[发明专利]用于压缩定点格式的信号而不引入偏差的方法和设备

说明书

技术领域

本发明涉及信号压缩。更具体来说，本发明涉及用于压缩定点信号而不引入偏差的改进的新方法和设备。

背景技术    

电子数字系统通常在内部依据两种不同的格式来表示数字：浮点式和定点式。浮点表示法没有固定的小数点。用两个分量以浮点方式来表示数字：尾数和指数。另一方面，定点是一种通过预定数目的数位来表示所有数字量的格式，其小数点隐含地位于某一预定位置处。定点数字是本发明的主题。

系统设计者努力以尽可能少的位来表示数字。硬件的费用和复杂性部分地依据位数：位越多，则硬件越大且越复杂。即使仅节省一位也意味着硬件成本的直接减少。设计者确定系统的动态范围要求并相应地设定位数。

一数字系统内的不同信号可能具有不同的动态范围要求。例如，把一M位的数字乘以一N位的数字导致整个精度为M+N位的积。然而，系统可能不需要乘积信号具有如此高的动态范围。因此，可能想要丢弃信号中的某些位(即，压缩信号)。

信号压缩的两个常规途径是截断和舍入。截断指简单地丢失在此情况下的信号中的一个或多个最低位或数位。然而，截断在压缩的信号中引入了负偏差，因为截断总是涉及扔掉正的量(被截断的位)。这些偏差随着进行更多的截断操作而累积。此累积的偏差可明显地降低下游性能，尤其是在信号电平低的环境中。舍入比截断好，但仍旧会引入一偏差，该偏差也可降低下游性能。

因而，需要设计一种压缩定点信号而不引入偏差的方法和设备。

发明内容

本发明是一种用于压缩定点信号而不引入偏差的改进的新方法和设备。依据本发明，依据颤动(dithered)舍入法对信号进行压缩，其中以近似相等的几率对信号值进行上舍入和下舍入，从而抵销舍入操作中将产生的偏差。本发明利用舍入信号的数字特性，以确定应对信号值进行上舍入还是下舍入。

本发明所提供的优点在于，实现了信号压缩而不引入偏差。因此，可在一系统内的多个点处引入信号压缩，而不累积信号偏差，也不降低下游性能。

本发明的一个特征时，可以最少量的硬件以特别有效的方式来总的实现一位信号压缩。

附图概述

从以下的详细描述并结合附图，将使本发明的特征、目的和优点变得更加明显起来，图中相同的标号指相应的元件，其中：

图1是示出把信号压缩K位的图；

图2A是示出常规截断的输入/输出关系的图表；

图2B是示出常规舍入的输入/输出关系的图表；

图2C是示出依据本发明的颤动舍入的输入/输出关系的图表；

图2D是比较由一位常规截断、常规舍入和颤动舍入而产生的平均误差的表；

图3是示出K位颤动舍入方法的流程图；

图4是示出用于进行K位颤动舍入的电路的较佳实施例的图；以及

图5是示出用于进行一位颤动舍入的较佳实施例的图。

本发明的较佳实施方式

Ⅰ．本发明概述及讨论

本发明旨在一种压缩定点信号而不引入偏差的改进的新方法和设备。图1示出把一N位输入信号102压缩成一N-K位输出信号104(K位压缩)的信号压缩器106。如本领域内的技术人员所众所周知的，此上下文中的信号压缩器指系统地减少用来表示一信号的位数。如图1所示，信号压缩器106把表示输入信号102的位数减少了K位，从而形成输出信号104。

如图1所示，将按照有效性增加的顺序来讨论输入信号102和输出信号104的位。例如，位1指最低位，位K指第K个最低位，位N指一N位数字的最高位。也把这些位组叫做例如N-K个最高位(指一N位数字的位N-K到位N)或K个最低位(指具有至少K位的数字的位1到位K)。此外，将把输入信号102和输出信号104叫做具有整数分量(N-K个最高位)以及小数分量(K个最低位)。

信号压缩器106的各实施例如下所述。首先，参考图2和3来描述依据本发明的信号压缩方法。接着，参考图4来描述K位信号压缩器的实施例。然后，参考图5来描述一位信号压缩器的实施例。

Ⅱ．信号压缩方法

本节和以下章节参考图2和3描述依据本发明的信号压缩方法。图2A、2B和2C示出一位信号压缩的三种方法的输入/输出关系(如图表200、202和204所示)。这些图表给出了对于一给定范围的输入值由信号压缩器106输出的值。前两个图表(200和202)示出常规的信号压缩方法，而第三个图表(204)示出依据本发明的方法。注意，虽然以2的补码二进制格式来表示各值作为信号输入102和信号输出104，但为了方便以十进制的格式示出输入和输出值。