JPS6336573B2 - - Google Patents

Info

Publication number
JPS6336573B2
JPS6336573B2 JP3998080A JP3998080A JPS6336573B2 JP S6336573 B2 JPS6336573 B2 JP S6336573B2 JP 3998080 A JP3998080 A JP 3998080A JP 3998080 A JP3998080 A JP 3998080A JP S6336573 B2 JPS6336573 B2 JP S6336573B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
coefficient
equation
cutoff frequency
adder
transfer function
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired
Application number
JP3998080A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JPS56137724A (en
Inventor
Shigenori Sano
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Casio Computer Co Ltd
Original Assignee
Casio Computer Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Casio Computer Co Ltd filed Critical Casio Computer Co Ltd
Priority to JP3998080A priority Critical patent/JPS56137724A/en
Publication of JPS56137724A publication Critical patent/JPS56137724A/en
Publication of JPS6336573B2 publication Critical patent/JPS6336573B2/ja
Granted legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03HIMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
    • H03H17/00Networks using digital techniques
    • H03H17/02Frequency selective networks
    • H03H17/0294Variable filters; Programmable filters
    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03HIMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
    • H03H17/00Networks using digital techniques
    • H03H17/02Frequency selective networks
    • H03H17/0223Computation saving measures; Accelerating measures
    • H03H17/0227Measures concerning the coefficients
    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03HIMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
    • H03H17/00Networks using digital techniques
    • H03H17/02Frequency selective networks
    • H03H17/04Recursive filters

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はカツトオフ周波数可変で所定の伝達関
数に従つて入力信号をフイルタリングするデイジ
タルフイルタ装置に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a digital filter device that has a variable cutoff frequency and filters an input signal according to a predetermined transfer function.

従来より、デイジタルフイルタを用いて、ロー
パスフイルタ(Low―Pass filter)、ハイパスフ
イルタ(High―pass filter)あるいはバンドパ
スフイルタ(Band―pass filter)等のフイルタ
を構成することが考えられている。
Conventionally, it has been considered to use digital filters to configure filters such as low-pass filters, high-pass filters, and band-pass filters.

例えば第1図に示す如きバターワース型のロー
パスフイルタを構成する方法として、双一次Z変
換がある。例えば2次のアナログのバタワースフ
イルタに着目してみると、この2次のバタワース
型フイルタの極は周知の如く第2図に示すように
共役根をもち、その基準ローパスフイルタのアナ
ログ伝達関数H1(S)は、 H1(S)=1/(S2+√2S+1) ……式(1) と記載し得る。従つて、カツトオフ周波数cのロ
ーパスフイルタの伝達関数は、式(1)のSをS/
WCに変換することにより、 H(S)=WC 2/(S2+√2SWC+WC 2
……式(2) の如く求まる。ただし、Wc=2πcである。この
伝達関数を双一次変換する。即ち、 S=2/TS(1−Z-1/1+Z-1 ……式(3) により伝達関数H(z)を求めると、 H(z)=K(1+Z-12/1+b1Z-1+b2Z-2……
式(4) となる。
For example, as a method of configuring a Butterworth-type low-pass filter as shown in FIG. 1, there is a bilinear Z-transform. For example, if we focus on a second-order analog Butterworth filter, the poles of this second-order Butterworth type filter have a conjugate root as shown in Figure 2, as is well known, and the analog transfer function H 1 of the reference low-pass filter is (S) can be written as H 1 (S)=1/(S 2 +√2S+1)...Equation (1). Therefore, the transfer function of a low-pass filter with cutoff frequency c is expressed as S/S/
By converting to W C , H(S)=W C 2 /(S 2 +√2SW C +W C 2 )
...It is determined as in equation (2). However, W c =2πc. This transfer function is subjected to bilinear transformation. That is, S=2/T S (1-Z -1 /1+Z -1 ...When the transfer function H(z) is determined by equation (3), H(z)=K(1+Z -1 ) 2 /1+b 1 Z -1 +b 2 Z -2 ……
Equation (4) is obtained.

ただし、各係数は、 WC=2/TStanWDTS/2 ……式(5) とし、 A=tanWD・TS/2 ……式(6) B=1+√2A+A2 ……式(7) とした場合、 b1=2(A2−1)/B ……式(8) b2=(1−√2A+A2)/B ……式(9) K=A2/B ……式(10) となる。尚、TSはサンプリング時間であり、変
換時の周波数のひずみを考慮してある。
However, each coefficient is W C = 2/T S tanW D T S /2 ...Equation (5), A=tanW D・T S /2 ...Equation (6) B=1+√2A+A 2 ... When formula (7) is used, b 1 = 2 (A 2 -1)/B ...Formula (8) b 2 = (1-√2A+A 2 )/B ...Formula (9) K=A 2 /B ...Equation (10) is obtained. Note that T S is the sampling time, taking into account frequency distortion during conversion.

