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【発明の名称】 信号処理装置、信号処理方法、プログラム記録媒体及びコンピュータプログラム
【発明者】 【氏名】宮阪 修二

【氏名】則松 武志

【氏名】津島 峰生

【氏名】石川 智一

【氏名】澤田 慶昭
【要約】 【課題】

【解決手段】指数部抽出部は入力の浮動小数点フォーマットのデータの指数部からビット列を取りだす。仮数部抽出部は仮数部の上位Ｋビットを取りだす。第１の変換部は指数部抽出部の出力ｅを入力とする関数Ｘ（ｅ）の値を出力する。第２の変換部は仮数部抽出部の出力ｆを入力とする関数Ｙ（ｆ）の値を出力する。乗算部は第１, 第２の変換部の出力値を乗算する。第１, 第２の変換部にあらかじめ適宜のテーブルを設定しておくことにより浮動小数点フォーマットのデータｖに対し、ｖのｐ乗（ｖ＾ｐ）を計算を、少ない回路構成で、高速に、演算精度良く行うことができる。
【特許請求の範囲】
【請求項１】 Ｅビットの指数部と、Ｆビットの仮数部とによって構成されている浮動小数点データをｖとした時、ｖ＾ｐの値を算出する信号処理装置であって（ｐは定数）、前記浮動小数点データの指数部からビット列を取りだす指数部抽出部と、前記浮動小数点データの仮数部の上位Ｋビットを取りだす仮数部抽出部と、前記指数部抽出部の出力ｅを入力とする関数Ｘ（ｅ）の値を出力する第１の変換部と、前記仮数部抽出部の出力ｆを入力とする関数Ｙ（ｆ）の値を出力する第２の変換部と、前記第１の変換部の出力値と、前記第２の変換部の出力値とを乗算する乗算部とを備え、ｉ、ｊを整数としたとき、前記Ｘ（ｉ）は、Ｘ（ｉ）＝２＾（（ｉ−（（１<<Ｅ−１）−１）−Ｋ) ＊ｐ）
となる値を返す関数であり、前記Ｙ（ｊ）は、Ｙ（ｊ）＝（（１<<Ｋ）＋ｊ）＾ｐとなる値を返す関数であることを特徴とする信号処理装置。
【請求項２】 前記第１の変換部は、アドレスｉに対して、Ｘ（ｉ）の値が予め格納されているテーブルによって構成されており、前記第２の変換部は、アドレスｊに対して、Ｙ（ｊ）の値が予め格納されているテーブルによって構成されている請求項１記載の信号処理装置。
【請求項３】 Ｅビットの指数部と、Ｆビットの仮数部とによって構成されている浮動小数点データをｖとした時、ｖ＾ｐの値を算出する信号処理装置であって（ｐは定数）、前記浮動小数点データの指数部からビット列を取りだす指数部抽出部と、前記浮動小数点データの仮数部の上位Ｋビットを取りだす仮数部抽出部と、前記指数部抽出部の出力ｅを入力とする関数Ｘ（ｅ）の値を出力する第１の変換部と、前記仮数部抽出部の出力ｆを入力とする関数Ｙ（ｆ）の値を出力する第２の変換部と、前記第１の変換部の出力値と、前記第２の変換部の出力値とを乗算する乗算部とを備え、ｉ、ｊを整数としたとき、実数Ｓに対し、前記Ｘ（ｉ）は、Ｘ（ｉ）＝２＾（（ｉ−（（１<<Ｅ−１）−１）−Ｋ) ＊ｐ）＊Ｓとなる値を返す関数であり、前記Ｙ（ｊ）は、Ｙ（ｊ）＝（（（１<<Ｋ）＋j ）＾ｐ) ／Ｓとなる値を返す関数であることを特徴とする信号処理装置。
【請求項４】 前記第１の変換部は、アドレスｉに対して、Ｘ（ｉ）の値が予め格納されているテーブルによって構成されており、前記第２の変換部は、アドレスｊに対して、Ｙ（ｊ）の値が予め格納されているテーブルによって構成されている請求項３記載の信号処理装置。
【請求項５】 Ｅビットの指数部と、Ｆビットの仮数部とによって構成されている浮動小数点データをｖとし、ｖの値を2.0 以上、２＾Ｎ未満とした時、ｖに対してｖの１乗を整数化した値を出力する信号処理装置であって、（Ｎ−２）を２進数で表記した時の桁数をＭとしたとき、前記指数部の少なくとも下位Ｍビットと前記仮数部の少なくとも上位（Ｎ−１）ビットのビットフィールドを取りだす指数部仮数部抽出部と、前記指数部仮数部抽出部から抽出されたビットフィールドが示す値をｗとしたとき、このビットフィールドでとり得る全てのアドレスｗにｖを整数化した値が予め格納され、前記ビットフィールドを示す値ｗを入力として該テーブルの値を読出す第３の変換部と、を有することを特徴とする信号処理装置。
【請求項６】 Ｅビットの指数部と、Ｆビットの仮数部とによって構成されている浮動小数点データをｖとした時、ｖ＾ｐの値を算出する信号処理方法であって（ｐは定数）、前記浮動小数点データの指数部からビット列を取りだし、前記浮動小数点データ仮数部の上位Ｋビットを取りだし、ｉを整数としたとき、２＾（（ｉ−（（１<<Ｅ−１）−１）−Ｋ) ＊ｐ）となる値を返す関数Ｘ（ｉ）を保持するテーブルより、前記指数部抽出部の出力ｅを入力として関数Ｘ（ｅ）の値を出力し、ｊを整数としたとき、（（１<<Ｋ）＋ｊ）＾ｐとなる値を返す関数Ｙ（ｊ）を保持するテーブルより、前記仮数部抽出部の出力ｆを入力として関数Ｙ（ｆ）の値を出力し、前記関数Ｘ（ｅ）、Ｙ（ｆ）の出力値を乗算することにより巾乗を算出することを特徴とする信号処理方法。
