(57)【要約】信号処理システムのルックアヘッド方式デルタ・シグマ・モジュレータは、量子化器オーバーロードを予想し得る。量子化器オーバーロード保護プロセスは、ルックアヘッド深さの総計を決定することにより、ルックアヘッド方式デルタ・シグマ・モジュレータのループ・フィルターの状態変数を将来の量子化器オーバーロードを妨ぐであろう値まで動かす。ルックアヘッド方式デルタ・シグマ・モジュレータの量子化器（３０４）の代わりにゲイン（４０８）用い、ルックアヘッド方式デルタ・シグマ・モジュレータの閉ループ・インパルス応答を決定することとによって、ルックアヘッド方式デルタ・シグマ・モジュレータの絶対値最大閉ループ応答強度に達する離散時間は、将来の量子化器オーバーロードを妨ぐであろうルックアヘッド深さに直接関連付けられるよう決められる。
2008507243.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ルックアヘッド方式デルタ・シグマ・モジュレータの量子化器オーバーロードを予想する方法であって、該方法が、
閉ループ・フィードバック信号に対する該ルックアヘッド方式デルタ・シグマ・モジュレータの閉ループ応答から、該ルックアヘッド方式デルタ・シグマ・モジュレータの量子化器オーバーロードの可能性を決定することを包含し、該ルックアヘッド方式デルタ・シグマ・モジュレータが量子化器の代用としてのゲイン・ステージを包含する、
方法。
【請求項２】
該方法が、
前記ルックアヘッド方式デルタ・シグマ・モジュレータの量子化器の代わりに、一定ゲインを有する前記ゲイン・ステージを使用すること
をさらに包含する、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記ルックアヘッド方式デルタ・シグマ・モジュレータのルックアヘッド深さがｎ１と等しく、ｎ１が正の整数であり、前記方法が、
該ルックアヘッド方式デルタ・シグマ・モジュレータの前記量子化器オーバーロードを予想するための入力サンプルの個数ｎ２を決定することであって、ｎ２は整数である、ことと、
入力信号ベクトルＸ（ｎ）の少なくともｎ１個の要素と各出力候補ベクトルＹ（ｎ）ｉの少なくともｎ１個の要素とに対して、該ルックアヘッド方式デルタ・シグマ・モジュレータの前記ループ・フィルターに対する一組の状態変数を決定することであって、「ｉ」は組｛０，１，．．．，２ｎ１−１｝の少なくとも一部の要素であり、ｎ１は１より大きい正の整数であり、該入力信号ベクトルＸ（ｎ）のｎ１個の要素は、ｎ１個の入力信号サンプルを表す、ことと、
該ルックアヘッド方式デルタ・シグマ・モジュレータの量子化器の代わりにゲイン・ステージを使用することにより、該ルックアヘッド方式デルタ・シグマ・モジュレータにおいて閉ループ・フィードバック経路を提供することと、
少なくとも一組の決定された状態変数を使って、ｎ２個の入力サンプルに対する、該ルックアヘッド方式デルタ・シグマ・モジュレータの閉ループ出力応答を決定することと、
どの閉ループ出力応答が最も小さい最大絶対値閉ループ・フィルター出力応答を有するかを決定することと、
該ルックアヘッド方式デルタ・シグマ・モジュレータのオーバーロードが予想された場合、最も小さい最大絶対値閉ループ・ルックアヘッド方式デルタ・シグマ・モジュレータ応答を有する決定された閉ループ出力応答に対応する前記出力候補ベクトルから、該ルックアヘッド方式デルタ・シグマ・モジュレータの出力を選択することと
をさらに包含する、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
オーバーロード保護を伴うルックアヘッド方式デルタ・シグマ・モジュレータを備える信号処理システムであって、該ルックアヘッド方式デルタ・シグマ・モジュレータが、
閉ループ・フィードバック信号に対する該ルックアヘッド方式デルタ・シグマ・モジュレータの閉ループ応答から、該ルックアヘッド方式デルタ・シグマ・モジュレータの量子化器オーバーロードの可能性を決定するオーバーロード保護モジュールを備え、該ルックアヘッド方式デルタ・シグマ・モジュレータが量子化器の代用としてのゲイン・ステージを包含する、信号処理システム。
【請求項５】
前記ルックアヘッド方式デルタ・シグマ・モジュレータが、
入力信号ベクトルＸ（ｎ）を受信する入力であって、該入力信号ベクトルＸ（ｎ）はｎ１個の要素を有し、ｎ１は１より大きい正の整数であり、かつ、該ルックアヘッド方式デルタ・シグマ・モジュレータのルックアヘッド深さと等しい、入力と、
該入力に結合したループ・フィルターと、
該ループ・フィルターに結合した量子化器と、
該ループ・フィルターに結合したゲイン・モジュールと、
該入力信号ベクトルＸ（ｎ）の少なくともｎ１個の要素と各出力候補ベクトルＹ（ｎ）ｉの少なくともｎ１個の要素とに対して、該ルックアヘッド方式デルタ・シグマ・モジュレータの該ループ・フィルターに対する一組の状態変数を記憶するメモリであって、「ｉ」は組｛０，１，．．．，２ｎ１−１｝の少なくとも一部の要素であり、ｎ１は１より大きい正の整数であり、該入力信号ベクトルＸ（ｎ）のｎ１個の要素は、ｎ１個の入力信号サンプルを表す、メモリと
をさらに備え、
該オーバーロード保護モジュールが、
該量子化器の代わりに前記ゲイン・ステージを用いることにより、該ルックアヘッド方式デルタ・シグマ・モジュレータにおいて閉ループ・フィードバック経路を提供し、
少なくとも一組の決定された状態変数を使って、ｎ２個の入力サンプルに対する該ルックアヘッド方式デルタ・シグマ・モジュレータの閉ループ出力応答を決定し、ｎ２は、該量子化器のオーバーロードを予想するための入力サンプルの個数を表し、
どの閉ループ出力応答が、最も小さい最大絶対値閉ループ出力応答を有するかを決定し、
該ルックアヘッド方式デルタ・シグマ・モジュレータのオーバーロードが予想される場合、最も小さい最大絶対値閉ループ出力応答を有する該決定された閉ループ出力応答に対応する該出力候補ベクトルから、該ルックアヘッド方式デルタ・シグマ・モジュレータの出力を選択する
ように構成されている、請求項４に記載の信号処理システム。
【請求項６】
量子化器オーバーロード保護を伴うルックアヘッド方式デルタ・シグマ・モジュレータを用いて入力信号を量子化する方法であって、該ルックアヘッド方式デルタ・シグマ・モジュレータのルックアヘッド深さがｎ１と等しく、ｎ１は正の整数であり、該方法は、
入力信号ベクトルＸ（ｎ）の少なくともｎ１個の要素と各出力候補ベクトルＹ（ｎ）ｉの少なくともｎ１個の要素とに対して、該ルックアヘッド方式デルタ・シグマ・モジュレータのループ・フィルターに対する一組の状態変数を決定することであって、「ｉ」は組｛０，１，．．．，２ｎ１−１｝の少なくとも一部の要素であり、ｎ１は１より大きい正の整数であり、該入力信号ベクトルＸ（ｎ）のｎ１個の要素は、ｎ１個の入力信号サンプルを表す、ことと、
該ルックアヘッド方式デルタ・シグマ・モジュレータの量子化器の代わりにゲイン・ステージを使用することにより、該ルックアヘッド方式デルタ・シグマ・モジュレータにおける閉ループ・フィードバック経路を提供することと、
少なくとも一組の決定された状態変数を使って、ｎ２個の入力サンプルに対する、該ルックアヘッド方式デルタ・シグマ・モジュレータの閉ループ出力応答を決定することであって、ｎ２は、該ルックアヘッド方式デルタ・シグマ・モジュレータの該量子化器オーバーロードを予想するための入力サンプルの個数を表す、ことと、
どの閉ループ出力応答が最も小さい最大絶対値閉ループ出力応答を有するかを決定することと、
該ルックアヘッド方式デルタ・シグマ・モジュレータのオーバーロードが予想された場合、該最も小さい最大絶対値閉ループ出力応答を有する該決定された閉ループ出力応答に対応する該出力候補ベクトルから、該ルックアヘッド方式デルタ・シグマ・モジュレータの出力を選択することと
を包含する、方法。
【請求項７】
該方法が、
入力サンプルの個数ｎ２を決定することにより、前記ルックアヘッド方式デルタ・シグマ・モジュレータの前記量子化器オーバーロードを予想すること
をさらに包含する請求項６に記載の方法。
【請求項８】