第3図はカツトオフ周波数cを可変とした場合
の式(4)によつて表わされるデイジタルフイルタ装
置のの構成図で、入力信号が供給される加算器
1、この加算器1出力が供給される加算器2、上
記加算器1出力が単位時間TS遅延素子3を介し
て与えられる乗算器4,5を有する。この乗算器
4にはROM6に与えられるカツトオフ周波数デ
ータcに従つて選択されるデータb1が更に供給さ
れ、入力信号がb1倍されて加算器1に与えられ
る。なお、この入力信号は加算器1に対して、減
算を指示するようになつている。また、上記乗算
器5は、単に入力信号を2倍する機能をもち、そ
の出力は加算器2に与えられる。更に、上記遅延
素子3出力は単位時間TS遅延素子7を介して、
更に乗算器8を介して加算器1に与えられると共
に、直接遅延素子7の出力が加算器2へ与えられ
る。上記乗算器8には上記ROM6に与えられる
カツトオフ周波数cによつて選択されるデータb2
が更に供給され、入力信号がb2倍されて加算器1
に与えられる。なお、この入力信号は加算器1に
対して減算を指示するようになつている。そし
て、上記加算器1出力、乗算器5出力及び遅延素
子7出力が供給され、それ等を加算する加算器2
の出力は、カツトオフ周波数cによつて選択され
るROM6の出力Kが供給される乗算器9に与え
られ、K倍されて出力信号となる。
Fig. 3 is a block diagram of a digital filter device expressed by equation (4) when the cutoff frequency c is made variable.The adder 1 is supplied with an input signal, and the output of this adder 1 is supplied. It has an adder 2 and multipliers 4 and 5 to which the output of the adder 1 is applied via a unit time T S delay element 3. This multiplier 4 is further supplied with data b 1 selected according to the cutoff frequency data c applied to the ROM 6 , and the input signal is multiplied by b 1 and applied to the adder 1 . Note that this input signal instructs the adder 1 to perform subtraction. Furthermore, the multiplier 5 simply has the function of doubling the input signal, and its output is given to the adder 2. Furthermore, the output of the delay element 3 passes through the unit time T S delay element 7,
Further, the signal is applied to the adder 1 via the multiplier 8, and the output of the delay element 7 is directly applied to the adder 2. The multiplier 8 receives data b 2 selected by the cutoff frequency c given to the ROM 6.
is further supplied, the input signal is multiplied by b 2 and sent to adder 1
given to. Note that this input signal instructs the adder 1 to perform subtraction. The output of the adder 1, the output of the multiplier 5 and the output of the delay element 7 are supplied to an adder 2 which adds them together.
The output of is applied to a multiplier 9 supplied with the output K of the ROM 6 selected by the cutoff frequency c, and multiplied by K to become an output signal.

然るに、上述したデイジタルフイルタ装置に於
ては、カツトオフ周波数cによりアドレス指定さ
れるROM6の容量は、選択するカツトオフ周波
数cの種類が大となればなる程、大きくせねばな
らず、従つて、大容量のROMを備えてなければ
ならぬものであつた。
However, in the above-mentioned digital filter device, the capacity of the ROM 6 addressed by the cutoff frequency c must be increased as the type of cutoff frequency c selected becomes larger. It had to be equipped with a large capacity ROM.

この発明は上記事情に鑑みてなされたもので、
カツトオフ周波数可変のデイジタルフイルタ装置
に於て、伝達関数の係数の少なくとも1個を直線
近似、折線近似あるいは曲線近似することによ
り、係数記憶の為のメモリ容量を小ならしめるよ
うにしたデイジタルフイルタ装置を提供すること
を目的とする。
This invention was made in view of the above circumstances,
A digital filter device with a variable cut-off frequency is capable of reducing the memory capacity for storing coefficients by approximating at least one of the coefficients of a transfer function to a straight line, a broken line, or a curve. The purpose is to provide.

