專利名稱：在csd濾波器中處理信號的方法及適用于該方法的電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及在采用CSD(Canonic Signed Digit，規(guī)范的帶符號數(shù)字)碼的濾波器中處理信號的方法及適用于該方法的電路，更具體說，涉及在CSD濾波器中處理信號的方法及適用于該方法的電路，所述方法能改進(jìn)濾波器的性能，并通過增加換算因子(scaling factors)的分辨率能適應(yīng)許多種類型的濾波器。
數(shù)字濾波器是用于處理數(shù)字信號的最重要和最常用的部件。數(shù)字濾波器包括延遲器，乘法器和加法器。數(shù)字濾波器的最簡單形式是沒有延遲的乘法器。這類濾波器主要用來處理信號，例如用來控制增益。
數(shù)字濾波器的復(fù)雜性主要取決于它的長度，而后是由輸入信號的位數(shù)、乘法器的系數(shù)即濾波器系數(shù)及加法器的位數(shù)所決定的位分辨率。
數(shù)字濾波器通常包含多個乘法器。這些乘法器占據(jù)很大區(qū)域且消耗很多功率。當(dāng)電路被集成時，它們限制了放在一個芯片上的解決辦法。事實上，在數(shù)字信號處理的應(yīng)用中，當(dāng)用濾波器實現(xiàn)多種功能時，由于采用放在一個芯片上的方案，近來已使用短于所需長度的數(shù)字濾波器。依靠固定系數(shù)雙線性特性的內(nèi)插濾波器就是一個例子。
在這方面，功夫花在通過簡化數(shù)字濾波器的乘法器來減小硬件復(fù)雜性。下功夫的一個例子是研究使用CSD碼乘法器的數(shù)字濾波器。
為了得到使用CSD碼的濾波器，所設(shè)計濾波器的所有實系數(shù)都必須變換成CSD系數(shù)。然而，當(dāng)簡單地用量化實現(xiàn)變換時，濾波器性能在很大程度上變差。因此，在下面文章中提出了許多優(yōu)化技術(shù)(1)“FIR filter design overa discrete powers-of-two coefficientsspace(在2的乘方離散空間上有限沖激響應(yīng)濾波器的設(shè)計)”作者YC.Lim和B.R.Parker，IEEE Trans.on Acoust.，SPeech and Signal Processing，Vol.ASSP-31，pp.583-591，June 1983；(2)“A semple design of FIR filters with Powers-of-two coefficients(具有2的乘方系數(shù)的有限沖激響應(yīng)濾波器的簡易設(shè)計)”作者Q.Zhao和Y.Tadokoro，IEEE Trans.on Circuit arnd System，Vol.35，no.5，pp.566-570，May 1988；及(3)“Animproved search algorithm for the design of multiplerless FIR filterswith powers-of-two coefficients(用于具有2的乘方系數(shù)的無乘法器有限沖激響應(yīng)濾波器設(shè)計的改進(jìn)搜索算法)”作者Henry Samueli，IEEE Trans.，onCircut and System，Vol.36，no.7，pp.1044-1047，July 1989。
在參考文獻(xiàn)(1)中，最佳變換的實現(xiàn)是通過優(yōu)化實系數(shù)，對其量化及用“混合整型線性編程算法(a mixek integer Linear Programming algorithm)”而得到的。
在參考文獻(xiàn)(2)中，為了克服包含在參考文獻(xiàn)(1)的優(yōu)化技術(shù)中計算時間太長的問題及可轉(zhuǎn)換濾波器長度限制在大約40個抽頭的問題，提出了一種準(zhǔn)最優(yōu)算法，以同時利用時間域和頻率域，從而實現(xiàn)最優(yōu)變換。
在參考文獻(xiàn)(3)中，通過使用最優(yōu)換算因子和局部雙變量搜索算法，使參考文獻(xiàn)(2)的算法得以改進(jìn)，并且，增加了非零數(shù)字位的數(shù)目L以補(bǔ)償在實系數(shù)變換成初始CSD系數(shù)期間產(chǎn)生的量化誤差。參考文獻(xiàn)(3)所提出的當(dāng)濾波系數(shù)是0.5或大于0.5時，增加非零數(shù)字位的配置雖然可以用于固定類型的濾波器，但是它實質(zhì)上增加了位數(shù)，使在自適應(yīng)濾波器或多相濾波器中硬件如此復(fù)雜，以致這種硬件不能采用。
上述參考文獻(xiàn)所述的最優(yōu)算法需要大量計算，并且不能用于自適應(yīng)濾波器和多相濾波器中，因為變換是基于頻率域中通帶和阻帶的波動。
而且，這些算法難以用到不能從頻率域的波動獲得系數(shù)變換的濾波器中。例如，這些算法不能用于去除碼間串?dāng)_(ghost)的均衡濾波器或去碼間串?dāng)_濾波器中。因此，對這些濾波器，利用剩余碼間串?dāng)_的量來把實系數(shù)變換成CSD系數(shù)。
此外，根據(jù)上述參考文獻(xiàn)提出的優(yōu)化技術(shù)，不能克服具有不均勻特性的CSD碼的局限性，因為對所有濾波器系數(shù)賦予單一變換因子效果差且降低了濾波器的性能。
本發(fā)明的意圖是防止發(fā)生上面的問題。本發(fā)明的一個目的是提供在CSD濾波器中處理信號的方法，其中實系數(shù)直接在時間域中被變換成以CSD碼表示的濾波器系數(shù)，而不在頻率域中作優(yōu)化變換。
