數(shù)字濾波器的設(shè)計方法、數(shù)字濾波器設(shè)計用程序、數(shù)字濾波器技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)的數(shù)字濾波器的設(shè)計方法，是通過將以預(yù)定的基本的數(shù)值列為濾波器系數(shù)的基本單元濾波器、制成中心頻率Ｆｃ有共同通帶的高通單元濾波器Ｈ１５和低通單元濾波器Ｌ１３，并將它們進行級聯(lián)連接以設(shè)計帶通濾波器，通過這樣可以不需要通過多種單元濾波器組合的特性值彼此之間的相抵以抽出所需頻帶，僅通過高通單元濾波器Ｈ１５和低通單元濾波器Ｌ１３的級聯(lián)連接，便可將相互重疊的部分作為帶通濾波器的通帶抽取出。（*該技術(shù)在2023年保護過期，可自由使用*）

【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】

本專利技術(shù)涉及數(shù)字濾波器的設(shè)計方法、數(shù)字濾波器設(shè)計用程序、數(shù)字濾波器；特別是涉及具備多個由延遲器構(gòu)成的帶抽頭的延遲線，將各抽頭信號分別變?yōu)閿?shù)倍之后進行加算并輸出的FIR濾波器的設(shè)計法。
技術(shù)介紹
在通訊、測量、語音/圖像信號處理、醫(yī)療、地震學(xué)等各種領(lǐng)域中所提供的各種電子機器中，通常在內(nèi)部施行某種數(shù)字信號處理。在數(shù)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音的輸入信號中，僅取出所需頻帶信號的濾波處理。因此，執(zhí)行數(shù)字信號處理的電子機器大多采用數(shù)字濾波器。作為數(shù)字濾波器大多采用IIR((Infinite Impulse Response無限長脈沖響應(yīng))濾波器、或FIR(Finite Impulse Response有限長脈沖響應(yīng))濾波器。其中，F(xiàn)IR濾波器是具備多個由延遲器構(gòu)成的帶抽頭的延遲線，并將各抽頭的信號分別變?yōu)閿?shù)倍之后，進行加算并輸出的濾波器，其具有下述優(yōu)點。第1，因為FIR濾波器的轉(zhuǎn)移函數(shù)的極點僅在z平面的原點才有，因此通常電路處于穩(wěn)定狀態(tài)。第2，可實現(xiàn)完全正確的直線相位特性。若將濾波器按照通帶與阻帶的配置分類，主要可分為低通濾波器、高通濾波器、帶通濾波器、帶阻濾波器四種。IIR濾波器或FIR濾波器中基本為低通濾波器，其他高通濾波器、帶通濾波器、帶阻濾波器則通過從低通濾波器執(zhí)行頻率轉(zhuǎn)換等的處理而導(dǎo)出。以前，當(dāng)設(shè)計基本低通濾波器時，以采樣頻率和截止頻率的比率為基礎(chǔ)，通過執(zhí)行采用窗函數(shù)或切比雪夫近似法等的卷積運算等，來求取對應(yīng)FIR濾波器的各抽頭的系數(shù)。然后，通過使用所求得的濾波器系數(shù)、進行模擬，邊確認頻率特性，邊適當(dāng)修正系數(shù)值，以獲得所需特性的低通濾波器。再者，在設(shè)計高通濾波器、帶通濾波器、帶阻濾波器等其他濾波器時，首先依照上述順序，設(shè)計多個基本低通濾波器。然后，通過組合這些低通濾波器以執(zhí)行頻率變換等操作，來設(shè)計具有所需頻率特性的FIR濾波器。但是，上述現(xiàn)有的濾波器設(shè)計法，必須由熟練的技術(shù)者花費時間和工夫進行設(shè)計，從而帶來不能很容易地設(shè)計所需特性的FIR濾波器這一問題。另外，即便假設(shè)能設(shè)計出接近所需特性的FIR濾波器，但所設(shè)計的濾波器的抽頭數(shù)將頗為龐大，而且其系數(shù)值將成為非常復(fù)雜的隨機值。