以下、本発明の一実施例を図面を参照しながら
詳細に説明する。
Hereinafter, one embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

即ち、上述した如きバタワース型のローパスフ
イルタに於て、各係数データK,b1,b2を数値計
算すると、第4図の如くなる。第4図に於ては、
サンプリング周波数s(=1/TS)を32KHzとしたも ので、 A=tan(3.14159×c/32000)……式(11) によりAを求め、このデータAから式(7)を用いて
式(10)により係数Kを、式(8)により係数b1を、式(9)
により係数b2を求める。そして、カツトオフ周波
数cを500Hz毎に変化させる。
That is, in the Butterworth type low-pass filter as described above, when each coefficient data K, b 1 , b 2 is numerically calculated, the result is as shown in FIG. 4. In Figure 4,
The sampling frequency s (=1/T S ) is 32KHz, and A = tan (3.14159×c/32000)...A is determined by formula (11), and from this data A, formula (7) is used to calculate formula The coefficient K is determined by (10), the coefficient b 1 is determined by formula (8), and the coefficient b 1 is determined by formula (9).
Find the coefficient b 2 by Then, the cutoff frequency c is changed every 500Hz.

そして、第4図の如く得られたデータをグラフ
に描くと第5図の如くなることは明らかである。
而して、第5図を於て、係数b1に着目すると、こ
の変化を直線近似した場合、 b1≒−2+8/32+c =−2+c×2-2 ……式(12) となる。
It is clear that if the data obtained as shown in FIG. 4 is drawn in a graph, it will look like FIG. 5.
Therefore, when focusing on the coefficient b 1 in FIG. 5, when this change is approximated by a straight line, b 1 ≈-2+8/32+c =-2+c×2 -2 . . . Equation (12) is obtained.

第6図は式(12)に基づき係数b1を算出する場合の
デイジタルフイルタの構成図を示すもので、説明
の簡略化の為に第3図と同一箇所には同一符号を
付し、その説明を省略する。第6図に於て符号1
0は第7図に示す如きロジツク回路である。即
ち、いまカツトオフ周波数cは、14ビツトデータ
であり、この14ビツトのうち小数点以上を4ビツ
ト、小数点以下を10ビツトとし、単位をKHzとす
る。従つてカツトオフ周波数は、最大16KHzとな
り、カツトオフ周波数cの最小レンジは2-10KHz
=0.9765625Hzとなる。更に、細かいレンジを必
要とする場合は、小数点以下のビツト数を多くと
すれば良いことは勿論である。
Figure 6 shows a configuration diagram of a digital filter when calculating the coefficient b 1 based on equation (12). For the sake of simplifying the explanation, the same parts as in Figure 3 are given the same reference numerals. The explanation will be omitted. Code 1 in Figure 6
0 is a logic circuit as shown in FIG. That is, the cutoff frequency c is 14-bit data, of which 4 bits are above the decimal point, 10 bits are below the decimal point, and the unit is KHz. Therefore, the maximum cut-off frequency is 16 KHz, and the minimum range of cut-off frequency c is 2 -10 KHz.
=0.9765625Hz. Furthermore, if a finer range is required, it goes without saying that the number of bits below the decimal point may be increased.

而して、上記式(12)の演算は、上記14ビツトデー
タを2ビツト右へシフトし、「−2」を加えれば
良く、2の補数表現の場合、第7図に示す如く、
ラツチ11に入力されるデータのうち、最上位ビ
ツトMSBをインバータ12により反転すればよ
い。なお、信号φRはラツチ11の読込みクロツ
クである。しかして、ラツチ11出力は、最上位
ビツトMSBが符号ビツトとなり、小数点以上1
ビツト、小数点以下12ビツトとなる。従つて、乗
算器4に与える係数b1は、単に、ロジツク回路1
0に対しカツトオフ周波数cのデータを供給し、
その結果得られる出力をデータb1とすれば良く、
また、ROM6′は係数b2,Kのデータのみを記憶
すれば良い。
Therefore, to calculate the above equation (12), it is sufficient to shift the 14-bit data to the right by 2 bits and add "-2". In the case of two's complement representation, as shown in FIG.
Of the data input to the latch 11, the most significant bit MSB may be inverted by the inverter 12. Note that the signal φ R is the read clock for the latch 11. Therefore, in the output of the latch 11, the most significant bit MSB becomes the sign bit, and the bit above the decimal point is
bit, 12 bits after the decimal point. Therefore, the coefficient b 1 given to the multiplier 4 is simply the coefficient b 1 given to the multiplier 4.
Supply data of cutoff frequency c for 0,
The resulting output should be data b 1 ,
Further, the ROM 6' only needs to store data of the coefficients b 2 and K.

