專利名稱：數(shù)字濾波器的設計方法及裝置、數(shù)字濾波器設計用程序、數(shù)字濾波器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明是關于數(shù)字濾波器的設計方法及裝置、數(shù)字濾波器設計用程序、數(shù)字濾波器，特別是關于具備有由多個遲延器構成的帶抽頭的延遲線，并在將各抽頭信號分別變?yōu)閿?shù)倍之后，相加后輸出的FIR濾波器及其設計方法。
背景技術：
在提供給通信、測量、聲音、影像信號處理、醫(yī)療、地震學等各種領域的各種電子機器中，經(jīng)常要在其內(nèi)部實施某種數(shù)字信號處理。數(shù)字信號處理的最重要基本操作中，有從混合著各種信號或噪聲的輸入信號之中，僅取出必要的某個頻段信號的濾波處理。所以，在進行數(shù)字信號處理的電子機器中，經(jīng)常采用數(shù)字濾波器。
作為數(shù)字濾波器，經(jīng)常采用IIR(Infinire Impulse Response，無限脈沖響應)濾波器、或FIR(Finite Impulse Response，有限脈沖響應)濾波器。其中，F(xiàn)IR濾波器具有下述優(yōu)點。第1，由于FIR濾波器的傳遞函數(shù)的極點僅在z平面的原點處才有，因此電路總處于穩(wěn)定。第2，若濾波器系數(shù)為對稱型，便可實現(xiàn)完全正確的直線相位特性。
若將濾波器根據(jù)通過區(qū)域與阻止區(qū)域的配置進行分類的話，主要可分為低通濾波器、高通濾波器、帶通濾波器、帶阻濾波器這四種?；居肐IR濾波器與FIR濾波器構成的是低通濾波器，而其他的高通濾波器、帶通濾波器、帶阻濾波器，則通過進行頻率變換等處理從低通濾波器導出。
但是，F(xiàn)IR濾波器，由有限時間長度表示的脈沖響應，直接當作濾波器的系數(shù)。所以，所謂設計FIR濾波器，是指決定濾波器系數(shù)以獲得期望的頻率特性。
以往，在設計構成基本的低通濾波器時，通過根據(jù)采樣頻率與截止頻率的比率，進行利用窗函數(shù)與切比雪夫近似法等的卷積運算，求取與FIR濾波器的各抽頭對應的濾波器系數(shù)。然后，通過用所求得濾波器系數(shù)進行模擬，一邊確認頻率特性，一邊適當修正系數(shù)值，獲得所需特性的低通濾波器。
另外，在設計高通濾波器、帶通濾波器、帶阻濾波器等其他濾波器時，首先按照上述次序設計多個基本的低通濾波器。然后，通過將其組合后進行頻率變換等操作，設計出具有期望的頻率特性的FIR濾波器。
然而，由于依現(xiàn)有設計方法所獲得濾波器的頻率特性，依賴于窗函數(shù)或切比雪夫近似式，因此若未將其良好設定，無法獲得良好的頻率特性?？墒?，一般來說難以適當設定窗函數(shù)與近似式。即，上述現(xiàn)有的濾波器設計方法，熟練的技術人員需要大量時間和精力進行設計，造成設計所需特性的FIR濾波器較為不便的問題。
再者，即便假設可設計出接近所需特性的濾波器，所設計的濾波器的抽頭數(shù)也過于龐大，且其系數(shù)值為非常復雜隨機的數(shù)值。因此問題就是，若要實現(xiàn)此抽頭數(shù)與系數(shù)值，需要大規(guī)模的電路結構(加法器、乘法器)。此外，實際使用所設計的FIR濾波器時，運算量非常巨大，導致處理負荷過重的問題。
本發(fā)明正是為解決上述問題，其目的在于，能較為方便地設計具所需頻率特性的FIR數(shù)字濾波器。
再者，本發(fā)明的目的在于，提供一種可用較小的電路規(guī)模高精度實現(xiàn)的FIR濾波器。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明下的數(shù)字濾波器的設計方法，其特征在于通過使用具有將值設定為數(shù)值串為非對稱型、上述數(shù)值串的總和非零、并且上述數(shù)值串的隔1相加之和為同號且相等的基本的濾波器系數(shù)的第1單元濾波器，和具有將值設定為數(shù)值串為非對稱型、該數(shù)值串的總和為零、并且該數(shù)值串的隔1相加之和為反號且絕對值相等的基本的濾波器系數(shù)的第2單元濾波器之中的至少一種，并借助任意級聯(lián)連接0個以上的上述第1單元濾波器和0個以上的上述第2單元濾波器，來進行濾波器設計。
本發(fā)明的另一個方式中，通過使用將具有將值設定為數(shù)值串的總和非零、該數(shù)值串的隔1相加之和為同號且相等的非對稱型的濾波器系數(shù)的多個基本濾波器，級聯(lián)連接為整體上的數(shù)值串構成對稱型而形成的第1單元濾波器，和將具有將值設定為數(shù)值串的總和為零、該數(shù)值串的隔1相加之和為異號且相等的非對稱型的濾波器系數(shù)的多個基本濾波器，級聯(lián)連接為整體上的數(shù)值串構成對稱型而形成的第2單元濾波器之中的至少一種，并借助任意級聯(lián)連接0個以上的上述第1單元濾波器和0個以上的上述第2單元濾波器，來進行濾波器設計。
在本發(fā)明的另一個形式中，其特征為通過在與構成上述第1及第2單元濾波器的非對稱型的濾波器系數(shù)相對應的各抽頭間，插入n時鐘量的延遲，來調(diào)整濾波器的通過頻帶。
另外，本發(fā)明下的數(shù)字濾波器，其特征為具備由多個延遲器所形成的帶抽頭的延遲線，通過用上述之一的濾波器設計方法求得的濾波器系數(shù)、分別將各抽頭的信號變?yōu)閿?shù)倍后，相加輸出。
本發(fā)明的另一個形式中，其特征為用于在與上述非對稱型的濾波器系數(shù)相對應的各抽頭間插入n時鐘量的延遲延遲模塊，如下構成。即具備按照周期為基準時鐘的1/n倍的第2時鐘、將輸入的數(shù)據(jù)保持輸出的延遲電路如上述說明，依據(jù)本發(fā)明，由于通過任意組合1個以上的以給定的非對稱型的數(shù)值串為濾波器系數(shù)的單元濾波器，來設計數(shù)字濾波器，因此能夠僅通過單元濾波器的組合，就能自動地獲得具有期望的頻率特性的數(shù)字濾波器的系數(shù)，即不是熟練的技術人員，也可以簡單地進行濾波器的設計。
另外，由于依據(jù)本發(fā)明，上述給定的非對稱型的數(shù)值串，對應于將給定的對稱型的數(shù)值串從其中央分出的一半，因此設計出的數(shù)字濾波器所需要的抽頭數(shù)非常少，而且，對于各抽頭輸出來說必要的濾波器系數(shù)的種類也非常少。而且，不須使用窗函數(shù)，所獲得的濾波器系數(shù)也不會產(chǎn)生截尾誤差。因此，可實現(xiàn)大幅縮減電路元件數(shù)(特別是乘法器)減小電路規(guī)模、降低耗電量、減輕運算負荷等，同時，能高精度地實現(xiàn)期望的數(shù)字濾波器的頻率特性。此外，由于設計的數(shù)字濾波器，為通過反復基本濾波器這個相同樣式來構成具有極單純的結構，因此在集成化時可減少工序數(shù)，便于IC化。


圖1，是表示5抽頭單元濾波器L10、H10的電路結構及濾波器系數(shù)的數(shù)值串的圖。
