數字濾波器的設計方法及裝置、數字濾波器設計用程序、數字濾波器制造方法及圖紙

例如，計算出將具有給定的特性的對稱型的數值列作為濾波器系數的ＦＩＲ型的１個以上的基本濾波器任意組合后級聯連接的情況下的濾波器系數，通過對該計算出的濾波器系數的ｙ位的數據實施舍去低位數位的舍入處理，求出ｘ位（ｘ＜ｙ）的濾波器系數，從而，不用實施以往的窗選就能大幅削減濾波器系數，同時，防止頻率特性中產生因窗選導致的舍位誤差，能夠以較小的電路規模、高精度實現具有所期望的頻率特性的數字濾波器。（*該技術在2024年保護過期，可自由使用*）

【技術實現步驟摘要】
【國外來華專利技術】
本專利技術涉及數字濾波器的設計方法及裝置、數字濾波器設計用程序、數字濾波器，特別涉及一種具備由多個延遲器所成的帶抽頭延遲，并且分別將各抽頭的輸出信號予以數倍放大后，將它們的相乘結果予以相加而輸出的類型的FIR濾波器及其設計方法。
技術介紹
在各種
所提供的各種電子機器中，通常會在其內部進行某種的數字信號處理。數字信號處理的最重要的基本操作中，有從混合有各種信號或噪聲的輸入信號中，只取出必要的頻帶的信號的濾波處理。因此，在進行數字信號處理的電子機器中，經常使用到數字濾波器。數字濾波器，多數使用IIR(Infinite Impulse Response無限脈沖響應)濾波器或FIR(Finite Impulse Response有限脈沖響應型)濾波器。其中，FIR濾波器具有如下的優點。第1由于FIR濾波器的傳遞函數極只位于z平面的原點，故電路總保持穩定。第2濾波器系數如是對稱型，可以實現完全正確的直線相位特性。此FIR濾波器中，以有限時間長所表示的脈沖響應直接作為濾波器系數。因此，設計FIR濾波器，即指以獲得所期望的頻率特性的方式來決定濾波器系數。以往，在設計FIR濾波器時，根據作為目標的頻率特性算出濾波器系數，并對其實施窗選來獲得有限個的系數群。然后，用通過對所獲得的系數群實施FFT(高速傅利葉變換)來變換為頻率特性，并確認其是否滿足目標特性的方法來進行設計。在根據作為目標的頻率特性算出濾波器系數時，例如，以取樣頻率和截止頻率的比率為基礎，進行使用窗函數或切比雪夫近似式(Chebyshevfunction)的卷積運算等。藉此所求得的系數的數目變得巨大，如全部使用該系數，濾波器電路的抽頭數或乘法器會變得非常多，并不實際。因此，需要通過窗選來將濾波器系數的數目減少為實用上可接受的程度。但是，由于通過以往的設計方法所獲得的FIR濾波器的頻率特性，依存于窗函數或近似式，如不對它們進行良好設定，就無法獲得作為目標的良好的頻率特性。可是，一般來說，適當地設定窗函數或近似式比較困難。另外，為了減少濾波器系數的數目而進行窗選時，頻率特性會產生舍位誤差。因此存在的問題是，要想通過以往的濾波器設計方法要實現所期望的頻率特性非常困難。另外，為了設計盡可能精密實現所期望的頻率特性的FIR濾波器，通過窗選所減少的濾波器系數的數目非常有限。因此，所設計的FIR濾波器的抽頭數非常多，而且，該濾波器系數值非常復雜，為隨機的值。因此存在的問題是，為了實現其抽頭數及濾波器系數值，需要大規模的電路結構(加法器、乘法器)。另外，為了通過以往的濾波器設計方法獲得所期望的頻率特性，需要將暫時求得的濾波器系數予以FFT變換來確認該頻率特性的嘗試錯誤。因此，以往，需要熟練的技術人員花費時間與工夫來進行設計，存在的問題是，無法容易地設計所期望特性的FIR濾波器。另外，公知有通過在帶抽頭延遲線的各抽頭間(各濾波器系數間)插入1個以上的零值，來調整濾波器頻帶的方法(例如，參照特表平6-503450號公報)。另外，公知有通過級聯連接多個FIR濾波器，來實現急劇的頻率特性的方法(例如，參照特開平5-243908號公報)。但是，即使使用這些的任何一種方法，也只能令濾波器的通過頻帶變窄而已，無法以較少的抽頭數精密地實現任意形狀的頻率特性。
技術實現思路
