変換出力結果を用いて予測値を予測する予測ロジック部と、
前記予測値と前記ＡＤ変換値との間の誤差量から前記ＡＤ変換値のエラー判定を行う誤差量検出部と、
前記エラー判定に基づいて、前記ＡＤ変換値および前記予測値のいずれか一方をＡＤ変換出力結果として出力するセレクタと、
を備える信号処理装置。
【請求項２】
前記セレクタは、
前記エラー判定がエラーでないことを示す場合には、前記ＡＤ変換値を前記ＡＤ変換出力結果として出力し、
前記エラー判定がエラーであることを示す場合には、前記予測値を前記ＡＤ変換出力結果として出力する請求項１に記載の信号処理装置。
【請求項３】
あるサンプリング周波数で入力信号をＡＤ変換値に変換するＡＤ変換器と、
過去の前記ＡＤ変換値を記憶する第１メモリと、
前記サンプリング周波数で前記過去のＡＤ変換値を用いて第１予測値を予測する第１予測ロジック部と、
過去のＡＤ変換出力結果を記憶する第２メモリと、
前記サンプリング周波数で前記過去のＡＤ変換出力結果を用いて第２予測値を予測する第２予測ロジック部と、
前記第１予測値と前記ＡＤ変換値との間の誤差量から前記ＡＤ変換値のエラー判定を行う誤差量検出部と、
前記エラー判定の結果にしたがって出力されるエラー検出信号に基づいて、前記ＡＤ変換値および前記第２予測値のいずれか一方をＡＤ変換出力結果として出力するセレクタと、
を備える信号処理装置。
【請求項４】
所定期間の過去の前記エラー判定の結果を記憶する第３メモリと、
前記第３メモリに記憶されている前記エラー判定の結果に基づいて前記エラー検出信号を前記セレクタに出力する判定部と、
をさらに備える請求項３に記載の信号処理装置。
【請求項５】
前記判定部は、前記第３メモリにエラーであることを示す前記エラー判定の結果が１つでも記憶されている場合には、エラーがあることを示す前記エラー検出信号を出力し、前記エラーであることを示す前記エラー判定の結果が記憶されていない場合には、エラーがないことを示す前記エラー検出信号を出力する請求項４に記載の信号処理装置。
【請求項６】
前記セレクタは、
前記エラー検出信号がエラーでないことを示す場合には、前記ＡＤ変換値を前記ＡＤ変換出力結果として出力し、
前記エラー検出信号がエラーであることを示す場合には、前記第２予測値を前記ＡＤ変換出力結果として出力する請求項３に記載の信号処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、信号処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、受信信号を所定の周期でサンプリングし、ＡＤ（Analog-to-Digital）変換してサンプリング値を取得する際に、過去に取得したサンプリング値を用いて将来のサンプリング値を予測する技術が知られている。
【０００３】
しかしながら、従来技術では、受信信号の一部にノイズ等の外乱が入った場合の対策として、アナログフィルタまたはデジタルフィルタを使用することが前提とされる。より高いノイズ低減効果を得るにはフィルタが高次数化される。フィルタの高次数化は、アナログフィルタではチップ面積の増加につながり、デジタルフィルタでは入力信号に対してより高いサンプリングレートでの信号処理によるハードウェアの負担増加につながる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第４９６２７６６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の一つの実施形態は、チップ面積の増加が少なく、高サンプリングレートのデジタル処理が不要となる信号処理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】
【０００６】
本発明の一つの実施形態によれば、信号処理装置は、ＡＤ変換器と、メモリと、予測ロジック部と、誤差量検出部と、セレクタと、を備える。前記ＡＤ変換器は、あるサンプリング周波数で入力信号をＡＤ変換値に変換する。前記メモリは、過去のＡＤ変換出力結果を記憶する。前記予測ロジック部は、前記サンプリング周波数で前記過去のＡＤ変換出力結果を用いて予測値を予測する。前記誤差量検出部は、前記予測値と前記ＡＤ変換値との間の誤差量から前記ＡＤ変換値のエラー判定を行う。前記セレクタは、前記エラー判定に基づいて、前記ＡＤ変換値および前記予測値のいずれか一方をＡＤ変換出力結果として出力する。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】図１は、第１の実施形態による信号処理装置のハードウェア構成の一例を示すブロック図。