圖2是表示5抽頭單元濾波器L10、H10的濾波器系數(shù)的生成算法的圖。
圖3是用于說明5抽頭低通單元濾波器L10的濾波器系數(shù)的意義的圖。
圖4是用于說明5抽頭高通單元濾波器H10的濾波器系數(shù)的意義的圖。
圖5是表示5抽頭低通單元濾波器L11的濾波器系數(shù)的生成算法的圖。
圖6是表示5抽頭低通單元濾波器L10、L11的頻率-增益特性的圖。
圖7是表示5抽頭高通單元濾波器H11的濾波器系數(shù)的生成算法的圖。
圖8是表示5抽頭高通單元濾波器H10、H11的頻率-增益特性的圖。
圖9是表示5抽頭低通單元濾波器(L10)m的頻率-增益特性的圖。
圖10是表示5抽頭高通單元濾波器(H10)m的頻率-增益特性的圖。
圖11是用于說明頻段的抽取的圖。
圖12是表示另一個頻段的抽取示例的圖。
圖13是表示用第1實施方式下的濾波器設計方法、構成最基本的2種3抽頭單元濾波器的電路結構及濾波器系數(shù)數(shù)值串的圖。
圖14是表示將簡單數(shù)值串{8、-9、0、1}/16作為濾波器系數(shù)的情況下、3抽頭高通濾波器H10’的頻率特性的圖。
圖15是表示當僅調(diào)整了濾波器系數(shù)H3時、3抽頭高通單元濾波器H10’的頻率特性的圖。
圖16是表示當調(diào)整了濾波器系數(shù)H2、H3時、3抽頭高通單元濾波器H10’的頻率特性的圖。
圖17是表示第1實施方式下的帶通濾波器的電路示例的圖。
圖18是表示圖17所示的帶通濾波器的頻率特性的圖。
圖19是表示第2實施方式下的單元濾波器L10”、H10”的電路結構及濾波器系數(shù)的數(shù)值串的圖。
圖20是表示第2實施方式下的低通單元濾波器L10”的頻率特性的圖。
圖21是表示第2實施方式下的高通單元濾波器H10”的頻率特性的圖。
圖22是表示5抽頭單元2次濾波器L20、H20的濾波器系數(shù)的生成算法的圖。
具體實施例方式
以下，參照附圖對本發(fā)明一個實施方式進行說明。
本實施方式的數(shù)字濾波器，是具備由多個延遲器所構成的帶抽頭的延遲線，將各抽頭的輸出信號通過被賦給的濾波器系數(shù)分別變?yōu)閿?shù)倍之后，相加輸出類型的FIR濾波器。
(第1實施方式)第1實施方式下的濾波器設計方法，制作下述所說明的2種3抽頭單元濾波器L1n’、H1n’，并能僅通過它們的組合設計具期望頻率特性的FIR濾波器。另外，在表示單元濾波器的符號后所附加的“n”字，是表示插入于各抽頭間的延遲的時鐘數(shù)，即插入于各濾波器系數(shù)間的“0”的數(shù)量(容后詳述)。
首先，對作為用于理解上述2種3抽頭單元濾波器L1n’、H1n’的參考的2種5抽頭單元濾波器L1n、H1n進行說明。圖1是表示5抽頭單元濾波器L10、H10圖，(a)表示其電路結構，(b)表示濾波器系數(shù)的數(shù)值串。
如圖1(a)所示，5抽頭單元濾波器L10、H10，是利用級聯(lián)連接的6個D型觸發(fā)器1-1～1-6，將輸入信號逐個時鐘CK依次延遲。然后，對于從各D型觸發(fā)器1-1～1-6的給定抽頭中抽取出的信號，將圖1(b)所示的濾波器系數(shù)h1～h5分別與5個系數(shù)器2-1～2-5相乘，并將其乘法結果全部利用4個加法器3-1～3-4相加后輸出。
上述2種5抽頭單元濾波器L10、H10的電路結構，均如圖1(a)所示，僅濾波器系數(shù)(系數(shù)器2-1～2-5的乘數(shù)值h1～h5)不同，如圖1(b)所示。
由圖1(b)得知，5抽頭低通單元濾波器L10的的濾波器系數(shù)，是由極單純的數(shù)值串{-1，0，9，16，9，0，-1}/32所構成(其中，數(shù)值為“0”的部分如圖1(a)所示不是抽頭輸出，沒有用作濾波器系數(shù))。此種濾波器系數(shù)，是其數(shù)值串為對稱型，具有數(shù)值串的總和非零、且數(shù)值串隔1相加的總和同號且相等的性質(zhì)(-1+9+9-1＝16，0+16+0＝16)。
另外，5抽頭高通單元濾波器H10的濾波器系數(shù)，由極單純的數(shù)值串{1，0，-9，16，-9，0，1}/32構成(其中，數(shù)值“0”的部分不是抽頭輸出，沒有用作濾波器系數(shù))。此種濾波器系數(shù)，其數(shù)值串為對稱型，具有數(shù)值串的總和為零、且數(shù)值串隔1相加之和反號且絕對值相等的性質(zhì)(1-9-9+1＝-16，0+16+0＝16)。
在此，對構成這些濾波器系數(shù)的數(shù)值串的涵義，用圖2～4進行說明。
圖2為，用于對構成5抽頭單元濾波器L10、H10的濾波器系數(shù)的數(shù)值串的生成法進行說明的圖。如圖2(a)所示，構成5抽頭低通單元濾波器L10的濾波器系數(shù)的數(shù)值串，通過對在每1時鐘CK數(shù)據(jù)值變化為{-1，1，8，8，1，-1}/16的給定數(shù)字基本函數(shù)，進行1次移動平均運算求得。
另外，如圖2(b)所示，構成5抽頭高通單元濾波器H10的濾波器系數(shù)的數(shù)值串，通過對在每1時鐘CK數(shù)據(jù)值變化為{1，-1，-8，8，-1，1}/16、和每1時鐘CK數(shù)據(jù)值變化為{1，-1，8，-8，-1，1}/16的數(shù)字基本函數(shù)，進行移動平均運算求得。
圖3是表示對構成5抽頭低通單元濾波器L10的濾波器系數(shù)的數(shù)值串，實施4倍過采樣與卷積(convolution)運算的結果圖。另外，在此為了令說明便于理解，僅表示的是對將原數(shù)值串變?yōu)?2倍的整數(shù)數(shù)值串{-1，0，9，16，9，0，-1}實施過采樣與卷積運算的示例。
在圖3(a)中，最左列所示的一串數(shù)值串，是對原數(shù)值串{-1，0，9，16，9，0，-1}實施4倍過采樣后的數(shù)值。此外，從最左邊起向右側(cè)4列的數(shù)值串，將最左列所示數(shù)值串向下逐一移位。圖3(a)的列方向表示時間軸，所謂將數(shù)值串向下移位，與將最左列所示數(shù)值串逐漸延遲相對應。
換句話說，左起第2列數(shù)值串，表示將最左列表示的數(shù)值串偏移4倍頻率的時鐘4CK的1/4相位的數(shù)值串。此外，左起第3列的數(shù)值串，表示將左起第2列所示的數(shù)值串偏移4倍頻率的時鐘4CK的1/4相位的數(shù)值串，左起第4列數(shù)值串，表示將左起第3列所示的數(shù)值串再偏移4倍頻率的時鐘4CK的1/4相位的數(shù)值串。
另外，左起第5列數(shù)值串，是將對應第1～4列的各數(shù)值串的各行相加后的數(shù)值。通過到左起第5列為止的處理，數(shù)字式地執(zhí)行伴隨4相卷積運算的4倍過采樣。
