專利名稱：并聯(lián)重疊頻域數(shù)字濾波器陣列的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種數(shù)字電子設(shè)備中廣泛應(yīng)用的濾波器陣列，特別涉及一種由帶延遲窗重疊頻域數(shù)字濾波器并聯(lián)組成的陣列。
背景技術(shù)：
數(shù)字濾波器組在語音編碼和多路復用中有著廣泛的應(yīng)用，其后由于多速率信號處理理論的發(fā)展和子帶編碼技術(shù)的廣泛應(yīng)用，濾波器組理論在三十多年的時間里得到了充分的發(fā)展，許多新的理論和設(shè)計方法不斷涌現(xiàn)。在數(shù)字濾波器組設(shè)計中，對如何消除這些失真人們已作了大量的研究，其中完全消除混疊失真是個重要任務(wù)。最初有關(guān)濾波器組的研究多集中在正交鏡像及半邊帶FIR濾波器組的設(shè)計和實現(xiàn)，采用窗函數(shù)或時域法來實現(xiàn)，但這些方法很難控制濾波器組的重建誤差。這主要是在設(shè)計濾波器組的過程中，無法有效控制濾波器傳輸特性，電路中使用的器件數(shù)和復雜度就會增加，成本相應(yīng)上升。本申請人已在申請的中國專利200420029635.6、200420029634.1、200420029633.7中公開了帶延遲窗的重疊頻域數(shù)字濾波器，在一定程度上解決了濾波器衰減小和過渡帶寬的問題，但在實際應(yīng)用中為了得到不同特性的信號輸出需要進行多次濾波操作，故對于某些應(yīng)用要求較高的場合仍存欠缺。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服上述不足之處，提供一種可以控制各單元特性的并聯(lián)重疊頻域數(shù)字濾波器陣列，各單元將通帶和阻帶內(nèi)波紋數(shù)目降至更低；并降低波紋幅度，減少頻譜滲漏；減少旁瓣干擾，增強譜分解能力；在同樣階數(shù)的條件下得到很窄的過度帶寬度，減少頻譜遺漏。
為實現(xiàn)上述目的本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是一種并聯(lián)重疊頻域數(shù)字濾波器陣列，其特征在于由N個帶延遲窗的重疊頻域數(shù)字濾波器單元并聯(lián)組成；其中每個單元有相同的信號輸入，不同特性的信號輸出；每個單元有各自的延遲Di，延遲時間可以相同也可以不同，任何時刻的輸入x(n)經(jīng)過陣列的總體延遲 處理后得到對應(yīng)的輸出；每個單元有各自的傳輸特性Hi。
所述N個重疊頻域數(shù)字濾波器單元可以集成在一個芯片中。
所述N個重疊頻域數(shù)字濾波器單元可以是串聯(lián)重疊頻域數(shù)字濾波器陣列。
所述每個重疊頻域數(shù)字濾波器單元延遲窗由無窗、單窗或中心對稱時間窗卷積生成。
所述對經(jīng)過N個并聯(lián)重疊頻域數(shù)字濾波器單元的處理方法稱為重疊串行處理并簡記為P-O。
所述N個重疊頻域數(shù)字濾波器單元可以集成在一個芯片中SFPO，芯片有1個信號輸入PIN，N個信號輸出PIN，一個同步控制PIN用于對稱延遲窗的生成，并有時鐘控制PIN且有Nmax{Mi}個控制窗單元序列的寄存器單元。
所述各單元傳輸特性組成的傳輸特性陣列可以單獨集成在一個模塊中實現(xiàn)，控制每個單元傳輸特性的信號包括一個表征濾波器類別的PIN，一個表征濾波器特性的PIN，一個表征濾波器階數(shù)的PIN。
