專利名稱：全相位dct/idct數(shù)字濾波器的兩種網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于一種用于信號處理的濾波器，具體涉及到數(shù)字濾波器的網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
DCT(離散余弦變換)計(jì)算與DFT(離散傅立葉變換)比較而言不需復(fù)數(shù)運(yùn)算，為了充分發(fā)揮DCT在數(shù)字濾波中的應(yīng)用潛力，將全相位思想和DCT結(jié)合起來可以設(shè)計(jì)具有線性相位的幅頻特性優(yōu)良的FIR濾波器。目前全相位DCT/IDCT(逆離散余弦變換)數(shù)字濾波器的實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)是采用直接列率域的實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)。但這種實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，需要進(jìn)行兩次的DCT/IDCT正反變換，如附圖1所示。離散余弦變換和逆離散余弦變換如同離散傅立葉變換一樣，計(jì)算復(fù)雜將耗費(fèi)較長時間。為了便于用硬件高效地實(shí)現(xiàn)全相位DCT/IDCT數(shù)字濾波器。如果采用全相位DCT/IDCT數(shù)字濾波器的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，將列率域中的實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)兩次DCT/IDCT變成一次GN或GNT變換(GN和GNT變換的定義在后文中給出)，則可以大為簡化濾波計(jì)算的復(fù)雜度。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供便于用硬件高效地實(shí)現(xiàn)全相位DCT/IDCT數(shù)字濾波器的兩種網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。
以下結(jié)合附圖2和附圖3對本發(fā)明的技術(shù)方案予以說明全相位DCT/IDCT數(shù)字濾波器的兩種網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)分為時域網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和列率域網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。兩種網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)均包含乘法器、加法器和延遲單元。全相位DCT/IDCT數(shù)字濾波器其兩種網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)有所不同的是時域網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)包含GN變換，而列率域網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)包含GNT變換，同時兩種網(wǎng)絡(luò)的計(jì)算也有所不同。
無論時域網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)或列率域網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，所有2(N-1)個延遲單元依次串聯(lián)連接，第一個延遲單元為信號輸入端。對于時間序列中的一點(diǎn)x(n)，定義2N-1個數(shù)據(jù)點(diǎn)表示為[x(n+N-1)，x(n+N-2)，x(n+N-3)，…，x(n)，…，x(n-N+3)，x(n-N+2)，x(n-N+1)]，因?yàn)槿辔籇CT/IDCT數(shù)字濾波器是一種零相位的數(shù)字濾波器，而濾波器的長度又為奇數(shù)2(N-1)，因而濾波器的結(jié)構(gòu)可以表示成第一類線性相位網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的形式。圖2就是由第一類線性相位網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的形式變換而來。Z向量為列向量，由z(0)＝x(n)；z(1)＝x(n+1)+x(n-1)；z(2)＝x(n+2)+x(n-2)；……，z(N-1)＝x(n+N-1)+x(n-N+1)得到。
時域網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)濾波器的輸出由列率響應(yīng)FN經(jīng)GN變換后的結(jié)果與Z向量做內(nèi)積得到。
而對于列率域網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)濾波器的輸出由列率響應(yīng)FN與Z向量經(jīng)GNT變換后的結(jié)果做內(nèi)積得到。
其中x(n)表示時間序列中的需濾波的點(diǎn)，其余時間序列中的點(diǎn)是相對于x(n)所做的時間延遲；2N-1表示所用的時間序列中數(shù)據(jù)的總的點(diǎn)數(shù)；Z向量和向量中每一分量的值在圖2和圖3中標(biāo)出。


附圖1為全相位兩次的DCT/IDCT數(shù)字濾波器列率域直接實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)。
附圖2為全相位DCT/IDCT數(shù)字濾波器的時域網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。圖中的FN為列率響應(yīng)。
附圖3為全相位DCT/IDCT數(shù)字濾波器的列率域網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。
具體實(shí)施例方式
以下通過下面的實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的說明。
對IDCT-逆離散余弦變換而言，GN(m,n)=1Nm=0,0≤n≤N-1N-m+2-1N2cos(2n+1)mn2N0≤n≤N-1,1≤m≤N-1(1)]]>GNT(m,n)=1Nn=0,0≤m≤N-1N-m+2-1N2cos(2n+1)mπ2N0≤m≤N-1,1≤n≤N-1(2)]]>式(1)是針對逆離散余弦變換，矩陣GN的表達(dá)式(圖2)；式(2)針對逆離散余弦變換，矩陣GNT的表達(dá)式(圖3)。其中2N-1表示濾波器的長度；m表示行；n表示列。
同理對DCT-離散余弦變換而言， 下面的實(shí)施例以IDCT為例。即GN和GNT分別取為(1)、(2)式。