從第5列起向右4列的數(shù)值串，將第5列所示數(shù)值串向下逐一移位。此外，左起第9列數(shù)值串，是將與第5～8列各數(shù)值串對應的各行相加后的數(shù)值。通過至左起第9列為止的處理，數(shù)字式地2次執(zhí)行伴隨4相卷積運算的4倍過采樣。
另外，左起第10列的數(shù)值串，將第9列所示的數(shù)值串向下移1位。此外，左起第11列(最右列)數(shù)值串，是用對應第9列數(shù)值串與第10列數(shù)值串的各行相加后的數(shù)值。
將該圖3(a)的最右列所示的最后獲得的數(shù)值串圖形化，則如圖3(b)所示。具有此圖3(b)所示波形的函數(shù)，是僅當沿橫坐標軸的采樣位置處于t1至t4間時，有“0”以外的有限數(shù)值，處此之外的區(qū)域的數(shù)值全部為“0”的函數(shù)，即、是在采樣位置t1、t4中數(shù)值收斂于“0”的函數(shù)。將上述函數(shù)的數(shù)值在局部區(qū)域為“0”以外的有限數(shù)值、而在此外的區(qū)域中為“0”的情況，稱之為“有限基(finitebase)”。
另外，圖3(b)所示函數(shù)，是具有如下特征，即僅在中央的采樣位置t5取得極大值，而在t1、t2、t3、t4這4個采樣位置中數(shù)值為“0”的采樣化函數(shù)，為了獲得平滑的波形數(shù)據(jù)，通過全部必要的采樣。
然后，圖4是，表示對構成5抽頭高通單元濾波器H10的濾波器系數(shù)的數(shù)值串，實施4倍過采樣與卷積運算的結果的圖。另外，這里也為了令說明便于理解，僅表示對將原數(shù)值串變?yōu)?2倍的整數(shù)數(shù)值串{1，0，-9，16，-9，0，1}實施過采樣與卷積運算的示例。
圖4(a)表示與上述圖3(a)相同的運算過程。將圖4(a)的最右列所示的最終獲得的數(shù)值串圖形化，如圖4(b)所示。此圖4(b)所示的函數(shù)，也是僅在中央的采樣位置t7’處取得極大值的采樣化函數(shù)，是可在整個區(qū)域中進行1次微分，并且在采樣位置t1’、t6’中收斂于0的有限基的函數(shù)。
下面，對將插入各抽頭間的延遲時鐘數(shù)n設定為n≥1的情況進行說明。圖5是，表示5抽頭低通單元濾波器L11(n＝1的情況)的濾波器系數(shù)的圖。如圖5所示，5抽頭低通單元濾波器L11的濾波器系數(shù)，是通過在上述5抽頭低通單元濾波器L10的各濾波器系數(shù)之間，各插入1個“0”生成。
同樣的，5抽頭低通單元濾波器L1n(n＝2，3，…)的濾波器系數(shù)，通過在上述5抽頭低通單元濾波器L10的各濾波器系數(shù)之間，各插入n個“0”生成。
圖6是，表示將5抽頭低通單元濾波器L10、L11的數(shù)值串，F(xiàn)FT變換(Fast Fourier Transfer高速傅立葉變換)后的結果的頻率-增益特性的圖。這里，將增益與頻率用“1”標準化。
由此圖6可知，5抽頭低通單元濾波器L10、L11可獲得良好的低通濾波器特性，即中心頻率處增益為0.5，且不存在低頻區(qū)域下的超調(diào)量(overshoot)或高頻區(qū)域下的振鈴(ringing)。此外，若令插入各濾波器系數(shù)之間的“0”的數(shù)量為n，其頻率-增益特性的頻率坐標軸(頻率方向?qū)闹芷?為1/n。
作為實現(xiàn)此種低通濾波器特性的基礎的、上述圖2(a)的數(shù)值串，構成圖3(b)所示的有限基的采樣化函數(shù)的基礎。與現(xiàn)在一般所采用的采樣化函數(shù)在t＝±∞的采樣位置收斂于“0”不同，圖3(b)所示的采樣化函數(shù)，是在t＝t1、t4的有限采樣位置處收斂于“0”。
因此，當對上述圖2(a)的數(shù)值串實施FFT變換時，僅相當于t＝t1～t4范圍內(nèi)的數(shù)據(jù)有意義。由于對于相當于t＝t1～t4范圍外的數(shù)據(jù)來說，本來應當考慮并不是要忽略，但因為理論上并無考慮的必要，因此不會發(fā)生截尾誤差。所以，若將上述圖2(a)所示的數(shù)值串使用作為濾波器系數(shù)，不必用窗函數(shù)進行系數(shù)的截尾，能夠獲得良好的低通濾波器特性。
圖7是，表示5抽頭高通單元濾波器H11的濾波器系數(shù)的圖。如圖7所示，5抽頭高通單元濾波器H11的濾波器系數(shù)，通過在上述5抽頭高通單元濾波器H10的各濾波器系數(shù)之間，各插入1個“0”生成。
同樣，5抽頭高通單元濾波器H1n(n＝2，3，…)的濾波器系數(shù)，通過在上述5抽頭高通單元濾波器H10的各濾波器系數(shù)之間，各插入n個“0”生成。
圖8是，表示5抽頭高通單元濾波器H10、H11的頻率-增益特性的圖。這里，也將增益與頻率利用“1”標準化。由此圖8可知，5抽頭高通單元濾波器H10、H11可獲得良好的高通濾波器特性，即在中心頻率處增益為0.5，且不存在高頻區(qū)域下的超調(diào)量或低頻區(qū)域下的振鈴。此外，若令插入各濾波器系數(shù)間的“0”的數(shù)量為n，其頻率-增益特性的頻率坐標軸(頻率方向?qū)闹芷?為1/n。
作為實現(xiàn)此種高通濾波器特性的基礎、上述圖2(b)的數(shù)值串，也構成圖4(b)所示的有限基采樣化函數(shù)的基礎。所以，通過將此數(shù)值串使用作為濾波器系數(shù)，無需用窗函數(shù)進行系數(shù)截尾，并可獲得良好的高通濾波器特性。
下面，對5抽頭單元濾波器的級聯(lián)連接進行說明。通過將5抽頭單元濾波器級聯(lián)連接，在各單元濾波器的系數(shù)間進行乘法·加法生成新的濾波器系數(shù)。以下，例如將5抽頭低通單元濾波器L10的級聯(lián)數(shù)設定為m時，并將其記為(L10)m。
圖9是，表示5抽頭低通單元濾波器L10、(L10)2、(L10)4、(L10)8的頻率-增益特性的圖。此圖9也是將增益及頻率用“1”標準化。當只有1個5抽頭低通單元濾波器L10時，振幅為0.5的位置的時鐘為0.25。與此相對，若級聯(lián)數(shù)m變多，濾波器的帶通寬度變窄。例如，當m＝8時，振幅為0.5的位置的時鐘為0.125。
圖10表示的是，5抽頭高通單元濾波器H10、(H10)2、(H10)4、(H10)8的頻率-增益特性。此圖10也將增益及頻率用“1”標準化。當只有1個5抽頭高通單元濾波器H10時，振幅為0.5的位置的時鐘為0.25。與此相對，若級聯(lián)數(shù)m變多，濾波器的帶通寬度變窄。例如當m＝8時，振幅為0.5的位置的時鐘為0.375。
下面，對期望頻帶的抽取進行說明。圖11是用于對頻帶抽取進行說明的圖。頻帶的抽取，用級聯(lián)連接4個以上上述單元濾波器的產(chǎn)物來進行。圖11(a)是，將5抽頭低通單元濾波器(L10)4、(L11)4、(L13)4、(L17)4的頻率-增益特性，整合在1個圖形上表示的圖。此圖11(a)也將增益及頻率用“1”標準化。