第8図及び第9図は、上記式(12)に基づき直線近
似した場合のカツトオフ周波数の誤差を求めたも
のである(尚、第9図は、8KHzの周波数までグ
ラフ化したものである。)。即ち、カツトオフ周波
数の誤差をΔとした場合、式(8)より得られる係
数b1(式(11)のAを用いる。)を用いて次式の如く記
載出来る。
FIGS. 8 and 9 show the cutoff frequency errors obtained by linear approximation based on the above equation (12) (FIG. 9 is a graph up to a frequency of 8 KHz). ). That is, when the cutoff frequency error is Δ, it can be written as in the following equation using the coefficient b 1 obtained from equation (8) (using A in equation (11)).

Δ=c′−c (b1+2)×32000/8−c……式(13) この場合、周波数誤差が10%以内であり、許容
誤差範囲内であれば式(12)へ直線近似式をそのまま
用いれば良く、さらに、誤差範囲を狭めるには、
カツトオフ周波数cに予めひずみを与えておき、
式(12)を用いるようにすれば良い。
Δ=c'-c (b 1 + 2) x 32000/8-c...Equation (13) In this case, if the frequency error is within 10% and within the allowable error range, use the linear approximation formula to Equation (12). It is sufficient to use as is, and to further narrow the error range,
A distortion is applied to the cutoff frequency c in advance,
Equation (12) may be used.

このように上記実施例では、サンプリンググレ
ートを2-n(ただしnは自然数)としたこと、即ち
サンプリング周波数sを32KHz=25KHz、従つて
サンプリング周期TS=2-5msecとしたことにより
ロジツク回路10の構成を非常に簡単にすること
が可能となつた。
In this way, in the above embodiment, the sampling rate is set to 2 -n (where n is a natural number), that is, the sampling frequency s is set to 32 KHz = 25 KHz, and therefore the sampling period T S =2 -5 msec. It has become possible to greatly simplify the configuration of the logic circuit 10.

尚、上記実施例では、バタワース型のローパス
フイルタを構成する場合につき説明したが、他の
型式のローパスフイルタあるいは他の特性を有す
るフイルタに適用し得ることは勿論である。
In the above embodiment, the case where a Butterworth-type low-pass filter is constructed has been described, but it goes without saying that the present invention can be applied to other types of low-pass filters or filters having other characteristics.

また、上記実施例では係数b1のみを第5図の点
線で示すように直線近似により算出することで
ROM6′の容量の縮減を計つたが、他の近似演
算により算出することも可能である。すなわち、
第5図から明らかなように、係数b1は3次曲線の
一部、係数b2は2次曲線の一部、係数Kは3次曲
線の一部とみなすことが出来る。従つて、係数b1
を第10図1に示す如く3次曲線にて近似し、係
数b2を第10図2に示す如く2次曲線にて近似
し、係数Kを第10図3に示す如く3次曲線にて
近似することも出来る。また、このような曲線近
似の他、第10図4に示す如く曲線を複数の直線
の組合せとみなし、折線近似により係数の算出を
行なうようにしても、同様に係数記憶メモリの容
量を縮減することが可能となる。
In addition, in the above embodiment, only the coefficient b 1 is calculated by linear approximation as shown by the dotted line in FIG.
Although we tried to reduce the capacity of the ROM 6', it is also possible to calculate it by other approximate calculations. That is,
As is clear from FIG. 5, the coefficient b 1 can be regarded as a part of a cubic curve, the coefficient b 2 can be regarded as a part of a quadratic curve, and the coefficient K can be regarded as a part of a cubic curve. Therefore, the coefficient b 1
is approximated by a cubic curve as shown in Fig. 10, the coefficient b 2 is approximated by a quadratic curve as shown in Fig. 10, and the coefficient K is approximated by a cubic curve as shown in Fig. 10. It can also be approximated. In addition to this kind of curve approximation, the capacity of the coefficient storage memory can be similarly reduced by considering a curve as a combination of a plurality of straight lines and calculating coefficients by broken line approximation, as shown in FIG. 10. becomes possible.