【請求項７】 Ｅビットの指数部と、Ｆビットの仮数部とによって構成されている浮動小数点データをｖとし、ｖの値を2.0 以上、２＾Ｎ未満とした時、ｖに対してｖの１乗を整数化した値を出力する信号処理方法であって、（Ｎ−２）を２進数で表記した時の桁数をＭとしたとき、前記指数部の少なくとも下位Ｍビットと前記仮数部の少なくとも上位（Ｎ−１）ビットのビットフィールドを取りだし、前記指数部仮数部抽出部から抽出されたビットフィールドが示す値をｗとしたとき、このビットフィールドでとり得る全てのアドレスｗにｖを整数化した値が予め格納され、前記ビットフィールドを示す値ｗを入力として該テーブルの値を読出ことによりｖ＾１を整数化した値を算出することを特徴とする信号処理方法。
【請求項８】 Ｅビットの指数部と、Ｆビットの仮数部とによって構成されている浮動小数点データをｖとした時、ｖ＾ｐの値を算出する信号処理方法であって（ｐは定数）、前記浮動小数点データの指数部からビット列を取りだすステップと、前記浮動小数点データ仮数部の上位Ｋビットを取りだすステップと、ｉを整数とした時、２＾（（ｉ‐( （１<<Ｅ）‐１）‐Ｋ) ＊ｐ）となる値を返す関数Ｘ（ｉ）を保持するテーブルより前記指数部抽出部の出力ｅを入力として関数Ｘ（ｅ）の値を出力するステップと、ｊを整数とした時、（（１<<Ｋ）＋j ）＾ｐとなる値を返す関数Ｙ（ｊ）を保持するテーブルより前記仮数部抽出部の出力ｆを入力として関数Ｙ（ｆ）の値を出力するステップと、関数Ｘ（ｅ）、Ｙ（ｅ）の出力値を乗算することにより巾乗を算出するステップを含むコンピュータプログラムを記録したプログラム記録媒体。
【請求項９】 Ｅビットの指数部と、Ｆビットの仮数部とによって構成されている浮動小数点データをｖとし、ｖの値を2.0 以上、２＾Ｎ未満とした時、ｖに対してｖの１乗を整数化した値を出力する信号処理方法であって、（Ｎ−２）を２進数で表記した時の桁数をＭとしたとき、前記指数部の少なくとも下位Ｍビットと前記仮数部の少なくとも上位（Ｎ−１）ビットのビットフィールドを取りだすステップと、前記指数部仮数部抽出部から抽出されたビットフィールドが示す値をｗとしたとき、このビットフィールドでとり得る全てのアドレスｗにｖを整数化した値が予め格納され、前記ビットフィールドを示す値ｗを入力として該テーブルの値を読出ことによりｖ＾１を整数化した値を算出するステップを含むコンピュータプログラムを記録したプログラム記録媒体。
【請求項１０】 Ｅビットの指数部と、Ｆビットの仮数部とによって構成されている浮動小数点データをｖとした時、ｖ＾ｐの値を算出する信号処理方法であって（ｐは定数）、前記浮動小数点データの指数部からビット列を取りだすステップと、前記浮動小数点データ仮数部の上位Ｋビットを取りだすステップと、ｉを整数とした時、２＾（（ｉ‐( （１<<Ｅ）‐１）‐Ｋ) ＊ｐ）となる値を返す関数Ｘ（ｉ）を保持するテーブルより前記指数部抽出部の出力ｅを入力として関数Ｘ（ｅ）の値を出力するステップと、ｊを整数とした時、（（１<<Ｋ）＋j ）＾ｐとなる値を返す関数Ｙ（ｊ）を保持するテーブルより前記仮数部抽出部の出力ｆを入力として関数Ｙ（ｆ）の値を出力するステップと、関数Ｘ（ｅ）、Ｙ（ｅ）の出力値を乗算することにより巾乗を算出するステップを実行させるためのコンピュータプログラム。
【請求項１１】 Ｅビットの指数部と、Ｆビットの仮数部とによって構成されている浮動小数点データをｖとし、ｖの値を2.0 以上、２＾Ｎ未満とした時、ｖに対してｖの１乗を整数化した値を出力する信号処理方法であって、（Ｎ−２）を２進数で表記した時の桁数をＭとしたとき、前記指数部の少なくとも下位Ｍビットと前記仮数部の少なくとも上位（Ｎ−１）ビットのビットフィールドを取りだすステップと、前記指数部仮数部抽出部から抽出されたビットフィールドが示す値をｗとしたとき、このビットフィールドでとり得る全てのアドレスｗにｖを整数化した値が予め格納され、前記ビットフィールドを示す値ｗを入力として該テーブルの値を読出ことによりｖ＾１を整数化した値を算出するステップを実行させるためのコンピュータプログラム。
【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、浮動小数点フォーマットのデータｖに対し、ｖのｐ乗（ｖ＾ｐ）を算出する信号処理装置、信号処理方法及びその記録媒体とコンピュータプログラムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】本発明者らは、特開平１１−２８８３６５号公報にて、入力が整数であるところの巾乗算出装置、例えば、ｘ＾（４／３）を少ない回路構成で、かつ高速に算出する装置に関して、その構成を述べた。発明では、入力値ｘの変域を、例えば、０≦ｘ＜８１９２とした。その様な入力値ｘに対して、ｘ＾（４／３）は以下の様に算出される。
【０００３】まず、図１に示すように、入力値ｘが１０２３以下の値か否かを検査する。１０２３以下の値であれば、ｘ’＝ｘ、そうでなければ、ｘ’＝ｘ／８とする。すなわちｘ’の値は、この段階で、ｘ’≦１０２３となっている。その様にして設定したｘ’をアドレスとしてＲＯＭテーブルを引く。当該ＲＯＭテーブルには、図２に示すように０から１０２３までの値をアドレスとしてｘ’に対する（４／３）乗の値が格納されている。
【０００４】さて、ここで、このようなＲＯＭテーブルを、ｘ’をアドレスとして引き、得られたアドレスに対応するデータをｙ’とする。もしここで、元々の入力値ｘが１０２３以下の値である場合は、ｙ＝ｙ’とし、そうでない場合は、ｙ＝ｙ’＊１６とする。この様にして算出したｙが、今求めようとしているｘ＾（４／３）である。