本發(fā)明的有益效果是由于采用并聯(lián)結(jié)構(gòu)，它所具有的重要特性是并聯(lián)的每個單元可以采用串聯(lián)陣列提高系統(tǒng)性能，以保證在過渡帶寬度沒有改變的情況下，阻帶最小衰減比非陣列重疊數(shù)字濾波器的最小衰減得到改善，改善的幅度正比于濾波器階數(shù)；其次可以方便地設(shè)計不同并聯(lián)單元的傳輸特性，同時并行得到多路不同特性輸出，方便用戶根據(jù)需要進行選擇。


圖1是2階并聯(lián)無窗重疊頻域數(shù)字濾波器陣列結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是2階并聯(lián)無窗重疊頻域數(shù)字濾波器陣列低通特性曲線圖；圖3是2階并聯(lián)無窗重疊頻域數(shù)字濾波器陣列高通特性曲線圖；圖4是2階并聯(lián)單窗重疊頻域數(shù)字濾波器陣列結(jié)構(gòu)示意圖；圖5是2階并聯(lián)單窗重疊頻域數(shù)字濾波器陣列低通特性曲線圖；圖6是2階并聯(lián)單窗重疊頻域數(shù)字濾波器陣列高通特性曲線圖；圖7是2階并聯(lián)雙窗重疊頻域數(shù)字濾波器陣列結(jié)構(gòu)示意圖；圖8是2階并聯(lián)雙窗重疊頻域數(shù)字濾波器陣列低通特性曲線圖；
圖9是2階并聯(lián)雙窗重疊頻域數(shù)字濾波器陣列高通特性曲線圖；圖中Z-1是延遲單元，是乘法單元，是加法單元，Hi，j，i＝0，1，2；j＝0，1，2，3；是第i單元的傳輸特性。
具體實施例方式
以下結(jié)合附圖和較佳實施例，對依據(jù)本發(fā)明提供的具體實施方式
、結(jié)構(gòu)、特征詳述如下參見圖1至圖9，一種并聯(lián)重疊頻域數(shù)字濾波器陣列，其特征在于由N個帶延遲窗的重疊頻域數(shù)字濾波器單元并聯(lián)組成，輸入為1，輸出為N；其中每個單元有相同的信號輸入，不同特性的信號輸出；每個單元有各自的延遲Di，延遲時間可以相同也可以不同；每個單元有各自的傳輸特性Hi。每個單元由加法器、乘法器、延遲單元、DFT變換單元和延遲窗組成的重疊頻域數(shù)字濾波器。Hi是單元系統(tǒng)傳輸特性，可根據(jù)需要分別設(shè)置為0或1以決定需要的信號頻率成分及不需要的部分，濾波器的分辨率由單元階數(shù)M來決定。
并聯(lián)重疊頻域數(shù)字濾波器陣列，N個重疊頻域數(shù)字濾波器單元可以集成在一個芯片SFPO中。
并聯(lián)重疊頻域數(shù)字濾波器陣列中的單元，可以是無窗、單窗或雙窗重疊數(shù)字數(shù)字濾波器。對于帶延遲窗重疊頻域數(shù)字濾波器輸入信號要先進行延遲窗和間隔N點相加單元處理，且延遲窗可以改變。理論和實驗已證明，為保持濾波器線性特性，要求延遲窗由兩個相同的中心對稱的三角窗卷積生成。
為保持最小的均方誤差，延遲窗單元是中心對稱的類余弦窗。
芯片SFPO有1個信號輸入PIN，N個信號輸出PIN，一個同步控制PIN用于對稱延遲窗的生成，并有時鐘控制PIN且有Nmax{Mi}個控制窗單元序列的寄存器單元。
各單元傳輸特性組成的傳輸特性陣列可以單獨集成在一個模塊中實現(xiàn)，控制每個單元傳輸特性的信號包括一個表征濾波器類別的PIN，一個表征濾波器特性的PIN，一個表征濾波器階數(shù)的PIN。