【図２】図２は、第１の実施形態による信号処理装置における動作波形の一例を示す図。
【図３】図３は、第１の予測方法の一例を示す図。
【図４】図４は、第２の予測方法の一例を示す図。
【図５】図５は、第２の実施形態による信号処理装置のハードウェア構成の一例を示すブロック図。
【図６】図６は、第３および第４の予測方法の一例を示す図。
【図７】図７は、第３の実施形態による信号処理装置のハードウェア構成の一例を示すブロック図。
【図８】図８は、第３の実施形態による信号処理装置における動作波形の一例を示す図。
【図９】図９は、第４の実施形態による信号処理装置のハードウェア構成の一例を示すブロック図。
【図１０】図１０は、第４の実施形態による信号処理装置における動作波形の一例を示す図。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下に添付図面を参照して、実施形態にかかる信号処理装置を詳細に説明する。なお、これらの実施形態により本発明が限定されるものではない。
【０００９】
以下の実施形態で示される信号処理装置は、たとえば電磁誘導式タッチペンで使用される。電磁誘導式タッチペン（以下、ペンという）では、ディスプレイパネル下にあるアレイ状に並んだアンテナコイル群を時分割で交互に使用することでペンへの電力送信と、ペンに蓄積された電力によってペンから発生する電磁波の受信と、が同一のコイルで行われる。ペンから放射される電磁波が電気に変換されて受信信号となる。この受信信号はペン内部にあるＬＣ共振回路の共振周波数を持つ連続的な正弦波信号と捉えることができ、この受信信号の振幅および位相を検出することでペンのディスプレイ上の位置や筆圧等のペンの状態を示す情報が得られる。
【００１０】
特に、ペンがディスプレイ上から離れている状態では、アンテナコイルとペンとの物理的な距離が遠いため、受信信号は非常に弱くなり、外乱ノイズ等の影響を非常に受けやすくなる。受信信号の一部にノイズ等の外乱が入ると、ノイズと必要な信号との区別ができずに、ペンの位置の検出精度が悪化する。特に、受信可能な信号レンジに対して入力信号振幅が小さい場合、外乱ノイズが精度に与える悪影響が相対的に大きくなり、ペンの位置検出精度が著しく悪化する。
【００１１】
一般的にノイズを低減するにはアナログフィルタまたはデジタルフィルタが使用されるが、より高いノイズ低減効果を得るにはフィルタの次数を高くする必要がある。しかしながら、フィルタの高次数化は、アナログフィルタではチップ面積増加につながる。また、デジタルフィルタでは、入力信号周波数に対してより高いサンプリングレートで信号処理をしなければならず、ＡＤ変換回路を含んだデジタル回路の高速化が必要となりハードウェアの負担が増大する。そこで、以下の実施形態では、チップ面積の増加が少なく、高サンプリングレートのデジタル処理が不要で、ハードウェアの負担が少ない外乱ノイズを低減可能な信号処理装置について説明する。
【００１２】
（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態による信号処理装置のハードウェア構成の一例を示すブロック図である。信号処理装置１０は、ＡＤ変換器１１と、メモリ１２と、予測ロジック部１３と、誤差量検出部１４と、セレクタ１５と、振幅／位相検出部１６と、を備える。
【００１３】
ＡＤ変換器１１は、サンプリングされた入力信号をデジタル信号に変換する。ＡＤ変換器１１は、変換したデジタル信号をＡＤ変換値として誤差量検出部１４およびセレクタ１５に出力する。
【００１４】
メモリ１２は、予測ロジック部１３で使用される過去におけるＡＤ変換出力結果を一時的に記憶する。たとえば、１つおきに４個の過去のＡＤ変換出力結果が使用される場合には、メモリ１２には、最新のものから８個分のＡＤ変換出力結果が記憶される。
【００１５】
予測ロジック部１３は、過去のＡＤ変換出力結果を基に入力信号を正弦波と仮定して次のＡＤ変換値を予測する。予測ロジック部１３は、予測したＡＤ変換値（以下、予測値という）を誤差量検出部１４およびセレクタ１５に出力する。
【００１６】