本發(fā)明的另一目的是提供在CSD濾波器中處理信號的方法，其中變換因子的數(shù)目被調(diào)整以增加這些變換因子的分辨率，而不增加預(yù)定的非零數(shù)字位數(shù)，這種方法可適用于許多種濾波器。
本發(fā)明的又一個目的是提供在CSD濾波器中處理信號的方法，其中用通過實系數(shù)部分優(yōu)化得到的分組變換因子將實系數(shù)變換成CSD系數(shù)。
本發(fā)明的又另一個目的是提供在CSD濾波器中處理信號的方法，其中，經(jīng)多個換算因子變換的CSD系數(shù)由多個逆換算因子處理，這些多個逆換算因子分別對應(yīng)于多個換算因子。
本發(fā)明的再一個目的是提供適用于在CSD濾波器中處理信號的上述方法的CSD濾波器電路。
為達(dá)到上述目的，提供一種在CSD濾波器中處理信號的方法，其中該CSD濾波器具有所需的濾波器特性，該特性用CSD碼表示的濾波器系數(shù)而獲得，所述方法包括以下步驟(a)獲得向濾波特性優(yōu)化的實系數(shù)；(b)對每個實系數(shù)計算換算因子，使在實系數(shù)變換成CSD碼期間的誤差最??；(c)通過使用對實系數(shù)計算的換算因子，產(chǎn)生最優(yōu)CSD系數(shù)；以及(d)通過使用CSD系數(shù)來對輸入數(shù)據(jù)濾波。
提供了一種具有所希望的濾波特性的N抽頭CSD濾波電路，該特性通過用CSD碼表示的濾波器系數(shù)而得到，所述此電路包括N-1個順序連結(jié)的單元延遲器，用于延遲輸入數(shù)據(jù)；一個CSD系數(shù)發(fā)生器，用于把根據(jù)CSD系數(shù)的濾波器特性得到的每個實系數(shù)乘一增益而變成為CSD系數(shù)，即，為實系數(shù)計算使該實系數(shù)和CSD系數(shù)之間的誤差為最小的換算因子，并用所計算的換算因子形成最優(yōu)CSD系數(shù)；N個CSD乘法器，用于將CSD系數(shù)乘以輸入數(shù)據(jù)及N-1個單元延遲器的輸出；N個計算器，用于用逆換算因子計算N個CSD乘法器的輸出，其中這些逆換算因子是為實系數(shù)計算的換算因子的倒數(shù)；以及加法器，用于把N個計算器的輸出相加并形成最終的濾波器輸出。
本發(fā)明的上述目的及優(yōu)點，通過優(yōu)選實施例及其相關(guān)附圖的詳細(xì)說明將變得更為明顯，其中

圖1說明CSD系數(shù)的分布；圖2是說明處理CSD濾波器中信號的傳統(tǒng)方法的原理圖3是CSD濾波器的電路圖，用于實現(xiàn)圖2所示的方法；圖4的原理圖說明根據(jù)本發(fā)明的一實施例在CSD濾波器中處理信號的方法；圖5是CSD濾波器的電路圖，用于實現(xiàn)圖4所示的方法；圖6是圖5中所示的CSD乘法器的詳圖；圖7的原理圖說明根據(jù)本發(fā)明的另一實施例在CSD濾波器中處理信號的方法；圖8是CSD濾波器的電路圖，用于實現(xiàn)圖7所示的方法。
下面來說明處理CSD濾波器中信號的方法及適用于該方法的電路的優(yōu)選實施例。
CSD碼的一般特性參考圖1說明如下。
CSD碼對固定數(shù)目的數(shù)字位賦予“-1”或“1”，而對余下的數(shù)字位則賦予“0”。CSD碼X如下式所示X=Σk=1LSk2-Pk----(1)]]>其中系數(shù)Sk∈{-1，0，1}是第k位數(shù)字的值，pk∈{0.1，......，M}，M表示全部數(shù)字位的數(shù)目，L表示不為“0”的數(shù)字位(下文稱為非零數(shù)字位)的數(shù)目。這就是說，具有“-1”或“1”也就是非零值的位數(shù)是L或小于L。CSD表達(dá)式的定義是任意2個非零值的系數(shù)Sk彼此不相鄰的最小表達(dá)式。
例如，127/128，它等于0.9921875，在通常二進(jìn)制碼中，計算成“0.1111111”，這樣具有7個非零位。在CSD碼中，因為用“L＝2”表示，其值為“1.0000001”。這里，1表示“-1”。
與一般的以2為底數(shù)的2進(jìn)制碼相比CSD碼的優(yōu)點是由于用負(fù)數(shù)位而得到靈活性，它認(rèn)可用較小的非零位來表示。
利用CSD碼表示濾波器系數(shù)(在下文稱為“CSD系數(shù)”)的濾波器中，為作乘法所需的加法/減法操作的次數(shù)可通過限制L而減少。這就是說，在使用CSD系數(shù)的濾波器中，由于固定位數(shù)系數(shù)為“-1”或“1”，CSD乘法器可以用L個移位器和L-1個加法器/減法器構(gòu)成。因此，在濾波器中每個乘法器所需的加法器/減法器的數(shù)目比L小1。結(jié)果，數(shù)字濾波器的硬件尺寸可縮小。
圖1描述了為具有2和3個非零數(shù)字位的6位和8位碼設(shè)定的CSD系數(shù)的分布，其中◇(6位)表示L＝2和M＝6的情況，+(6位)表示L＝3和M＝6，□(8位)表示L＝2和M＝8，而x(8位)表示L＝3和M＝8的情況。如圖1所示，CSD系數(shù)的分布是不均勻的，且CSD系數(shù)集中在CSD系數(shù)值小的區(qū)域內(nèi)。M和L值越小，CSD系數(shù)分布越不均勻，然而，由于在濾波器中計算的頻率隨著M和L增大而增加，需要有效的且使M和L變小的CSD系數(shù)轉(zhuǎn)換。
在具有這些特征的CSD濾波器中，一個實數(shù)的實濾波器系數(shù)(在下文稱為“實系數(shù)”)并不直接地轉(zhuǎn)換成CSD系數(shù)，而是用比例因子乘實系數(shù)，以便重新調(diào)整實系數(shù)的大小，然后轉(zhuǎn)換成CSD系數(shù)。用這種方法，當(dāng)比例因子小于1時，在CSD系數(shù)的相對低分布密度區(qū)域中的具有比較大數(shù)值的實系數(shù)被轉(zhuǎn)換成在CSD系數(shù)的相對高分布密度區(qū)域中的具有比較小數(shù)值的CSD系數(shù)。