入力サンプルの個数ｎ２を決定することにより前記ルックアヘッド方式デルタ・シグマ・モジュレータの前記量子化器オーバーロードを予想することが、該ルックアヘッド方式デルタ・シグマ・モジュレータの絶対値最大閉ループ応答強度を達成する最小離散時間を決定することを包含する、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記最も小さい最大絶対値閉ループ出力応答を有する前記決定された閉ループ出力応答に対応する前記出力候補ベクトルから、前記ルックアヘッド方式デルタ・シグマ・モジュレータの出力を選択することが、該ルックアヘッド方式デルタ・シグマ・モジュレータの出力として、該最も小さい最大絶対ループ・フィルター出力値を有する該決定された閉ループ出力応答に対応する該出力候補ベクトルから、先頭のビットを選択することをさらに包含する、請求項６に記載の方法。
【請求項１０】
該方法が、
前記ルックアヘッド方式デルタ・シグマ・モジュレータの前記ループ・フィルターに対するフィードバックとして、該ルックアヘッド方式デルタ・シグマ・モジュレータの選択された出力を使って、実際の状態変数を更新すること
をさらに包含する、請求項６に記載の方法。
【請求項１１】
該方法が、
前記ルックアヘッド方式デルタ・シグマ・モジュレータのオーバーロードが予想されるかどうかを決定すること
を含み、
該ルックアヘッド方式デルタ・シグマ・モジュレータのオーバーロードが予想されるかどうかを決定することが、
最も小さい最大絶対閉ループ・フィルター出力値が所定値を超えるかどうか決定すること
をさらに包含する、請求項６に記載の方法。
【請求項１２】
前記所定値が、前記ルックアヘッド方式デルタ・シグマ・モジュレータの前記量子化器のステップ・サイズの０．７５倍に等しい、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記ルックアヘッド方式デルタ・シグマ・モジュレータの前記ループ・フィルターに対する一組の状態変数を決定することが、
前記入力信号ベクトルＸ（ｎ）の少なくともｎ１個の要素と各出力候補ベクトルＹ（ｎ）ｉの少なくともｎ１個の要素とに対して、該ルックアヘッド方式デルタ・シグマ・モジュレータの該ループ・フィルターに対する一組の状態変数を決定すること
を包含する、請求項６に記載の方法。
【請求項１４】
該方法が、
前記出力候補ベクトルと前記入力信号ベクトルＸ（ｎ）との間の最適整合を決定することと、
前記ルックアヘッド方式デルタ・シグマ・モジュレータのオーバーロードが予想されない場合、該入力信号ベクトルＸ（ｎ）と最も整合する出力候補ベクトルから、該ルックアヘッド方式デルタ・シグマ・モジュレータの出力を選択することと
をさらに包含する、請求項６に記載の方法。
【請求項１５】
少なくとも一組の決定された状態変数を用いて、ｎ２個の入力サンプルに対する前記ルックアヘッド方式デルタ・シグマ・モジュレータの閉ループ出力応答を決定することが、前記入力信号ベクトルＸ（ｎ）と最もよく整合する出力候補ベクトルＹ（ｎ）から、一組の決定された状態変数を用いて、ｎ２個の入力サンプルに対する該ルックアヘッド方式デルタ・シグマ・モジュレータの閉ループ出力応答を決定することを包含する、請求項６に記載の方法。
【請求項１６】
少なくとも一組の決定された状態変数が、一つのグループのＴ個の入力サンプルの一部の一以上の入力サンプルから決定された状態変数を含み、Ｔは２以上の整数である、請求項６に記載の方法。
【請求項１７】
一つのグループのＴ個の入力サンプルの一部の一以上の入力サンプルが、少なくとも該Ｔ個の入力サンプルの一部のものの平均を表す、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記入力信号ベクトルＸ（ｎ）が、オーディオ入力信号データから導出された入力データを表す、請求項６に記載の方法。
【請求項１９】
請求項６に記載の方法であって、該方法が、
量子化された量子化器入力信号データを記憶媒体に記録すること
をさらに包含する、方法。
【請求項２０】
量子化器オーバーロード保護を伴うルックアヘッド方式デルタ・シグマ・モジュレータを用いて入力信号を量子化する信号処理システムであって、該ルックアヘッド方式デルタ・シグマ・モジュレータのルックアヘッド深さがｎ１と等しく、ｎ１は正の整数であり、該信号処理システムは、
入力信号ベクトルＸ（ｎ）を受信する入力であって、該入力信号ベクトルＸ（ｎ）はｎ１個の要素を有し、ｎ１は１より大きい正の整数であり、かつ、該ルックアヘッド方式デルタ・シグマ・モジュレータの該ルックアヘッド深さと等しい、入力と、
該入力に結合したループ・フィルターと、
該ループ・フィルターに結合した量子化器と、
該ループ・フィルターに結合したゲイン・モジュールと、
該入力信号ベクトルＸ（ｎ）の少なくともｎ１個の要素と各出力候補ベクトルＹ（ｎ）ｉの少なくともｎ１個の要素とに対して、該ルックアヘッド方式デルタ・シグマ・モジュレータの該ループ・フィルターの一組の状態変数を記憶するメモリであって、「ｉ」は組｛０，１，．．．，２ｎ１−１｝の少なくとも一部の要素であり、ｎ１は１より大きい正の整数であり、該入力信号ベクトルＸ（ｎ）のｎ１個の要素は、ｎ１個の入力信号サンプルを表す、メモリと
を備え、
オーバーロード保護モジュールが、
該量子化器の代わりに該ゲインステージを用いることにより、該ルックアヘッド方式デルタ・シグマ・モジュレータにおける閉ループ・フィードバック経路を提供し、
少なくとも該一組の決定された状態変数を使って、ｎ２個の入力サンプルに対する該ルックアヘッド方式デルタ・シグマ・モジュレータの閉ループ出力応答を決定し、ｎ２は、該量子化器のオーバーロードを予想するための入力サンプルの個数を表し、
どの該閉ループ出力応答が、最も小さい最大絶対閉ループ出力応答値を有するかを決定し、
該ルックアヘッド方式デルタ・シグマ・モジュレータのオーバーロードが予想される場合、該最も小さい最大絶対値閉ループ出力応答を有する決定された閉ループ出力応答に対応する出力候補ベクトルから、該ルックアヘッド方式デルタ・シグマ・モジュレータの出力を選択する
ように構成されている、信号処理システム。
【請求項２１】
前記ルックアヘッド方式デルタ・シグマの前記量子化器オーバーロードを予想するための入力サンプルの個数ｎ２が、該ルックアヘッド方式デルタ・シグマ・モジュレータの最大絶対値閉ループ応答強度を達成するための離散時間と少なくとも等しい、請求項２０に記載の信号処理システム。
【請求項２２】
オーバーロード保護モジュールが、前記ルックアヘッド方式デルタ・シグマ・モジュレータの出力として、最も小さい最大絶対ループ・フィルター出力値を有する決定された閉ループ出力応答に対応する前記出力候補ベクトルから、先頭のビットを選択するようにさらに構成されている、請求項２０に記載の信号処理システム。
【請求項２３】
前記オーバーロード保護モジュールが、
前記ルックアヘッド方式デルタ・シグマ・モジュレータの前記ループ・フィルターに対するフィードバックとして、該ルックアヘッド方式デルタ・シグマ・モジュレータの選択された出力を用いて、実際の状態変数を更新するように
さらに構成されている、請求項２０に記載の信号処理システム。
【請求項２４】
前記オーバーロード保護モジュールが、
前記ルックアヘッド方式デルタ・シグマ・モジュレータのオーバーロードが予想されるかどうかを決定するように
さらに構成され、
該ルックアヘッド方式デルタ・シグマ・モジュレータのオーバーロードが予想されるかどうかを決定することが、
最も小さい最大絶対閉ループ・フィルター出力値が所定値を超えるかどうか決定すること
を包含する、請求項２０に記載の信号処理システム。
【請求項２５】
前記所定値が、前記ルックアヘッド方式デルタ・シグマ・モジュレータの量子化器のステップ・サイズの０．７５倍に等しい、請求項２４に記載の信号処理システム。
【請求項２６】
前記オーバーロード保護モジュールが、
前記入力信号ベクトルＸ（ｎ）の少なくともｎ１個の要素と各前記出力候補ベクトルＹ（ｎ）ｉの少なくともｎ１個の要素とに対して、前記ルックアヘッド方式デルタ・シグマ・モジュレータのループ・フィルターに対する一組の状態変数を決定する
