CN102291102A - 数字滤波器 - Google Patents

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Abstract

本发明的数字滤波器有效地利用存储器容量。具有多个滤波器单元，所述滤波器单元包括对信号乘以规定的系数的多个系数乘法器(30、36、40)、使信号延迟的多个延迟器(34、38)以及将多个信号相加的加法器(32)，所述滤波器单元对输入信号以及输出信号实施系数相乘以及延迟的处理，根据输入信号获得输出信号。RAM(50)存储多组用于第一个滤波器的多个系数乘法器(30p、36p、40p)的系数数据，并且存储第二个滤波器的延迟器(34y、38y)的延迟数据。RAM(52)存储多组用于第二个滤波器的多个系数乘法器(30q、36q、40q)的系数数据，并且存储第一个滤波器的延迟器(34p、38p)的延迟数据。

Description

数字滤波器
技术领域
本发明涉及一种数字滤波器中的存储器的有效利用。
背景技术
在各种信号处理中，广泛利用数字处理，利用各种数字滤波器。
在图2中，作为数字滤波器的一个例子示出1阶IIR滤波器的结构。通过系数乘法器10将输入信号In乘以系数a之后输入到加法器12。输入信号In通过延迟器14被延迟而作为Z1并通过系数乘法器16乘以系数b后输入到加法器12。
加法器12的输出作为输出信号Out来输出，并且加法器12的输出通过延迟器18被延迟而作为Z2并通过系数乘法器20乘以系数c后输入到加法器12。
因而，在该数字滤波器中进行Out＝a·In+b·Z1+c·Z2这样的运算。
在此，系数数据a、b、c、延迟数据Z1、Z2存储在SRAM等存储部(RAM)中，并从该存储部读出这些数据。另一方面，为了进行上述运算，在一个时钟周期内进行(1)a·In、(2)b·Z1、(3)c·Z2这样的运算。因此，需要分别同时地读出系数数据和延迟数据。
在这种情况下，当用于存储系数a、b、c的系数RAM和用于存储延迟数据Z1、Z2的延迟RAM由分开的RAM构成时，运算效率更高。
专利文献1：日本特开2008-61053号公报
发明内容
发明要解决的问题
在此，当将数字滤波器等进行硬件化时，RAM容量的最小值受到限制(受到容量限制)的情况多。即，RAM是通用的存储部件，当为了特别的用途而制作时成本变高，因此不得不使用作为通用电路具有已经准备好的容量的RAM。因此，有时系数RAM、延迟RAM成为所需容量以上的容量。
作为上述问题的避免对策，有使用双(Dual)端口SRAM的方法，该双端口SRAM能够用一个RAM同时从两个端口进行读出。但是，双端口SRAM与单(Single)端口SRAM相比，即使是同容量，面积也大，因而不是有效的。
用于解决问题的方案
本发明是一种数字滤波器，具有多个滤波器单元，各所述滤波器单元包括对信号乘以规定的系数的多个系数乘法器、使信号延迟的多个延迟器以及将多个信号相加的加法器，各所述滤波器单元对输入信号以及输出信号实施系数相乘以及延迟的处理，根据输入信号获得输出信号，所述数字滤波器具有：第一存储器，其存储多组用于第一个滤波器单元的多个系数乘法器的系数数据，并且存储第二个滤波器单元的延迟器的延迟数据；以及第二存储器，其存储多组用于第二个滤波器单元的多个系数乘法器的系数数据，并且存储第一个滤波器单元的延迟器的延迟数据。
另外优选的是：多个滤波器单元是对来自用于检测绕X轴和Y轴这两轴的加速度的陀螺滤波器(Gyro filter)的两轴的信号进行处理的滤波器，所述第一个滤波器单元处理绕X轴和Y轴中的一个轴的加速度，所述第二个滤波器单元处理绕X轴和Y轴中的另一个轴的加速度，所述第一个滤波器单元和所述第二个滤波器单元是分时利用一个滤波器单元来构成的。
发明的效果
根据本发明，能够并行读出的同时能够实现存储器的有效利用。
附图说明
图1是表示实施方式的结构的图。
图2是表示数字滤波器的结构的图。
图3是表示用于手抖动校正的电路的图。
图4是表示陀螺滤波器的结构的图。
图5是说明陀螺滤波器的X轴运算时的处理的图。
图6是说明陀螺滤波器的Y轴运算时的处理的图。
附图标记说明
30、36、40：系数乘法器；32：加法器；34、38：延迟器。
具体实施方式
以下参照附图来说明本发明的实施方式。
图1是表示实施方式的滤波器的结构的图，示出了串联连接两个滤波器而成的结构。此外，也可以连接三个以上的滤波器。另外，多个滤波器也可以是通过分时利用一个滤波器来构成。