誤差量検出部１４は、予測値とＡＤ変換値とを比較して、両者の差である誤差量からＡＤ変換値のエラー判定を行い、判定結果をエラー検出信号に含めて出力する。エラー検出信号は、エラーの有無を示す情報を含む。すなわち、誤差量検出部１４は、誤差量が所定の範囲内である場合には、ＡＤ変換値にはノイズが含まれておらず、エラーではないと判定し、エラーがないことを示す情報を含むエラー検出信号を出力する。また、誤差量検出部１４は、誤差量が所定の範囲を超える場合には、ＡＤ変換値にはノイズが含まれており、エラーであると判定し、エラーがあることを示す情報を含むエラー検出信号を出力する。
【００１７】
本実施形態では、入力信号が正弦波であると仮定しているので、予測値に誤差を考慮した範囲にＡＤ変換値が収まる場合に、ＡＤ変換値にエラーがないと判定することができる。そのため、判定に使用される所定の範囲は、たとえば予測値を予測するにあたっての誤差の範囲とすることができる。また、誤差の範囲内にＡＤ変換値が存在する場合には、そのＡＤ変換値はエラーのない正常な値と見做されるので、所定の範囲はＡＤ変換値の正常な範囲とすることもできる。
【００１８】
セレクタ１５は、エラー検出信号に基づいてＡＤ変換値と予測値のいずれか選択したものをＡＤ変換出力結果として出力する。具体的には、セレクタ１５は、エラーがないことを示すエラー検出信号を受信した場合には、ＡＤ変換器１１からの出力を選択し、ＡＤ変換値をＡＤ変換出力結果として出力する。また、セレクタ１５は、エラーがあることを示すエラー検出信号を受信した場合には、予測ロジック部１３からの出力を選択し、予測値をＡＤ変換出力結果として出力する。
【００１９】
振幅／位相検出部１６は、過去の連続するＡＤ変換出力結果を基に、入力信号の振幅と位相を検出する。入力信号の振幅および位相を検出することでペンのディスプレイ上の位置や筆圧等のペンの状態を示す情報を検出することができる。以上のＡＤ変換器１１と、メモリ１２と、予測ロジック部１３と、誤差量検出部１４と、セレクタ１５と、振幅／位相検出部１６と、は、たとえば回路によって構成される。
【００２０】
次に、信号処理装置１０の動作について説明する。図２は、第１の実施形態による信号処理装置における動作波形の一例を示す図である。横軸は時間を示している。図２（ａ）には、ＡＤ変換値および予測値の時間変化が示されている。ＡＤ変換値は黒丸印で示され、予測値は黒三角印で示されている。図２（ｂ）には、予測値とＡＤ変換値との間の誤差量の時間変化と、エラー検出信号のエラーの有無の様子と、が示されている。図２（ｃ）には、セレクタ１５で選択されるＡＤ変換出力結果が示されている。
【００２１】
動作開始時には、セレクタ１５より、ＡＤ変換値がＡＤ変換出力結果として出力されたＡＤ変換出力結果がメモリ１２に逐次保存される。予測ロジック部１３は、メモリ１２に過去のＡＤ変換出力結果が所定の数だけ保存されると、過去のＡＤ変換出力結果から次のＡＤ変換値を予測して、予測値を算出する。ここでは、連続する過去の４つのＡＤ変換出力結果から次の予測値を算出するものとする。たとえば、サンプリングタイミングｔ４では、過去のＡＤ変換出力結果（ＡＤ変換値）Ｄ０〜Ｄ３を用いて予測値Ｙｅ１が算出される。サンプリングタイミングｔ５〜ｔ９でも同様に予測値Ｙｅ２〜Ｙｅ６が算出される。
【００２２】
誤差量検出部１４は、各サンプリングタイミングで、予測ロジック部１３からの予測値Ｙｅｉ（ｉは自然数）とＡＤ変換器１１からのＡＤ変換値Ｄｊ（ｊは自然数）とを比較して、その差である誤差量を算出する。たとえば、図２（ｂ）でサンプリングタイミングｔ４〜ｔ９ではそれぞれ誤差量Ｙｅ１−Ｄ４，Ｙｅ２−Ｄ５，Ｙｅ３−Ｄ６，Ｙｅ４−Ｄ７，Ｙｅ５−Ｄ８が算出される。誤差量検出部１４は、誤差量が予め定められた範囲（図２（ｂ）の正常範囲）内に収まるか否かを判定する。誤差量が正常範囲内に収まる場合には、エラーがないことを示すエラー検出信号が出力され、誤差量が正常範囲内に収まらない場合には、エラーがあることを示すエラー検出信号が出力される。図２（ｂ）では、エラー検出信号は、エラーがない時にはＬレベルであり、エラーがある時にはＨレベルである。たとえば、サンプリングタイミングｔ７では、誤差量Ｙｅ４−Ｄ７が正常範囲内に収まらないので、Ｈレベルのエラー検出信号が出力される。
【００２３】