この発明は以上詳細に説明した如く、カツトオ
フ周波数可変で所定の伝達関数に従つて入力信号
をフイルタリングするデイジタルフイルタ装置に
於て、伝達関数の係数の少なくとも1個を直線、
折線あるいは曲線近似により算出して得るように
した為、係数記憶用メモリの容量を、大幅に縮減
し得、デイジタルフイルタ装置を集積化する上
で、非常に有効となるものである。
As described in detail above, the present invention provides a digital filter device that filters an input signal according to a predetermined transfer function with a variable cut-off frequency.
Since the coefficients are calculated by polygonal line or curve approximation, the capacity of the memory for storing coefficients can be significantly reduced, which is very effective in integrating digital filter devices.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は、バタワース型のローパスフイルタの
振幅特性を示す図、第2図は、2次のバスワース
型フイルタの極を示す図、第3図は従来のバタワ
ース型フイルタの構成図、第4図は第3図の各係
数を表わす図、第5図は第4図の各係数の変化を
示すグラフ、第6図は本発明の一実施例のバタワ
ース型フイルタを示す構成図、第7図は第6図の
要部詳細図、第8図は、係数b1を直線近似した際
の周波数誤差を表わす図、第9図は第8図のデー
タの変化を示すグラフ、第10図は各係数の近似
算出を説明するグラフである。 1,2…加算器、3,7…遅延素子、4,5,
8,9…乗算器、6′…ROM、10…ロジツク
回路、11…ラツチ、12…インバータ。
Figure 1 is a diagram showing the amplitude characteristics of a Butterworth type low-pass filter, Figure 2 is a diagram showing the poles of a second-order Busworth type filter, Figure 3 is a diagram showing the configuration of a conventional Butterworth type filter, and Figure 4 is a diagram showing the amplitude characteristics of a Butterworth type low-pass filter. is a diagram showing each coefficient in FIG. 3, FIG. 5 is a graph showing changes in each coefficient in FIG. 4, FIG. 6 is a block diagram showing a Butterworth filter according to an embodiment of the present invention, and FIG. Figure 6 is a detailed view of the main parts, Figure 8 is a diagram showing the frequency error when coefficient b 1 is linearly approximated, Figure 9 is a graph showing changes in the data in Figure 8, Figure 10 is each coefficient It is a graph explaining approximate calculation of. 1, 2... Adder, 3, 7... Delay element, 4, 5,
8, 9... Multiplier, 6'... ROM, 10... Logic circuit, 11... Latch, 12... Inverter.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 カツトオフ周波数可変で所定の伝達関数に従
つて入力信号をフイルタリングするデイジタルフ
イルタ装置に於て、 上記伝達関数の複数の係数のうち少なくとも1
個の係数を、カツトオフ周波数をパラメータとし
て直線、折線あるいは曲線近似により算出する演
算論理手段を具備し、 上記演算論理手段の出力を上記伝達関数の係数
としたことを特徴とするデイジタルフイルタ装
置。
[Scope of Claims] 1. In a digital filter device that filters an input signal according to a predetermined transfer function with a variable cutoff frequency, at least one of the plurality of coefficients of the transfer function is provided.
A digital filter device comprising an arithmetic logic means for calculating the coefficients by linear, broken line, or curve approximation using a cutoff frequency as a parameter, and an output of the arithmetic logic means is used as a coefficient of the transfer function.
JP3998080A 1980-03-28 1980-03-28 Digital filter device Granted JPS56137724A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP3998080A JPS56137724A (en) 1980-03-28 1980-03-28 Digital filter device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP3998080A JPS56137724A (en) 1980-03-28 1980-03-28 Digital filter device

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPS56137724A JPS56137724A (en) 1981-10-27
JPS6336573B2 true JPS6336573B2 (en) 1988-07-20

Family

ID=12568088

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP3998080A Granted JPS56137724A (en) 1980-03-28 1980-03-28 Digital filter device

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JPS56137724A (en)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2652054B2 (en) * 1988-12-08 1997-09-10 株式会社日立製作所 Protection relay device
DE19523885A1 (en) * 1995-06-30 1997-01-02 Zeiss Carl Fa Process for filtering measured value curves

Also Published As

Publication number Publication date
JPS56137724A (en) 1981-10-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US5212659A (en) Low precision finite impulse response filter for digital interpolation
US5541864A (en) Arithmetic-free digital interpolation filter architecture
US4034196A (en) Digital signal processing device with quantizer
US4422156A (en) Digital filter device
JPH0340972B2 (en)
US7324025B1 (en) Non-integer interpolation using cascaded integrator-comb filter
JPH04245712A (en) Digital filter
US7492848B2 (en) Method and apparatus for efficient multi-stage FIR filters
JPH04271511A (en) Dogital filter and multichannel decimeter
US4569030A (en) Recursive digital filter
JPH0828649B2 (en) Digital filter
JPS6036138B2 (en) code conversion device
JPH03209912A (en) Decimeter circuit
EP0559154B1 (en) Digital filter
JP2703126B2 (en) A / D, D / A converter
JPS6336573B2 (en)
US5281968A (en) DC offset correction circuit for A/D converter
JPS6336574B2 (en)
JP3258938B2 (en) Decimation filter
JP3172046B2 (en) Sampling rate converter
JP3097599B2 (en) Digital filter
WO2001031783A1 (en) Circuit and method for processing data
JPH0619797B2 (en) Convolution operation circuit
JPS6318368B2 (en)
JPH04137907A (en) Smoothing filter