ようにさらに構成されている、請求項２０に記載の信号処理システム。
【請求項２７】
前記信号処理システムが、
前記量子化器からの出力データを処理し、該処理された出力データを記憶媒体に記録する信号処理記録機器
をさらに備える、請求項２０に記載の信号処理システム。
【請求項２８】
前記入力信号ベクトルＸ（ｎ）が、オーディオ入力信号データから導出された入力データを表す、請求項２０に記載の信号処理システム。
【請求項２９】
前記量子化器が、前記出力候補ベクトルと前記入力信号ベクトルＸ（ｎ）との最良整合を決定するように構成されており、前記ルックアヘッド方式デルタ・シグマ・モジュレータのオーバーロードが予想されない場合、該量子化器が、該入力信号ベクトルＸ（ｎ）と最も整合する該出力候補ベクトルから、該ルックアヘッド方式デルタ・シグマ・モジュレータの出力を選択するようにさらに構成されている、請求項２０に記載の信号処理システム。
【請求項３０】
少なくとも一組の決定された状態変数が、一つのグループのＴ個の入力サンプルの一部のうちの一つ以上の入力サンプルから決定される状態変数を含み、Ｔは２以上の整数である、請求項２０に記載の信号処理システム。
【請求項３１】
一つのグループのＴ個の入力サンプルの一部のうちの一つ以上の入力サンプルが、少なくとも該Ｔ個の入力サンプルのうちの一部のものの平均を表す、請求項３０に記載の信号処理システム。
【請求項３２】
量子化器オーバーロード保護を伴うルックアヘッド方式デルタ・シグマ・モジュレータを用いて入力信号を量子化する装置であって、該ルックアヘッド方式デルタ・シグマ・モジュレータのルックアヘッド深さがｎ１と等しく、ｎ１は正の整数であり、該装置は、
入力信号ベクトルＸ（ｎ）の少なくともｎ１個の要素と各出力候補ベクトルＹ（ｎ）ｉの少なくともｎ１個の要素とに対して、該ルックアヘッド方式デルタ・シグマ・モジュレータのループ・フィルターに対する一組の状態変数を決定する手段であって、「ｉ」は組｛０，１，．．．，２ｎ１−１｝の少なくとも一部の要素であり、ｎ１は１より大きい正の整数であり、該入力信号ベクトルＸ（ｎ）のｎ１個の要素は、ｎ１個の入力信号サンプルを表す、手段と、
該ルックアヘッド方式デルタ・シグマ・モジュレータの量子化器の代わりにゲイン・ステージを使用することにより、該ルックアヘッド方式デルタ・シグマ・モジュレータにおける閉ループ・フィードバック経路を提供する手段と、
少なくとも該一組の決定された状態変数を使って、ｎ２個の入力サンプルに対する該ルックアヘッド方式デルタ・シグマ・モジュレータの閉ループ出力応答を決定する手段であって、ｎ２は、該ルックアヘッド方式デルタ・シグマ・モジュレータの量子化器オーバーロードを予想するための入力サンプルの個数を表す、手段と、
どの閉ループ出力応答が最も小さい最大絶対値閉ループ出力応答を有するかを決定する手段と、
該ルックアヘッド方式デルタ・シグマ・モジュレータのオーバーロードが予想される場合、最も小さい最大絶対値閉ループ出力応答を有する該決定された閉ループ出力応答に対応する該出力候補ベクトルから、該ルックアヘッド方式デルタ・シグマ・モジュレータの出力を選択する手段と
を備える、装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（関連出願の引用）
本出願は、米国仮出願第６０／５８８，９５１号、２００４年７月１９日提出、タイトル「Ｓｉｇｎａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｓｙｓｔｅｍｓ  ｗｉｔｈ  Ｌｏｏｋ−Ａｈｅａｄ  Ｄｅｌｔａ−Ｓｉｇｍａ  Ｍｏｄｕｌａｔｏｒｓ」の３５  Ｕ．Ｓ．Ｃ．  §１１９（ｅ）のもとで利益を主張する。仮出願第６０／５８８，９５１号は、例示的なシステムと方法とを含み、その全体を参照することにより組み込まれている。
【０００２】
（発明の分野）
本発明は、一般に情報処理の分野に関連し、より具体的には、オーバーロード予想技術を使って、ルックアヘッド方式デルタ・シグマ・モジュレータのオーバーロードを防ぐシステムと方法とに関連する。
【背景技術】
【０００３】
多くの信号処理システムは、入力信号を一つ以上のビットに量子化するため、デルタ・シグマ・モジュレータを含む。デルタ・シグマ・モジュレータは、高サンプル率とノイズ・シェーピングとの引き換えに、量子化エラーの形で、増加されたノイズをトレード・オフする。「デルタ・シグマ・モジュレータ」は、「シグマ・デルタ・モジュレータ」、「デルタ・シグマ交換器」、「シグマ・デルタ交換器」、「ノイズ・シェーパー」などの他の交換可能な用語を用いて呼ばれる。
【０００４】
多くの信号処理システムは、入力信号を一つ以上のビットに量子化するため、デルタ・シグマ・モジュレータを含む。デルタ・シグマ・モジュレータは、高サンプル率とノイズ・シェーピングとの引き換えに、量子化エラーの形で、増加されたノイズをトレード・オフする。デルタ・シグマ・モジュレータは、オーディオ信号のような、低周波数信号をモジュレートするのに特に便利である。これは、デルタ・シグマ・モジュレータが、オーディオ信号ベースバンドから有意な量のノイズをモジュレートするノイズ伝達関数（「ＮＴＦ」）を含む、ノイズ・シェーピング・ループ・フィルターを含むからである。オーディオ信号ベースバンドは、およそ０Ｈｚから２５ｋＨｚである。入力信号サンプルｘ（ｎ）のオーバーサンプリングが増加するにしたがって、バンド内のノイズは減少する。より高次のループフィルターもまたバンド内のノイズを減少させる。「デルタ・シグマ・モジュレータ」は、「シグマ・デルタ・モジュレータ」、「デルタ・シグマ交換器」、「シグマ・デルタ交換器」、「ノイズ・シェーパー」などの他の交換可能な用語を用いて呼ばれる。
【０００５】
図１は、入力信号サンプルｘ（ｎ）を受け取り、ｘ（ｎ）と遅延出力信号ｙ（ｎ−１）との差分を決定し、ノイズ・シェーピング・ループ・フィルター１０２で差信号を処理し、フィルター１０２出力を量子化器１０４で量子化することにより、出力信号ｙ（ｎ）を提供するデルタ・シグマ・モジュレータ１００を描いている。量子化器１０４は多ビット量子化または１ビット量子化を提供することができる。量子化器ステップ・サイズΔは、各量子化レベル間の差を表している。１ビット量子化器は、｛−Δ／２，Δ／２｝または｛−１，１｝で特定されるただ二つの量子化レベルを有する。非特許文献１は従来のデルタ・シグマ・モジュレータをさらに詳しく記述している。
【０００６】
デルタ・シグマ・モジュレータ、特に１ビット量子化器を持つデルタ・シグマ・モジュレータは、オーバーロードしがちである。量子化器オーバーロードは、量子化器１０４が高すぎるか低すぎるかどちらかの入力信号を受け取ったとき、一般に起こる。量子化器１０４の上方および下方の量子化レベルを超える量子化器入力信号は、量子化器１０４のオーバーロードを引き起こす。さらに加えて、マルチオーダー（すなわち、多次ループ・フィルターを持つデルタ・シグマ・モジュレータ）デルタ・シグマ・モジュレータ・システムは、量子化器の上方および下方の量子化レベルを超えないがこれに近づく入力信号に対して、ますます低い耐性を示す。量子化器オーバーロードは、ループ・フィルター１０２の状態変数の限度のない増大を引き起こし、したがって、デルタ・シグマ・モジュレータ出力信号ｙ（ｎ）はもはや入力信号サンプルｘ（ｎ）に相当するものではなくなる。量子化器オーバーロードは、多くの望ましくない効果を引き起こす。オーディオ・システムでは、量子化器オーバーロードは結果として不安定さを引き起こし得、望ましくない可聴トーンを招く発振を引き起こし得る。量子化器オーバーロードはまた、突然の信号強度と周波数の変化を引き起こし得、それは結果として望ましくないノイズになる。
【０００７】
量子化器オーバーロードは、入力信号ｘ（ｎ）がフルスケール・フィードバック信号ｙ（ｎ−１）に比べて大きいときに起こりやすい。これは、信号ｙ（ｎ−１）の負のフィードバックが入力信号ｘ（ｎ）の大きな値に対して補償できないからである。「モジュレーション指数」（「ＭＩ」）が、最大入力信号ｘ（ｎ）の最大フィードバック信号に対する比率（ｍａｘ（ｘ（ｎ））／ｍａｘ（ｙ（ｎ−１）））として定義される。１ビット・デルタ・シグマ・モジュレータの設計者は、一般に、１ビット・デルタ・シグマ・モジュレータのＭＩを０．５に制限しようと試みる。他の言葉で言うと、７５％＋１出力ｙ（ｎ）と２５％−１出力ｙ（ｎ）とを生成するデルタ・シグマ・モジュレータ入力信号サンプルｘ（ｎ）は、０．５または５０％（７５％−２５％＝５０％）のモジュレーション指数を有する。