將這多種5抽頭低通單元濾波器(L10)4、(L11)4、(L13)4、(L17)4組合后，各特性值之間相互抵消結合來進行頻帶抽取。此外，通過將這些波形作為基本來組合、并根據(jù)需要向反轉(zhuǎn)頻率坐標軸方向移動，從而能夠作成僅期望頻帶為通過頻段的濾波器。
圖11(b)是，將這4種5抽頭低通單元濾波器(L10)4、(L11)4、(L13)4、(L17)4級聯(lián)連接時所獲得的頻率特性。據(jù)此，獲得低頻的極窄區(qū)域為通過頻段、具有基本良好的衰減特性的低通濾波器。雖然發(fā)生些許振鈴，但是因為此振鈴發(fā)生在落入-106dB以上的部分，因此幾乎可忽視。
圖12是，表示頻帶的抽取的另一個示例的圖。如圖12(a)所示，將5抽頭高通單元濾波器(H10)8、與5抽頭低通單元濾波器(L11)8、(L13)8、(L17)8組合并將其級聯(lián)連接后，可獲得給定頻帶為通過頻段的高通濾波器。
再者，如圖12(b)所示，將5抽頭低通單元濾波器(L10)8、(L11)8、(L13)8組合并將其級聯(lián)連接后，可獲得給定頻帶為通過頻段的低通濾波器。此外，如圖12(c)所示，將5抽頭高通單元濾波器(H11)8、與5抽頭低通單元濾波器(L13)4、(L17)4、(L115)8組合并將其級聯(lián)連接后，可獲得給定頻帶為通過頻段的帶通濾波器。
如上述，通過用將給定的基本數(shù)值串設定為濾波器系數(shù)的5單元濾波器并將其任意組合，僅由單元濾波器的組合，便可自動生成具有期望的頻率特性的FIR濾波器的濾波器系數(shù)。所以，簡化了濾波器設計方法，即便不是熟練的技術者，也能很容易地進行濾波器設計。
再者，因為在采用上述手法所設計的濾波器電路中，所需要的抽頭數(shù)量非常少，且對各抽頭輸出所需的濾波器系數(shù)種類也極少，因此能夠簡化濾波器電路的運算部的結構。所以，能夠大幅削減電路元件數(shù)(特別是乘法器)、縮小濾波器電路的規(guī)模，而且可實現(xiàn)降低消耗功率、減輕運算負荷等。
再者，因為采用上述手法所設計的濾波器電路，通過反復相同的樣式形成、具有極簡單的結構，因此在集成化時可縮短工序數(shù)量，且具有便于IC化的優(yōu)點。此外，在特性面上，截止特性可獲得極大的改善，相位特性也為直線、能夠獲得良好的濾波器特性。
對于上述所說明的內(nèi)容，本案申請人已然提出專利申請案(日本專利特愿2001-321321號)。本實施方式，是對此已提出申請的內(nèi)容進行進一步改良，如上所述，能只通過2種3抽頭單元濾波器L1n’、H1n’的組合，設計具有期望的頻率特性的FIR濾波器。上述3抽頭單元濾波器L1n’、H1n’的濾波器系數(shù)，通過將上述的5抽頭單元濾波器L1n、H1n的濾波器系數(shù)的數(shù)值串從其中央分為兩半、并對其中一半進行進一步調(diào)整后得到。
圖13是，表示3抽頭單元濾波器L10’、H10’的圖，(a)表示其電路結構，(b)表示濾波器系數(shù)數(shù)值串。如圖13(a)所示，3抽頭單元濾波器L10’、H10’，通過級聯(lián)連接的3個D型觸發(fā)器11-1～11-3，將輸入信號依次逐個時鐘CK延遲。然后，對從各D型觸發(fā)器11-1～11-3的給定抽頭中抽取出的信號，將圖13(b)所示的濾波器系數(shù)H1～H3，用3個系數(shù)器12-1～12-3分別相乘，并將其全部乘法結果用2個加法器13-1～13-2相加后再輸出。
上述2種3抽頭單元濾波器L10’、H10’的電路結構，均如圖13(a)所示，僅濾波器系數(shù)(系數(shù)器12-1～12-3的乘數(shù)值H1～H3)不同，如圖13(b)所示。
3抽頭低通單元濾波器L10，的濾波器系數(shù)，其數(shù)值串為非對稱型，該數(shù)值串的總和非零，且具有該數(shù)值串隔1相加之和同號相等的性質(zhì)。此外，3抽頭高通單元濾波器H10的濾波器系數(shù)，其數(shù)值串為非對稱型，數(shù)值串的總和為零，且具有該數(shù)值串隔1相加之和異號且絕對值相等的性質(zhì)。
如上所述，這3抽頭單元濾波器L10’、H10’的濾波器系數(shù)，除了非對稱型這點之外，其它性質(zhì)均與上述5抽頭單元濾波器L10、H10相同。但是，與5抽頭單元濾波器L10、H10的濾波器系數(shù)相比，數(shù)值變得有些復雜。以下，說明此理由。
圖14，是表示將5抽頭高通單元濾波器H10的濾波器系數(shù){1，0，-9，16，-9，0，1}/32，從其中央處分為兩半，并將相當于其單側(cè)的簡單數(shù)值串{8，-9，0，1}/16作為濾波器系數(shù)時(其中，數(shù)值為“0”部分不是抽頭輸出，不作為濾波器系數(shù)使用)的頻率特性的圖。在此，將增益及頻率用“1”標準化。
如該圖14所示，若將5抽頭高通單元濾波器H10的數(shù)值串僅簡單分出一半的數(shù)值串作為濾波器系數(shù)使用，在其頻率特性中構成通過頻段的部分的峰值將波動并產(chǎn)生多個極大值，且其極大值會超過“1”。具有此種頻率特性的單元濾波器，不適用于將其多個級聯(lián)連接來對期望的FIR濾波器進行設計的方式。
因此，調(diào)整上述簡單的數(shù)值串{8，-9，0，1}/16。首先，縮小決定高頻區(qū)域側(cè)的頻率特性的濾波器系數(shù)H3的絕對值。換句話說，通過將其系數(shù)值從“1”變更為“1-N/8”(N＝1，2，…，8之一)來減少高頻區(qū)域成分，從而僅令通過頻段的正中央為增益最大值。
圖15是，表示在濾波器系數(shù)H3設定為N＝3時的頻率特性的圖。由此圖15可知，通過頻段的波動現(xiàn)象獲得改善，且僅中央部分為增益最大值。但是，最大值仍然超過“1”。所以，接著進一步調(diào)整系數(shù)值，以令此增益的最大值恰好為“1”。
最大值的調(diào)整，可用與高頻區(qū)域成分的調(diào)整所用的濾波器系數(shù)H3符號相反的濾波器系數(shù)H2來進行。這里，將濾波器系數(shù)H2的絕對值減小，從“-9”變?yōu)椤?(9-N/8)”(N＝1，2，…，8之一)。
此時，通過將增益調(diào)整用的N值(濾波器系數(shù)H2的N值)，設定為與上述的高頻區(qū)域調(diào)整用的N值(濾波器系數(shù)H3的N值)相同，令調(diào)整后的數(shù)值串的總和與調(diào)整前的數(shù)值串的總和相同(調(diào)整前8-9+0+1＝0，調(diào)整后8-(9-N/8)+0+(1-N/8)＝0)。此外，令數(shù)值串的隔1相加之和也在調(diào)整前后不發(fā)生改變。
圖16，是表示對于濾波器系數(shù)H2、H3設定為N＝3時的頻率特性的圖，(a)將增益用直線刻度表示，(b)將增益用對數(shù)刻度表示。此圖16中，也將增亦及頻率用“1”標準化。
由此圖16中可知，調(diào)整濾波器系數(shù)H2、H3后，通過頻段中的波動消失且僅有中央部分為增益最大值，同時其最大值恰好為“1”。此外，還獲得約-55dB的良好的衰減量。具此種頻率特性的3抽頭高通單元濾波器H10’，適用于將其級聯(lián)連接來設計期望的FIR濾波器的方式。
