數(shù)字濾波器及該設計方法、設計裝置、數(shù)字濾波器設計用程序制造方法及圖紙

一種數(shù)字濾波器，是將具有數(shù)值列呈對稱型的第１濾波器系數(shù)的原始濾波器，以及具有可實現(xiàn)于原始濾波器的頻率振幅特性（Ａ）中取得極大值的位置上具有接點且于該接點中取得極小值的頻率振幅特性（Ｂ）的對稱型第２濾波器系數(shù)的調(diào)整濾波器進行級聯(lián)連接，并通過第１濾波器系數(shù)與第２濾波器系數(shù)的卷積運算，來進行設計所欲求得的濾波器系數(shù)。（*該技術在2024年保護過期，可自由使用*）

【技術實現(xiàn)步驟摘要】
【國外來華專利技術】
本專利技術是有關于數(shù)字濾波器及該設計方法、設計裝置、數(shù)字濾波器設計用程序，尤其是有關于FIR濾波器(Finite Impulse Response Filters，有限長脈沖響應濾波器)的設計法。
技術介紹
以數(shù)字濾波器的形態(tài)而言，F(xiàn)IR(Finite Impulse Response，有限長脈沖響應)濾波器為其中之一。該FIR濾波器是具有由多個遲延器構成的抽頭延遲線(tapped delay line)，且分別通過濾波器系數(shù)將各抽頭的輸出信號放大數(shù)倍之后，再將上述相乘結(jié)果相加并予以輸出的類型的濾波器，其具有以下優(yōu)點。第一，由于FIR濾波器的轉(zhuǎn)移函數(shù)(transfer function)的極點僅在于z平面的原點，因此電路始終保持穩(wěn)定。第二，若濾波器系數(shù)為對稱型，則可實現(xiàn)完全準確的直線相位特性。該FIR濾波器中，其以有限時間長度表示的脈沖響應是直接成為濾波器系數(shù)。因此，所謂設計FIR濾波器即是指決定濾波器系數(shù)，以便以獲得預期的頻率特性。以往，在設計FIR濾波器時，是根據(jù)作為目標的頻率特性來計算出濾波器系數(shù)，再對其進行開窗處理(windowing)，以獲得有限個系數(shù)群。接著，將所得到的系數(shù)群進行FFT(Fast FourierTransform，快速傅立葉變換)，以由此轉(zhuǎn)換成頻率特性，再進行確認其是否滿足目標的特性的方法已被設計出來。當由作為目標的頻率特性來計算出濾波器系數(shù)時，例如根據(jù)采樣頻率(sampling frequency)與臨界頻率(cutoff frequency)比率，來進行采用契比雪夫近似法(Chebyshev approximation)的卷積運算(convolution operation)等。由此方式求得的系數(shù)的數(shù)量很大，當使用其所有系數(shù)時，將使得濾波器電路的抽頭數(shù)或乘法器變得非常多，并不符合現(xiàn)實所需。因此，往往通過開窗處理來將由卷積運算求得的濾波器系數(shù)的數(shù)量減至實際上可利用的程度。然而，以現(xiàn)有設計法所得的FIR濾波器的頻率特性是依賴窗口函數(shù)或近似式，因此若無法將其設定得當，將無法獲得作為目標的良好頻率特性。但是，一般而言，適當設定窗口函數(shù)或近似式是很困難的。此外，為了減少濾波器系數(shù)的數(shù)量而進行開窗處理時，由于會對于頻率特性產(chǎn)生系數(shù)的截斷誤差(trncation error)，因此難以實現(xiàn)預期的頻率特性。尤其是，會產(chǎn)生極難獲得阻止帶(通帶(passband)與遮斷帶之間的頻帶)的斜率陡峭的理想頻率特性的問題。此外，欲以以往的濾波器設計法獲得預期的頻率特性時，必須進行將所求的濾波器系數(shù)進行FFT后，一面確認其頻率特性的嘗試錯誤法。因此，會產(chǎn)生以往熟習的技術者需耗費時間與心力來進行設計，卻無法容易設計出預期特性的FIR濾波器的問題。其中，將由上述的以往方法產(chǎn)生的FIR濾波器進行多個段級聯(lián)連接(cascade connection)，由此實現(xiàn)陡峭的頻率特性的方法已為眾所周知(參照例如日本專利特開平5-243908號公報)。而且，在抽頭延遲線的各接頭間(各濾波器系數(shù)間)插入多個零值，以由此調(diào)整分析濾波器(filterbank)頻帶的方法已被周知(參照例如日本專利特表平6-503450號公報)。然而，上述任何方法與調(diào)整前相較之下，均無法使濾波器的通帶(passband)朝變窄的方向作用，且無法擴大通帶的頻寬(bandwidth)并使斜率陡峭。
技術實現(xiàn)思路
