CN102124650A - 信号处理电路 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种信号处理电路，包括具有通常等价的传递函数的IIR滤波器(11)、以及FIR滤波器(12)这两种滤波器，在调整成任意的传递函数的调整模式的情况下，将结构设定成IIR滤波器(11)，在调整结束后的阶段、或在信号处理模式的情况下，将结构变更成等价的传递函数的FIR滤波器(12)。

Description

信号处理电路
技术领域
本发明涉及一种适合用于利用数字信号处理对音频信号进行处理的用途的信号处理电路。
背景技术
通常，作为数字滤波器，已知有IIR(无限脉冲响应(Infinite Impulse Response))滤波器和FIR(有限脉冲响应(Finite Impulse Response))滤波器两种方式。
在图3和图4中，分别示出了作为信号流程图的、IIR滤波器和FIR滤波器的信号处理的算法。
如图3所示，IIR滤波器由对与IIR滤波器的传递函数相对应的滤波器系数进行输出的IIR系数输出器30、加法运算器31、32、乘法运算器33～37、以及延迟器38、39所构成。而且，IIR滤波器具有能容易地设定任意的频率特性的特征，如图3所示，由于具有反馈环，因而会对运算误差进行累积，因此运算精度较差。
与此不同的是，如图4所示，FIR滤波器由对与FIR滤波器的传递函数相对应的滤波器系数进行输出的FIR系数输出器40、加法运算器41、乘法运算器42～44、以及延迟器45、46所构成。而且，由于对各信号，每一个滤波器系数只各进行一次乘法运算和加法运算就结束，因而不存在误差的累积，因此，可以提供高精度的运算精度，但是，较难进行只变更频率特性的某个部分等的调整，从而具有调整性较差的特征。
另外，以往，为了减少D/A(数字/模拟(Digital/Analog))转换器的量化噪声，已知有一种混合FIR/IIR滤波器的结构，将IIR滤波器功能与FIR滤波器功能进行组合，从而对D/A转换器的量化输出进行滤波(例如，参照专利文献1)。
另外，还已知一种设计方法，通过测定IIR滤波器的脉冲响应来求出FIR滤波器的系数，而不进行多项式的数值运算、或离散傅里叶逆变换等复杂的运算(例如，参照专利文献2)。
专利文献1：日本专利特开平11-284491号公报
专利文献2：日本专利特开平6-97777号公报
发明内容
根据上述专利文献1所揭示的技术，通过将FIR滤波器功能与IIR滤波器功能进行组合而形成一个电路，所需要的抽头数少于现有的FIR方式，所需要的区域少于IIR滤波器。
然而，上述混合FIR/IIR滤波器不能对FIR滤波器和IIR滤波器进行切换使用，因此，无法兼具IIR滤波器所具有的易调整性、以及FIR滤波器所具有的运算误差较小的高精度性。
另外，根据上述专利文献2所揭示的方法，可以设计出具有线性相位特性、并具有原来的IIR滤波器的幅频特性的平方的特性的FIR滤波器。然而，在对低频带进行增强等常用的频率修正中，已知实现该频率特性的IIR滤波器的响应时间极长，由此，所算出的FIR滤波器的成组延迟频率特性极长，因此，导致无法适用于不允许较长的延迟的、实时性较高的音频、视频系统。
此外，由于此处所获得的FIR滤波器具有IIR滤波器平方的振幅特性，因此，若使用该FIR滤波器进行频率修正，则还会导致修正过度，从而对易调整性造成损害。例如，若用IIR滤波器修正6dB，则用FIR滤波器将修正12dB。
本发明用于解决上述问题，其目的在于，提供一种兼具IIR滤波器所具有的易调整性和FIR滤波器所具有的运算误差较小的高精度性的、高性能的信号处理电路。