再者，與上述5抽頭高通單元濾波器H1n(n＝1，2，…)相同，通過在3抽頭高通單元濾波器H10’的各濾波器系數(shù)之間插入n個“0”，可生成3抽頭高通單元濾波器H1n’。
與上述3抽頭高通單元濾波器H10’相同，對3抽頭低通單元濾波器L10’的濾波器系數(shù)也進行適當調(diào)整。換句話說，對于將5抽頭低通單元濾波器L10的數(shù)值串僅簡單分出一半的數(shù)值串{8，9，0，-1}/16，減小絕對值，以令決定高頻區(qū)域側(cè)的頻率特性的濾波器系數(shù)H3的數(shù)值從“-1”變?yōu)椤?(1-N/8)”。
另外，用符號與此濾波器系數(shù)H3相反的濾波器系數(shù)H2，調(diào)整增益最大值。換句話說，將濾波器系數(shù)H2值從“9”減小為“9-N/8”。此時，通過將高頻區(qū)域調(diào)整用的N值設定為與增益調(diào)整用的N值相同，令調(diào)整后的數(shù)值串的總和與調(diào)整前的數(shù)值串的總和為相同數(shù)值(調(diào)整前8+9+0-1＝16，調(diào)整后8+(9-N/8)+0-(1-N/8)＝16)。另外，令數(shù)值串的隔1相加之和也在調(diào)整前后不發(fā)生改變。
如上所述，當對3抽頭低通單元濾波器L10’的濾波器系數(shù)進行調(diào)整后，消除了通過頻段中的波動、且僅中央部分為增益最大值，并且，能夠獲得其最大值恰好為“1”的低通濾波器特性。具有此種頻率特性的3抽頭低通單元濾波器L10’，也適用于將其級聯(lián)連接來對期望的FIR濾波器進行設計的方式。
另外，與上述5抽頭低通單元濾波器L1n(n＝1，2，…)相同，通過在3抽頭低通單元濾波器L10’的各濾波器系數(shù)之間插入n個“0”，生成3抽頭低通單元濾波器L1n’。
如上所述，通過將如圖13所示構成的2種3抽頭單元濾波器L10’、H10’適當組合后級聯(lián)連接，可與將5抽頭單元濾波器L10、H10組合時相同，簡單地設計具有期望頻率特性的FIR濾波器。
另外，3抽頭單元濾波器L10’、H10’的濾波器系數(shù)，也可以將5抽頭單元濾波器L10、H10的濾波器系數(shù)的數(shù)值串從其中央分為兩半后，通過調(diào)整另一半數(shù)值串{-1，0，9，8}/16、{1，0，-9，8}/16來生成。
下面，表示使用了上述3抽頭單元濾波器L10’、H10’的帶通濾波器的設計例。設計的帶通濾波器的目標規(guī)格如下，即帶通濾波器的中心頻率Fc為675KHz，信號的采樣頻率Fs為2.7MHz(Fs＝4*Fc)，-3dB的帶寬為100KHz，-80dB的帶寬為200KHz，帶寬外衰減量為-80dB以上。
圖17是表示實現(xiàn)此目標規(guī)格的帶通濾波器的電路示例的圖。圖17所示的電路，是通過將6個3抽頭高通單元濾波器H11’、4個3抽頭低通單元濾波器L13’、3個3抽頭高通單元濾波器H15’、3個3抽頭低通單元濾波器L17’、2個5抽頭高通單元濾波器H19，依此順序級聯(lián)連接構成。
圖18是表示圖17所示的帶通濾波器的頻率特性的圖，(a)以直線刻度表示增益，(b)以對數(shù)刻度表示增益。由圖18可知，圖17所示的帶通濾波器滿足上述目標規(guī)格。另外，由于3抽頭單元濾波器L1n’、H1n’，其濾波器系數(shù)的數(shù)值串為非對稱型，因此其單獨無法保證如圖16所示相位的直線性。但是，將其聚集多個并如圖17所示級聯(lián)連接后，相位的偏差消除，如圖18所示相位特性獲得一些改善。
通過圖17及圖18可知，通過本實施方式的濾波器設計法，以抽頭數(shù)更少的3抽頭單元濾波器L1n’、H1n’為基礎，并通過將其級聯(lián)連接得到的極簡單的結構，獲得期望特性的帶通濾波器。此時，整體上所必要的抽頭數(shù)，每一位僅為51個抽頭。
即，此帶通濾波器的濾波器系數(shù)，依據(jù)上述有限基的函數(shù)而產(chǎn)生，在級聯(lián)連接的兩側(cè)附近，系數(shù)值小至可忽視的程度。由于根據(jù)有限基的性質(zhì)，即使忽視此部分，也不會產(chǎn)生截止誤差，因此將該部分去除。去除后剩余的部分，構成了關于滿足目標規(guī)格的帶通濾波器求出的最終的濾波器系數(shù)。
因此，實際上，可將此濾波器系數(shù)構成作為硬件，且必要的抽頭數(shù)僅為51。從而，與只用5抽頭單元濾波器L1n、H1n時相比，整體上所需的抽頭數(shù)減少，能顯著簡化濾波器電路的結構。
另外，此處雖就利用3抽頭單元濾波器L1n’、H1n’以設計帶通濾波器的示例進行了說明，但是也可以通過同樣的方法設計高通濾波器、低通濾波器、帶阻濾波器等。
(第2實施形態(tài))接著，對本發(fā)明的第2實施方式進行說明。在上述第1實施方式中，例如作為3抽頭低通單元濾波器L10’的濾波器系數(shù)，使用的是將構成5抽頭低通單元濾波器L10的濾波器系數(shù)的數(shù)值串{-1，0，9，16，9，0，-1}/32分成兩半后、進一步調(diào)整其中一半的數(shù)值串(8，9，0，-1)/16得到的數(shù)值串。
另外，作為3抽頭高通單元濾波器H10’的濾波器系數(shù)，使用的是將構成5抽頭高通單元濾波器H10的濾波器系數(shù)的數(shù)值串{1，0，-9，16，-9，0，1}/32分成兩半后、進一步調(diào)整其中一半的數(shù)值串{8，-9，0，1}/16得到的數(shù)值串。由于這3抽頭單元濾波器L10’、H10’的濾波器系數(shù)均是非對稱型，因此如上所述無法確保相位的直線性。
與此相對，第2實施方式，使用抽頭數(shù)減少的3抽頭單元濾波器，也能實現(xiàn)直線相位特性。
圖19是，表示第2實施方式下的單元濾波器L10”、H10”的圖，(a)表示其電路結構，(b)表示濾波器系數(shù)的數(shù)值串。
如圖19(a)所示，本實施方式的單元濾波器L10”、H10”均具有相同結構。換句話說，低通單元濾波器L10”，級聯(lián)連接2個3抽頭低通單元濾波器1L10、2L10構成。另外，高通單元濾波器H10”，級聯(lián)連接2個3抽頭高通單元濾波器1H10、2H10構成。
如圖19(b)所示，構成低通單元濾波器L10”的一個3抽頭低通單元濾波器2L10，將上述5抽頭低通單元濾波器L10的濾波器系數(shù)數(shù)值串{-1，0，9，16，9，0，-1}/32分為兩半，再進一步調(diào)整其中一半的數(shù)值串{8，9，0，-1}/16后，將其設定為濾波器系數(shù)H4～H6。此與第1實施方式所說明的3抽頭低通單元濾波器L10’相同。此外，另一個3抽頭低通單元濾波器1L10，再進一步調(diào)整如上述分為兩半的另一半的數(shù)值串{-1，0，9，8}/16后，將其設定為濾波器系數(shù)H1～H3。