因此，帶來為了實現(xiàn)該抽頭數(shù)和系數(shù)值而需要大規(guī)模電路結(jié)構(gòu)(加法器、乘法器)這一問題。此外，在實際使用所設(shè)計的FIR濾波器時，也會使該運算量變得非常多，而產(chǎn)生處理負荷加重的問題。在此本案申請人正是借鑒這類問題，曾考慮可容易地設(shè)計具有所需頻率特性的FIR數(shù)字濾波器，且可以較小電路規(guī)模高精度地實現(xiàn)所需頻率特性的濾波器設(shè)計法，并提出了專利申請(特愿2001-400673號公報)。本專利技術(shù)是更進一步改良該已提出的申請的內(nèi)容的專利技術(shù)，其目的在于能更高精度地實現(xiàn)所需頻率特性，且可更簡易地設(shè)計出具有此種頻率特性的FIR數(shù)字濾波器。
技術(shù)實現(xiàn)思路
為了解決上述課題，在本專利技術(shù)中，通過以基本單元濾波器為基礎(chǔ)作成相互有共同的通帶的一個以上的單元濾波器，并將上述1個以上的單元濾波器進行級聯(lián)連接來進行數(shù)字濾波器的設(shè)計，其中基本單元濾波器是通過由預(yù)定的基本的數(shù)值列所構(gòu)成濾波器系數(shù)，將多個由延遲器構(gòu)成的帶抽頭的延遲線的各抽頭的信號分別變?yōu)閿?shù)倍之后，再將這些的乘算結(jié)果進行加算并輸出而構(gòu)成的。上述基本單元濾波器的濾波器系數(shù)是由如絕對值為1，1，8，8，1，1的比率的數(shù)值列、或1，0，9，16，9，0，1的比率的數(shù)值列所構(gòu)成。另外，上述1個以上的單元濾波器包含如具有大致相同的中心頻率的高通單元濾波器和低通單元濾波器。本專利技術(shù)的其他方式是通過在上述各抽頭之間插入數(shù)個時鐘量的延遲，以使上述單元濾波器的通帶的帶寬變狹窄。本專利技術(shù)的其他方式中，當(dāng)以YF表示上述單元濾波器時，通過將上述單元濾波器級聯(lián)連接以使a*YFi-b*YFj的關(guān)系成立，從而擴大上述單元濾波器的通帶的帶寬；其中，對YF的乘算表示上述單元濾波器的級聯(lián)連接，a、b、i、j是表示上述單元濾波器的級聯(lián)連接數(shù)的系數(shù)，a＞b、i＜j。本專利技術(shù)的其他方式中通過以基本單元濾波器為基礎(chǔ)作成有較寬的通帶的單元濾波器，設(shè)計高通濾波器和低通濾波器使在上述單元濾波器的通帶中它們的各通帶相互重復(fù)，并將上述單元濾波器、上述高通濾波器及上述低通濾波器進行級聯(lián)連接，來設(shè)計以各通帶的重疊的部分為通帶的帶通濾波器，其中的基本單元濾波器是通過由預(yù)定的基本的數(shù)值列所構(gòu)成濾波器系數(shù)，將多個由延遲器構(gòu)成的帶抽頭的延遲線的各抽頭的信號分別變?yōu)閿?shù)倍之后，再將這些的乘算結(jié)果進行加算并輸出而構(gòu)成的。本專利技術(shù)的其他方式中，通過對上述高通濾波器與上述低通濾波器的任一方或雙方，進行權(quán)利要求范圍第3項和權(quán)利要求范圍第4項的任一方或雙方的操作，以微調(diào)整上述帶通濾波器的通帶。本專利技術(shù)的其他方式中，通過將采用上述設(shè)計方法而生成的濾波器列分配在1個以上的模塊中，并將對應(yīng)各模塊的最終生成系數(shù)的1個以上的濾波器進行級聯(lián)連接來設(shè)計數(shù)字濾波器。如上所述，本專利技術(shù)通過將由以預(yù)定的基本數(shù)值列為濾波器系數(shù)的基本單元濾波器所作成的1個以上的單元濾波器進行級聯(lián)連接來設(shè)計數(shù)字濾波器。