为了解决上述问题，本发明的信号处理电路包括：IIR滤波器和FIR滤波器，该IIR滤波器和FIR滤波器根据与传递函数相对应而设定的滤波器系数，对数字信号进行处理；IIR滤波器系数存储部，该IIR滤波器系数存储部对所述IIR滤波器的滤波器系数进行存储；滤波器系数转换部，该滤波器系数转换部根据存储于所述IIR滤波器系数存储部的IIR滤波器系数，生成具有与所述IIR滤波器系数相同的传递函数的FIR滤波器系数；FIR滤波器系数存储部，该FIR滤波器系数存储部对由所述滤波器系数转换部所生成的FIR滤波器系数进行存储；以及控制部，该控制部在对所述传递函数进行调整时，使所述IIR滤波器有效，并对所述滤波器系数转换部进行控制，以生成具有与所述IIR滤波器系数相同的传递函数的FIR滤波器系数，并且在信号处理时或所述调整结束后的阶段，使所述FIR滤波器有效。
根据本发明，可以提供一种兼具IIR滤波器所具有的易调整性和FIR滤波器所具有的运算误差较小的高精度性的、高性能的信号处理电路。
附图说明
图1是表示本发明的实施方式1所涉及的信号处理电路的内部结构的框图。
图2是表示本发明的实施方式1所涉及的信号处理电路的动作的流程图。
图3是以信号流程图来表示IIR滤波器的信号处理的算法的图。
图4是以信号流程图来表示FIR滤波器的信号处理的算法的图。
具体实施方式
下面，为了更详细地对本发明进行说明，根据附图对用于实施本发明的方式进行说明。
实施方式1
图1是表示本发明的实施方式1所涉及的信号处理电路的内部结构的框图。
如图1所示，本发明的实施方式1所涉及的信号处理电路由控制部10、IIR滤波器11、FIR滤波器12、IIR滤波器系数存储部13、FIR滤波器系数存储部14、滤波器系数转换部15、以及切换部16所构成。
IIR滤波器11如上所述，具有能容易地设定任意的频率特性的特征，由于具有反馈环，因而会对运算误差进行累积，因此运算精度较差，与此不同的是，FIR滤波器12由于对各信号，每一个滤波器系数只各进行一次乘法运算和加法运算就结束，因此，不存在误差的累积，从而可以提供高精度的运算精度，但是，具有较难进行只变更频率特性的某个部分等的调整的特征。
IIR滤波器11以及FIR滤波器12都根据对应于传递函数而设定的滤波器系数来进行信号处理，例如，可以安装于DSP(数字信号处理器(Digital Signal Processor))。
在IIR滤波器系数存储部13中，存储有IIR滤波器11的IIR滤波器系数，在FIR滤波器系数存储部14中，存储有由滤波器系数转换部15所生成的FIR滤波器系数。
滤波器系数转换部15在控制部10的控制之下，根据存储于IIR滤波器系数存储部13的IIR滤波器系数来生成具有与IIR滤波器系数相同的传递函数的FIR滤波器系数。滤波器系数转换部15利用在控制部10的控制下所测得的脉冲响应、或利用傅里叶逆变换等运算，根据IIR滤波器系数来生成具有与IIR滤波器系数相同的传递函数的FIR滤波器系数。
此外，控制部10具有如下功能：即，对使IIR滤波器11和FIR滤波器12中的哪一个有效而动作进行决定的结构设定控制功能；以及对滤波器系数转换部15进行控制，使滤波器系数转换部15生成具有与IIR滤波器系数相同的传递函数的FIR滤波器系数，并存储于FIR滤波器系数存储部14的功能。
即，控制部10在对传递函数进行调整时(调整模式)，根据用户所选择的操作，经由切换部16使IIR滤波器11有效，对滤波器系数转换部15进行控制，以生成具有与IIR滤波器系数相同的传递函数的FIR滤波器系数。另外，控制部10在信号处理时(信号处理模式)或调整结束后的阶段，根据用户所选择的操作，经由切换部16使FIR滤波器12有效。