另外，構成高通單元濾波器H10”的一個3抽頭高通單元濾波器2H10，將上述5抽頭高通單元濾波器H10的濾波器系數(shù)的數(shù)值串{1，0，-9，16，-9，0，1}/32分為兩半，再進一步調(diào)整其中一半的數(shù)值串{8，-9，0，1}/16后，將其設定為濾波器系數(shù)H4～H6。此與第1實施方式所說明的3抽頭高通單元濾波器H10’相同。另外，另一個3抽頭高通單元濾波器1H10，再進一步調(diào)整如上述分為兩半的另一半的數(shù)值串{1，0，-9，8}/16后，將其設定為濾波器系數(shù)H1～H3。
再者，上述兩個3抽頭低通單元濾波器1L10、2L10的連接關系、和上述兩個3抽頭高通單元濾波器1H10、2H10的連接關系，可與圖19(a)所示的形態(tài)左右相反。
由于若如上述構成單元濾波器L10”、H10”，濾波器系數(shù)變?yōu)閷ΨQ型，因此相位特性呈直線。圖20是表示低通單元濾波器L10”的頻率特性的圖，圖21是表示高通單元濾波器H10”的頻率特性圖，并將增益用對數(shù)刻度表示。此圖20與圖21，也將增益及頻率用“1”標準化。
由這些圖可知，頻率-增益特性中、通過頻段下沒有波動，且最大值恰好為“1”。此外，獲得約-55dB的良好的衰減量。還有，頻率-相位特性獲得非常好的直線相位特性。所以，通過將具有此種頻率特性的單元濾波器L1n”、H1n”如第1實施方式所說明那樣級聯(lián)連接，能夠用非常少的抽頭數(shù)構成系數(shù)對稱的直線相位濾波器。
但是，圖19所示單元濾波器L10”、H10”，總共具備6個抽頭，抽頭數(shù)比5抽頭單元濾波器L10、H10多?？墒?，相對于5抽頭單元濾波器L10、H10由1段構成，單元濾波器L10”、H10”由兩個3抽頭單元濾波器級聯(lián)連接構成。所以，帶寬已然比5抽頭單元濾波器L10、H10窄。
因此第2實施方式，特別適用于要設計帶寬較窄的FIR濾波器的情況。換句話說，為了實現(xiàn)期望的窄帶寬，整體所需要的單元濾波器級聯(lián)數(shù)，比采用5抽頭單元濾波器L10、H10的情況大幅減少。因此，從整體來看能夠縮小電路規(guī)模。
用以實現(xiàn)上述說明的第1及第2實施方式下的數(shù)字濾波器的設計方法的裝置，可通過硬件結構、DSP、軟件之一實現(xiàn)。例如當用軟件實現(xiàn)時，濾波器設計裝置由CPU或MPU、RAM、ROM等構成，并通過運行存儲于RAM、ROM或硬盤等中的程序來實現(xiàn)。
所以，可通過將會被運行以令計算機具有上述本實施方式的功能的程序，儲存于例如CD-ROM之類的記錄媒體中，并將其讀入計算機來實現(xiàn)。作為記錄上述程序的記錄媒體，除CD-ROM之外，還可采用例如軟盤、硬盤、磁帶、、光盤、光磁盤、DVD、非易失性存儲卡等。此外，還可通過將上述程序通過互聯(lián)網(wǎng)等網(wǎng)路，下載到計算機中實現(xiàn)。
即，將與各種單元濾波器的濾波器系數(shù)作為信息，儲存于RAM或ROM等存儲器中，用戶指示與單元濾波器相關的任意組合后，CPU用上述存儲器中儲存的濾波器系數(shù)的信息，運算指示的組合所對應的濾波器系數(shù)，求得FIR濾波器。
例如，可預先將各種單元濾波器圖標化(對應各圖標將濾波器系數(shù)作為信息儲存)，用戶通過在顯示器畫面上任意組合配置這些圖標，CPU自動運算并求取對應該排列的濾波器系數(shù)。此外，若將所求得的濾波器系數(shù)自動地進行FFT變換，并將其結果顯示為頻率-增益特性圖，能夠確認所設計的濾波器的特性，更方便地進行濾波器設計。
再者，除了通過計算機執(zhí)行被提供的程序，實現(xiàn)上述實施方式的功能，還可用該程序與電腦中運行的OS(操作系統(tǒng))或其他應用程序軟件等共同實現(xiàn)上述實施方式的功能，或者將被提供的程序的處理的全部或一部分，用計算機的功能擴展口或功能擴展單元實施，來實現(xiàn)上述實施方式的功能，此時相關的程序也包含于本發(fā)明的實施方式。
(其他實施方式)雖然在上述第1及第2實施方式中，將圖2(a)及(b)所示的對稱型數(shù)值串分出一半作為非對稱型3抽頭單元濾波器的濾波器系數(shù)，但是基礎對稱型數(shù)值串并不僅限于此。也可使用如圖22(a)所示生成的5抽頭低通單元2次濾波器L20、或如圖22(b)所示生成的5抽頭高通單元2次濾波器H20的對稱型數(shù)值串。
這些個5抽頭單元2次濾波器L20、H20的頻率-增益特性中，截止特性雖然陡峭，但是在肩部的部分(通過頻帶)產(chǎn)生一些隆起。因此，這些個5抽頭單元2次濾波器L20、H20，在級聯(lián)連接的濾波器塊的最終段中，優(yōu)選作為波形調(diào)整用。
可將構成具有此種特性的5抽頭單元2次濾波器L2n、H2n的濾波器系數(shù)的數(shù)值串分成兩半、并進一步對其中一半進行調(diào)整，作為3抽頭單元2次濾波器L2n’、H2n’的濾波器系數(shù)。另外，通過將3抽頭單元2次濾波器L2n’、H2n’鏡連接為對稱型，也可以構成實現(xiàn)直線相位特性的單元2次濾波器L2n”、H2n”。
另外，除上述圖2及圖24所示之外，還可用絕對值為“1”和“8”的數(shù)值，形成不同于上述數(shù)值串的數(shù)值串作為5抽頭單元濾波器的濾波器系數(shù)，并將此數(shù)值串分出一半作為3抽頭單元濾波器的濾波器系數(shù)。
另外，在上述實施形態(tài)中，是就通過組合多數(shù)種單元濾波器，借助各特性值彼此相抵消來進行頻帶的抽取的示例進行了說明。相對于此，當隨意決定帶通濾波器的中心頻率Fc或者信號的采樣頻率Fs的其中一種時，通過將頻率抽取的條件最佳化，可以更進一步簡化濾波器的結構。
現(xiàn)在，將帶通濾波器的中心頻率Fc和信號的采樣頻率Fs的關系設為Fs＝4*Fc。當Fc＝450KHz時，F(xiàn)s＝1.8MHz。在如此設定的情況下，不用通過組合低通單元濾波器和高通單元濾波器的特性值彼此的相抵消來抽取必要的頻帶，而例如只通過高通單元濾波器的級聯(lián)連接便可以直接設計帶通濾波器。
例如，只通過5抽頭高通單元濾波器H11的級聯(lián)連接，能夠構成FM用帶通濾波器，可通過其連接數(shù)m來調(diào)整帶寬(通過帶寬)。可將此應于3抽頭高通單元濾波器H11’或者高通單元濾波器H11”等中。
再有，通過在如上所述構成的FM用帶通濾波器的后段、級聯(lián)連接5抽頭低通單元濾波器(L1n)m，也可以構成AM用帶通濾波器。對此來說也相同，可以應用于3抽頭低通單元濾波器L11’或者低通單元濾波器L11”等中。
另外，也可以通過用上述的單元濾波器設計比較簡單的低通濾波器，并將其通過頻帶在頻率坐標軸方向上移位，來設計將期望的頻帶作為通過頻帶的高通濾波器、帶通濾波器、帶阻濾波器等。