セレクタ１５は、これらのエラー検出信号に基づいて、ＡＤ変換器１１および予測ロジック部１３のいずれかの入力を選択する。すなわち、セレクタ１５は、誤差量が正常範囲内である場合には、ＡＤ変換値をＡＤ変換出力結果として選択して出力し、誤差量が正常範囲外である場合には、予測値をＡＤ変換出力結果として選択して出力する。たとえば、図２（ａ）の例では、サンプリングタイミングｔ６〜ｔ７の間で、予期せぬ外乱ノイズが入った場合の動作例が示されている。図２（ｂ）に示されるように、サンプリングタイミングｔ６までとサンプリングタイミングｔ８以降では、外乱ノイズが入らない状態であり、予測値とＡＤ変換値とが近い。そのため、これらの各サンプリングタイミングで、セレクタ１５は、ＡＤ変換値Ｄ１〜Ｄ６，Ｄ８，Ｄ９を出力する。一方、サンプリングタイミングｔ７では、外乱ノイズの影響によって予測値とＡＤ変換値との差が大きい。そのため、サンプリングタイミングｔ７では、セレクタ１５は、予測値Ｙｅ４を出力する。なお、ＡＤ変換出力結果Ｄ１〜Ｄ６，Ｙｅ４，Ｄ８，Ｄ９はメモリ１２に保存され、以後の予測値を予測するデータとなる。
【００２４】
ここで、過去のＡＤ変換値から予測値を予測する方法について説明する。図３は、第１の予測方法の一例を示す図である。図３には、入力信号と、入力信号をサンプルホールドした信号（Ｓ／Ｈ信号）と、それに対応するＡＤ変換値Ｄ（ｘ）の挙動と、が示されている。横軸は時間である。ＡＤ変換値の確定は次のサンプリングタイミングの前であり、入力信号の予測値Ｙｅ（ｎ＋１）は過去の４つのＡＤ変換値Ｄ（ｎ−１），Ｄ（ｎ−３），Ｄ（ｎ−５），Ｄ（ｎ−７）から次式（１）を用いて算出される。
【数１】
2019165365.tif 000003
【００２５】
ＡＤ変換値Ｄ（ｘ）はプラスマイナスの出力コード（たとえば、１０ｂｉｔであれば−５１２〜５１１）を持ち、入力電圧に対する出力コードの関係は正弦波信号の平均電圧が入力された時のＡＤ変換値が０になる関係である。（１）式によれば乗算１回、除算１回と加減算５回の演算で次のＡＤ変換値を予測できる。
【００２６】
図４は、第２の予測方法の一例を示す図である。図４にも、入力信号と、入力信号をサンプルホールドした信号（Ｓ／Ｈ信号）と、それに対応するＡＤ変換値Ｄ（ｘ）の挙動と、が示されている。横軸は時間である。第１の予測方法では、予測に使用する過去のＡＤ変換値Ｄ（ｘ）はサンプリングレートの一つおきのデータである。これに対して、第２の予測方法では予測値Ｙｅ（ｎ＋１）に使用する過去のＡＤ変換値Ｄ（ｘ）は、連続するサンプリングレートのデータＤ（ｎ−３），Ｄ（ｎ−２），Ｄ（ｎ−１），Ｄ（ｎ）である。予測値Ｙｅ（ｎ＋１）は、これらのデータから次式（２）を用いて算出される。
【数２】
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【００２７】
同様に、ＡＤ変換値Ｄ（ｘ）はプラスマイナスの出力コードを持ち、入力電圧に対する出力コードの関係は正弦波信号の平均電圧が入力された時のＡＤ変換値が０になる関係である。
【００２８】
（１）式および（２）式より、一般的に、ａを１以上の整数とし、Ｄ（ｎ）を最新のＡＤ変換値とすると、次式（３）を用いて予測値Ｙｅ（ｎ＋１）が算出される。
【数３】
2019165365.tif 000005
【００２９】
（３）式の計算は、ＡＤ変換値Ｄ（ｎ）の確定タイミングから次のＡＤ変換のサンプリングタイミングの間で行われる。このように（１）式または（２）式に基づいて予測値（過去の予測に使うＡＤ変換値の時間間隔と同一間隔後のタイミングでの値）を得る。また、予め決められたタイミング（入力信号が正弦波に近くなるまで）までは予測値は使わない。すなわち、予め決められたタイミングまでは、ＡＤ変換値を出力し、予測値Ｙｅ（ｎ＋１）の予測にＡＤ変換値Ｄ（ｘ）が使用される。予め決められたタイミングになった後には、予測値とＡＤ変換値のどちらかが選択される（すなわち、ＡＤ変換出力結果が用いられる）。
【００３０】
第１の実施形態では、予測ロジック部１３で、入力信号が正弦波に近いことを前提として、過去のＡＤ変換出力結果から予測値を予測し、誤差量検出部１４で予測値とＡＤ変換値との差である誤差量が正常範囲にあるかを判定する。セレクタ１５は、誤差量が正常範囲にある場合には、ＡＤ変換値をＡＤ変換出力結果とし、誤差量が正常範囲にない場合には、予測値をＡＤ変換出力結果とする。これによって、ＡＤ変換出力結果から入力信号の振幅情報および位相情報を検出する時に、外乱等の入力による検出精度の悪化を低減することができる。
【００３１】