使用換算因子即比例因子的前提是不管對變換的系數(shù)和實系數(shù)怎樣分配預(yù)定增益，兩個系數(shù)具有相同的規(guī)一化頻率特性。也就是，通過使用換算因子，實系數(shù)能轉(zhuǎn)換成CSD系數(shù)，因為濾波器的增益并不影響濾波器的頻率特性。
然而，通過換算因子把實系數(shù)變換成CSD系數(shù)時，可增加或減小濾波器的增益。增益變化帶來的問題可用換算因子倒數(shù)的逆換算因子乘以CSD系數(shù)而減輕。通過換算因子的處理和逆換算因子的處理，可以減少在實系數(shù)變換成CSD系數(shù)期間產(chǎn)生的量化誤差(下文稱“變換誤差”)利用換算因子的傳統(tǒng)方法和電路，將參考圖2和圖3予以說明。
通常，N抽頭濾波器的輸出y(n)相對于輸入信號x(n)的關(guān)系為y(n)=Σk=0N-1x(n-K)h(k)-----(2)]]>在傳統(tǒng)方法中的換算因子，選擇得使如下公式(3)和(4)給出的實系數(shù)h(n)和它最接近的CSD碼h(n)之間的誤差為最小，其中CSD碼h(n)由實系數(shù)h(n)乘以增益A而得到。E(A)=Σn=0N-1(h(n)-h-(n)/A)2----(3)]]>h(n)＝[A.h(n)]………(4)其中[]指的是CSD變換，在該變換中實系數(shù)h(n)簡單地被量化成所給定的CSD碼的最接近值。
如上所述，換算因子廣泛地在CSD應(yīng)用中使用，因為，由CSD碼的不均勻特性導(dǎo)致的變換誤差，通過施加預(yù)定的換算因子增益得以減小，其前提是頻率特性不變，不管由換算因子附加的濾波器增益是多少。
圖2是傳統(tǒng)方法的原理圖，該方法通過使用方程式(3)和(4)所給出的換算因子來處理濾波器中信號。
圖2中，方塊110表示在CSD系數(shù)發(fā)生器中所實現(xiàn)的操作。如果CSD濾波器的系數(shù)數(shù)目固定，用具有足夠計算能力的通用微處理器或控制器被用作計算。CSD濾波器120是建立在CSD乘法器，加法器等基礎(chǔ)上的。
圖2所示的信號處理方法將在下面步1到步6中說明。
步1根據(jù)相應(yīng)的濾波器功能，如高通濾波或低通濾波，利用濾波器設(shè)計算法(或工具)得到N個最優(yōu)實系數(shù)(coef-0-coef-(N-1))。
步2對于預(yù)定的L，用方程(3)和(4)計算出單個換算因子，通過該單個換算因子，N個實系數(shù)被變換成最近似的CSD系數(shù)(第一CSD系數(shù))。
步3根據(jù)波動量在頻率域中使用優(yōu)化算法。
步4用優(yōu)化算法從第一CSD系數(shù)中形成優(yōu)化的CSD系數(shù)(第2 CSD系數(shù)CSDcoef-0-CSDcoef-CN-1)。
步5在CSD乘法器中，輸入數(shù)據(jù)乘以優(yōu)化的CSD系數(shù)(該操作稱為“CSD乘法”)。
步6用單個逆換算因子去操作步5中乘法的結(jié)果，形成最終的濾波器輸出，該單個逆換算因子是換算因子的倒數(shù)。
圖2所示方法中所用的優(yōu)化算法，因為頻率特性的波動被用作變量，隨之負(fù)擔(dān)了大計算量和長的計算時間。
而且，當(dāng)頻率域的優(yōu)化方法不能得到時，如在自適應(yīng)濾波器和多相濾波器中，或當(dāng)變換特性無法根據(jù)波動量算出時，如在去碼間串?dāng)_濾波器和用于去除碼間串?dāng)_的均衡濾波器中，上述方法是難以使用的。
圖3是4抽頭CSD濾波器的電路圖，用來實現(xiàn)圖2所示的方法。
在圖3中，4抽頭CSD濾波器包括三個單元延遲器121-123，它們順序相連，用來延遲輸入數(shù)據(jù)；第一CSD乘法器124，它把輸入數(shù)據(jù)乘以CSD系數(shù)coef-0；第二CSD乘法器125，它把第一單元延遲器121的輸出乘以CSD系數(shù)coef-1；第三CSD乘法器126，它把第二單元延遲器122的輸出同CSD系數(shù)coef-2相乘；第四CSD乘法器127，它把第三單元延遲器123的輸出同CSD系數(shù)coef-3相乘；第一加法器128它把第一和第二CSD乘法器124和125的輸出相加；第二加法器129，它把第三和第四CSD乘法器126和127的輸出相加；第三加法器130，它把第一和第二加法器128和129的輸出相加；以及逆換算器131，它用單個逆換算因子換算第三加法器130的輸出。
在圖3中，CSD系數(shù)發(fā)生器110，為了簡便起見，分兩部分畫出。正如參照圖2所描述，CSD系數(shù)coef-0到coef-3由CSD系數(shù)發(fā)生器110輸出，它們是第二CSD系數(shù)，是通過換算因子及頻率域內(nèi)優(yōu)化由實系數(shù)變換成最近似的CSD系數(shù)而得到的。逆換算因子是換算因子的倒數(shù)。
根據(jù)圖3所示傳統(tǒng)方法的4抽頭CSD濾波器存在一些問題，即它在CSD系數(shù)發(fā)生器110中，把實系數(shù)變換成CSD系數(shù)化費時間太多，且由于在變換因子選擇中包含初始變換誤差，使變換性能欠佳。
因此，為了克服在CSD濾波器中傳統(tǒng)轉(zhuǎn)換方法存在的問題，本發(fā)明者提出了一種足夠有效的變換方法，即根據(jù)CSD系數(shù)的特性，用多個換算因子和多個逆換算因子，對預(yù)定數(shù)量的非零數(shù)字位只在時間域內(nèi)轉(zhuǎn)換。所提出的方法有效地去除或分散了多個換算因子的不均勻特性導(dǎo)致的變換誤差，因此，使得用CSD系數(shù)做信號處理變得實用。另外，在本發(fā)明中換算因子自身的處理，被用來作變換的優(yōu)化，而換算因子處理在傳統(tǒng)CSD濾波器中只起頻率域變換優(yōu)化的預(yù)濾波作用。因此，變換的優(yōu)化這一步就不需要了，因而能夠減少計算時間。