【０００５】このようにして、入力が整数のあるところの巾乗の計算が、少ない回路規模で、かつ高速に行えることとなる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかしながらこのような方法では、入力が整数であるということを前提にしているので、入力が浮動小数点データであるような場合適用できないという課題を有していた。
【０００７】或いは、入力の浮動小数点データを整数に型変換してから、従来の技術で述べた構成で巾乗の算出を行うこともできるが、その場合、浮動小数点データを整数に型変換するという余分の処理が発生するし、また、型変換に伴い演算精度ロスが発生するという課題を有していた。
【０００８】例えばＡＡＣ (Advanced audio coding)の処理においては、圧縮符号化のために実数を整数に変換する処理が必要となるが、そのためには夫々浮動小数点データを格納するメモリと整数データを格納するメモリとを要し、浮動小数点を小数に変換するためのメインプロセッサとコプロセッサとが必要になるなどの構成が複雑になっていた。
【０００９】本発明は、入力値が浮動小数点データである場合でも、少ない回路構成で、高速に、演算精度良く、巾乗の計算を行えるような信号処理装置を提供することを目的とする。例えば、ＭＰＥＧ２或いは、ＭＰＥＧ４オーディオ符号化方式ＡＡＣのエンコードで用いられる、ｖの０．７５乗の計算やｖの１乗の整数化の計算を少ない回路構成でかつ、高速に実現する信号処理装置、信号処理方法及びそのプログラムプロダクトを提供するものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本願の請求項１の発明は、Ｅビットの指数部と、Ｆビットの仮数部とによって構成されている浮動小数点データをｖとした時、ｖ＾ｐの値を算出する信号処理装置であって（ｐは定数）、前記浮動小数点データの指数部からビット列を取りだす指数部抽出部と、前記浮動小数点データの仮数部の上位Ｋビットを取りだす仮数部抽出部と、前記指数部抽出部の出力ｅを入力とする関数Ｘ（ｅ）の値を出力する第１の変換部と、前記仮数部抽出部の出力ｆを入力とする関数Ｙ（ｆ）の値を出力する第２の変換部と、前記第１の変換部の出力値と、前記第２の変換部の出力値とを乗算する乗算部とを備え、ｉ、ｊを整数としたとき、前記Ｘ（ｉ）は、Ｘ（ｉ）＝２＾（（ｉ−（（１<<Ｅ−１）−１）−Ｋ) ＊ｐ）
となる値を返す関数であり、前記Ｙ（ｊ）は、Ｙ（ｊ）＝（（１<<Ｋ）＋ｊ）＾ｐとなる値を返す関数であることを特徴とするものである。
【００１１】本願の請求項２の発明は、請求項１の信号処理装置において、前記第１の変換部は、アドレスｉに対して、Ｘ（ｉ）の値が予め格納されているテーブルによって構成されており、前記第２の変換部は、アドレスｊに対して、Ｙ（ｊ）の値が予め格納されているテーブルによって構成されているものである。
【００１２】本願の請求項３の発明は、Ｅビットの指数部と、Ｆビットの仮数部とによって構成されている浮動小数点データをｖとした時、ｖ＾ｐの値を算出する信号処理装置であって（ｐは定数）、前記浮動小数点データの指数部からビット列を取りだす指数部抽出部と、前記浮動小数点データの仮数部の上位Ｋビットを取りだす仮数部抽出部と、前記指数部抽出部の出力ｅを入力とする関数Ｘ（ｅ）の値を出力する第１の変換部と、前記仮数部抽出部の出力ｆを入力とする関数Ｙ（ｆ）の値を出力する第２の変換部と、前記第１の変換部の出力値と、前記第２の変換部の出力値とを乗算する乗算部とを備え、ｉ、ｊを整数としたとき、実数Ｓに対し、前記Ｘ（ｉ）は、Ｘ（ｉ）＝２＾（（ｉ−（（１<<Ｅ−１）−１）−Ｋ) ＊ｐ）＊Ｓとなる値を返す関数であり、前記Ｙ（ｊ）は、Ｙ（ｊ）＝（（（１<<Ｋ）＋j ）＾ｐ) ／Ｓとなる値を返す関数であることを特徴とするものである。
【００１３】本願の請求項４の発明は、請求項３の信号処理装置において、前記第１の変換部は、アドレスｉに対して、Ｘ（ｉ）の値が予め格納されているテーブルによって構成されており、前記第２の変換部は、アドレスｊに対して、Ｙ（ｊ）の値が予め格納されているテーブルによって構成されているものである。
【００１４】本願の請求項５の発明は、Ｅビットの指数部と、Ｆビットの仮数部とによって構成されている浮動小数点データをｖとし、ｖの値を2.0 以上、２＾Ｎ未満とした時、ｖに対してｖの１乗を整数化した値を出力する信号処理装置であって、（Ｎ−２）を２進数で表記した時の桁数をＭとしたとき、前記指数部の少なくとも下位Ｍビットと前記仮数部の少なくとも上位（Ｎ−１）ビットのビットフィールドを取りだす指数部仮数部抽出部と、前記指数部仮数部抽出部から抽出されたビットフィールドが示す値をｗとしたとき、このビットフィールドでとり得る全てのアドレスｗにｖを整数化した値が予め格納され、前記ビットフィールドを示す値ｗを入力として該テーブルの値を読出す第３の変換部と、を有することを特徴とするものである。