入力信号が正弦波に近いことを前提として、予測値を予測しているので、アナログフィルタの次数を高くすることなく、また、入力信号周波数に対してより高いサンプリングレートでの信号処理が不要となる。その結果、チップ面積の増加が少なく、高サンプリングレートのデジタル処理が不要で、ハードウェアへの負担を少なくして外乱ノイズを低減可能な信号処理装置１０を提供することができる。
【００３２】
（第２の実施形態）
図５は、第２の実施形態による信号処理装置のハードウェア構成の一例を示すブロック図である。第２の実施形態では、正弦波と仮定している入力信号の周波数が既知の場合を想定している。信号処理装置１０ａは、図１の信号処理装置１０の構成に加えて、既知である入力信号の周波数情報およびサンプリング周波数情報に基づいた固定係数値Ｋを記憶するメモリ１７をさらに備える。たとえば、タッチペンのようなシステムでは共振周波数はタッチペンの自己インダクタンスＬおよび電気容量Ｃの定数によってある狭い範囲内で収まっているので、メモリ１７には戻ってくる受信信号の周波数の種類と使用するサンプリング周波数の種類の組み合わせに応じた数の固定係数値Ｋが記憶される。
【００３３】
予測ロジック部１３は、過去のＡＤ変換出力結果から予測値を予測する際に、メモリ１７から固定係数値Ｋを取得し、所定の関数を用いて予測値を算出する。なお、第１の実施形態と同一の構成要素には、同一の符号を付してその説明を省略する。
【００３４】
予測値を予測する方法について説明する。図６は、第３および第４の予測方法の一例を示す図である。図６には、入力信号と、入力信号をサンプルホールドした信号（Ｓ／Ｈ信号）と、それに対応するＡＤ変換値Ｄ（ｘ）の挙動と、が示されている。横軸は時間である。
【００３５】
第３の方法では、予測値Ｙｅ（ｎ＋１）は、一つおきのサンプリングレートのデータＤ（ｎ−１），Ｄ（ｎ−３）から次式（４）を用いて算出される。
Ｙｅ（ｎ＋１）＝Ｋ・Ｄ（ｎ−１）−Ｄ（ｎ−３）  ・・・（４）
【００３６】
第４の方法では、予測値Ｙｅ（ｎ＋１）は、連続するサンプリングレートのデータＤ（ｎ），Ｄ（ｎ−１）から次式（５）を用いて算出される。
Ｙｅ（ｎ＋１）＝Ｋ・Ｄ（ｎ）−Ｄ（ｎ−１）  ・・・（５）
【００３７】
（４）式および（５）式より、一般的に、ａを１以上の整数とし、Ｄ（ｎ）を最新のＡＤ変換値とすると、過去の２つのＡＤ変換値Ｄ（ｘ）から次式（６）を用いて予測値Ｙｅ（ｎ＋１）が算出される。
Ｙｅ（ｎ＋１）＝Ｋ・Ｄ（ｎ−ａ＋１）−Ｄ（ｎ−２ａ＋１）  ・・・（６）
【００３８】
（１）式〜（３）式の場合と同じように、予め決められたタイミングまでは、予測値Ｙｅ（ｎ＋１）の予測にＡＤ変換値Ｄ（ｘ）が使用される。予め決められたタイミングになった後には、予測値Ｙｅ（ｎ＋１）の予測に、Ｄ（ｘ）としてＡＤ変換値ではなく、ＡＤ変換出力結果が使用される。
【００３９】
ＡＤ変換値Ｄ（Ｘ）はプラスマイナスの出力コードを持ち、入力電圧に対する出力コードの関係は正弦波信号の平均電圧が入力された時のＡＤ変換値が０になる関係である。固定係数値Ｋは、戻ってくる受信信号の周波数の種類と使用するサンプリング周波数との組み合わせで決まり、−２以上２以下の値となる。また、求められた固定係数値Ｋを、（４）式〜（６）式の右辺第１項の演算がビットシフトと加算となるような値とすることで、予測ロジック部１３での演算を容易にすることができる。たとえば、Ｋ＝０．７５，０．８７５，１．００，１．１２５，１．２５，１．３７５，１．５，１．６７５，１．８とすることで、演算が容易になり、ハードウェアの負担を減らすことができる。また、（４）式〜（６）式は、一般的に知られている２次のＩＩＲ（Infinite  Impulse  Response）フィルタに基づく正弦波の生成方法に基づいている。
【００４０】
第２の実施形態では、入力信号の周波数情報がおよそ既知であれば、（４）式〜（６）式に示されるように乗算１回と加算１回で予測値を得ることができる。また、固定係数値Ｋを周波数情報とサンプリング情報をもとに算出した値を例として説明したが、上記２つの情報だけでなく、他の情報も加えて固定係数値Ｋにしてもよい。たとえば、受信信号の中には正弦波ではあるが、徐々に振幅が単調に低下していく性質を持つものもある。この場合、この低下率を加味して固定係数値Ｋを決めることでより精度の高い予測が可能となる。
【００４１】