【０００８】
いくつかの応用例は、ＭＩによりフルスケール入力信号を特定している。例えば、スーパー・オーディオ・コンパクト・ディスク（「ＳＡＣＤ」）の仕様書は、フルスケール入力信号を、モジュレーション指数５０％を有するものとして定義する。しかしながら、過渡的な信号のようなより大きな入力信号を、デルタ・シグマ・モジュレータをオーバーロードさせることなく取り扱うことが望ましい。
【０００９】
高次ループ・フィルターとさらに積極的なノイズ・シェーピングとはまた、量子化器オーバーロードに対するデルタ・シグマ・モジュレータの敏感性を増加させる。図２は、従来のデルタ・シグマ・モジュレータに対するノイズ対周波数プロット３００を描いている。上限ベースバンド周波数ｆＢでは、デルタ・シグマ・モジュレータのＮＴＦは効果的にノイズ強度を下げ、したがって、信号対ノイズ比（「ＳＮＲ」）を増加させる。しかしながら、ベースバンド中のノイズがさらに抑制されるにつれて、ベースバンドの外側のノイズ強度は増加し続ける。したがって、より積極的なノイズ・シェーピングは、結果としてより大きな信号を生成し得、量子化器オーバーロードの確率を増加させ得る。ベースバンドの外側でのノイズ対周波数プロット３００の急な坂は、デルタ・シグマ・モジュレータ・ループ・フィルターのノイズ・シェーピング・ゲインと直接関連する。
【００１０】
量子化器オーバーロードに対する敏感性は、デルタ・シグマ・モジュレータの設計において、鍵となる設計の制約を表す。高ＭＩと高ＳＮＲは共に、良いデルタ・シグマ・モジュレータ安定性とは反対に行動する。
【００１１】
ルックアヘッド方式デルタ・シグマ・モジュレータが、量子化器オーバーロード性能を改善し、かつより積極的なノイズ・シェーピングを許すために示されてきた。図３は、深さＮを有するルックアヘッド方式デルタ・シグマ・モジュレータ３００を描いている。深さＮは、単一の出力ｙ（ｎ）を決定するためにルックアヘッド方式デルタ・シグマ・モジュレータ３００によって処理される連続するサンプルの個数を指す。Ｘ（Ｎ）ｔは、その要素が単一の出力ｙ（ｎ）を決定するために使われるＮ個の入力サンプルである、時間ｔのベクトルを表し、時間ｔに対して、Ｘ（Ｎ）ｔ＝｛ｘ（ｎ），ｘ（ｎ＋１），．．．，ｘ（ｎ＋Ｎ−１）｝ｔとなる。ルックアヘッド方式／実際出力「スイッチ」は、ルックアヘッド方式動作の最中、各出力候補ベクトルＹｉがシミュレートされたフィードバック・データ、Ｙ＝｛ｙ（ｎ−１），ｙ（ｎ−２），．．．，ｙ（ｎ−Ｎ−１）｝として提供されることを指す機能表現である。「ｉ」は、可能な出力候補ベクトルの個数を表す。１ビット・デルタ・シグマ・モジュレータにとって、出力候補ベクトルの各要素は論理的−１または＋１であり得る。したがって、Ｎ要素ベクトルにとって、ベクトルの２Ｎ個の可能な組み合わせが存在し、ｉ＝２Ｎである。各時間ｔ毎に、前の実際の量子化操作からのＰ次ループ・フィルター３０６の状態変数は保存される。ルックアヘッド方式デルタ・シグマ・モジュレータ３００が連続して入力信号ベクトルＸ（Ｎ）ｔの各要素を、連続フィードバックとしてｉ番目の出力候補ベクトルＹｉの各要素を使って量子化する度に、保存された状態変数が初期状態変数として使われる。Ｐ次ループ・フィルター３０６は次数Ｐとフィルター係数ｃ０，ｃ１，．．．，ｃＰ−１を有する。次数とフィルター係数値とは、設計上の選択事項であり、一般に、ＮＴＦ、信号転送機能（「ＳＴＦ」）、ＳＮＲ、安定性に関して選択される。
【００１２】
各入力信号ベクトルＸ（Ｎ）ｔと各セットの出力候補ベクトルＹｉとを処理した後、量子化器３０４は、どの出力候補ベクトルＹｉが入力信号ベクトルＸ（Ｎ）ｔとの最良の整合を表すかを決める。最良整合出力候補ベクトルは、最良整合出力候補ベクトルＹｂｅｓｔｍと呼ばれる。「最良の整合」の一実施形態が、整合とは平均二乗根（「ＲＭＳ」）のべき乗項の最低の損失を有する整合として、Ｈｉｒｏｓｈｉ  Ｋａｔｏ，”Ｔｒｅｌｌｉｓ  Ｎｏｉｓｅ−Ｓｈａｐｉｎｇ  Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒｓ  ａｎｄ  １−ｂｉｔ  Ｄｉｇｉｔａｌ  Ａｕｄｉｏ，”  ＡＥＳ  １１２ｔｈ  Ｃｏｎｖｅｎｔｉｏｎ，２００２年５月１０−１３日、Ｍｕｎｉｃｈに記述されている。ルックアヘッド方式モジュレータに関する従来の研究は主として二つの筋道を含む。さらなる追加の従来のルックアヘッド方式デルタ・シグマ・モジュレータの情報は、特許文献１（Ｈｉｒｏｓｈｉ  Ｋａｔｏ）、Ｈａｒｐｅ，  Ｐ．，  Ｒｅｅｆｍａｎ  Ｄ．，  Ｊａｎｓｓｅｎ  Ｅ．，  ”Ｅｆｆｉｃｉｅｎｔ  Ｔｒｅｌｌｉｓ−ｔｙｐｅ  Ｓｉｇｍａ  Ｄｅｌａｔ  Ｍｏｄｕｌａｔｏｒ，”  ＡＥＳ  １１４ｔｈ  Ｃｏｎｖｅｎｔｉｏｎ，２００３年３月２２−２５日、Ａｍｓｔｅｒｄａｍ  （ここでは、「Ｈａｒｐｅ」と呼ばれる）、Ｊａｍｅｓ  Ａ．  Ｓ．  Ａｎｇｕｓ，  ”Ｔｒｅｅ  Ｂａｓｅｄ  Ｌｏｏｋ−ａｈｅａｄ  Ｓｉｇｍａ  Ｄｅｌｔａ  Ｍｏｄｕｌａｔｏｒｓ，”  ＡＥＳ  １１４ｔｈ  Ｃｏｎｖｅｎｔｉｏｎ，２００３年３月２２−２５日、Ａｍｓｔｅｒｄａｍ、Ｊａｍｅｓ  Ａ．  Ｓ．  Ａｎｇｕｓ，  ”Ｅｆｆｉｃｉｅｎｔ  Ａｌｇｏｒｉｔｈｍｓ  ｆｏｒ  Ｌｏｏｋ−Ａｈｅａｄ  Ｓｉｇｍａ−Ｄｅｌｔａ  Ｍｏｄｕｌａｔｏｒｓ，”  ＡＥＳ  １５５ｔｈ  Ｃｏｎｖｅｎｔｉｏｎ，２００３年１０月１０−１３日、Ｎｅｗ  Ｙｏｒｋ、Ｊａｎｓｓｅｎ  Ｅ．，  Ｒｅｅｆｍａｎ  Ｄ．，  ”Ａｄｖａｎｃｅｓ  ｉｎ  Ｔｒｅｌｌｉｓ  ｂａｓｅｄ  ＳＤＭ  ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ，”  ＡＥＳ  １５５ｔｈ  Ｃｏｎｖｅｎｔｉｏｎ，２００３年１０月１０−１３日、Ｎｅｗ  Ｙｏｒｋで見つけられる。
【００１３】
実際の出力ｙ（ｎ）は、最良の整合となるよう決定された出力候補ベクトルＹｉの先頭のビットとして選択される。ルックアヘッド方式／実際出力スイッチ３０２は、一単位時間だけ遅らされた選択された出力ｙ（ｎ−１）をフィードバックすることにより、Ｐ次ループ・フィルター３０６の状態変数を実際の状態変数を用いて更新する。
【００１４】
計算と保存の要求は、ルックアヘッド方式深さの増大と共に、慣習的に指数関数的に増大する。トレリスタイプ・ルックアヘッド方式デルタ・シグマ・モジュレータを簡略化するためにスキームが開発されてきたが、簡略化はオーバーロード保護のために最も重要な経路を逸する可能性がある。したがって、ルックアヘッド方式デルタ・シグマ・モジュレータは、量子化器オーバーロードに支配され続ける。
【特許文献１】特開２００３−１２４８１２号公報
【非特許文献１】Ｓｈｒｅｉｅｒ  ａｎｄ  Ｔｅｍｅｓ著、「Ｕｎｄｅｒｓｔａｎｄｉｎｇ  Ｄｅｌｔａ−Ｓｉｇｍａ  Ｓｉｇｎａｌ  Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒｓ」ＩＥＥＥ  Ｐｒｅｓｓ，２００５年
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明の一実施形態では、ルックアヘッド方式デルタ・シグマ・モジュレータの量子化器オーバーロードを予想する方法は、閉ループ・フィードバック信号に対するルックアヘッド方式デルタ・シグマ・モジュレータの閉ループ応答から、ルックアヘッド方式デルタ・シグマ・モジュレータの量子化器オーバーロードの可能性を決定することを含む。ルックアヘッド方式デルタ・シグマ・モジュレータは、量子化器の代用としてのゲイン・ステージを包含する。
【００１６】