【００１５】本願の請求項６の発明は、Ｅビットの指数部と、Ｆビットの仮数部とによって構成されている浮動小数点データをｖとした時、ｖ＾ｐの値を算出する信号処理方法であって（ｐは定数）、前記浮動小数点データの指数部からビット列を取りだし、前記浮動小数点データ仮数部の上位Ｋビットを取りだし、ｉを整数としたとき、２＾（（ｉ−（（１<<Ｅ−１）−１）−Ｋ) ＊ｐ）となる値を返す関数Ｘ（ｉ）を保持するテーブルより、前記指数部抽出部の出力ｅを入力として関数Ｘ（ｅ）の値を出力し、ｊを整数としたとき、（（１<<Ｋ）＋ｊ）＾ｐとなる値を返す関数Ｙ（ｊ）を保持するテーブルより、前記仮数部抽出部の出力ｆを入力として関数Ｙ（ｆ）の値を出力し、前記関数Ｘ（ｅ）、Ｙ（ｆ）の出力値を乗算することにより巾乗を算出することを特徴とするものである。
【００１６】本願の請求項７の発明は、Ｅビットの指数部と、Ｆビットの仮数部とによって構成されている浮動小数点データをｖとし、ｖの値を2.0 以上、２＾Ｎ未満とした時、ｖに対してｖの１乗を整数化した値を出力する信号処理方法であって、（Ｎ−２）を２進数で表記した時の桁数をＭとしたとき、前記指数部の少なくとも下位Ｍビットと前記仮数部の少なくとも上位（Ｎ−１）ビットのビットフィールドを取りだし、前記指数部仮数部抽出部から抽出されたビットフィールドが示す値をｗとしたとき、このビットフィールドでとり得る全てのアドレスｗにｖを整数化した値が予め格納され、前記ビットフィールドを示す値ｗを入力として該テーブルの値を読出ことによりｖ＾１を整数化した値を算出することを特徴とするものである。
【００１７】本願の請求項８の発明は、Ｅビットの指数部と、Ｆビットの仮数部とによって構成されている浮動小数点データをｖとした時、ｖ＾ｐの値を算出する信号処理方法であって（ｐは定数）、前記浮動小数点データの指数部からビット列を取りだすステップと、前記浮動小数点データ仮数部の上位Ｋビットを取りだすステップと、ｉを整数とした時、２＾（（ｉ‐( （１<<Ｅ）‐１）‐Ｋ) ＊ｐ）となる値を返す関数Ｘ（ｉ）を保持するテーブルより前記指数部抽出部の出力ｅを入力として関数Ｘ（ｅ）の値を出力するステップと、ｊを整数とした時、（（１<<Ｋ）＋j ）＾ｐとなる値を返す関数Ｙ（ｊ）を保持するテーブルより前記仮数部抽出部の出力ｆを入力として関数Ｙ（ｆ）の値を出力するステップと、関数Ｘ（ｅ）、Ｙ（ｅ）の出力値を乗算することにより巾乗を算出するステップを含むコンピュータプログラムを記録したものである。
【００１８】本願の請求項９の発明は、Ｅビットの指数部と、Ｆビットの仮数部とによって構成されている浮動小数点データをｖとし、ｖの値を2.0 以上、２＾Ｎ未満とした時、ｖに対してｖの１乗を整数化した値を出力する信号処理方法であって、（Ｎ−２）を２進数で表記した時の桁数をＭとしたとき、前記指数部の少なくとも下位Ｍビットと前記仮数部の少なくとも上位（Ｎ−１）ビットのビットフィールドを取りだすステップと、前記指数部仮数部抽出部から抽出されたビットフィールドが示す値をｗとしたとき、このビットフィールドでとり得る全てのアドレスｗにｖを整数化した値が予め格納され、前記ビットフィールドを示す値ｗを入力として該テーブルの値を読出ことによりｖ＾１を整数化した値を算出するステップを含むコンピュータプログラムを記録したものである。
【００１９】本願の請求項１０の発明は、Ｅビットの指数部と、Ｆビットの仮数部とによって構成されている浮動小数点データをｖとした時、ｖ＾ｐの値を算出する信号処理方法であって（ｐは定数）、前記浮動小数点データの指数部からビット列を取りだすステップと、前記浮動小数点データ仮数部の上位Ｋビットを取りだすステップと、ｉを整数とした時、２＾（（ｉ‐( （１<<Ｅ）‐１）‐Ｋ) ＊ｐ）となる値を返す関数Ｘ（ｉ）を保持するテーブルより前記指数部抽出部の出力ｅを入力として関数Ｘ（ｅ）の値を出力するステップと、ｊを整数とした時、（（１<<Ｋ）＋j ）＾ｐとなる値を返す関数Ｙ（ｊ）を保持するテーブルより前記仮数部抽出部の出力ｆを入力として関数Ｙ（ｆ）の値を出力するステップと、関数Ｘ（ｅ）、Ｙ（ｅ）の出力値を乗算することにより巾乗を算出するステップを実行させるためのものである。
【００２０】本願の請求項１１の発明は、Ｅビットの指数部と、Ｆビットの仮数部とによって構成されている浮動小数点データをｖとし、ｖの値を2.0 以上、２＾Ｎ未満とした時、ｖに対してｖの１乗を整数化した値を出力する信号処理方法であって、（Ｎ−２）を２進数で表記した時の桁数をＭとしたとき、前記指数部の少なくとも下位Ｍビットと前記仮数部の少なくとも上位（Ｎ−１）ビットのビットフィールドを取りだすステップと、前記指数部仮数部抽出部から抽出されたビットフィールドが示す値をｗとしたとき、このビットフィールドでとり得る全てのアドレスｗにｖを整数化した値が予め格納され、前記ビットフィールドを示す値ｗを入力として該テーブルの値を読出ことによりｖ＾１を整数化した値を算出するステップを実行させるためのものである。
【００２１】
【発明の実施の形態】本実施の形態においては、入力の浮動小数点フォーマットは、ＩＥＥＥ７５４準拠の３２ビット浮動小数点フォーマットとする。まず、このＩＥＥＥ７５４準拠の３２ビット浮動小数点フォーマットについて、概略を説明する。
【００２２】図３は、ＩＥＥＥ７５４準拠の３２ビット浮動小数点フォーマットのビットフィールドを表す図である。図において、最上位の１ビットは、符号ビット１０であり、０なら正の数、１なら負の数を示す。