一般來說，低通濾波器的系數(shù)H0、H1、H-1、H2、H-2、…(系數(shù)H0處于中央構成對稱型)乘上2cos(mω0)后，可獲得帶通濾波器的系數(shù)。此處，ω0＝2πFc/Fs(Fc是濾波器的中心頻率，F(xiàn)s是信號的采樣頻率)，m＝0、1、-1、2、-2、…。
此外，上述實施方式，不過是表示實施本發(fā)明的具體化的一例，不可用來對本發(fā)明的技術范圍作限定解釋。即，本發(fā)明在不脫離其精神或主要特征的前提下，可用各種形式實施。
本發(fā)明適用于具備由多個延遲器構成的帶抽頭的延遲線，并將各抽頭的信號分別變?yōu)閿?shù)倍后，相加輸出類型的FIR數(shù)字濾波器。
權利要求
1.一種數(shù)字濾波器的設計方法，是對將由多個延遲器構成的帶抽頭的延遲線中的各抽頭信號、用獲取的濾波器系數(shù)分別變?yōu)閿?shù)倍后、相加輸出的數(shù)字濾波器進行設計的方法，其特征在于通過使用具有將值設定為數(shù)值串為非對稱型、上述數(shù)值串的總和非零、并且上述數(shù)值串的隔1相加之和為同號且相等的基本的濾波器系數(shù)的第1單元濾波器，和具有將值設定為數(shù)值串為非對稱型、該數(shù)值串的總和為零、并且該數(shù)值串的隔1相加之和為反號且絕對值相等的基本的濾波器系數(shù)的第2單元濾波器之中的至少一種，并借助任意級聯(lián)連接0個以上的上述第1單元濾波器和0個以上的上述第2單元濾波器，來進行濾波器設計。
2.一種數(shù)字濾波器的設計方法，是對將由多個延遲器構成的帶抽頭的延遲線中的各抽頭信號、用獲取的濾波器系數(shù)分別變?yōu)閿?shù)倍后、相加輸出的數(shù)字濾波器進行設計的方法，其特征在于通過使用將具有將值設定為數(shù)值串的總和非零、該數(shù)值串的隔1相加之和為同號且相等的非對稱型的濾波器系數(shù)的多個基本濾波器，級聯(lián)連接為整體上的數(shù)值串構成對稱型而形成的第1單元濾波器，和將具有將值設定為數(shù)值串的總和為零、該數(shù)值串的隔1相加之和為異號且相等的非對稱型的濾波器系數(shù)的多個基本濾波器，級聯(lián)連接為整體上的數(shù)值串構成對稱型而形成的第2單元濾波器之中的至少一種，并借助任意級聯(lián)連接0個以上的上述第1單元濾波器和0個以上的上述第2單元濾波器，來進行濾波器設計。
3.根據(jù)權利要求1或2的任一項所述的數(shù)字濾波器的設計方法，其特征在于構成上述第1單元濾波器的非對稱型的濾波器系數(shù)，是將給定的對稱型的數(shù)值串從其中央分成兩半后、對其中一半的數(shù)值串再進行調(diào)整后的數(shù)值串構成，上述給定的對稱型的數(shù)值串，其值設定為該數(shù)值串的總和非零、該數(shù)值串的隔1相加之和為同號且相等。
4.根據(jù)權利要求3所述的數(shù)字濾波器的設計方法，其特征在于上述給定的對稱型的數(shù)值串，是由-1，0，9，16，9，0，-1的比率構成，上述非對稱型的濾波器系數(shù)，其數(shù)值串是由-(1-N/8)，0，(9-N/8)，8、或者8，(9-N/8)，0，-(1-N，8)的比率構成，其中N為0≤N≤8。
5.根據(jù)權利要求1或2的任一項所述的數(shù)字濾波器的設計方法，其特征在于構成上述第2單元濾波器的非對稱型的濾波器系數(shù)，是將給定的對稱型的數(shù)值串從其中央分成兩半后、對其中一半的數(shù)值串再進行調(diào)整后的數(shù)值串構成，上述給定的對稱型的數(shù)值串，其值設定為該數(shù)值串的總和為零、該數(shù)值串的隔1相加之和為異號且絕對值相等。
6.根據(jù)權利要求5所述的數(shù)字濾波器的設計方法，其特征在于上述給定的對稱型的數(shù)值串，是由1，0，-9，16，-9，0，1的比率構成，上述非對稱型的濾波器系數(shù)，其數(shù)值串是由(1-N/8)，0，-(9-N/8)，8、或者8，-(9-N/8)，0，(1-N/8)的比率構成，其中N為0≤N≤8。
7.根據(jù)權利要求1～6的任一項所述的數(shù)字濾波器的設計方法，其特征在于通過在與構成上述第1及第2單元濾波器的非對稱型的濾波器系數(shù)相對應的各抽頭間，插入n時鐘量的延遲，來調(diào)整濾波器的通過頻帶。
8.一種數(shù)字濾波器的設計裝置，其特征在于，具備第1單元濾波器保持模塊，保持與第1單元濾波器相關的信息，該第1單元濾波器，具有將值設定為數(shù)值串的總和非零、該數(shù)值串的隔1相加之和為同號且相等的濾波器系數(shù)，并通過上述濾波器系數(shù)、分別將由多個延遲器所形成的帶抽頭的延遲線中的各抽頭的信號變?yōu)閿?shù)倍后，將其相乘結果相加輸出；第2單元濾波器保持模塊，保持與第2單元濾波器相關的信息，該第2單元濾波器，具有將值設定為數(shù)值串的總和為零、該數(shù)值串的隔1相加之和為異號且絕對值相等的濾波器系數(shù)，并通過上述濾波器系數(shù)、分別將由多個延遲器所形成的帶抽頭的延遲線中的各抽頭的信號變?yōu)閿?shù)倍后，將其相乘結果相加輸出；組合模塊，指示0個以上的上述第1單元濾波器和0個以上的上述第2單元濾波器的任意組合；以及，濾波器系數(shù)運算模塊，使用由上述第1以及第2單元濾波器保持模塊所保持的信息，求取與由上述組合模塊所指示的組合相對應的濾波器系數(shù)。
9.一種數(shù)字濾波器的設計裝置，其特征在于，具備第1單元濾波器保持模塊，保持與第1單元濾波器相關的信息，該第1單元濾波器，通過將具有將值設定為數(shù)值串的總和非零、該數(shù)值串的隔1相加之和為同號且相等的非對稱型的濾波器系數(shù)的多個基本濾波器級聯(lián)連接為整體上的數(shù)值串為對稱型而形成；第2單元濾波器保持模塊，保持與第2單元濾波器相關的信息，該第2單元濾波器，通過將具有將值設定為數(shù)值串的總和為零、該數(shù)值串的隔1相加之和為異號且絕對值相等的非對稱型的濾波器系數(shù)的多個基本濾波器級聯(lián)連接為整體上的數(shù)值串為對稱型而形成；組合模塊，指示0個以上的上述第1單元濾波器和0個以上的上述第2單元濾波器的任意組合；以及，濾波器系數(shù)運算模塊，使用由上述第1以及第2單元濾波器保持模塊所保持的信息，求取與由上述組合模塊所指示的組合相對應的濾波器系數(shù)。
10.根據(jù)權利要求8或9所述的數(shù)字濾波器的設計裝置，其特征在于具備延遲模塊，通過在與構成上述第1及第2單元濾波器的非對稱型的濾波器系數(shù)相對應的各抽頭間，插入n時鐘量的延遲，來調(diào)整濾波器的通過頻帶。
11.一種數(shù)字濾波器，其特征在于具備由多個延遲器所形成的帶抽頭的延遲線，通過用權利要求1～7的任一項所述的濾波器設計方法求得的濾波器系數(shù)、分別將各抽頭的信號變?yōu)閿?shù)倍后，相加輸出。