此外，由于采用設(shè)計高通濾波器和低通濾波器使在有較寬的通帶的單元濾波器的該通帶中它們的各通帶相互重復(fù)，并級聯(lián)連接上述單元濾波器、高通濾波器及低通濾波器來設(shè)計數(shù)字濾波器，因此基本上僅用單元濾波器的組合便可得到數(shù)字濾波器的復(fù)雜的濾波器系數(shù)，即使不是熟練技術(shù)者也能極簡單地進行濾波器設(shè)計。另外，依照本專利技術(shù)，所設(shè)計的數(shù)字濾波器僅要非常少量的抽頭數(shù)，且對各抽頭輸出所需的濾波器系數(shù)的種類亦非常少便可，從而能使數(shù)字濾波器的結(jié)構(gòu)極為簡單化。因此，可大幅削減電路元件數(shù)(特別是乘法器)并縮小電路規(guī)模，而且還可以達到降低消耗功率、減輕計算負載等效果。此外，由于所設(shè)計的數(shù)字濾波器是以單元濾波器這一相同方式的反復(fù)而構(gòu)成的極簡單的構(gòu)造，因此在集成化時可減少工序數(shù)，從而能容易地實現(xiàn)IC化。再者，按照本專利技術(shù)的其他特征，通過將插入在各抽頭間的延遲數(shù)量較多(插入在濾波器系數(shù)間的“0”的個數(shù))的單元濾波器進行級聯(lián)連接來設(shè)計數(shù)字濾波器，可以不需增加濾波器的級聯(lián)段數(shù)，便可任意地使帶寬變狹窄。還有，按照本專利技術(shù)的其他特征，僅用級聯(lián)連接單元濾波器以符合a*YFi-b*YFj(a、b、i、i為系數(shù)，a＞b、i＜i)的關(guān)系，便可任意地擴大帶寬。再者，按照本專利技術(shù)的其他特征，設(shè)計高通濾波器和低通濾波器使在有較寬的通帶的單元濾波器的該通帶中它們的各通帶相互重復(fù)，并對該高通濾波器與低通濾波器的任一方或雙方施行將上述的使帶寬變狹窄的操作或者擴大帶寬的操作，則能簡單地微調(diào)整帶寬。附圖說明圖1是顯示采用本實施方式的濾波器設(shè)計法構(gòu)成的最基本的四種基本單元濾波器F0～F3的電路結(jié)構(gòu)及濾波器系數(shù)的數(shù)值列的圖。圖2是顯示低通單元濾波器L10的生成算法及電路結(jié)構(gòu)的圖。圖3是顯示低通單元濾波器L11的生成算法及電路結(jié)構(gòu)的圖。圖4是顯示低通單元濾波器L10、L11的頻率-增益特性的圖。圖5是顯示低通單元濾波器(L10)m的頻率-增益特性的圖。圖6是顯示高通單元濾波器H10的生成算法及電路結(jié)構(gòu)的圖。圖7是顯示高通單元濾波器H10、H11的頻率-增益特性的圖。圖8是顯示高通單元濾波器(H10)m的頻率-增益特性的圖。圖9是示意性地顯示本實施方式的帶通濾波器的設(shè)計方法的圖。圖10是顯示本本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護點】
一種數(shù)字濾波器的設(shè)計方法，其特征在于，通過以基本單元濾波器為基礎(chǔ)作成相互有共同的通帶的一個以上的單元濾波器，并將上述１個以上的單元濾波器進行級聯(lián)連接來進行數(shù)字濾波器的設(shè)計，其中基本單元濾波器是通過由預(yù)定的基本的數(shù)值列所構(gòu)成濾波器系數(shù)，將帶多個由延遲器構(gòu)成的抽頭的延遲線的各抽頭的信號分別變?yōu)閿?shù)倍之后，再將這些的乘算結(jié)果進行加算并輸出而構(gòu)成的。

【技術(shù)特征摘要】
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【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：小柳裕喜生，
申請(專利權(quán))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]