【００２３】符号ビット１０に続く８ビットは、指数部１１といわれる領域である。指数部１１に続く２３ビットは、仮数部１２といわれる領域である。ここで指数部を８ビットの整数と見た場合の値をｅ、仮数部２３ビットを、該２３ビットの最上位ビットの上に小数点があるような固定少数点数と見た場合の値をｋとすると、この浮動小数点フォーマットで表される実数値ｖは、ｖ＝（２＾（ｅ−１２７））＊（１・ｋ）
となる。ここで、（１・ｋ）の表記は、２３ビットデータｋの最上位ビットに小数点があり、小数点の上の１ビットは、常に１である事を示している。例えば、２３ビットデータｋがｋ＝10000000000000000000000 である場合、 （１・ｋ）＝B'1.10000000000000000000000 ＝１＋0.5 ＝1.5 を表している。尚、Ｂ’は以下の数が２進数であることを示している。確認のために、もう１つ例を示すと、ｋ＝11100000000000000000000 である場合、
を表していることになる。
【００２４】つまり、仮数部１２は、１．０以上、２．０未満の値を表現するフィールドである。すなわち、ＩＥＥＥ７５４準拠の３２ビット浮動小数点のビットパタンが、例えば、0 10000000 11100000000000000000000の場合、このビットパタンが示す実数値ｖは、ｖ＝（２＾（１２８−１２７））＊１．８７５＝３．７５となる。
【００２５】また、0 01111110 10000000000000000000000の場合、このビットパタンが示す実数値ｖは、ｖ＝（２＾（１２６−１２７））＊１．５＝０．７５となる。
【００２６】（実施の形態１）以下本発明の実施の形態１における信号処理装置について図面を参照しながら説明する。この信号処理装置は、Ｅビットの指数部と、Ｆビットの仮数部とによって構成されている浮動小数点データをｖとした時、ｖ＾ｐの値を算出する信号処理装置とする。本実施の形態では、巾乗値ｖ＾０．７５の値を求める巾乗算出装置として説明する。これはＭＰＥＧ２、或いは、ＭＰＥＧ４ＡＡＣ規格のオーディオエンコーダの中で頻繁に行われる処理に準拠している（ISO/IEC 13818-7:1997）。
【００２７】図４は実施の形態１における信号処理装置の構成を示すブロック図である。この信号処理装置は、指数部抽出部２０、仮数部抽出部２１、第１の変換部２２、第２の変換部２３、乗算部２４を含んで構成される。
【００２８】指数部抽出部２０は、浮動小数点フォーマットのデータの指数部からビット列を取りだす。すなわち本実施の形態では、ＩＥＥＥ７５４、３２ビット浮動小数点に準拠する浮動小数点フォーマットとしているので、図３に示す指数部１１の８ビットを取り出すことになる。
【００２９】仮数部抽出部２１は、浮動小数点フォーマットのデータの仮数部１２から上位Ｋビットのビット列を取りだす。すなわち本実施の形態では、図３に示す仮数部１２の２３ビット中の、上位Ｋビットを取り出すことになる。本実施の形態では、Ｋは１２とする。
【００３０】第１の変換部２２は、指数部抽出部２０の出力値ｅに対して関数Ｘ（ｅ）の値を出力する。図５は第１の変換部２２を示すテーブルである。本テーブルには、出力値ｅのとり得る値をｉとすると、アドレスｉに対して、2 ＾((ｉ-127-K)*0.75) となる値が格納されている。これは一般的には2 ＾((ｉ((1<<(E-1))-1)-K*Pとして示される。
【００３１】第２の変換部２３は、仮数部抽出部２１の出力値ｆに対して関数Ｙ（ｆ）の値を出力する。図６は第２の変換部２３を示すテーブルである。本テーブルには、出力値ｆのとり得る値をｊとすると、アドレスｊに対して、((1<<K)+j)＾0.75となる値が格納されている。尚１＜＜Ｋは２＾K を示す。これは一般的には((1<<K)+j)＾P として示される。
【００３２】乗算部２４は、第１の変換部２２の出力値と、第２の変換部２３の出力値とを乗算し、ｖ＾ｐの値を出力するものである。
【００３３】このような構成の信号処理装置の動作について説明する。まず図４の指数部抽出部２０は、入力値ｖが与えられると、該ｖに対する浮動小数点フォーマットにおける指数部を抽出する。
【００３４】例えば、ｖ＝６１４４．０であれば、これに対する浮動小数点フォーマットのビットパタンは、0 10001011 10000000000000000000000であるので、指数部抽出部２０はこの場合、10001011を抽出する。
【００３５】次に、仮数部抽出部２１は、入力値ｖが与えられると、該ｖに対する浮動小数点フォーマットにおける仮数部の上位Ｋビットを抽出する（Ｋ＝１２）。この例であれば、仮数部抽出部２１はこの場合、100000000000を抽出する。
【００３６】次に、第１の変換部２２は、指数部抽出部２０の出力値B'10001011をアドレスとして、図５に示すテーブルを引く。この例の場合、B'10001011は１３９であるので、アドレス１３９を引き、出力値１．０００を得る。
【００３７】次に、第２の変換部２３は、仮数部抽出部２１の出力値B'100000000000をアドレスとして、図６に示すテーブルを引く。この例の場合、B'100000000000は２０４８であるので、アドレス２０４８を引き、出力値６９３．９６６３０９を得る。