此外，上述控制部10、IIR滤波器系数存储部13、FIR滤波器系数存储部14、滤波器系数转换部15、以及切换部16安装于例如包含存储器的MPU(微处理器(Micro Processor))中。
此时，在存储器中，对IIR滤波器系数存储部13和FIR滤波器系数存储部14进行分配以进行存储。此外，也可以对存储器进行外置。
图2是表示本发明的实施方式1所涉及的信号处理电路的动作的流程图。
下面，参照图2的流程图，对图1所示的本发明的实施方式1所涉及的信号处理电路的动作进行详细说明。
在将信号处理电路调整为任意的传递函数的调整模式中(步骤ST201“调整”)，控制部10首先进行用于使IIR滤波器11有效的结构设定(步骤ST202)。即，信号处理电路被设定为调整模式，该调整模式利用切换部16选择IIR滤波器11，从而使其有效并动作。
然后，对调整是否结束进行判断(步骤ST203)，在否的情况下对调整进行重复，在是的情况下，控制部10对滤波器系数转换部15进行控制，基于存储于IIR滤波器系数存储部13的IIR滤波器系数，生成具有与IIR滤波器系数相同的传递函数的FIR滤波器系数(步骤ST204)。此处所生成的FIR滤波器系数由控制部10存储于FIR滤波器系数存储部14。
在滤波器系数转换部15生成具有与IIR滤波器系数相同的传递函数的FIR滤波器系数时，控制部10将脉冲信号输入滤波器系数转换部15，对其脉冲响应进行测量。
即，控制部10暂时将由IIR滤波器11所构成并设定的信号处理电路看成未知框，将脉冲信号输入该信号处理电路，对其脉冲响应进行测量。众所周知，该脉冲响应等价于算出了IIF滤波器11的滤波器系数，若构成并设定以该值为系数的FIR滤波器12，则可以在FIR滤波器12上实现与IIR滤波器11等价的特性(传递函数)。
此外，这里，利用脉冲响应生成具有与IIR滤波器系数相同的传递函数的FIR滤波器系数，但在处理时间基本不成问题的情况下，控制部10也可以利用多项式的数值运算、或离散傅里叶逆变换(IDFT：Inverse Discrete Fourier Transform)等众所周知的运算来算出滤波器系数。
接着，控制部10将结构的设定变更成具有由滤波器系数转换部15所生成的、与IIR滤波器相同的传递函数的FIR滤波器(步骤ST205)。即，信号处理电路利用切换部16，选择具有与IIR滤波器11的滤波器系数相同的传递函数的FIR滤波器12并使其有效，从而转移至进行信号处理的状态。
另外，在步骤ST201的模式判定处理中，在判定为信号处理模式的情况下(步骤ST201“信号处理”)，控制部10将结构设定为FIR滤波器12(步骤ST206)，对切换部16进行控制，指示开始由FIR滤波器12进行信号处理(步骤ST207)。
此外，在再调整时，控制部10再次将结构的设定变更为IIR滤波器11，在结构重设之后，再将结构设定置换成具有相同传递函数的FIR滤波器12。
根据上述的本发明的实施方式1所涉及的信号处理电路，准备通常具有相同的传递函数的IIR滤波器11和FIR滤波器12这两种滤波器系数，在调整成任意的传递函数的调整模式的情况下，将结构设定成IIR滤波器11，在调整结束后的阶段、或在信号处理模式的情况下，将结构变更成传递函数相同的FIR滤波器12，从而可以同时具有IIR滤波器11所具有的易调整性、以及FIR滤波器12所具有的运算误差较小的高精度性。
另外，根据本发明的实施方式1所涉及的信号处理电路，由于使用能实时地进行信号传输的IIR滤波器11来自动生成传递函数等价的FIR滤波器12的滤波器系数，因此，可以在短时间内生成FIR滤波器系数，并且，可以减轻信号处理电路的运算负荷。