本発明のもう一つの実施形態では、信号処理システムは、オーバーロード保護を伴ったルックアヘッド方式デルタ・シグマ・モジュレータを包含する。ルックアヘッド方式デルタ・シグマ・モジュレータは、閉ループ・フィードバック信号に対するルックアヘッド方式デルタ・シグマ・モジュレータの閉ループ応答からルックアヘッド方式デルタ・シグマ・モジュレータの量子化器オーバーロードの可能性を決定するオーバーロード保護モジュールを包含する。ルックアヘッド方式デルタ・シグマ・モジュレータは、量子化器の代用としてのゲイン・ステージを包含する。
【００１７】
本発明のもう一つの実施形態では、量子化器オーバーロード保護を有するルックアヘッド方式デルタ・シグマ・モジュレータを使って、入力信号を量子化する方法であって、ルックアヘッド方式デルタ・シグマ・モジュレータのルックアヘッド深さがｎ１に等しく、ｎ１が正の整数である方法は、入力信号ベクトルＸ（ｎ）の少なくともｎ１個の要素と各出力候補ベクトルＹ（ｎ）ｉの少なくともｎ１個の要素とに対して、ルックアヘッド方式デルタ・シグマ・モジュレータのループ・フィルターに対する一組の状態変数を決定することを包含する。「ｉ」は組｛０，１，．．．，２ｎ１−１｝の少なくとも一部の要素で、ｎ１は１より大きい正の整数で、入力信号ベクトルＸ（ｎ）のｎ１個の要素は、ｎ１個の入力信号サンプルを表す。この方法はまた、ルックアヘッド方式デルタ・シグマ・モジュレータの量子化器をゲイン・ステージで代用することにより、ルックアヘッド方式デルタ・シグマ・モジュレータにおける閉ループ・フィードバック経路を提供することを包含する。この方法はさらに、少なくとも一組の決定された状態変数を用いて、ｎ２個の入力サンプルに対して、ルックアヘッド方式デルタ・シグマ・モジュレータの閉ループ出力応答を決定することを包含する。ここで、ｎ２は、ルックアヘッド方式デルタ・シグマ・モジュレータの量子化器オーバーロードを予想するための入力サンプルの個数を表す。この方法はまた、どの閉ループ出力応答が最も小さい最大絶対値閉ループ出力応答を有するかを決めることを包含する。ルックアヘッド方式デルタ・シグマ・モジュレータのオーバーロードが予想された場合、この方法はまた、最も小さい最大絶対値閉ループ出力応答を有する決定された閉ループ出力応答に対応する出力候補ベクトルから、ルックアヘッド方式デルタ・シグマ・モジュレータの出力を選択することを包含する。
【００１８】
本発明のさらなる一実施形態では、量子化器オーバーロード保護を伴うルックアヘッド方式デルタ・シグマ・モジュレータを使って入力信号を量子化する信号処理システムは、入力信号ベクトルＸ（ｎ）を受け取る入力を包含する。ここで、入力信号ベクトルＸ（ｎ）はｎ１個の要素を有し、ｎ１は１より大きい正の整数で、ルックアヘッド方式デルタ・シグマ・モジュレータのルックアヘッド深さと等しい。ルックアヘッド方式デルタ・シグマ・モジュレータのルックアヘッド深さはｎ１と等しく、ｎ１は正の整数である。このシステムはまた、入力と結合したループ・フィルターと、ループ・フィルターと結合した量子化器と、ループ・フィルターと結合したゲイン・モジュールと、入力信号ベクトルＸ（ｎ）の少なくともｎ１個の要素と各出力候補ベクトルＹ（ｎ）ｉの少なくともｎ１個の要素とに対して、ルックアヘッド方式デルタ・シグマ・モジュレータのループ・フィルターに対する一組の状態変数を保存するメモリとを包含する。ここで、「ｉ」は組｛０，１，．．．，２ｎ１−１｝の少なくとも一部の要素で、ｎ１は１より大きい正の整数で、入力信号ベクトルＸ（ｎ）のｎ１個の要素は、ｎ１個の入力信号サンプルを表す。オーバーロード保護モジュールは、量子化器の代わりにゲイン・ステージを用いることにより、ルックアヘッド方式デルタ・シグマ・モジュレータにおける閉ループ・フィードバック経路を提供し、ｎ２個の入力サンプルに対して、少なくとも一組の決定された状態変数を使って、ルックアヘッド方式デルタ・シグマ・モジュレータの閉ループ出力応答を決定するよう構成されている。「ｎ２」は、量子化器のオーバーロードを予想するための入力サンプルの個数を表す。オーバーロード保護モジュールは、さらに、どの閉ループ出力応答が、最も小さい最大絶対値閉ループ出力応答を有するかを決定し、ルックアヘッド方式デルタ・シグマ・モジュレータのオーバーロードが予想された場合、ルックアヘッド方式デルタ・シグマ・モジュレータの出力を、最も小さい最大絶対値閉ループ出力応答を有する決定された閉ループ出力応答に対応する出力候補ベクトルから選択するよう構成されている。
【００１９】
本発明のもう一つの実施形態では、量子化器オーバーロード保護を伴うルックアヘッド方式デルタ・シグマ・モジュレータを使って入力信号を量子化する装置であって、ルックアヘッド方式デルタ・シグマ・モジュレータのルックアヘッド深さはｎ１と等しく、ｎ１は正の整数である、装置は、入力信号ベクトルＸ（ｎ）の少なくともｎ１個の要素と各出力候補ベクトルＹ（ｎ）ｉの少なくともｎ１個の要素とに対して、ルックアヘッド方式デルタ・シグマ・モジュレータのループ・フィルターに対する一組の状態変数を決定する手段を包含する。「ｉ」は組｛０，１，．．．，２ｎ１−１｝の少なくとも一部の要素で、ｎ１は１より大きい正の整数で、入力信号ベクトルＸ（ｎ）のｎ１個の要素は、ｎ１個の入力信号サンプルを表す。この装置はさらに、ルックアヘッド方式デルタ・シグマ・モジュレータの量子化器の代わりにゲイン・ステージを用いることにより、ルックアヘッド方式デルタ・シグマ・モジュレータにおける閉ループ・フィードバック経路を提供する手段を包含する。この装置はまた、少なくとも一組の決定された状態変数を使って、ｎ２個の入力サンプルに対してルックアヘッド方式デルタ・シグマ・モジュレータの閉ループ出力応答を決定する手段を包含する。ここで、ｎ２は、ルックアヘッド方式デルタ・シグマ・モジュレータの量子化器オーバーロードを予想するための入力サンプルの個数を表す。この装置はさらに、どの閉ループ出力応答が最も小さい最大絶対値閉ループ出力応答を有するかを決定する手段と、ルックアヘッド方式デルタ・シグマ・モジュレータのオーバーロードが予想された場合、最も小さい最大絶対値閉ループ出力応答を有する決定された閉ループ出力応答に対応する出力候補ベクトルから、ルックアヘッド方式デルタ・シグマ・モジュレータの出力を選択する手段とを包含する。
【００２０】
本発明はより良く理解され得、そして、その多数の目的と特徴と利点は、添付された図面を参照することにより、当業者には明らかとなる。いくつかの図面にわたっての同じ参照番号の使用は、同様の要素を示している。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
ここで記述されている信号処理システムのルックアヘッド方式デルタ・シグマ・モジュレータは量子化器オーバーロードを予想し得る。量子化器オーバーロードを予想することにより、ルックアヘッド方式デルタ・シグマ・モジュレータは、より低いＳＮＲを有するかもしれないが、将来、量子化器オーバーロードを妨げるであろう出力値ｙ（ｎ）を選び得る。量子化器オーバーロード保護プロセスはルックアヘッド深さの総計を決定することにより、ルックアヘッド方式デルタ・シグマ・モジュレータのループ・フィルターの状態変数を、将来の量子化器オーバーロードを妨げる値にする。一時的にルックアヘッド方式デルタ・シグマ・モジュレータの量子化器の代わりにゲイン・ステージを用いて、ルックアヘッド方式デルタ・シグマ・モジュレータの閉ループ・インパルス応答を決定することによって、ルックアヘッド方式デルタ・シグマ・モジュレータの絶対値最大閉ループ応答強度（「ＭＣＬ」）を達成するための離散的な時間が、将来の量子化器オーバーロードを妨ぐであろうルックアヘッド深さに直接関連するよう決定される。ＭＣＬに達するまでの時間（「ＭＣＬｔ」）は、ルックアヘッド方式デルタ・シグマ・モジュレータの線形−線形スケール傾きＮＴＦで図示されたノイズ・シェーピング・ゲインに逆比例し、ＮＴＦは、次には、ルックアヘッド方式デルタ・シグマ・モジュレータの安定性に一致している。したがって、量子化器オーバーロードを予想するために使われるルックアヘッド深さは、ノイズ・シェーピング・ゲインとフィルター・オーダーとに直接関連する。
【００２２】