【００３８】最後に、乗算部２４は、第１の変換部２２の出力値と、第２の変換部２３の出力値とを乗算する。すなわち、１．０００ ＊ ６９３．９６６３０９＝６９３．９６６３０９この乗算結果は本実施の形態で求めようとしているところの、６１４４．０＾０．７５になっている。
【００３９】本実施の形態の動作を確認するために、ｖ＝１．８７５に対するｖ＾０．７５の算出過程を再度たどってみる。ｖ＝１．８７５の場合、これに対する浮動小数点フォーマットのビットパタンは、0 01111111 11100000000000000000000であるので、指数部抽出部２０はこの場合、01111111を抽出する。
【００４０】次に、仮数部抽出部２１は、入力値ｖが与えられると、該ｖに対する浮動小数点フォーマットにおける仮数部の上位Ｋビットを抽出する（Ｋ＝１２）。仮数部抽出部２１はこの場合、111000000000を抽出する。
【００４１】次に、第１の変換部２２は、指数部抽出部２０の出力値B'01111111をアドレスとして、図５に示すテーブルを引く。この例の場合、B'01111111は１２７であるので、アドレス１２７を引き、出力値０．００１９５３を得る。
【００４２】次に、第２の変換部２３は、仮数部抽出部２１の出力値B'111000000000をアドレスとして、図６に示すテーブルを引く。この例の場合、B'111000000000は３５８４であるので、アドレス３５８４を引き、出力値８２０．３９１０５２を得る。
【００４３】最後に、乗算部２４は、第１の変換部２２の出力値と、第２の変換部２３の出力値とを乗算する。すなわち、０．００１９５３ ＊ ８２０．３９１０５２＝１．６０２２２４この乗算値は、本実施の形態で求めようとしているところの、１．８７５＾０．７５になっている。
【００４４】以上の実施の形態では、第１, 第２の変換部２２，２３は、図５, 図６に示すテーブルによって構成されており、夫々アドレスｉに対して、2 ＾((ｉ-127-K)*0.75) 、アドレスｊに対して、（（1<<K)+j)＾0.75となる値が格納されていたが、必ずしもその必要はない。Ｘ（ｉ）, Ｙ（ｊ）を以下のようにしてもよい。
Ｘ（ｉ）＝２＾（（ｉ−（（１＜＜（Ｅ−１））−１）−Ｋ) ＊ｐ）＊ＳＹ（ｊ）＝（（（１＜＜Ｋ）＋j ）＾ｐ) ／Ｓ例えば、アドレスｉに対して、2 ＾((ｉ-127)*0.75) となる値が格納されているようにしてもよい。その場合、第２の変換部２３は、アドレスｊに対して、((1.0+j/(1<<K)) ＾0.75となる値が格納されているようなテーブルで構成される。このようなテーブルを、図７、図８に示した。
【００４５】図９は本実施の形態の他の構成例を示すブロック図である。この実施の形態では入力値ｖをプロセッサ２５に入力する。プロセッサ２５はメモリ２６に接続されている。メモリ２６は前述した第１、第２の変換部のテーブルのデータを保持しており、更にプロセッサ２５のプログラムを保持している。そしてこのプロセッサ２５により指数部抽出部２０、仮数部抽出部２１と同様の指数部抽出処理及び仮数部抽出処理を行う。又これらの指数部仮数部で抽出されたデータに基づいて第１、第２の変換部よりデータを読出し、乗算処理をして、その結果を出力値ｖ＾ｐとして出力する。メモリ２６内にはこれらの処理を行うプログラムと変換テーブルとが記載されているので、プロセッサ２５により変換処理が実行できる。又このようなプログラムを記載した記録媒体やプログラムをネットワークを介して伝送するコンピュータプログラムとしても実現できる。
【００４６】以上のように本実施の形態によれば、入力の浮動小数点フォーマットのデータの指数部からビット列を取りだす指数部抽出部と、当該仮数部の上位Ｋビットを取りだす仮数部抽出部と、指数部抽出部の出力ｅを入力とする関数Ｘ（ｅ）の値を出力する第１の変換部と、仮数部抽出部の出力ｆを入力とする関数Ｙ（ｆ）の値を出力する第２の変換部と、第１の変換部の出力値と、第２の変換部の出力値とを乗算する乗算部とを備えることによって、入力値が浮動小数点データである場合でも、少ない回路構成で、高速に、演算精度良く、巾乗の計算を行えることとなる。
【００４７】ここで、少ない回路構成で、と言う意味は、仮数部抽出部によって、仮数部の上位ビットのみとり出しており、該上位ビットのみをアドレスとしてテーブルを引くので、テーブルのメモリ空間が小さくて済む、ということである。
【００４８】また、高速に、という意味は、浮動小数点フォーマットのビットパタンを直接取り出す処理と、テーブルアクセスと、乗算とのみによって構成されているので、複雑な計算が不要となり、高速に実行できるということである。
【００４９】また、演算精度良く、という意味は、浮動小数点から、整数への型変換を行うことがないので、どんな場合でも、この実施の形態では、１２ビットの有効桁数が維持できる、ということである。
【００５０】本実施の形態では、仮数部から取り出すビット数Ｋを上位１２ビットとしたが、それ以外の値であっても良い。１２ビットより大きい値であれば、有効桁数がより多くとれるので演算精度が向上するが、テーブルメモリのサイズが大きくなる。逆に、１２ビットより小さい値であれば、有効桁数がより少なくなるので演算精度は劣化するが、テーブルメモリのサイズは小さくて済む。例えば、１１ビットにした場合は、第１の変換部２２には、アドレスｉに対して、2 ＾((ｉ-127-11)*0.75)となる値が格納され、第２の変換部２３には、アドレスｊに対して、(2048+j)＾0.75となる値が格納される。