下面來說明本發(fā)明通過在時間域內(nèi)控制變換因子把實系數(shù)變換成CSD系數(shù)的方法。
對設(shè)計成具有所需特性的濾波器中，實系數(shù)必須變換成其近似的CSD系數(shù)。
為此目的，方程式(3)和(4)修改成方程式(5)和(6)，以使分配給每個濾波器系數(shù)(實系數(shù))一個換算因子。
理論上，當(dāng)分別的換算因子和逆算因子被賦給每個濾波系數(shù)時，h(n)完全可以等于h(n)，即使L＝1。
因此，通過至少將一個換算因子/逆換算因子賦給每個濾波系數(shù)即通過增加換算因子的分辨率，不增加L但改進(jìn)變換性能的CSD系數(shù)變換是可能的。E(A)=Σn=0N-1(h(n)-h-(n)/An)2----(5)]]>h(n)＝[An·h(n)]………(6)這里，賦給每個實系數(shù)h(n)的換算因子被改變和調(diào)節(jié)，以使方程(5)得到的實系數(shù)h(n)和它的最近似CSD碼之間的誤差平方和為最小值。隨著換算因子分辨率的增加，E(A)的值變得比傳統(tǒng)方法小得多。這種方法免除了在頻率域中優(yōu)化的需要，從而明顯地減少了計算負(fù)擔(dān)和計算時間。
如果在方程式(5)和(6)中A0＝A1＝，......＝AN－2＝AN－1＝A，方程式(5)和(6)就產(chǎn)生與方程式(3)和(4)相同的結(jié)果。
方程式(5)和(6)可作如下修改，使每個系數(shù)的誤差最小。
E(An)＝(h(n)－h(huán)(n)/An)2..........(7)h(n)＝[An·h(n)]這里n＝0，1，2，......N－1。
從修改的方程(7)，可分別得到和應(yīng)用使每個系數(shù)的E(Ak)為最小的換算因子。因此，實系數(shù)可能完美地變換成CSD系數(shù)。這就是說Σn=0N-1E(An)0----(8)]]>實際上，換算因子和逆換算因子很可能不是實數(shù)，而取2的乘方或CSD的形式。盡管如此，按方程(8)得到了近似值。
在傳統(tǒng)方法中，所有系數(shù)的換算因子具有相同的值，即SF－0＝SF－1......SF－N－1＝SF(＝A)。
圖4原理性地表示了按本發(fā)明在SCD濾波器中處理信號的方法。
在圖4中，方塊210表示在CSD系數(shù)發(fā)生器中實現(xiàn)的操作，一個具有足夠計算能力的通用微處理器或控制器可用于做計算。CSD濾波器220由CSD乘法器，加法器等組成。
圖4所示的信號處理方法將在步11到步15中說明。
步11N個最優(yōu)實系數(shù)(coef-0-coef-(N-1))按照相應(yīng)的濾波器功能用濾波器設(shè)計工具得到。
步12對應(yīng)于各個實系數(shù)的換算因子(SF-O-SF(N-1))接預(yù)定的非零數(shù)字位的數(shù)目L用方程式(6)和(7)計算出來。
步13用計算出的換算因子將實系數(shù)變換成它們最近似的CSD碼，這些CSD碼是最優(yōu)CSD系數(shù)(CSDcoef-0-CSDcoef-(N-1))。
步14輸入數(shù)據(jù)是與所變換的最優(yōu)CSD系數(shù)作CSD相乘。
步15步14的乘法的結(jié)果用N個逆換算因子(RSF-O-RSE-(N-1))換算以產(chǎn)生最后的濾波器輸出，其中的這些逆換算因子是步12中得到的換算因子的倒數(shù)。
因此，圖4所示的得到CSD系數(shù)的方法免除了傳統(tǒng)方法所需的在頻率域中優(yōu)化的需要。因此，能顯著減少計算負(fù)擔(dān)和計算時間。
本發(fā)明能減少由于在參考文獻(xiàn)(2)中所用局部搜索算法的不正確換算因子引起的起始變換誤差。本發(fā)明改進(jìn)了計算速度和變換性能，因而，它能適用于用固定濾波器系數(shù)的固定型濾波器，也適用于用可變?yōu)V波器系數(shù)的多相濾波器和自適應(yīng)濾波器。
圖5是實現(xiàn)圖4所示的方法的4抽頭CSD濾波器的電路圖。
在圖5中，4抽頭CSD濾波器包括三個單元延遲器221-223，它們順序相連，用來延遲輸入數(shù)據(jù)，包括第一CSD乘法器224，它把輸入數(shù)據(jù)乘以CSD系數(shù)coef-0；第二CSD乘法器225，它把第一單元延遲器221的輸出乘以CSD系數(shù)coef-1；第三CSD乘法器226，它把第二單元延遲器222的輸出乘以CSD系數(shù)coef-2；第四CSD乘法器227，它把第三單元延遲器223的輸出乘以系數(shù)coef-3；第一到第四逆換算因子228-231，用于換算第一到第四乘法器224-227的輸出；以及加法器232，它把第一到第四逆換算因子228-231的輸出相加，以產(chǎn)生最終的濾波器輸出。
這里，正如結(jié)合圖4所描述的，從CSD系數(shù)發(fā)生器210輸出的CSD系數(shù)coef-0到coef-3是根據(jù)從方程式(6)和(7)計算出的第一到第四換算因子將按照濾波特性產(chǎn)生的實系數(shù)進(jìn)行變換而得到的。
CSD系數(shù)發(fā)生器210可以包括一個微處理器，它根據(jù)濾波特性得到實系數(shù)，用增益乘以實系數(shù)得到它的近似CSD碼，再計算每個實系數(shù)的換算因子，使實系數(shù)和所轉(zhuǎn)換的CSD碼之間的誤差最小；還包括一移位器，用于移位CSD碼換算的系數(shù)，以使在能用2-SF表示的換算因子的情況下，產(chǎn)生最佳CSD系數(shù)。該移位器可以用CSD乘法器來替代。