量子化器オーバーロード誘導不安定性の根本の原因は、ループ・フィルターの安定性を提供するには不十分なフィードバック・ゲインを招く最大量子化レベルと最小量子化レベルとを有する、ルックアヘッド方式デルタ・シグマ・モジュレータの量子化器にある。例えば、最大量子化レベルと最小量子化レベルとしてそれぞれ＋１と−１とを有する１ビットのルックアヘッド方式デルタ・シグマ・モジュレータとって、＋２量子化器入力を＋１で量子化することは、０．５の有効フィードバック・ゲインを生み出す。０．５という比較的低いフィードバック・ゲインは、やや積極的なノイズ・シェーピング・ループ・フィルターにおいてさえ、ループ・フィルター変換関数の極をｚ領域の単位円の外側へ追い出すことを引き起こし得、したがって、ルックアヘッド方式デルタ・シグマ・モジュレータが不安定動作領域へ入ることを引き起こす。
【００２３】
ルックアヘッド方式デルタ・シグマ・モジュレータは、代わりに時間領域で見られ得る。正の入力信号に対して、ルックアヘッド方式デルタ・シグマ・モジュレータのフィードバックは、ループ・フィルターの状態変数をより低い値に向かって動かすべきである。量子化器決定は、短い期間では後の状態変数に強くバイアスされる。長い期間では（典型的には、３０から５０個の入力信号サンプル）、量子化器決定は、以前の状態変数によって最も強く制御される。非ルックアヘッド方式デルタ・シグマ・モジュレータにとって、ループ・フィルターに対するフィードバックは、後の状態変数をより低い値へ動かそうとする。このようなシステムは潜在的に、早い状態変数が長い期間では満足され得ない状況を生み出し得る。ここに記述されている量子化器オーバーロード防止システムは、ルックアヘッド方式デルタ・シグマ・モジュレータが、低いＳＮＲのような短い期間の目標のいくつかを、デルタ・シグマ・モジュレータ安定性のような長い期間の目標に対して、トレード・オフすることを許す。事実上、オーバーロード防止を伴うルックアヘッド方式デルタ・シグマ・モジュレータは、量子化器オーバーロードを予想することができ、初期の状態変数を調節することにより、いくらかのＳＮＲを安定性とトレード・オフすることができる。
【００２４】
図４は、量子化器オーバーロード防止モジュール４０２を有するルックアヘッド方式デルタ・シグマ・モジュレータ４００を描いている。ルックアヘッド方式デルタ・シグマ・モジュレータ４００は、標準ルックアヘッド深さｎ１を有する。ＭＣＬｔは、最小量子化器オーバーロード保護ルックアヘッド深さｎ２と直接対応する。量子化器オーバーロード保護ルックアヘッド深さｎ２は、量子化器オーバーロードを予想し防ぐことに使われる。量子化器オーバーロード保護ルックアヘッド深さｎ２は、ゲイン・ステージ４０８が量子化器３０６の代わりをしたときのインパルス関数４０４に対する、ルックアヘッド方式デルタ・シグマ・モジュレータ４００の自然な閉ループ応答から決定され得る。少なくとも一つの実施形態では、ゲイン・ステージ４０８は量子化器４０６のゲインと等しい定数ゲインである。少なくとも一つの実施形態では、量子化器４０６のゲインは（１）に等しい。
【００２５】
図５は、量子化器４０６の代わりをするゲイン・ステージ４０８と初期状態に設定されたＰ次ループ・フィルター３０６の状態変数とを有するルックアヘッド方式デルタ・シグマ・モジュレータ４００のインパルス応答５００を描いている。各サンプルは応答の初期の立ち上がりで描かれており、明確化のため、代表的なサンプルだけがその後に示されている。初期状態は、Ｐ次ループ・フィルター３０６の実際の実装に依存する。初期状態は、異なる初期状態変数値を評価し、設計者の許容できるエラー範囲内の最大ＭＣＬｔを決定することによって、経験的に決定され得る。インパルス応答５００の強度の絶対値（「ｍａｘ（ａｂｓ）」）は、ｍａｘ（ａｂｓ（ｙ（ｎ））≦Ｓのとき、安定すると考えられる。ただし、Ｓは最大安定強度（ｍａｘｉｍｕｍ  ｓｅｔｔｌｉｎｇ  ｍａｇｎｉｔｕｄｅ）とする。離散時間ｎ２は、ｍａｘ（ａｂｓ（ｙ（ｎ））≦Ｓとなる最も早い離散時刻を表す。別の言葉で言うと、０≦ｋ＜ｎ２で、ｍａｘ（ａｂｓ（ｙ（ｎ２−ｋ））≧Ｓであり、かつ、ｎ２＜ｋ＜∞でｍａｘ（ａｂｓ（ｙ（ｎ２＋ｋ））≦Ｓである場合、ｍａｘ（ａｂｓ（ｙ（ｎ２））はインパルス応答５００の安定化時間（ｓｅｔｔｌｉｎｇ  ｔｉｍｅ）と等しい。ただし、ｋは離散時間ステップを表すとする。ＭＣＬｔは一般に量子化器オーバーロード保護ルックアヘッド深さｎ２の最小値を表す。量子化器オーバーロード保護ルックアヘッド深さｎ２のより大きな値は、量子化器オーバーロード保護のより大きな信頼を与えるが、また、一般により大きな処理時間を要求する。ＭＣＬｔより小さい量子化器オーバーロード保護ルックアヘッド深さｎ２の値は、一般に少しの処理時間しか要求しないが、また、量子化器オーバーロード保護の達成におけるより少ない程度の信頼しか提供しない。
【００２６】
上述したように、離散ＭＣＬｔ  ｎ２はまた、量子化器オーバーロードを予想し防止することができるルックアヘッド深さの総計を表す。ＭＣＬｔ  ｎ２は、Ｐ次ループ・フィルター３０６のＮＴＦの線形−線形スケール傾きの逆に比例する。したがって、量子化器オーバーロード保護ルックアヘッド深さｎ２は、Ｐ次ループ・フィルター３０６のノイズ・シェーピング・ゲインに依存し、Ｐ次ループ・フィルター３０６のノイズ・シェーピング・ゲインは、例えば、Ｐ次ループ・フィルター３０６の次数に依存する。したがって、一般に、ルックアヘッド深さｎ２の値はＰの値に関連する。量子化器オーバーロード保護ルックアヘッド深さｎ２は典型的には３０〜５０の範囲内にあるが、それより多くなったり少なくなったりし得る。６０〜７０の範囲にある量子化器オーバーロード保護ルックアヘッド深さｎ２は、第９次ループ・フィルターに使われてきた。ルックアヘッド深さｎ２を効果的に使うことは、Ｐ次ループ・フィルター３０６の早期の状態変数をより強調し、いくらかの短期間ノイズ・シェーピング目標をトレード・オフする。短期間ノイズ・シェーピング目標をトレード・オフすることは、ルックアヘッド方式デルタ・シグマ・モジュレータ４００のＳＮＲをわずかに減少させる。
【００２７】
図６は、Ｐ次ループ・フィルター３０６の一実施形態を表すＰ次ループ・フィルター６００を描いている。各状態変数は、「ＳＶｘ」ｘ＝｛０，１，．．．，Ｐ−１｝によって表され、ループ・フィルター６００の各ステージは、積算器の出力から直前の加算ノードまでのフィードバックを伴う積算器で表される。
【００２８】
一実施形態では、量子化器オーバーロード防止モジュール４０２は例示的な量子化器オーバーロード防止プロセス７００にしたがって動作する。動作７０２は、量子化器オーバーロード保護ルックアヘッド深さｎ２を決定する初期セットアップを表す。動作７０２の一実施形態では、量子化器オーバーロード防止モジュール４０２はルックアヘッド方式デルタ・シグマ・モジュレータ４００にインパルス関数４０４を適用し、量子化器の代わりにゲイン・ステージ４０８を用いてルックアヘッド方式デルタ・シグマ・モジュレータ４００を修正することによって（ここでは「ゲイン修正ルックアヘッド方式デルタ・シグマ・モジュレータ４００」と呼ぶ）、ルックアヘッド方式デルタ・シグマ・モジュレータ４００の自然な応答を決定する。初期状態に設定されたループ・フィルター３０６の状態変数で、前述のように、動作７０２は離散安定時間（ｄｉｓｃｒｅｔｅ  ｓｅｔｔｌｉｎｇ  ｔｉｍｅ）ｎ２を決定する。この離散安定時間ｎ２はまた、図５を参照して議論したように、量子化器オーバーロード保護ルックアヘッド深さを表す。
【００２９】