【００５１】（実施の形態２）次に本発明の実施の形態２における信号処理装置について、図面を参照しながら説明する。本実施の形態では、本発明の信号処理装置の応用として、巾乗値ｖ＾1.0 の値を整数化した値を求めるための構成、すなわち、浮動小数点値ｖを整数に型変換する装置の構成、動作を説明する。浮動小数点値を整数に型変換する処理は、オーディオやビデオのエンコード処理において、極めて頻繁に行われるので、この処理を高速に行えると、その効果は絶大となる。例えば、ＭＰＥＧ２、或いは、ＭＰＥＧ４ＡＡＣ規格のオーディオエンコーダの中では、変域が1.0以上8192.0未満であるところの浮動小数点値ｖに対して、ｖの値を整数値に型変換する処理が頻繁に行われる。
【００５２】本実施の形態では、Ｅビットの指数部と、Ｆビットの仮数部とによって構成されている浮動小数点データをｖとし、ｖの値を2.0 以上、２＾Ｎ未満としたとき、ｖに対してｖの１乗を整数化した値を出力する信号処理装置について説明する。
【００５３】図１０は本実施の形態２における信号処理装置の構成を示すブロック図である。この信号処理装置は、指数部仮数部抽出部３０、第３の変換部３１を含んで構成される。指数部仮数部抽出部３１は（Ｎ−２）を２進数で表記した時の桁数をＭとしたとき、指数部の少なくとも下位Ｍビットと仮数部の少なくとも上位（Ｎ−１）ビットのビットフィールドを取りだすものである。第３の変換部３１は、指数部仮数部抽出部から抽出されたビットフィールドが示す値をｗとしたとき、このビットフィールドでとり得る全てのアドレスｗにｖを整数化した値が予め格納され、ビットフィールドを示す値ｗを入力として該テーブルの値を読出すものである。
【００５４】ｖの値を2.0 以上、２＾Ｎ未満としたとき、指数部からは（Ｎ−２）を２進数で表記したときの桁数分取り出せば十分であることの理由は、以下の通りである。まずｖ＝２＾Ｎの場合の指数部の値ｅは、２＾Ｎ＝２＾（ｅ−127)であるので、ｅ＝Ｎ＋127となる。ここでｖは2.0 以上（２＾１以上）としているので、ｅは128 以上となる。つまりこの条件では、指数部８ビットの最上位ビットは必ず”１”であるので、値を識別する上で、少なくとも最上位ビットの情報は不要で、下位側の数ビットで十分となる。ここで何ビットが必要かはＮに応じて以下のように決まる。指数部ｅの最上位ビットを除外した値をｅ’としたとき、上記式よりｅ＝Ｎ＋127であるので、ｅ’＝ｅ−128 ＝Ｎ＋127 −128 ＝Ｎ−１となる。つまりｅ’を表現するために必要なビット数は、（Ｎ−１）を表現するのに必要なビット数ということになる。本実施の形態ではｖの値を２＾Ｎ未満としたので、ｅ’を表現する値は１減り、必要なビット数は、（Ｎ−２）を表現するのに必要なビット数となる。
【００５５】さて次にｖの値を2.0 以上、２＾Ｎ未満としたとき、仮数部からは少なくともその上位（Ｎ−１）ビットのビットフィールドを取り出すとしている理由は以下の通りである。本実施の形態では、浮動小数点データを整数化する装置について述べているので、２＾Ｎ未満の値を整数化した値が何ビットで表現されるかに注目する。例えば２＾５未満の値は３２未満であるので、５ビットで表現できる。同様に、２＾６未満の値は６４未満であるので、６ビットで表現できる。つまり本実施の形態の浮動小数点フォーマットでは、仮数部は値を上位ビット側詰めで格納し、且つ最上位ビットを除外する形で表現されるので、整数化したときに必要なビット数より１ビット少ないビット数で値が表現されていることになる。従って２＾Ｎ未満の値の場合、仮数部のＮ−１ビット取り出せば値を識別できるので、仮数部からはその上位（Ｎ−１）ビットのビットフィールドを取り出している。
【００５６】このように構成することにより、指数部仮数部抽出部３０が取り出した値をアドレスとして、第３の変換部３１を構成しているテーブルを引くことによって入力値が浮動小数点データである場合でも、少ない回路構成で、高速に、巾乗の計算を行えることとなる。
【００５７】以下では説明の簡単化のために、変域が2.0 以上２＾Ｎ、即ち32.0未満であるところの浮動小数点値ｖに対して、ｖの値を整数値に型変換する信号処理装置の構成、動作を説明する。指数部仮数部抽出部３０では、浮動小数点フォーマットのデータの指数部と仮数部とをまたぐビットフィールドから仮数部の上位Ｎ−１ビットを含むビットパタンを取り出す。本実施の形態では浮動小数点フォーマットは、図３に示すものとし、その指数部の下位２ビットと仮数部の上位４ビットを取り出す。すなわち、浮動小数点フォーマットの２０ビット目から２５ビット目までの連続フィールドを取り出し、これをｗとする。