第２の実施形態では、入力信号の周波数情報およびサンプリング周波数情報を基に算出した固定係数値Ｋをメモリ１７に記憶し、この固定係数値Ｋを用いて予測ロジック部１３で予測値を算出する。その結果、第１の実施形態に比して予測に必要な演算量を減らすことができ、ハードウェア量を削減するという効果を第１の実施形態の効果に加えて得ることができる。
【００４２】
（第３の実施形態）
図７は、第３の実施形態による信号処理装置のハードウェア構成の一例を示すブロック図である。信号処理装置１０ｂは、ＡＤ変換器１１と、メモリ１７と、ノイズ検出処理部２０と、予測値演算処理部３０と、セレクタ１５と、振幅／位相検出部１６と、を備える。
【００４３】
ノイズ検出処理部２０は、メモリ２１と、予測ロジック部２２と、誤差量検出部１４と、を有する。メモリ２１は、過去のＡＤ変換値を一時的に記憶する。
【００４４】
予測ロジック部２２は、過去のＡＤ変換値を基に入力信号を正弦波と仮定して予測値を予測する。予測ロジック部２２で算出される予測値を、以下では、第１予測値という。予測ロジック部２２は、第１予測値を誤差量検出部１４に出力する。なお、予測ロジック部２２では、第２の実施形態と同様に、入力信号の周波数情報およびサプリング周波数情報を基に算出した固定係数値Ｋをメモリ１７から読み出して、たとえば（４）式〜（６）式のいずれかの式にしたがって第１予測値を算出する。なお、（４）式〜（６）式で、過去のＡＤ変換値Ｄ１（ｘ）を用いて、第１予測値Ｙｅ１（ｎ＋１）が算出される。
【００４５】
誤差量検出部１４は、第１予測値とＡＤ変換値とを比較して、両者の差である誤差量が所定の範囲内であるかどうかを判定し、判定結果をエラー検出信号に含めてセレクタ１５に出力する。
【００４６】
予測値演算処理部３０は、メモリ１２と、予測ロジック部１３と、を有する。メモリ１２は、過去のＡＤ変換出力結果を一時的に記憶する。予測ロジック部１３は、過去のＡＤ変換出力結果を基に入力信号を正弦波と仮定して次の予測値を予測する。予測ロジック部１３で算出される予測値を、以下では、第２予測値という。予測ロジック部１３は、第２予測値をセレクタ１５に出力する。なお、予測ロジック部１３では、第２の実施形態と同様に、入力信号の周波数情報およびサプリング周波数情報を基に算出した固定係数値Ｋをメモリ１７から読み出して、たとえば（４）式〜（６）式のいずれかの式にしたがって第２予測値を算出する。なお、（４）式〜（６）式で、過去のＡＤ変換出力結果Ｄ２（ｘ）を用いて、第２予測値Ｙｅ２（ｎ＋１）が算出される。
【００４７】
セレクタ１５は、エラー検出信号に基づいてＡＤ変換値と第２予測値のいずれか選択したものをＡＤ変換出力結果として出力する。具体的には、セレクタ１５は、エラーがないことを示すエラー検出信号を受信した場合には、ＡＤ変換器１１からの出力を選択し、ＡＤ変換値をＡＤ変換出力結果として出力する。また、セレクタ１５は、エラーがあることを示すエラー検出信号を受信した場合には、予測ロジック部１３からの出力を選択し、第２予測値をＡＤ変換出力結果として出力する。
【００４８】
振幅／位相検出部１６は、過去の連続するＡＤ変換出力結果を基に、入力信号の振幅と位相を検出する。以上のＡＤ変換器１１と、メモリ１７と、メモリ２１と、予測ロジック部２２と、誤差量検出部１４と、メモリ１２と、予測ロジック部１３と、セレクタ１５と、振幅／位相検出部１６と、は、たとえば回路によって構成される。
【００４９】
第１および第２の実施形態では、過去のＡＤ変換出力結果を基に誤差量の検出に使用する予測値を算出していたのに対して、第３の実施形態では、ＡＤ変換値を基に誤差量の検出に使用する第１予測値を算出するように構成される。
【００５０】
次に、信号処理装置１０ｂの動作について説明する。図８は、第３の実施形態による信号処理装置における動作波形の一例を示す図であり、（ａ）はノイズ検出処理部でのＡＤ変換値と第１予測値とを示しており、（ｂ）はＡＤ変換出力結果を示している。これらの図で横軸は時間を示している。第１および第２の実施形態では、予測値はＡＤ変換出力結果を基に予測された値であったが、第３の実施形態では、第１予測値は常に入力信号のＡＤ変換値のみから予測される。他の動作は第１および第２の実施形態と同じである。
【００５１】
すなわち、誤差量検出はＡＤ変換値と第１予測値との間で行われる。そして、図８（ｂ）に示されるように、誤差量が小さい場合には、ＡＤ変換出力結果としてＡＤ変換値が選択され、誤差量が大きい場合には、ＡＤ変換出力結果として第２予測値が選択される。