理論和實驗證明，為了保持濾波器的線性性和最小誤差，系統(tǒng)各單元應(yīng)該具有相同的延遲窗結(jié)構(gòu)。對圖7中的延遲窗應(yīng)由兩個相同的中心對稱三角窗卷積生成，延遲窗關(guān)于中心對稱，延遲窗的形狀應(yīng)為類余弦形狀。系統(tǒng)的實現(xiàn)可以用一片芯片完成，包含兩個模塊N個并聯(lián)單元集成在模塊SFPO中，模塊有1個輸入和N個輸出；集成H單元處理，用于控制每個單元濾波器類別，濾波器特性和濾波器階數(shù)；并帶有用于擴展功能的接口。
由于初始狀態(tài)各個延遲單元的值為零，所以從系統(tǒng)運行開始到第N-2系統(tǒng)單位時間得到的N-2輸出都是不準確，因此應(yīng)舍去不用。從第N-1時刻開始，系統(tǒng)將產(chǎn)生正確的輸出。直到最后N個數(shù)據(jù)時，又會產(chǎn)生不正確輸出。為減少邊界誤差，理論已證明，采用偶對稱的方式來進行延遲單元的初始化。
由圖2、圖3、圖5、圖6、圖8和圖9特性曲線可以看出，并聯(lián)重疊頻域數(shù)字濾波器陣列帶內(nèi)的波紋明顯減少，從而降低了頻率遺漏，波紋主要集中在過渡帶邊緣，且提供了方便的特性選擇以形成濾波器組。
并聯(lián)重疊頻域數(shù)字濾波器陣列在對需要實時切換或改變?yōu)V波器頻率響應(yīng)的場合，例如頻率自適應(yīng)濾波，自適應(yīng)圖象隱錯等方面有重要意義。在信號內(nèi)插、數(shù)據(jù)壓縮和除噪等領(lǐng)域都有良好的應(yīng)用前景。例如(1)圖像內(nèi)插可以證明重疊法比非重疊法恢復的亞奈采樣圖象有更高的信噪比；帶窗模板的特性優(yōu)于無窗模板；當圖象的高頻成分較少時，利用重疊法模板可以很好地恢復圖象，圖象信噪比提高近10dB；當高頻成分豐富時，恢復得到的圖象信噪比較低，但利用加窗模板使得結(jié)果得到改善。
(2)頻譜分析傳統(tǒng)加窗譜分析中只有矩形窗可以分辨出兩個頻率正弦信號，而P-O方法可以做分辨，盡管幅度估計誤差都大于矩形加窗，但P-O方法得到的兩譜幾乎徹底分開而傳統(tǒng)方法得到的兩譜幾乎不可以分開。另一方面，P-O方法得到的噪聲譜的均值和方差都小于傳統(tǒng)方法，因此降低了噪聲的影響同時對噪聲的譜也有了較好的估計。
(3)自適應(yīng)信號處理并聯(lián)重疊頻域數(shù)字濾波器陣列是將并聯(lián)重疊濾波思想和LMS算法相結(jié)合的P-O LMS算法。采用P-O LMS得到信號的穩(wěn)態(tài)誤差小于傳統(tǒng)方法。
(4)信號濾波在傳統(tǒng)頻率域數(shù)字濾波器中，對長輸入信號采用分段處理方式，即分段的輸入產(chǎn)生分段的輸出。這樣處理的方法一般有兩種重疊相加法和重疊保留法。由于信號的分段輸入和輸出，頻域中的系數(shù)特性并不能表示系統(tǒng)的整體傳輸特性。物理意義的不明顯很難根據(jù)要求設(shè)計所需的濾波器，而且在信號的分段處會出現(xiàn)較大的混疊失真，重疊保留法在一定意義上減小了這種誤差，但要以消耗內(nèi)存為代價。另一方面，信號分段長度的選擇也必須兼顧計算量大小和處理效果兩方面。本發(fā)明是一種新的可連續(xù)輸入輸出的頻率域濾波器。
(5)在SCALER和DNIE中的應(yīng)用在SCALER和DNIE中，濾波器得到廣泛應(yīng)用，如對數(shù)字圖象的高低頻分解，圖象的自適應(yīng)除噪，圖象增強等對要設(shè)計濾波器的使用，因此采用并聯(lián)重疊頻域數(shù)字濾波器陣列代替?zhèn)鹘y(tǒng)的數(shù)字濾波器效果非常顯著。
權(quán)利要求