在時域?qū)崿F(xiàn)結(jié)構(gòu)中，本實(shí)施例延遲單元為6個，即選取N＝4，則全相位DCT/IDCT數(shù)字濾波器的長度為7。對于時間序列中的一點(diǎn)x(n)，定義2N-1個數(shù)據(jù)點(diǎn)表示為[x(n+3)，x(n+2)，x(n+1)，x(n)，x(n-1)，x(n-2)，x(n-3)]，x(n+3)經(jīng)6個延遲單元后變?yōu)閤(n～3)。則Z向量為z(0)＝x(n)，z(1)＝x(n+1)+x(n-1)，z(2)＝x(n+2)+x(n-2)，z(3)＝x(n+3)+x(n-3)。濾波器的輸出由列率響應(yīng)FN經(jīng)GN變換后的結(jié)果與Z向量做內(nèi)積得到。即G4(m,n)=1Nm=0,0≤n≤3N-m+2-1N2cos(2n+1)mπ2N0≤n≤3,1≤m≤3]]>F4＝[F(0)，F(xiàn)(1)，F(xiàn)(2)，F(xiàn)(3)]令h4＝G4·F4則對應(yīng)于時間序列中的一點(diǎn)x(n)的濾波輸出為y(n)＝(Z，h4)＝z(0)*h(0)+z(1)*h(1)+z(2)*h(2)+z(3)*h(3)。內(nèi)積計(jì)算中的乘法和加法用網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖2中的乘法器和加法器得到。
在列率域?qū)崿F(xiàn)結(jié)構(gòu)中，本實(shí)施例延遲單元的個數(shù)取為6，即選取N＝4，則全相位DFT數(shù)字濾波器的長度為7。對于時間序列中的一點(diǎn)x(n)，對于時間序列中的一點(diǎn)x(n)，定義2N-1個數(shù)據(jù)點(diǎn)表示為[x(n+3)，x(n+2)，x(n+1)，x(n)，x(n-1)，x(n-2)，x(n-3)]，x(n+3)經(jīng)6個延遲單元后變?yōu)閤(n-3)。則Z向量為z(0)＝x(n)，z(1)＝x(n+1)+x(n-1)，z(2)＝x(n+2)+x(n-2)，z(3)＝x(n+3)+x(n-3)。則濾波器的輸出由列率響應(yīng)FN與Z向量經(jīng)GNT變換后的結(jié)果做內(nèi)積得到。
即 F4＝[F(0)，F(xiàn)(1)，F(xiàn)(2)，F(xiàn)(3)]，令V4=G4T·Z4]]>對應(yīng)于時間序列中的一點(diǎn)x(n)的濾波輸出為y(n)＝(V4，F(xiàn)4)＝V(0)*F(0)+V(1)*F(1)+V(2)*F(2)+V(3)*F(3)。內(nèi)積計(jì)算中的乘法和加法用網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖3中的乘法器和加法器得到。
本發(fā)明的特點(diǎn)是將列率域直接實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)中的兩次變換(DCT/IDCT的正反變換)變成了一次GN或GNT變換。這里主要是減少了DCT/IDCT變換的次數(shù)，而DCT/IDCT變換將耗費(fèi)較長時間。所以，通過簡化濾波器結(jié)構(gòu)而簡化了濾波計(jì)算的復(fù)雜度。同時在IDCT/DCT域較DFT域不需復(fù)數(shù)計(jì)算，實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)使計(jì)算復(fù)雜度降低以后可更好地發(fā)揮IDCT/DCT在濾波中的優(yōu)勢。
權(quán)利要求
1.全相位DCT/IDCT數(shù)字濾波器的兩種網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，包含乘法器、加法器、GN變換和延遲單元，所有2(N-1)個延遲單元依次串聯(lián)連接，第一個延遲單元為信號輸入端，其特征是全相位DCT/IDCT數(shù)字濾波器的時域網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)對于時間序列中的一點(diǎn)x(n)，定義2N-1個數(shù)據(jù)點(diǎn)表示為[x(n+N-1)，x(n+N-2)，x(n+N-3)，…，x(n)，…，x(n-N+3)，x(n-N+2)，x(n-N+1)]，列向量為Z向量，由z(0)＝x(n)；z(1)＝x(n+1)+x(n-1)；z(2)＝x(n+2)+x(n-2)；……，z(N-1)＝x(n+N-1)+x(n-N+1)得到，濾波器的輸出由列率響應(yīng)FN經(jīng)GN變換后的結(jié)果與Z向量做內(nèi)積得到，其中x(n)表示時間序列中需濾波的點(diǎn)，其余時間序列中的點(diǎn)是相對于x(n)所做的時間延遲；2N-1表示所用的時間序列中數(shù)據(jù)的總的點(diǎn)數(shù)。
2.全相位DCT/IDCT數(shù)字濾波器的兩種網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，包含乘法器、加法器、GNT變換和延遲單元，所有延遲單元2(N-1)個依次串聯(lián)連接，第一個延遲單元為信號輸入端，其特征是全相位DCT/IDCT數(shù)字濾波器的列率域網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)對于時間序列中的一點(diǎn)x(n)，定義2N-1個數(shù)據(jù)點(diǎn)表示為[x(n+N-1)，x(n+N-2)，x(n+N-3)，…，x(n)，…，x(n-N+3)，x(n-N+2)，x(n-N+1)]，列向量為Z向量，由z(0)＝x(n)；z(1)＝x(n+1)+x(n-1)；z(2)＝x(n+2)+x(n-2)；……，z(N-1)＝x(n+N-1)+x(n-N+1)得到，濾波器的輸出由列率響應(yīng)FN與Z向量經(jīng)GNT變換后的結(jié)果做內(nèi)積得到，其中x(n)表示時間序列中的需濾波的點(diǎn)，其余時間序列中的點(diǎn)是相對于x(n)做時間延遲；2N-1表示所用的時間序列中數(shù)據(jù)的總的點(diǎn)數(shù)。
全文摘要
全相位DCT/IDCT數(shù)字濾波器的兩種網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，分為時域網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和列率域網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。時域網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)包含G
文檔編號H03H17/02GK1838534SQ20061001357
公開日2006年9月27日 申請日期2006年4月28日 優(yōu)先權(quán)日2006年4月28日
發(fā)明者候正信, 趙黎麗 申請人:天津大學(xué)