【００５２】
たとえば、サンプリングタイミングｔ１１では、ノイズの影響がなく、ＡＤ変換値と第１予測値とは略同じ値を有する。そのため、誤差量判定結果も正常範囲に収まり、エラーがないと判定され、ＡＤ変換値が出力される。一方、サンプリングタイミングｔ１２〜ｔ１４では、ＡＤ変換値が異常な値を示しており、誤差量判定結果も正常範囲を超えるためエラーがあると判定される。そのため、サンプリングタイミングｔ１２〜ｔ１４では、第２予測値が出力される。
【００５３】
このように、第３の実施形態では、第１予測値を予測する入力データとしてＡＤ変換値を使うようにしている。ＡＤ変換出力結果から予測した予測値を使って誤差検出の判定を行う場合、予測値がＡＤ変換出力結果として長期間選択され続けると、ＡＤ変換値と予測値とのずれが積み重なってしまい、場合によっては予測値自体の精度が悪化していく。外乱ノイズの印加等で一旦入力信号が一定期間正弦波から大きくずれた後に、ノイズの影響がない綺麗な正弦波の入力信号に戻ったときを考えてみると、予測値の誤差が大きくなってしまった場合、ノイズのない入力信号のＡＤ変換値が選択されるべきであっても、予測値の方が選択されてしまう問題が発生する。
【００５４】
これに対して、第３の実施形態では、入力信号がノイズの影響のない正弦波になれば、この正弦波信号を基づく第１予測値とＡＤ変換値との誤差が小さくなり、ＡＤ変換出力結果としてＡＤ変換値が選ばれる。その結果、第２予測値はＡＤ変換値を含むＡＤ変換出力結果からの予測値になるので、過去の予測値からの予測が長期間継続されることがない。これによって、外乱ノイズの印加等で一旦入力信号が一定期間正弦波から大きくずれた後に、ノイズの影響がない綺麗な正弦波の入力信号に戻ったときに、予測値の方が選択されてしまう問題を回避することができる。
【００５５】
（第４の実施形態）
図９は、第４の実施形態による信号処理装置のハードウェア構成の一例を示すブロック図である。信号処理装置１０ｃは、第３の実施形態の信号処理装置１０ｂの構成に加えて、ノイズ検出処理部２０に、メモリ２３と、判定部２４と、をさらに備える。メモリ２３は、誤差量検出部１４での判定結果を過去にさかのぼって複数、一時的に記憶する。メモリ２３で記憶される判定結果の数は任意である。
【００５６】
判定部２４は、誤差量検出部１４での判定結果がメモリ２３に記憶された後、メモリ２３内に記憶されている最新の判定結果から遡った複数の判定結果に１つでもエラーが存在するかを判定し、判定結果に応じてセレクタ１５にエラー検出信号を出力する。具体的には、メモリ２３内の判定結果にエラーが１つでも存在する場合には、判定部２４は、エラーがあることを示す情報を含むエラー検出信号を出力する。反対に、メモリ２３内の判定結果にエラーが全く存在しない場合には、判定部２４は、エラーがないことを示す情報を含むエラー検出信号を出力する。
【００５７】
すなわち、第４の実施形態では、誤差量検出部１４でエラーがないと判定された場合でも、メモリ２３内の判定結果にエラーが１つでも存在すると、エラーがあることを示す情報を含むエラー検出信号を出力する。このように、誤差量が大きいと一度検出された後の所定期間は、ＡＤ変換値を使用せずに、第２予測値をＡＤ変換出力結果とする。これによって、外乱ノイズが散発的であり、一定の応答時間で落ち着く場合に有効となる。
【００５８】
誤差量検出部１４は、第１予測値とＡＤ変換値との比較結果、すなわちＡＤ変換値がエラーであるか否かを示す情報をメモリ２３に記憶する。ただし、誤差量検出部１４は、第１〜第３の実施形態で示したように、エラー検出信号を出力しない。なお、第１〜第３の実施形態と同一の構成要素には、同一の符号を付してその説明を省略している。また、メモリ２３と判定部２４とは、たとえば回路によって構成される。
【００５９】
次に、信号処理装置１０ｃの動作について説明する。図１０は、第４の実施形態による信号処理装置における動作波形の一例を示す図であり、（ａ）はノイズ検出処理部でのＡＤ変換値と第１予測値とを示しており、（ｂ）は過去の誤差量判定結果を示しており、（ｃ）はＡＤ変換出力結果を示している。横軸は時間を示している。なお、ここでは、メモリ２３には最新の誤差量判定結果を含めて３つの判定結果が保存されるものとする。
【００６０】