還有，逆換算器228-231可包括移位器或CSD乘法器，移位器用逆換算因子移位乘法器224-227的輸出，CSD乘法器把乘法器224-227的輸出乘以逆換算因子。
這里，當(dāng)換算因子的計算是由移位器實現(xiàn)時，由于逆換算因子的計算也是由移位器實現(xiàn)的，所以不需要有另外的硬件。這時，換算因子和逆換算因子用2-SF來表示。
CSD乘法器可由L個移位器和L-1個加法器/減法器組成，如圖6所示。圖6表示第一乘法器224，給定L＝2。
參照圖6，CSD乘法器224包括二個移位矩陣變換電路224.1和224.2用來接收輸入數(shù)據(jù)，根據(jù)CSD的系數(shù)值移位輸入數(shù)據(jù)并輸出結(jié)果；二個2的補(bǔ)碼轉(zhuǎn)換器224.3和224.4，它把移位矩陣變換電路224.1和224.2的輸出轉(zhuǎn)換成2的補(bǔ)碼，因為從CSD系數(shù)發(fā)生器220產(chǎn)生的CSD系數(shù)的“1”為已知；以及加法器224.5，用來把2的補(bǔ)碼轉(zhuǎn)換器224.3和2244的輸出相加。這里，只在高速方式下工作的寄存器224.6可附加連到加法器224.5的輸出端。還有，若CSD濾波器是自適應(yīng)型的，移位矩陣變換電路可以用桶形移位器所代替。若CSD濾波器是固定型的，移位矩陣變換電路可用移位器來代替，這種移位器簡單地管理輸入和2的補(bǔ)碼轉(zhuǎn)換器之間的連結(jié)。2的補(bǔ)碼轉(zhuǎn)換器由一個反相器和一個加法器組成。為作加法，可利用加法器224.5和加法器在抽頭之間的各個進(jìn)位輸入。
下面來說明圖6所示的CSD乘法器的操作。移位矩陣變換電路224.1和224.2根據(jù)CSD系數(shù)發(fā)生器210形成的CSD系數(shù)的值移位存貯的數(shù)據(jù)。2的補(bǔ)碼轉(zhuǎn)換器224.3和224.3把移位矩陣轉(zhuǎn)換電路224.1和224.2的輸出轉(zhuǎn)換成2的補(bǔ)碼，其中CSD系數(shù)的“1”為已知，但它們并不對其“1”或“0”作出響應(yīng)。加法器224.5把2的補(bǔ)碼轉(zhuǎn)換器224.3和224.4的輸出相加。
然而，如果使誤差最小的換算因子和逆換算因子如上所述賦給各自的實系數(shù)，硬件規(guī)模要增加，盡管計算快了和轉(zhuǎn)換性能改進(jìn)了。因此，在實際應(yīng)用中，考慮到硬件的規(guī)模，需要限制變換因子的分辨率。這樣，對應(yīng)濾波系數(shù)的換算因子需要按照它的接近度加以分組。另一方面，如果換算因子/逆換算因子的計算僅由移位器實現(xiàn)，則硬件的規(guī)模并不增加。
在本發(fā)明的另一實施例中，換算因子通過按照濾波系數(shù)的位置或它的大小上的相似性對它們分類來分成較少數(shù)量的組，以限制它們的分辨率。
也就是，在前一情況下，同樣的換算因子在預(yù)定數(shù)字位上被賦給實系數(shù)。這可有用地應(yīng)用于多相濾波器。在后一情況下，使E(A)最小的換算因子的組合是從類似的換算因子分在同一組中的換算因子組合中選擇的。
圖7是一方法的原理圖，該方法按照本發(fā)明的實施例用來處理具有二個換算因子的濾波器中的信號。
參考圖7，方塊310代表在CSD系數(shù)發(fā)生器中實現(xiàn)的操作。通用微處理器或控制器用于作具有足夠計算能力的計算。CSD濾波器320由CSD乘法器，加法器等等構(gòu)成。
圖7所示的信號處理方法在步21到步25中說明。
步21N個實系數(shù)(coef-0-coef-(N-1)根據(jù)相應(yīng)濾波器的特性，用濾波器設(shè)計工具得到。
步22通過對預(yù)定數(shù)字位上的系數(shù)賦給同一換算因子或根據(jù)CSD系數(shù)的特性按照它們的相似性對實系數(shù)的換算因子分組而計算預(yù)定數(shù)目(在此為2)的換算因子(SF_0和SF_1)。這些換算因子由方程式(5)和(6)計算而得。
步23通過分組而得到的二個換算因子將實系數(shù)轉(zhuǎn)換成CSD碼。這些CSD碼是最優(yōu)CSD系數(shù)(CSDcoef-0-CSDcoef-(N-1)。
步24將輸入數(shù)據(jù)與最優(yōu)CSD系數(shù)作CSD相乘。
步25步24的乘法的結(jié)果分別由兩個逆換算因子(RSF_0和RSF_2)換算以最后形成濾波器輸出，其中的逆換算因子是分別在步22所得的換算因子的倒數(shù)。
如果如圖7所示將換算因子分組，例如，把分別的換算因子賦給多相濾波器中的每個濾波器組，則可以改進(jìn)濾波器的整個性能。
此外，如果實系數(shù)通過多個換算因子轉(zhuǎn)換成第一CSD系數(shù)，然后如同傳統(tǒng)的CSD濾波器那樣，最優(yōu)的CSD系數(shù)根據(jù)頻率域中的波動用優(yōu)化的算法產(chǎn)生，則轉(zhuǎn)換性能進(jìn)一步改進(jìn)。
圖8是一個4抽頭CSD濾波器的電路圖，用于實現(xiàn)圖7所示的方法。