本專利技術是有鑒于前述的問題點而開發(fā)，其目的在于重新提供一種可擴大頻率特性的頻寬且使斜率陡峭的簡單的濾波器設計法，以及一種具有斜率陡峭的理想頻率特性的FIR數(shù)字濾波器。為解決上述課題，本專利技術的數(shù)字濾波器的設計方法的特征是在于具有產(chǎn)生數(shù)值列呈對稱型的第1濾波器系數(shù)的第一步驟；求取對稱型的第2濾波器系數(shù)的第二步驟，該第2濾波器系數(shù)可實現(xiàn)在以上述第1濾波器系數(shù)表示的第1頻率振幅特性中取得極大值的位置上具有接點，且于該接點中取得極小值的第2頻率振幅特性；以及進行運算求取將具有上述第1濾波器系數(shù)的第1濾波器與具有上述第2濾波器系數(shù)的第2濾波器進行級聯(lián)連接后所得的第3濾波器系數(shù)的第三步驟，其中，將在上述第二步驟產(chǎn)生的上述第3濾波器系數(shù)決定為所欲求取的濾波器系數(shù)。此外，本專利技術的數(shù)字濾波器的特征是在于具有原始濾波器，是具有數(shù)值列呈對稱型的第1濾波器系數(shù)；以及調(diào)整濾波器，是具有可實現(xiàn)于上述原始濾波器的頻率振幅特性中取得極大值的位置上具有接點，且于該接點中取得極小值的頻率振幅特性的對稱型第2濾波器系數(shù)，其中，通過將上述原始濾波器與上述調(diào)整濾波器進行級聯(lián)連接的方式而構成。再者，也可通過將使用上述設計方法而決定的第3濾波器系數(shù)設定為相對于各抽頭的信號的濾波器系數(shù)的單一濾波器來構成數(shù)字濾波器。根據(jù)以上述方式構成的本專利技術，并不需要使用開窗函數(shù)或近似式，即可簡單設計出具有通帶頻寬較寬且阻止帶的斜率較陡的頻率特性的FIR數(shù)字濾波器。附圖說明圖1是表示本實施方式的FIR數(shù)字濾波器的設計方法的步驟流程圖。圖2是是用以說明本實施方式的FIR數(shù)字濾波器的設計方法的概念的頻率特性圖。圖3是是用以說明求取第2濾波器系數(shù)的運算內(nèi)容的圖。圖4是表示對于原始帶通濾波器的頻率振幅特性及該原始帶通濾波器進行1至3個調(diào)整濾波器的級聯(lián)連接時所得的頻率振幅特性圖。圖5是用以說明將本實施方式的調(diào)整濾波器進行級聯(lián)連接時所得的頻率特性變化原理的圖。圖6是表示對于原始帶通濾波器將k＝1.5的調(diào)整濾波器進行3段級聯(lián)連接，并在最后段更進一步將k＝1的調(diào)整濾波器進行級聯(lián)連接時所得的頻率特性圖。圖7是表示原始低通濾波器的頻率振幅特性及對該原始低通濾波器進行1至5個調(diào)整濾波器的級聯(lián)連接時所得的頻率振幅特性圖。圖8是將以16位的運算精準度實際計算出的濾波器系數(shù)值(進行舍入處理前的值)加以圖形化的圖。圖9是表示進行濾波器系數(shù)舍入處理之前的數(shù)字濾波器的頻率特性圖。圖10是表示本實施方式的數(shù)字濾波器的一構成例圖。圖11是表示基本低通濾波器L4an的濾波器系數(shù)的圖。圖12是表示基本低通濾波器L4a4的硬件構成圖。圖13是表示基本低通濾波器L4a4的頻率特性圖。圖14是表示基本低通濾波器L4an的頻率一增益特性圖。圖15是表示基本高通濾波器H4sn的濾波器系數(shù)的圖。圖16是表示基本通帶濾波器B4sn的濾波器系數(shù)的圖。具體實施例方式以下根據(jù)圖面說明本專利技術的實施方式。圖1是表示本實施方式的FIR數(shù)字濾波器的設計方法的步驟流程圖。此外，圖2的頻率特性圖是用以說明本實施方式的FIR數(shù)字濾波器的設計方法的概念。在圖1中，首先產(chǎn)生數(shù)值列呈對稱型的第1濾波器系數(shù)(步驟S1)。關于該第1濾波器系數(shù)的產(chǎn)生法，在本專利技術中并未特別限定。只要濾波器系數(shù)的數(shù)值列呈對稱型，既可使用以往的采用近似式或窗口函數(shù)的設計法，也可使用本專利技術人在過去所提出的設計法(例如，日本專利特愿2001-365146號、日本專利特愿2002-129168號、日本專利特愿2002-205014號、日本專利特愿2002-306315號、日本專利特愿2002-306316號、日本專利特愿2003-56265號等)。以下簡單說明本專利技術人在過去所提出的濾波器設計法。日本專利特愿2001-365146號中記載的第一設計法是一種進行輸入多個表示預期頻率特性的振幅值，再將該輸入的數(shù)值列進行本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術保護點】
一種數(shù)字濾波器的設計方法，是對于由多個遲延器構成的帶抽頭的延遲線中的各抽頭的信號分別乘上所提供的濾波器系數(shù)之后，將各相乘結(jié)果相加并予以輸出的數(shù)字濾波器的設計方法，其特征在于，具有：產(chǎn)生數(shù)值列呈對稱型的第１濾波器系數(shù)的第一步驟；　 　求取對稱型的第２濾波器系數(shù)的第二步驟，該第２濾波器系數(shù)可實現(xiàn)在以上述第１濾波器系數(shù)表示的第１頻率振幅特性中取得極大值的位置上具有接點，且于該接點中取得極小值的第２頻率振幅特性；以及在將具有上述第１濾波器系數(shù)的第１濾波器與具有上述第 ２濾波器系數(shù)的第２濾波器進行級聯(lián)連接后，進行運算求取所得的第３濾波器系數(shù)的第三步驟，將在上述第二步驟產(chǎn)生的上述第３濾波器系數(shù)決定為所欲求取的濾波器系數(shù)。

【技術特征摘要】
【國外來華專利技術】...

【專利技術屬性】
技術研發(fā)人員：小柳裕喜生，
申請(專利權)人：神經(jīng)網(wǎng)路處理有限公司，
類型：發(fā)明
國別省市：JP[日本]