サンプリングタイミングｔ２１までは、第１予測値とＡＤ変換値との差が正常範囲内であるため、誤差量検出部１４はエラーがないことを示す誤差量判定結果をメモリ２３に書き込む。また、判定部２４は、メモリ２３を参照し、直近の３回分の誤差量判定結果にエラーがないので、エラーがないことを示す情報を含むエラー検出信号を出力する。
【００６１】
一方、サンプリングタイミングｔ２２で、ノイズが乗った入力信号が入力されると、第１予測値とＡＤ変換値との差が正常範囲を超える。その結果、誤差量検出部１４はエラーがあることを示す誤差量判定結果をメモリ２３に書き込む。また、判定部２４は、エラーがあることを示す情報を含むエラー検出信号を出力する。サンプリングタイミングｔ２３，ｔ２４でも、同様に、誤差量検出部１４はエラーがあることを示す誤差量判定結果をメモリ２３に書き込み、判定部２４は、エラーがあることを示す情報を含むエラー検出信号を出力する。
【００６２】
その後、サンプリングタイミングｔ２５では、第１予測値とＡＤ変換値との差が正常範囲内にあり、誤差量検出部１４はエラーがないことを示す誤差量判定結果をメモリ２３に書き込む。しかし、メモリ２３にはサンプリングタイミングｔ２４，ｔ２３に対応するエラーがあることを示す誤差量判定結果が記憶されているため、判定部２４は、エラーがあることを示す情報を含むエラー検出信号を出力する。
【００６３】
サンプリングタイミングｔ２６では、第１予測値とＡＤ変換値との差が正常範囲を超えるため、誤差量検出部１４はエラーがあることを示す誤差量判定結果をメモリ２３に書き込む。判定部２４は、メモリ２３にエラーがあることを示す誤差量判定結果が含まれるので、エラーがあることを示す情報を含むエラー検出信号を出力する。
【００６４】
サンプリングタイミングｔ２７，ｔ２８では、第１予測値とＡＤ変換値との差が正常範囲内にあり、誤差量検出部１４はエラーがないことを示す誤差量判定結果をメモリ２３に書き込むが、サンプリングタイミングｔ２５の場合と同様に、メモリ２３にエラーがあることを示す誤差量判定結果が含まれるので、エラーがあることを示す情報を含むエラー検出信号を出力する。
【００６５】
サンプリングタイミングｔ２９以降では、第１予測値とＡＤ変換値との差が正常範囲内であるため、誤差量検出部１４はエラーがないことを示す誤差量判定結果をメモリ２３に書き込む。メモリ２３には、直近の３回分の誤差量判定結果にエラーがないので、判定部２４は、エラーがないことを示す情報を含むエラー検出信号を出力する。
【００６６】
第４の実施形態では、最新のものから過去にさかのぼって複数の誤差量判定結果をメモリ２３に記憶し、判定部２４は、メモリ２３に１つでもエラーがあることを示す誤差量判定結果が含まれるかを判定する。判定部２４は、１つでもエラーがあることを示す誤差量判定結果が含まれる場合には、エラーがあることを示すエラー検出信号を出力する。その結果、外乱ノイズが散発的に生じ、落ち着くまでに所定の応答時間を要する場合に、所定の応答時間の間、外乱ノイズの影響を除去した第２予測値がＡＤ変換出力結果として使用されることになる。これによって、外乱ノイズが抑圧された理想正弦波信号のみが入力されたときの出力波形に近い結果を得ることができる。
【００６７】
第３および第４の実施形態では、第２の実施形態に基づいたものであるが、第１の実施形態に基づいたものとしてもよい。この場合には、メモリ１７は不要となる。また、予測ロジック部２２では、（１）式〜（３）式のいずれかの式にしたがって第１予測値を算出する。なお、（１）式〜（３）式で、過去のＡＤ変換値Ｄ１（ｘ）を用いて、第１予測値Ｙｅ１（ｎ＋１）が算出される。予測ロジック部１３では、（１）式〜（３）式のいずれかにしたがって第２予測値を算出する。なお、（１）式〜（３）式で、過去のＡＤ変換出力結果Ｄ２（ｘ）を用いて、第２予測値Ｙｅ２（ｎ＋１）が算出される。
【００６８】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００６９】
１０，１０ａ，１０ｂ，１０ｃ  信号処理装置、１１  ＡＤ変換器、１２，１７，２１，２３  メモリ、１３，２２  予測ロジック部、１４  誤差量検出部、１５  セレクタ、１６  振幅／位相検出部、２０  ノイズ検出処理部、２４  判定部、３０  予測値演算処理部。
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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