此外，根据上述的本发明的实施方式1所涉及的信号处理电路，对脉冲响应进行测量以生成具有与IIR滤波器11等价的传递函数的FIR滤波器系数，但在处理时间不成问题的情况下，也可以用由控制部10所进行的多项式的数值运算或IDFT运算来代替。
另外，在脉冲响应过长的情况下，控制部10通过利用对脉冲响应适当的窗函数进行卷积运算，还能有效地削减运算量。此外，这里所谓的适当的窗函数，可以使用矩形窗、高斯窗、海明窗等。
另外，在脉冲响应较长的情况下，利用时间轴上的滤波器运算与频率轴上的乘法运算等价，对FIR滤波器系数和输入信号进行变频，通过在频率轴上对它们进行乘法运算，可以进一步实现运算量的减少。
此外，位于频率轴上的滤波器处理可以利用公知的重叠相加法(Overlap-add)或重叠保留法(Overlap-save)的运算方法来实现。
此外，对于图1所示的控制部10所具有的功能，既可以全部用软件来实现，或者也可以用硬件来实现其至少一部分。
例如，控制部10在对传递函数进行调整时，使IIR滤波器11有效，对滤波器系数转换部15进行控制以生成具有与IIR滤波器系数相同的传递函数的FIR滤波器系数，并且在信号处理时或在调整结束后的阶段，也可以利用一个或多个程序在计算机上实现使FIR滤波器12有效的数据处理，另外，也可以用硬件来实现其至少一部分。
工业上的实用性
由于本发明所涉及的信号处理电路可以提供一种兼具IIR滤波器所具有的易调整性和FIR滤波器所具有的运算误差较小的高精度性的、高性能的信号处理电路，因此，对特别适用于利用数字信号处理对音频信号进行处理的信号处理电路等较为适用。

Claims (5)

1.一种信号处理电路，其特征在于，包括：
IIR滤波器和FIR滤波器，该IIR滤波器和FIR滤波器根据与传递函数相对应而设定的滤波器系数，对数字信号进行处理；
IIR滤波器系数存储部，该IIR滤波器系数存储部对所述IIR滤波器的滤波器系数进行存储；
滤波器系数转换部，该滤波器系数转换部根据存储于所述IIR滤波器系数存储部的IIR滤波器系数，生成具有与所述IIR滤波器系数相同的传递函数的FIR滤波器系数；
FIR滤波器系数存储部，该FIR滤波器系数存储部对由所述滤波器系数转换部所生成的FIR滤波器系数进行存储；以及
控制部，该控制部在对所述传递函数进行调整时，使所述IIR滤波器有效，并对所述滤波器系数转换部进行控制，以生成具有与所述IIR滤波器系数相同的传递函数的FIR滤波器系数，并且在信号处理时或所述调整结束后的阶段，使所述FIR滤波器有效。
2.如权利要求1所述的信号处理电路，其特征在于，
所述控制部将脉冲信号输入至所述滤波器系数转换部，将所测得的脉冲响应存储于所述FIR滤波器系数存储部，作为具有与所述IIR滤波器系数相同的传递函数的FIR滤波器系数。
3.如权利要求1所述的信号处理电路，其特征在于，
所述控制部将存储于所述IIR滤波器系数存储部的IIR滤波器系数转换为具有与该IIR滤波器系数相同的传递函数的FIR滤波器系数。
4.如权利要求2所述的信号处理电路，其特征在于，
所述控制部在所述脉冲响应超过规定长度的时间阈值的情况下，利用规定的窗函数对所述脉冲响应进行卷积运算。
5.如权利要求2所述的信号处理电路，其特征在于，
所述控制部在所述脉冲响应超过规定长度的时间阈值的情况下，对输入信号和存储于所述FIR滤波器系数存储部的FIR滤波器系数进行变频，并对变频后的输入信号和FIR滤波器系数进行乘法运算。
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