1.一種并聯(lián)重疊頻域數(shù)字濾波器陣列，其特征在于由N個帶延遲窗的重疊頻域數(shù)字濾波器單元并聯(lián)組成；其中每個單元有相同的信號輸入，不同特性的信號輸出；每個單元有各自的延遲Di，延遲時間可以相同也可以不同，任何時刻的輸入x(n)經(jīng)過陣列的總體延遲 處理后得到對應(yīng)的輸出；每個單元有各自的傳輸特性Hi。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的并聯(lián)重疊頻域數(shù)字濾波器陣列，其特征在于所述N個重疊頻域數(shù)字濾波器單元可以集成在一個芯片中。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的并聯(lián)重疊頻域數(shù)字濾波器陣列，其特征在于所述N個重疊頻域數(shù)字濾波器單元可以是串聯(lián)重疊頻域數(shù)字濾波器陣列。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的并聯(lián)重疊頻域數(shù)字濾波器陣列，其特征在于所述每個重疊頻域數(shù)字濾波器單元延遲窗由無窗、單窗或中心對稱時間窗卷積生成。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的并聯(lián)重疊頻域數(shù)字濾波器陣列，其特征在于所述對經(jīng)過N個并聯(lián)重疊頻域數(shù)字濾波器單元的處理方法稱為重疊串行處理并簡記為P-O。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的并聯(lián)重疊頻域數(shù)字濾波器陣列，其特征在于所述N個重疊頻域數(shù)字濾波器單元可以集成在一個芯片中SFPO，芯片有1個信號輸入PIN，N個信號輸出PIN，一個同步控制PIN用于對稱延遲窗的生成，并有時鐘控制PIN且有Nmax{Mi}個控制窗單元序列的寄存器單元。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或6所述的并聯(lián)重疊頻域數(shù)字濾波器陣列，其特征在于所述各單元傳輸特性組成的傳輸特性陣列可以單獨集成在一個模塊中實現(xiàn)，控制每個單元傳輸特性的信號包括一個表征濾波器類別的PIN，一個表征濾波器特性的PIN，一個表征濾波器階數(shù)的PIN。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種并聯(lián)重疊頻域數(shù)字濾波器陣列，其特征是由帶延遲窗的重疊頻域數(shù)字濾波器單元并聯(lián)組成。信號輸入并經(jīng)過每個濾波器單元后直接得到各個單元的輸出。陣列的每一級單獨構(gòu)成重疊數(shù)字濾波器單元，每個單元由延遲單元、乘法器和加法器構(gòu)成，系統(tǒng)的傳輸特性是由每個子單元特性組成的陣列所決定。該濾波器可廣泛應(yīng)用于數(shù)字信號處理領(lǐng)域，尤其是在數(shù)字圖象處理方面，可提供更為精確的頻帶劃分。特別適用于數(shù)字電視中后處理單元，尤其對數(shù)字圖象的邊緣檢測，頻譜分析，數(shù)據(jù)壓縮處理等方面效果非常顯著。充分開發(fā)了器件的高性能特性，從而可減少電路設(shè)計中原有器件的數(shù)量，簡化電路，降低成本。
文檔編號H03H17/02GK1710810SQ20051001424
公開日2005年12月21日 申請日期2005年6月30日 優(yōu)先權(quán)日2005年6月30日
發(fā)明者蘇飛 申請人:天津通廣三星電子有限公司