12.一種數(shù)字濾波器，具備由多個延遲器形成的帶抽頭的延遲線，通過獲得的濾波器系數(shù)分別將各抽頭的信號變?yōu)閿?shù)倍后，相加輸出，其特征為上述濾波器系數(shù)，將值設定為其數(shù)值串為非對稱型、上述數(shù)值串的總和非零、且上述數(shù)值串的隔1相加之和為同號且相等。
13.一種數(shù)字濾波器，具備由多個延遲器形成的帶抽頭的延遲線，通過獲得的濾波器系數(shù)分別將各抽頭的信號變?yōu)閿?shù)倍后，相加輸出，其特征為將具有將值設定為數(shù)值串的總和非零、該數(shù)值串的隔1相加之和為同號且相等的非對稱型的濾波器系數(shù)的多個基本濾波器，級聯(lián)連接為整體上的數(shù)值串構成對稱型來形成。
14.根據(jù)權利要求11或12所述的數(shù)字濾波器，其特征在于上述非對稱型的濾波器系數(shù)，是將給定的對稱型的數(shù)值串從其中央分成兩半后、對其中一半的數(shù)值串再進行調(diào)整后的數(shù)值串構成，上述給定的對稱型的數(shù)值串，其值設定為該數(shù)值串的總和非零、該數(shù)值串的隔1相加之和為同號且相等。
15.根據(jù)權利要求14所述的數(shù)字濾波器，其特征在于，上述給定的對稱型的數(shù)值串，是由-1，0，9，16，9，0，-1的比率構成。
16.根據(jù)權利要求15所述的數(shù)字濾波器，其特征在于，上述非對稱型的濾波器系數(shù)，其數(shù)值串是由-(1-N/8)，0，(9-N/8)，8、或者8，(9-N/8)，0，-(1-N，8)的比率構成，其中N為0≤N≤8。
17.一種數(shù)字濾波器，具備由多個延遲器形成的帶抽頭的延遲線，通過獲得的濾波器系數(shù)分別將各抽頭的信號變?yōu)閿?shù)倍后，相加輸出，其特征為上述濾波器系數(shù)，將值設定為其數(shù)值串為非對稱型、上述數(shù)值串的總和為零、且上述數(shù)值串的隔1相加之和為異號且絕對值相等。
18.一種數(shù)字濾波器，具備由多個延遲器形成的帶抽頭的延遲線，通過獲得的濾波器系數(shù)分別將各抽頭的信號變?yōu)閿?shù)倍后，相加輸出，其特征為將具有將值設定為數(shù)值串的總和為零、該數(shù)值串的隔1相加之和為異號且絕對值相等的非對稱型的濾波器系數(shù)的多個基本濾波器，級聯(lián)連接為整體上的數(shù)值串構成對稱型來形成。
19.根據(jù)權利要求17或18所述的數(shù)字濾波器，其特征在于上述非對稱型的濾波器系數(shù)，是將給定的對稱型的數(shù)值串從其中央分成兩半后、對其中一半的數(shù)值串再進行調(diào)整后的數(shù)值串構成，上述給定的對稱型的數(shù)值串，其值設定為該數(shù)值串的總和為零、該數(shù)值串的隔1相加之和為異號且絕對值相等。
20.根據(jù)權利要求19所述的數(shù)字濾波器，其特征在于上述給定的對稱型的數(shù)值串，是由1，0，-9，16，-9，0，1的比率構成。
21.根據(jù)權利要求20所述的數(shù)字濾波器，其特征在于上述非對稱型的濾波器系數(shù)，其數(shù)值串是由(1-N/8)，0，-(9-N/8)，8、或者8，-(9-N/8)，0，(1-N/8)的比率構成，其中N為0≤N≤8。
22.根據(jù)權利要求12～21的任一項所述的數(shù)字濾波器，其特征在于，具備延遲模塊，其在與上述非對稱型的濾波器系數(shù)對應的各抽頭間，插入n時鐘量的延遲。
23.一種數(shù)字濾波器，其特征在于將權利要求12或13所述的數(shù)字濾波器，或者在與上述非對稱型的濾波器系數(shù)相對應的各抽頭間插入了n時鐘量的延遲的數(shù)字濾波器，作為基本的單元濾波器，將多段該單元濾波器級聯(lián)連接而構成。
24.一種數(shù)字濾波器，其特征在于將權利要求17或18所述的數(shù)字濾波器，或者在與上述非對稱型的濾波器系數(shù)相對應的各抽頭間插入了n時鐘量的延遲的數(shù)字濾波器，作為基本的單元濾波器，將多段該單元濾波器級聯(lián)連接而構成。
25.一種數(shù)字濾波器，其特征在于將權利要求12或13所述有數(shù)字濾波器，或者在與上述非對稱型的濾波器系數(shù)相對應的各抽頭間插入了n時鐘量的延遲的數(shù)字濾波器作為基本的低通單元濾波器；同時，將權利要求17或18所述的數(shù)字濾波器，或者在與上述非對稱型的濾波器系數(shù)相對應的各抽頭間插入了n時鐘量的延遲的數(shù)字濾波器作為基本的高通單元濾波器，任意級聯(lián)連接1以上的上述低通單元濾波器以及1以上的上述高通單元濾波器而構成。
26.根據(jù)權利要求25所述的數(shù)字濾波器，其特征在于將權利要求14所述的上述給定的對稱型的數(shù)值串作為濾波器系數(shù)的數(shù)字濾波器，或者在與由該給定的對稱型的數(shù)值串構成的濾波器系數(shù)相對應的各抽頭間插入n時鐘量的延遲的數(shù)字濾波器，作為第2低通單元濾波器，進而任意級聯(lián)連接該第2低通單元濾波器而構成。
27.根據(jù)權利要求25所述的數(shù)字濾波器，其特征在于將權利要求19所述的上述給定的對稱型的數(shù)值串作為濾波器系數(shù)的數(shù)字濾波器，或者在與由該給定的對稱型的數(shù)值串構成的濾波器系數(shù)相對應的各抽頭間插入n時鐘量的延遲的數(shù)字濾波器，作為第2高通單元濾波器，進而任意級聯(lián)連接該第2高通單元濾波器而構成。
28.根據(jù)權利要求22所述的數(shù)字濾波器，其特征在于上述延遲模塊，具備按照周期為基準時鐘的1/n倍的第2時鐘，將輸入的數(shù)據(jù)保持輸出的延遲電路。
29.一種數(shù)字濾波器設計用程序，其特征在于，在計算機中執(zhí)行與權利要求1～7的任一項所述的濾波器設計方法相關的處理順序。
30.一種數(shù)字濾波器設計用程序，其特征在于，令計算機具備權利要求8～10的任一項所述的各模塊的功能。
全文摘要
通過借助任意組合將給定的非對稱型的數(shù)值串作為濾波器系數(shù)H1～H3的單元濾波器(L10’、H10’)來設計數(shù)字濾波器，能夠自動地獲得僅通過單元濾波器的組合求得的數(shù)字濾波器的系數(shù)。另外，通過令作為非對稱型的濾波器系數(shù)H1～H3，使用與將對稱型的數(shù)值串{－1，0，9，16，9，0，－1}/32從其中央分成兩半后的其中一半，從而減少所設計的數(shù)字濾波器所需的抽頭數(shù)，同時不須使用窗函數(shù)，并且所獲得的濾波器特性中不會產(chǎn)生截尾誤差。
文檔編號H03H17/06GK1706100SQ200380101828
公開日2005年12月7日 申請日期2003年10月20日 優(yōu)先權日2002年10月21日
發(fā)明者小柳裕喜生 申請人:神經(jīng)網(wǎng)路處理有限公司