在圖8中，4抽頭CSD濾波器包括三個單元延遲器321-323，它們順序連結(jié)，用來延遲輸入數(shù)據(jù)；第一CSD乘法器324，它把輸入數(shù)據(jù)乘以CSD系數(shù)coef_0；第二CSD乘法器325，它把第一單元延遲器321的輸出乘以CSD系數(shù)coef_1；第三CSD乘法器326，它把第二單元延遲器322的輸出同CSD系數(shù)coef_2相乘；第四CSD乘法器327，它把第三單元延遲器323的輸出同CSD系數(shù)coef_3相乘；第一加法器328，它把第一和第二CSD乘法器324和325的輸出相加；第二加法器329，它把第三和第四乘法器326和327的輸出相加；第一逆換算器330，它用第一逆換算因子換算第一加法器328的輸出；第二逆換算器331，它用第二逆換算因子換算第二加法器329的輸出；以及加法器332，它把第一和第二逆換算器330和331的輸出相加，以輸出最后的濾波器輸出。
這里CSD系數(shù)coef_0和coef_3是用第一和第二換算因子將根據(jù)濾波器特性產(chǎn)生的第一到第四實系數(shù)轉(zhuǎn)換而得到的，其中第一和第二換算因子如上所述按照CSD系數(shù)的特性分組而成。第一和第二逆換算因子分別是第一和第二換算因子的倒數(shù)。
在圖5中表示了本發(fā)明理想的實施例，在每個系數(shù)計算中都要涉及RSF(逆換算因子)，這樣，硬件可能增加。然而，如果計算由移位器實現(xiàn)，則硬件并不增加，系數(shù)的轉(zhuǎn)換速度快，并且由于換算因子的高分辨率轉(zhuǎn)換性能極好。
同時，圖8所示的實施例中，換算因子的分辨率被限制為一預(yù)定數(shù)，以減小硬件規(guī)模。這里，在實際濾波器中RSF的計算同圖5的理想情況相比顯著地減少了。
也就是，在本發(fā)明中性能與換算因子分辨率同硬件復(fù)雜度之間有折衷的關(guān)系。
而且，當(dāng)換算因子或逆換算因子的換算僅靠移位器實現(xiàn)時，可防止硬件規(guī)模的增加，盡管變換性能稍受限制。
本發(fā)明通過使用至少二個換算因子而減少了因濾波器系數(shù)之間的差別引起的變換誤差，而傳統(tǒng)的方法對所有實系數(shù)使用單一換算因子。此外，本發(fā)明通過增加換算分辨率來改進(jìn)變換性能，而參考文獻(xiàn)(3)則用位分辨率來減少變換誤差。
如上所述，通過在時間域中把實系數(shù)變換成CSD系數(shù)，而不是在頻率域中處理，根據(jù)本發(fā)明的方法改進(jìn)了處理速度。而且本發(fā)明用固定數(shù)目的非零數(shù)字位來增加位分辨率，從而能應(yīng)用于許多類型的濾波器，如自適應(yīng)濾波器或多相濾波器。
權(quán)利要求
1.一種在CSD濾波器中處理信號的方法，這種CSD濾波器具有用CSD碼表示的濾波器系數(shù)而得到的所需濾波器特性，所說方法包括下列各步(a)獲取向所說濾波器特性優(yōu)化的實系數(shù)；(b)對每個實系數(shù)計算換算因子，使在所說的系數(shù)變換成CSD碼期間誤差為最??；(c)利用所說換算因子產(chǎn)生最優(yōu)CSD系數(shù)；以及(d)用所說的CSD系數(shù)對輸入數(shù)據(jù)濾波。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所說的在CSD濾波器中處理信號的方法，其中在所說步(b)中計算所說換算因子，使得所說實系數(shù)和由所說實系數(shù)和預(yù)定增益相乘得到的最近似CSD碼變換系數(shù)之間的誤差平方和為最小。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所說的在CSD濾波器中處理信號的方法，其中在所說步(c)中，所說CSD系數(shù)在時間域內(nèi)通過所說實系數(shù)同為所說每個實系數(shù)計算出的所說換算因子相乘而產(chǎn)生。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所說的在CSD濾波器中處理信號的方法，其中在所說步(c)包括下列各步(c1)通過對各實系數(shù)乘以換算因子把實系數(shù)變換成第一CSD系數(shù)；以及(c2)根據(jù)頻率域中的波動量，利用優(yōu)化算法，從所說第一CSD系數(shù)中產(chǎn)生優(yōu)化的第二CSD系數(shù)。
5.一種在CSD濾波器中處理信號的方法，該CSD濾波器具有用CSD碼表示的濾波器系數(shù)而得到的所需濾波器特性，所說方法包括下列各步(a)獲得向?qū)λf濾波器特性優(yōu)化的實系數(shù)；(b)對每個實系數(shù)計算換算因子，使在所說實系數(shù)和由實系數(shù)轉(zhuǎn)換成的CSD碼之間的誤差最??；(c)對所說的每個實系數(shù)，用所說的換算因子產(chǎn)生CSD系數(shù)；(d)用所說的CSD系數(shù)同輸入數(shù)據(jù)相乘；以及(e)通過用逆換算因子換算在所說步(d)中的乘法結(jié)果，產(chǎn)生最后的濾波器輸出，其中所說逆換算因子是所說的換算因子的倒數(shù)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所說的在CSD濾波器中處理信號的方法，其中在所說步(b)中計算所說的換算因子，使得在所說的實系數(shù)和所說最接近CSD轉(zhuǎn)換碼系數(shù)之間具有最小的誤差平方和，而CSD轉(zhuǎn)換碼系數(shù)由所說實系數(shù)同預(yù)定增益相乘而得到。