本專利技術正是為了解決這種問題而提出的，其目的在于提供一種以較小的電路規模可高精度地實現所期望的頻率特性的FIR數字濾波器及其的設計方法。另外，本專利技術的目的在于可以簡易地設計具有所期望的頻率特性的FIR數字濾波器。為了解決前述課題，在本專利技術中，例如算出將有特定特性的對稱型的數值列作為濾波器系數具有的FIR型的1個以上的基本濾波器任意地組合后級聯連接時的濾波器系數，通過對該計算出的濾波器系數數據，進行舍入低位數位的處理，減少濾波器系數的位數。本專利技術的另一形態中，將所計算出的濾波器系數予以給定倍后，通過進行舍入小數點以后的處理，將令濾波器系數整數化。根據如上所述構成的本專利技術，通過將濾波器系數的低位數位舍入的處理，可以大幅削減不需要的濾波器系數。藉此，即所設計的數字濾波器所必要的抽頭數可以非常少，且對于各抽頭輸出所必要的濾波器系數的種類也可以非常少。因此，可以大幅削減電路元件數(特別是乘法器)，能夠削減電路規模。另外，由于通過舍入處理，可大幅減少濾波器系數的數目，因此無需為了減少濾波器系數的數目而像以往那樣實施窗選。在本專利技術的情形，通過減少位數的舍入處理，即使舍棄比特定閾值小的值的濾波器系數，決定頻率特性的主要的濾波器系數也幾乎都留存，基本不會對頻率特性造成不好影響。另外，由于不進行窗選就能實施數字濾波器的設計，因此頻率特性不會產生舍位誤差，可實現截止特性的極大的改善，且可以獲得相位特性為直線且優異的濾波器特性。即可以高精度地實現數字濾波器的所期望的頻率特性。再有，由于只需組合任意的基本濾波器后予以級聯連接等的簡易的操作，就可以設計具有所期望的頻率特性的數字濾波器，因此即使不是熟練的技術人員，也可以極為簡單地進行濾波器的設計。另外，根據本專利技術的其他特征，可將濾波器系數的數值予以整數化來使其的單純化。藉此，可用位移位電路代替乘法器來構成系數器，可使構裝的數字濾波器的構造更為簡單化。附圖說明圖1是表示基本低通濾波器L4an的濾波器系數的2是表示基本低通濾波器L4a4的頻率特性的圖。圖3是表示基本低通濾波器L4an的頻率—增益特性的圖。圖4是表示基本低通濾波器Lan的濾波器系數的圖。圖5是表示基本低通濾波器La4的頻率特性的圖。圖6是表示基本低通濾波器Lan的頻率—增益特性的圖。圖7是表示基本高通濾波器H4sn的濾波器系數的8是表示基本高通濾波器H4s4的頻率特性的圖。圖9是表示基本高通濾波器H4sn的頻率—增益特性的圖。圖10是表示基本高通濾波器Hsn的濾波器系數的11是表示基本高通濾波器Hs4的頻率特性的圖。圖12是表示基本高通濾波器Hsn的頻率—增益特性的圖。圖13是表示基本帶通濾波器B4sn的濾波器系數的14是表示基本帶通濾波器B4s4的頻率特性的圖。圖15是表示基本帶通濾波器B4sn的頻率—增益特性的圖。圖16是表示基本帶通濾波器Bsn的濾波器系數的17是表示基本帶通濾波器Bs4的頻率特性的圖。圖18是表示基本帶通濾波器Bsn的頻率—增益特性的圖。圖19是表示在基本高通濾波器Hmsn中，以m為參數的頻率—增益特性的圖。圖20是表示參數n對于參數m的最佳值的圖。圖21是表示參數m與對應其的參數n的最佳值的關系，及參數m與對應其的參數x的關系的圖。圖22是表示基本高通濾波器Hmsn的脈沖響應的圖。圖23是表示基本低通濾波器L4a4、L4a4(1)的頻率—增益特性的圖。圖24是用于說明級聯連接基本濾波器的情形的濾波器系數的運算內容的圖。圖25是表示基本低通濾波器(L4a4)M的頻率—增益特性的圖。圖26是表示基本高通濾波器(H4s4)M的頻率—增益特性的圖。圖27是示意表示由基本濾波器的級聯連接得到的帶通濾波器的設計方法的圖。圖28是表示由基本濾波器的級聯連接得到的帶通濾波器的具體的設計例的圖。圖29是表示由基本濾波器的級聯連接得到的帶通濾波器的具體的設計例的圖。圖30是示意表示通過不同種類的基本濾波器的級聯連接本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種數字濾波器的設計方法，其特征在于，包括：算出將具有基本的濾波器系數的ＦＩＲ型的１個以上的基本濾波器任意組合后級聯連接時的濾波器系數的第１步驟，所述基本的濾波器系數的值被設定為，數值列為對稱型，該數值列的合計值不為零，且該數值列的 每隔１個的合計值符號相同且彼此相等，或者，數值列為對稱型，該數值列的合計值為零，且該數值列的每隔１個的合計值符號相反且彼此相等；以及，通過對在所述第１步驟所算出的濾波器系數的數據，實施將低位數位舍入的舍入處理，減少濾波器系數的位數的 第２步驟。

【技術特征摘要】
【國外來華專利技術】...

【專利技術屬性】
技術研發人員：小柳裕喜生，
申請(專利權)人：神經網路處理有限公司，
類型：發明
國別省市：JP[日本]