各時間ｔ毎に、動作７０４は、各出力候補ベクトルＹｉ，ｉ＝｛０，１，．．．，２ｎ１｝を量子化器フィードバックとして使って、入力信号ベクトルＸ（Ｎ）を処理する。以下の米国特許出願は、最良整合出力候補ベクトルＹｂｅｓｔｍと出力値ｙ（ｎ）とを決定する例示的な方法を記述している。（ｉ）米国特許出願第１０／９９５，７３１号、タイトル「Ｌｏｏｋ−Ａｈｅａｄ  Ｄｅｌｔａ  Ｓｉｇｍａ  Ｍｏｄｕｌａｔｏｒ  ｗｉｔｈ  Ｑｕａｎｔｉｚａｔｉｏｎ  Ｕｓｉｎｇ  Ｎａｔｕｒａｌ  ａｎｄ  Ｐａｔｔｅｒｎ  Ｌｏｏｐ  Ｆｉｌｔｅｒ」、２００４年１１月２２日提出、発明者Ｊｏｈｎ  Ｌ．  Ｍｅｌａｎｓｏｎ（ここでは「Ｍｅｌａｎｓｏｎ特許」と呼ばれる）、（ｉｉ）米国特許出願第１０／８７５，９２０号、タイトル「Ｓｉｇｎａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  ｗｉｔｈ  ａ  Ｌｏｏｋ−Ａｈｅａｄ  Ｍｏｄｕｌａｔｏｒ  Ｈａｖｉｎｇ  Ｔｉｍｅ  Ｗｅｉｇｈｔｅｄ  Ｅｒｒｏｒ  Ｖａｌｕｅｓ」、２００４年６月２４日提出、発明者Ｊｏｈｎ  Ｌ．  Ｍｅｌａｎｓｏｎ，（ｉｉｉ）米国特許出願第１０／９００，８７７号、タイトル「Ｓｉｇｎａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  ｗｉｔｈ  Ｌｏｏｋ−Ａｈｅａｄ  Ｍｏｄｕｌａｔｏｒ  Ｎｏｉｓｅ  Ｑｕａｎｔｉｚａｔｉｏｎ  Ｍｉｎｉｍｉｚａｔｉｏｎ」、２００４年７月２９日提出、発明者Ｊｏｈｎ  Ｌ．  Ｍｅｌａｎｓｏｎ，（ｉｖ）米国特許出願第１１／０３５，２８８号、タイトル「Ｊｏｉｎｔｌｙ  Ｎｏｎ−Ｌｉｎｅａｒ  Ｄｅｌｔａ  Ｓｉｇｍａ  Ｍｏｄｕｌａｔｏｒｓ」、２００５年１月１３日提出、発明者Ｊｏｈｎ  Ｌ．  Ｍｅｌａｎｓｏｎ，（ｖ）米国特許出願第１１／０３７，３１１号、タイトル「Ｌｏｏｋ−Ａｈｅａｄ  Ｄｅｌｔａ  Ｓｉｇｍａ  Ｍｏｄｕｌａｔｏｒ  Ｈａｖｉｎｇ  ａｎ  Ｉｎｆｉｎｉｔｅ  Ｉｍｐｕｌｓｅ  Ｒｅｓｐｏｎｓｅ  Ｆｉｌｔｅｒ  ｗｉｔｈ  Ｍｕｌｔｉｐｌｅ  Ｌｏｏｋ−Ａｈｅａｄ  Ｏｕｔｐｕｔｓ」、２００５年１月１８日提出、発明者Ｊｏｈｎ  Ｌ．  Ｍｅｌａｎｓｏｎ，（ｖｉ）米国特許出願第１１／０４３，７１９号、タイトル「Ｌｏｏｋ−Ａｈｅａｄ  Ｄｅｌｔａ  Ｓｉｇｍａ  Ｍｏｄｕｌａｔｏｒ  ｗｉｔｈ  Ｐｒｕｎｉｎｇ  ｏｆ  Ｏｕｔｐｕｔ  Ｃａｎｄｉｄａｔｅ  Ｖｅｃｔｏｒｓ  Ｕｓｉｎｇ  Ｑｕａｎｔｉｚａｔｉｏｎ  Ｅｒｒｏｒ  Ｍｉｎｉｍｉｚａｔｉｏｎ  Ｐｒｕｎｉｎｇ  Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ」、２００５年１月２６日提出、発明者Ｊｏｈｎ  Ｌ．  Ｍｅｌａｎｓｏｎ，（ｖｉｉ）米国特許出願第１１／０４３，７２０号、タイトル「Ｐａｔｔｅｒｎ  Ｂｉａｓｉｎｇ  ｆｏｒ  Ｌｏｏｋ−Ａｈｅａｄ  Ｄｅｌｔａ−Ｓｉｇｍａ  Ｍｏｄｕｌａｔｏｒｓ」、２００５年１月２６日提出、発明者Ｊｏｈｎ  Ｌ．  Ｍｅｌａｎｓｏｎ，（ｖｉｉｉ）米国特許出願第１１／０３７，３１６号、タイトル「Ｌｏｏｋ−Ａｈｅａｄ  Ｄｅｌｔａ  Ｓｉｇｍａ  Ｍｏｄｕｌａｔｏｒｓ  ｗｉｔｈ  Ｑｕａｎｔｉｚｅｒ  Ｉｎｐｕｔ  Ａｐｐｒｏｘｉｍａｔｉｏｎｓ」、２００５年１月１８日提出、発明者Ｊｏｈｎ  Ｌ．  Ｍｅｌａｎｓｏｎ、これらは全てここに参照文献として完全に組み込まれる。
【００３０】
Ｐ次ループ・フィルターは、２ｎ１個の組のＰ個の状態変数を有し、１つの組は、入力信号ベクトルＸ（Ｎ）と出力候補ベクトルＹとの２ｎ１個の組み合わせの各々に対するものである。各組のループ・フィルター６００の状態変数は、図８で示されるように一時メモリ８０２に保存される。
【００３１】
動作７０６は、ゲイン・ステージ４０８を量子化器４０６の代わりに用いる。図９に描かれているルックアヘッド方式デルタ・シグマ・モジュレータ９００は、各組の２ｎ１個の状態変数に対してオーバーロード防止出力候補ベクトルを決定する状態にあるルックアヘッド方式デルタ・シグマ・モジュレータ４００を表している。動作７０８は、動作７０４で決定された第１の組の状態変数に、ループ・フィルター３０６の初期状態を設定する。動作７１０は、該第１の組のＰ個の状態変数を用い、かつループフィルター３０６へゲイン・ステージ４０８の出力をフィードバックして、ｎ２個の入力サンプルに対してゲイン修正ルックアヘッド方式デルタ・シグマ・モジュレータ４００の応答を決定する。動作７１２は、ｎ２個の入力サンプルに対する、ゲイン修正ルックアヘッド方式デルタ・シグマ・モジュレータ４００のＭＣＬを記録する。動作７１４は、ゲイン修正ルックアヘッド方式デルタ・シグマ・モジュレータ４００のＭＣＬが、２ｎ１組の時間ｔの状態変数の各組毎に決定されるまで、次の組の状態変数を使って動作７０８〜動作７１０を繰り返す。
【００３２】
動作７１６は、どの出力候補ベクトルＹが、動作７１４で決定されたゲイン修正ルックアヘッド方式デルタ・シグマ・モジュレータ４００応答の最小のＭＣＬに対応するかを決定する。最小のＭＣＬに対応する出力候補ベクトルは、オーバーロード防止出力候補ベクトルＹｏｐと呼ばれる。動作７１８は、出力候補ベクトルＹｏｐの先頭のビットを実際の出力値ｙ（ｎ）として選択し、ｙ（ｎ）ｚ−１（すなわち、１タイムステップだけ遅れさせられたｙ（ｎ））をフィードバックすることにより、実際の出力値ｙ（ｎ）が選択される度に、ループ・フィルター３０６の状態変数を更新する。動作７２０は、全ての入力サンプルｘ（ｎ）がルックアヘッド方式デルタ・シグマ・モジュレータ４００によって処理されるまで、量子化器オーバーロード防止プロセス７００を動作７０４に戻す。
【００３３】
全ての入力信号サンプルｘ（ｎ）が量子化器オーバーロードを引き起すわけではないので、一般に、量子化器オーバーロード保護は全ての入力信号サンプルｘ（ｎ）に対して必要でない。したがって、量子化器オーバーロード防止プロセス７００のもう一つの実施形態では、最初に量子化器オーバーロード防止プロセス７００は、最良整合出力候補ベクトルＹｂｅｓｔｍに対してのみＭＣＬを決定する。最良整合出力候補ベクトルＹｂｅｓｔｍのＭＣＬが所定のオーバーロード防止閾値を超える場合は、量子化器オーバーロード防止プロセス７００は、動作７０４にて、オーバーロード防止出力候補ベクトルＹｏｐの先頭のビットを実際の出力値ｙ（ｎ）として選択することを開始する。そうでなければ、動作７１８は、最良整合出力候補ベクトルＹｂｅｓｔｍの先頭のビットを実際の出力値ｙ（ｎ）として選択する。
【００３４】
一実施形態では、所定のオーバーロード防止閾値は、量子化器ステップサイズΔの０．７５倍であり、例えば、１ビット量子化器とｙ（ｎ）＝｛＋１，−１｝とに対して、オーバーロード防止閾値は０．７５＊２＝１．５である。量子化器オーバーロード防止が必要ないときに最良整合出力候補ベクトルＹｂｅｓｔｍから実際の出力値ｙ（ｎ）を選択することと、量子化器オーバーロード防止が必要なときにオーバーロード防止出力候補ベクトルＹｏｐから実際の出力値ｙ（ｎ）を選択することとのこの組み合わせは、低レベルの入力信号に対する高ＳＮＲでの最良ルックアヘッド方式デルタ・シグマ・モジュレータ動作と、量子化器オーバーロード保護とを提供する。
【００３５】
さらに加えて、一般に、ルックアヘッド方式デルタ・シグマ・モジュレータ４００のインパルス応答は、ルックアヘッド方式デルタ・シグマ・モジュレータ４００への入力信号のオーバーサンプリング率と比べて、変化するのが遅い。したがって、もう一つの実施形態では、量子化器オーバーロード防止プロセス７００は、ｒ個の個々の入力信号ベクトルＸ（Ｎ）に対してのみ行われる。ただし、ｒは、量子化器オーバーロードを防止し、ルックアヘッド方式デルタ・シグマ・モジュレータ４００に対してより良い性能を提供するのに十分でであろう設計選択によって決定される値である。一実施形態では、ｒは２，３、または４に等しい。
【００３６】
量子化器オーバーロード防止プロセス７００のもう一つの実施形態では、完全な組の２ｎ１個のうちのほんの一部が、最適整合出力候補ベクトルＹｂｅｓｔｍとオーバーロード防止出力候補ベクトルＹｏｐとを決定するのに使われる。一実施形態では、ルックアヘッド方式デルタ・シグマ・モジュレータ４００の自然なパターン応答が、Ｍｅｌａｎｓｏｎ特許に記述されているように、最良整合出力候補ベクトルＹｂｅｓｔｍとオーバーロード防止出力候補ベクトルＹｏｐとを決定するのに使われる出力候補ベクトルの数を減らすために使われる。
【００３７】