7.一種在CSD濾波器中處理信號的方法，該CSD濾波器具有通過用CSD碼表示的濾波器系數(shù)而得到的所需濾波器特性，所說方法包括下列各步(a)獲得向所說濾波器特性優(yōu)化的實系數(shù)；(b)計算多個換算因子，這些換算因子在所說實系數(shù)和由所說實系數(shù)轉(zhuǎn)換成的CSD碼之間有最小的轉(zhuǎn)換誤差；(c)用所說多個換算因子產(chǎn)生最優(yōu)的CSD系數(shù)；以及(d)用所說的CSD系數(shù)濾波輸入數(shù)據(jù)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所說的處理信號的方法，其中所說步(b)包括下面各步(b1)根據(jù)CSD系數(shù)的特性，將預(yù)定數(shù)字位的實系數(shù)分組；以及(b2)為每個組計算換算因子，使在所說已分組的實系數(shù)和所說最近的CSD碼之間具有最小的誤差平方和，這些最近似的CSD碼由所說的分組實系數(shù)同預(yù)定增益相乘而得到。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所說的在CSD濾波器中處理信號的方法，其中在所說步(b)中包括下列各步(b1′)對所說每個實系數(shù)計算換算因子，使在所說實系數(shù)和所說最近似的CSD碼變換后的系數(shù)之間具有最小的誤差平方和，所說最近似系數(shù)由所說實系數(shù)和預(yù)定增益相乘而得；以及(b2′)根據(jù)所說換算因子的相似值，對所說實系數(shù)的換算因子分組。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所說的在CSD濾波器中處理信號的方法，其中在所說步(c)中，所說CSD系數(shù)通過將所說實系數(shù)同所說多個換算因子相乘而產(chǎn)生。
11.根據(jù)權(quán)利要求7的所說的在CSD濾波器中處理信號的方法，其中所說步(c)包括下列各步(c1)通過把所說實系數(shù)和所說多個換算因子相乘，把所說實系數(shù)變換成第一CSD系數(shù)；以及(c2)使用基于頻率域中波動量的最優(yōu)算法從所說第一CSD系數(shù)產(chǎn)生最優(yōu)的第二CSD系數(shù)。
12.一種在CSD濾波器中處理信號的方法，該CSD濾波器具有用CSD碼表示的濾波器系數(shù)而得到的所需濾波器特性，所說方法包括下列各步(a)獲得向所說濾波器特性優(yōu)化的實系數(shù)；(b)計算多個換算因子，這些換算因子在所說實系數(shù)和所說的由實系數(shù)轉(zhuǎn)換成的CSD碼之間具有最小的轉(zhuǎn)換誤差；(c)用所說多個換算因子，通過把所說實系數(shù)變換成CSD碼而產(chǎn)生CSD系數(shù)；(d)把輸入數(shù)據(jù)同CSD系數(shù)相乘；以及(e)通過用多個逆換算因子換算所說步(d)中的乘法結(jié)果而形成最后的濾波器輸出，而這些逆換算因子是所說多個換算因子的倒數(shù)。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所說的在CSD濾波器中處理信號的方法，其中所說步(b)包括下列各步(b1)根據(jù)CSD系數(shù)的特性，將預(yù)定數(shù)字位的實系數(shù)分組；以及(b2)計算每組的換算因子，在所說分組實系數(shù)和最近似CSD碼之間具有最小的誤差平方和，所說最近似CSD碼由所說分組實系數(shù)同預(yù)定增益相乘而得到。
14.根據(jù)權(quán)利要求12所說的在CSD濾波器中信號處理的方法，其中所說步(b)包括下列各步(b1′)對每個實系數(shù)計算換算因子，使在所說實系數(shù)和最近似的變換成CSD碼的系數(shù)之間具有最小的誤差平方和，其中所說最近似的CSD碼系數(shù)由所說每個實系數(shù)和預(yù)定增益相乘而得；以及(b2′)按照所說換算因子在數(shù)值上的相似性，為各個實系數(shù)對所說的在步(b1′)中計算出的換算因子分組。
15.一個通過用CSD碼表示的濾波器系數(shù)而得到所需濾波器特性的N抽頭CSD濾波器電路，它包括N-1個順序相連的單元延遲器，用于延遲輸入數(shù)據(jù)；一個CSD系數(shù)發(fā)生器，用來對每個實系數(shù)計算換算因子，使所說實系數(shù)和所說最接近的轉(zhuǎn)換成CSD碼的系數(shù)之間的誤差最小，其中所說最接近的CSD碼系數(shù)通過按濾波特性得到的實系數(shù)同預(yù)定增益相乘，并通過使用所說計算的換算因子形成最優(yōu)CSD系數(shù)而得到；N個CSD乘法器，用于把N-1個單元延遲器的輸出同CSD系數(shù)相乘；N個逆轉(zhuǎn)換器，用于用逆換算因子換算N個CSD乘法器的輸出，其中這些逆換算因子是為所說實系數(shù)計算出的換算因子的倒數(shù)；以及一個加法器，用于把N個逆換算器的輸出相加，并形成最后的濾波器輸出。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所說的CSD濾波器電路，其中所說的每個CSD乘法器包括移位矩陣變換電路，其數(shù)目和CSD系數(shù)中非零數(shù)字位數(shù)L相等，用來按照所說CSD系數(shù)發(fā)生器中產(chǎn)生的CSD系數(shù)的每個數(shù)字位的值移位所說輸入數(shù)據(jù)；L個變換器，用來把L個移位矩陣變換電路的輸出變換成2的補(bǔ)碼；以及L-1個加法器，用來把L個轉(zhuǎn)換器的輸出相加。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所說的CSD濾波器電路，其中如果所說CSD濾波器是一個自適應(yīng)型濾波器，則所說移位矩陣變換電路包括一個桶式移位器。
18.根據(jù)權(quán)利要求16所說的CSD濾波器電路，其中如果所說的濾波器是固定型的，則所說的移位變換矩陣電路包括一移位器。
19.根據(jù)權(quán)利要求16所說的CSD濾波器電路，其中所說L個變換器的一個包括一個反相器和一個加法器，以僅在所說CSD系數(shù)具有“-1”的數(shù)字位上，把相應(yīng)的移位矩陣變換電路的輸出變換成2的補(bǔ)碼。