【００５８】このようにビットパターンを抽出する意図は以下のとおりである。今、入力の浮動小数点値ｖの変域は2.0 以上32.0未満としており、求めるものは、（ｉｎｔ）（ｖ＾１）である。従って、出力値は、２以上３１以下の整数である。さてここで、例えば、浮動小数点値2.0 のビットパタンは、0 10000000 00000000000000000000000であり、浮動小数点値31.99999999999999 のビットパタンは、0 10000011 11111111111111111111111であるので、この変域においては、指数部内でビットが変動するのは、指数部内の下位２ビットのみである。逆に言うと、この下位２ビットが分かれば、その値に１２８を加える事によって、元々の指数部の値が導き出せることが分かる。
【００５９】一方、仮数部については、２３ビットの全ビットが変動するが、最終的な出力値の有効桁数は５ビットであるので、仮数部として必要なビットは、仮数部内の上位４ビットのみとなる。要するに、仮数部内の上位４ビット以外のビットは、結果的に切り捨てられるビットである。そのために、指数部仮数部抽出部３０では、必要最小限の指数部であるところの下位２ビットと、仮数部の上位４ビットのみを取り出すこととした。
【００６０】第３の変換部３１は、指数部仮数部抽出部３０の出力値を受けて、関数Ｚ（ｉ，ｊ）の値を出力する。ここで、ｉ、ｊはｗから導き出せる値である。図１１は本実施の形態の第３の変換部３１を構成するテーブルを示す。本テーブルのアドレスｗには、以下の様に算出された値が格納されている。すなわち、ｉをｗの上位２ビットの値に１２８を足した値、つまり、指数部仮数部抽出部３０がアクセスした元々の浮動小数点データの指数部の値とし、ｊをｗの下位４ビットの値、つまり、指数部仮数部抽出部３０がアクセスした元々の浮動小数点データの仮数部の上位４ビットの値とする。アドレスｗには、(2＾((ｉ-127-4)*1.0)) ＊ ((1<<4)+j) ＾1.0 となる値が格納されている。
【００６１】このような構成の信号処理装置の動作について説明する。まず図１０の指数部仮数部抽出部３０は、入力値ｖが与えられると、該ｖに対する浮動小数点フォーマットにおける２０ビット目から２５ビット目までの６ビットの連続フィールドを抽出する。例えば、ｖ＝３．７５であれば、これに対する浮動小数点フォーマットのビットパタンは、0 10000000 11100000000000000000000であるので、指数部仮数部抽出部３０はこの場合、00 1110 を抽出する。
【００６２】次に、第３の変換部３１は、指数部仮数部抽出部３０の出力値B'001110をアドレスとして、図１１に示すテーブルを引く。この例の場合、B'001110は１４であるので、アドレス１４を引き、出力値３を得る。これは、入力値３．７５を整数に型変換した値になっている。
【００６３】本実施の形態の動作を確認するために、ｖ＝２０．７５に対する処理過程を再度たどってみる。ｖ＝２０．７５であれば、これに対する浮動小数点フォーマットのビットパタンは、0 10000011 01001100000000000000000であるので、指数部仮数部抽出部３０はこの場合、11 0100 を抽出する。
【００６４】次に、第３の変換部３１は、指数部仮数部抽出部３０の出力値B'110100をアドレスとして、図１１に示すテーブルを引く。この例の場合、B'110100は５２であるので、アドレス５２を引き、出力値２０を得る。これは、入力値２０．７５を整数に型変換した値になっている。
【００６５】この実施の形態においても図９と同様にプロセッサとメモリを用いてメモリ内に必要なステップを保持すると共に、第３の変換部に相当する変換テーブルを保持しておくことによって、同様にソフトウェア処理により変換処理を実現することができる。又このようなプログラムを記載した記録媒体やプログラムをネットワークを介して伝送するコンピュータプログラムとしても実現できる。
【００６６】特に、本実施の形態では、ｐを１、テーブルに格納されている値は整数値としているので、結果として本実施の形態は、浮動小数点フォーマットの入力値ｖに対して、当該ｖの値を整数値に型変換する処理を高速に行うことができるものとなる。
【００６７】
【発明の効果】請求項１〜４，６，８，１０記載の発明によれば、浮動小数点フォーマットのビットパタンを直接取り出す処理と、該取り出された値の変換処理と、乗算とのみによって構成されているので、複雑な計算が不要となり、高速に巾乗の計算が実行できるということである。
【００６８】請求項２，４記載の発明によれば、仮数部から取り出されたＫビット巾のデータでアクセスするＫビット巾のテーブルと、指数部で必要なビット巾のテーブルを設ければよいので、容量の大きなテーブルを設ける必要が無くなり、少ないハードウェア規模で、巾乗値を概算することができる。
【００６９】請求項５，７，９，１１記載の発明によれば、指数部と仮数部とが連続のビットフィールドに配置されている場合、１回のビット切りだし処理で、指数部と仮数部とが同時に切り出せることとなる。
【出願人】 【識別番号】０００００５８２１
【氏名又は名称】松下電器産業株式会社
【出願日】 平成１３年７月１９日（２００１．７．１９）
【代理人】 【識別番号】１０００８４３６４
【弁理士】
【氏名又は名称】岡本 宜喜
【公開番号】 特開２００２−１０８６０８（Ｐ２００２−１０８６０８Ａ）
【公開日】 平成１４年４月１２日（２００２．４．１２）
【出願番号】 特願２００１−２１９１６０（Ｐ２００１−２１９１６０）