量子化器オーバーロード防止プロセス７００のもう一つの実施形態では、量子化器オーバーロード防止モジュール４０２は、量子化器オーバーロード防止プロセス７００をＴ個のサンプル毎に一度実行する。少なくとも一つの実施形態では、Ｔは、その値が比較的近いままである入力サンプルの個数を表す。ゲイン修正ルックアヘッド方式デルタ・シグマ・モジュレータ４００のインパルス応答は、ループ・フィルター３０６の状態変数と入力信号サンプル値の関数である。入力信号サンプル値は、一般に、Ｔ個のサンプルのサンプリング期間にわたってゆっくりと変化する。したがって、量子化器オーバーロード防止モジュール４０２は、一つのグループのＴ個の入力サンプルのうちの一部の一つ以上の入力信号サンプルを使って、量子化器オーバーロード防止プロセス７００を実行し得る。その一部は、例えば、該グループのＴ個の入力サンプルのうちから選択された一つの入力サンプル、または、該グループのＴ個の入力サンプルのうちから選択された二つ以上の入力サンプルの平均であり得る。量子化器オーバーロード防止プロセス７００は、該グループ全体のＴ個の入力信号サンプルに対して量子化器オーバーロードを予想するために、一部の入力信号サンプルを使い得る。
【００３８】
量子化器オーバーロード防止が必要でないときに最良整合出力候補ベクトルＹｂｅｓｔｍから実際の出力値ｙ（ｎ）を選択することと、量子化器オーバーロード防止が必要なときにオーバーロード防止出力候補ベクトルＹｏｐから実際の出力値ｙ（ｎ）を選択することとの組み合わせは、低レベルの入力信号に対する高ＳＮＲでの最良ルックアヘッド方式デルタ・シグマ・モジュレータ動作と、量子化器オーバーロード保護とを提供する。
【００３９】
図１０を参照すると、信号処理システム１０００は、デルタ・シグマ・モジュレータ１００２を含む信号処理システムの一実施形態を描いている。ルックアヘッド方式デルタ・シグマ・モジュレータ１００２は、ルックアヘッド方式デルタ・シグマ・モジュレータ４００の一実施形態を表している。信号処理システム１０００は、スーパー・オーディオ・コンパクト・ディスク（「ＳＡＣＤ」）録音応用のようなハイエンド・オーディオ応用に特に役立つ。信号処理システム１０００は入力信号源１００３で生成された入力信号１００４を処理する。入力信号１００４は、デジタルでもアナログでも有り得、録音／ミキシング・プロセスの一部として生成された信号を含む任意の信号源、または他のハイエンド・オーディオソースから、または、コンパクト・ディスク・プレーヤー、ＭＰ３プレーヤー、オーディオ／ビデオ・システム、オーディオ・テープ・プレーヤー、他の信号録音および／またはプレイバック・デバイスのようなより廉価なソースからであり得る。
【００４０】
入力信号１００４は、オーディオ信号、ビデオ信号、オーディオとビデオ信号、および／または、他の信号タイプであり得る。一般に、入力信号１００４は、デルタ・シグマ・モジュレータ１００２にモジュレートされる前にいくつかの前処理１００６を受ける。例えば、前処理１００６は、よく知られたやり方でデジタル入力信号１００４をオーバーサンプルする補間フィルターを含み得る。前処理１００６はアナログ入力信号１００４をデジタル信号に変換するアナログ・デジタル変換器を含み得る。前処理１００６はまた、ミキシング、反響（ｒｅｖｅｒｂｅｒａｔｉｏｎ）、イコライゼーション、編集、帯域外ノイズ・フィルタリング、および、他のフィルタリング演算を含み得る。
【００４１】
デジタル領域では、前処理１００６は、ルックアヘッド方式デルタ・シグマ・モジュレータ１００２へ離散入力信号ｘ［ｎ］を提供する。各離散入力信号ｘ［ｎ］はＮビット信号で、ただしＮは１より大きい。より詳しくは、前に記述されたように、ルックアヘッド方式デルタ・シグマ・モジュレータ１００２は、Ｍ個の入力信号ｘ［ｎ］といつくかのパターンのＭ個の出力候補ｙ［ｎ］とを処理することにより、各入力信号ｘ［ｎ］に対応する出力候補のうちから出力信号１００７を決める。出力信号１００７は、例えば、１ビット出力値の集まりである。したがって、出力信号１００７は入力信号１００４の符号化されたバージョンである。
【００４２】
図１０と図１１を参照して、信号処理システム１０００は、典型的には、ルックアヘッド方式モジュレータ１００２の出力信号１００７を後処理する後処理１００８を含む。後処理１００８は、無損失データ処理１１０２を含み得る。ＳＡＣＤオーディオ・マスターリングに対しては、マスター記憶媒体１１０８に焼かれる実際のピットを生成する記録プロセス１１０６が続く、無損失データ圧縮ステージ１１０４が存在する。マスター保存媒体１１０８が機械的に複製されることにより、広い配布に対して役立つディスク（または他の保存媒体）１１１２が作成される。ディスク１１１２は、例えば、様々なデジタル多目的ディスク、コンパクト・ディスク、テープ、または、スーパー・オーディオ・コンパクト・ディスクである。プレイバック／出力デバイス１０１０はディスク１１１２からのデータを読み込み、ユーザーに認知できる形式で信号出力を提供する。プレイバック／出力デバイス１０１０は、出力信号１００７を利用することのできる、いかなる出力デバイスにもなり得る。したがって、記憶媒体１１０８と１１１２とは、ルックアヘッド方式デルタ・シグマ・モジュレータ１００２を使って達成された信号モジュレーション・プロセスを使って符号化されたデータを含む。
【００４３】
ここで開示された信号処理システムは、公知の集積された部品、個別の部品、または、集積部品と個別部品との組み合わせを用いて製造され得る。さらに加えて、プロセッサと組み合わせたソフトウェアが、ノッチ・フィルターのような信号処理システムの特徴を実装するのに使われ得る。当業者は、ここで開示された信号処理システムが、ここで開示された以外の広い範囲の構成要素を用いて実装され得ることを認識する。例えば、デジタル信号モジュレータは、混合信号（アナログとデジタルと）技術を使って実装され得る。
【００４４】
本発明が詳細に記述されてきたが、様々な変更、置換え、交換が、添付された請求項で定義された本発明の精神と範囲から逸脱することなくなされ得ることが理解されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】図１（従来技術と記されている）は、デルタ・シグマ・モジュレータを描いている。
【図２】図２（従来技術と記されている）は、従来のデルタ・シグマ・モジュレータに対する、ノイズ対周波数プロットを描いている。
【図３】図３（従来技術と記されている）は、ルックアヘッド方式デルタ・シグマ・モジュレータを描いている。
【図４】図４は、量子化器オーバーロード防止を伴ったルックアヘッド方式デルタ・シグマ・モジュレータを描いている。
【図５】図５は、図４のルックアヘッド方式デルタ・シグマ・モジュレータのインパルス応答を描いている。
【図６】図６は、ルックアヘッド方式デルタ・シグマ・モジュレータのためのループ・フィルターを描いている。
【図７】図７は、量子化器オーバーロード防止プロセスを描いている。
【図８】図８は、ルックアヘッド方式デルタ・シグマ・モジュレータと状態変数の一時記憶とを描いている。
【図９】図９は、オーバーロード保護出力候補ベクトルを決定する状態にあるルックアヘッド方式デルタ・シグマ・モジュレータを描いている。
【図１０】図１０は、ルックアヘッド方式モジュレータと、出力デバイスおよび出力プロセスと、出力媒体とを含む、例示的な信号処理システムを描いている。
【図１１】図１１は、図１０の信号処理システムの一実施形態における例示的な後処理動作を描いている。
【図１】
2008507243.tif 000003
【図２】
2008507243.tif 000004
【図３】
2008507243.tif 000005
【図４】
2008507243.tif 000006
【図５】
2008507243.tif 000007
【図６】
2008507243.tif 000008
【図７】
2008507243.tif 000009
【図８】
2008507243.tif 000010
【図９】
2008507243.tif 000011
【図１０】
2008507243.tif 000012
【図１１】
2008507243.tif 000013
【国際調査報告】
2008507243.tif 000014
2008507243.tif 000015