20.根據(jù)權(quán)利要求15所說的CSD濾波器電路，其中所說的N個逆變換器的每一個包括一些移位器，用于按照每個逆變換因子的值對每個CSD乘法器的輸出移位，并輸出移位的結(jié)果。
21.根據(jù)權(quán)利要求15所說的CSD濾波器電路，其中N個逆變換器中的每一個包括一個CSD乘法器，用于將每個CSD乘法器的輸出同每個逆變換因子相乘。
22.根據(jù)權(quán)利要求15所說的CSD濾波器電路，其中所說CSD系數(shù)發(fā)生器電路包括一個微處理器，用于根據(jù)所說濾波器特性得到實系數(shù)，并為每個所說實系數(shù)計算換算因子，使所說實系數(shù)和最接近的轉(zhuǎn)換成CSD碼的系數(shù)之間的誤差最小，其中所說CSD碼系數(shù)由實系數(shù)同預(yù)定增益相乘而得到；以及一個移位器，用來移位所說轉(zhuǎn)換成CSD碼的系數(shù)，并通過使用所說換算因子形成最優(yōu)CSD系數(shù)。
23.一個通過用CSD碼表示的濾波器系數(shù)而得到所需濾波器特性的N抽頭CSD濾波器，它包括N-1個順序相連的單元延遲器，用于延遲輸入數(shù)據(jù)；一個CSD系數(shù)發(fā)生器，用于通過使用多個(M)換算因子而產(chǎn)生CSD系數(shù)，使所說實系數(shù)和最近似的轉(zhuǎn)換成CSD碼的系數(shù)之間的誤差最小，其中最近似的轉(zhuǎn)換成CSD碼的系數(shù)由所說實系數(shù)同預(yù)定增益相乘而得到；N個CSD乘法器，用于把所說的N-1個單元延遲器的輸出同通過所說M個換算因子產(chǎn)生的CSD系數(shù)相乘；M個加法器，用于把CSD乘法器的輸出相加，其中這些乘法器在N個CSD乘法器的輸出中已經(jīng)乘以相同的換算因子；M個逆換算器，用于用M個逆換算因子換算所說的M個加法器的輸出，其中M個逆換算因子是所說的M個換算因子的倒數(shù)；以及一個加法器，用于把所說M個計算器的輸出相加，并形成最后的濾波器輸出。
24.根據(jù)權(quán)利要求23所說的CSD濾波器電路，其中所說CSD系數(shù)發(fā)生器根據(jù)CSD系數(shù)的特性對以預(yù)定數(shù)字位表示的實系數(shù)分組，把所說分組后的實系數(shù)乘以預(yù)定增益從而得到最近似的變換成CSD碼的系數(shù)，以及對每組實系數(shù)計算換算因子使所說實系數(shù)和所說轉(zhuǎn)換成CSD碼的系數(shù)之間的誤差平方和最小。
25.根據(jù)權(quán)利要求23所說的CSD濾波器電路，其中所說CSD系數(shù)發(fā)生器為每個實系數(shù)計算換算因子使得在所說實系數(shù)和將所說實系數(shù)與預(yù)定增益相乘而得到的轉(zhuǎn)換成CSD碼的系數(shù)之間具有最小的誤差平方和，按照所說換算因子在數(shù)值上的相似性對所說換算因子分組，以及形成多個換算因子。
26.根據(jù)權(quán)利要求23所說的CSD濾波器電路，其中所說的N個CSD乘法器包括移位矩陣變換電路其數(shù)量和CSD系數(shù)中非零數(shù)字位數(shù)目L相等，用來按照所說的CSD系數(shù)發(fā)生器中產(chǎn)生的CSD系數(shù)的每個數(shù)字位的值移位輸入數(shù)據(jù)；L個變換器，用來對所說L個移位矩陣變換電路的輸出按所說CSD系數(shù)變換成2的補(bǔ)碼；以及L-1個加法器，用來將所說的L個變換器的輸出相加。
27.根據(jù)權(quán)利要求23所說的CSD濾波器電路，其中所說M個逆換算器中的每一個包括一個移位器，用于根據(jù)多個逆算因子中的每一個的值，對所說M個加法器中的每一個的輸出進(jìn)行移位，并輸出移位結(jié)果。
28.根據(jù)權(quán)利要求23所說的CSD濾波器電路，其中所說M個逆換算器中的每一個包括一個CSD乘法器，用以把所說M個加法器中的每一個的輸出同多個逆換算因子的每一個相乘。
29.根據(jù)權(quán)利要求23所說的CSD濾波器電路，其中所說CSD系數(shù)發(fā)生器包括一個微處理器，用于根據(jù)所說的濾波器特性得到實系數(shù)，把所說的實系數(shù)同預(yù)定增益相乘，從而得到最近似的轉(zhuǎn)換成CSD碼的系數(shù)，以及為每個實系數(shù)計算換算因子使在所說實系數(shù)和所說的轉(zhuǎn)換成CSD碼的系數(shù)之間的誤差最??；以及一個移位器，對所說轉(zhuǎn)換成CSD碼的系數(shù)移位，并用所說換算因子產(chǎn)生最優(yōu)CSD系數(shù)。
全文摘要
一種在CSD濾波器中處理信號的方法，包括得到向濾波特性優(yōu)化的實系數(shù)；為每個實系數(shù)計算換算因子使實系數(shù)和所變換的CSD碼之間的誤差最??；用所計算的換算因子產(chǎn)生最優(yōu)CSD系數(shù)；用最優(yōu)CSD系數(shù)對輸入數(shù)據(jù)濾波。本方法中，實系數(shù)變換成CSD系數(shù)在時間域中實現(xiàn)。同頻率域中的變換相比，非零數(shù)字位數(shù)固定的情況下，操作速度得以改進(jìn)，位分辨率得以增加。本發(fā)明能應(yīng)用于自適應(yīng)濾波器和多相濾波器。
文檔編號H03H17/02GK1150722SQ96113110
公開日1997年5月28日 申請日期1996年9月20日 優(yōu)先權(quán)日1995年9月30日
發(fā)明者李命煥 申請人:三星電子株式會社