输入信号pIn输入到系数乘法器30p，在该系数乘法器30p中乘以系数pa来获得的pa·pIn输入到加法器32p。输入信号pIn还输入到延迟器34p，在该延迟器34p中进行延迟后成为PZ1。延迟后的信号PZ1在系数乘法器36p中乘以系数pb后输入到加法器32p。
加法器32p的输出作为输出信号pOut而输出，并且加法器32p的输出通过延迟器38p进行延迟后成为PZ2。延迟后的信号PZ2在系数乘法器40p中乘以系数pc后输入到加法器32p。
因而，在该数字滤波器中，进行pOut＝pa·pIn+pb·PZ1+pc·PZ2这样的运算。此外，在将当前的输入信号表示为Inn、将输出信号表示为Outn时，上式成为pOutn＝pa·pInn+pb·pInn-1+pc·pOutn -1。
第一级的滤波器的输出输入到第二级的滤波器。该第二级的滤波器的结构是与第一级的滤波器相同的结构，将各部件的下标p变更为q来表示。另外，关于信号，将信号名称的开头的文字p变更为q来表示。
在这种第二级的滤波器的信号中，qInn＝pOutn。因而，第二级的滤波器进行qOutn＝qa·qInn+qb·QZ1+qc·QZ2＝qa·qInn+qb·qInn-1+qc·qOutn-1＝qa·pOutn+qb·pOutn-1+qc·qOutn-1这样的运算。
在此，系数数据a、b、c、延迟数据Z1、Z2存储在SRAM等存储部(RAM)中，并从该存储部读出这些数据。另一方面，为了进行第一级的运算，在一个时钟周期内进行(1)pa·Inn、(2)pb·PZ1、(3)pc·PZ2这样的运算。
在本实施方式中，在作为两个存储部的RAM 50、RAM 52中存储不同的滤波器的系数数据和延迟数据。即，在RAM 50中存储有系数pa、pb、pc、以及延迟数据QZ1、QZ2。在RAM 52中存储有系数qa、qb、qc、以及延迟数据PZ1、PZ2。
因此，在进行第一级的滤波器中的处理时，并行地从RAM50读出系数pa、pb、pc以及从RAM 52读出延迟数据PZ1、PZ2来进行运算，在进行第二级的滤波器中的处理时，并行地从RAM 52读出系数qa、qb、qc以及从RAM 50读出延迟数据QZ1、QZ2来进行运算。
另外，在RAM 50中存储有系数pa、pb、pc以及延迟数据QZ1、QZ2，在RAM 52中存储有系数qa、qb、qc以及延迟数据PZ1、PZ2，这些系数和延迟数据分别存储有多组。因而，在切换系数的情况下，只改变要读出的系数的组即可，通常不需要数据的重写等。
通过依次进行这种处理，在连接两级而成的数字滤波器中，能够从两个RAM 50、52并行地读出数据来进行运算处理。而且，各RAM 50、52分别能够将第一级的滤波器、第二级的滤波器中的系数数据只存储与所需要的各种模式相应的量。这样，通过存储系数数据和延迟数据这两者，在RAM 50、52这两者都具有一定程度的容量，能够有效地利用这些容量。另外，在变更系数的情况下，能够从存储在RAM 50、52中的各种系数数据的组中进行选择，也能够容易地应对系数的切换。
即，在想要瞬时地切换滤波器特性的情况下，还考虑如下情况：当依次更新RAM 50的系数pa、pb、pc时，运算过程中系数被变更，进行未预期的动作。但是，如上述那样将系数的组准备多个，即(pa1，pb1，pc1)、(pa2，pb2，pc2)、(pa3，pb3，pc3)，通过对使用哪一个组合进行切换来使用，能够应对系数的瞬时的切换。此外，在RAM 52中也相同。
这样，在本实施方式中，能够从两个RAM 50、52并行地读出在一个滤波器中所需的系数数据以及延迟数据，能够实现高速的处理。另外，RAM 50、52分别存储系数数据以及延迟数据，因此各RAM的容量平衡，因此防止产生不需要的空闲部分，能够有效利用存储器。
这种滤波器能够优选地利用于手抖动校正用的滤波器电路中。特别是，当对用于检测多方向的加速度的陀螺仪的检测信号进行处理时，需要多个数字滤波器(IIR滤波器)，上述结构优选应用于该陀螺滤波器中。
图3中示出摄像机的手抖动校正系统的概要的模块结构图。本手抖动校正系统包括传感器部102、电路部104以及驱动部106。本系统采用如下方式：将校正透镜(透镜108)作为对焦调整部件，调整该校正透镜的位置来进行手抖动校正，所述校正透镜设置于在摄像元件(未图示)的受光面形成光学像的光学系统上。
传感器部102由霍尔元件110和陀螺传感器(gyro sensor)112构成。霍尔元件110是检测透镜108的位置的传感器，根据固定在透镜108上的磁体的磁场来产生与离透镜108的距离相应的电压信号VP并输出到电路部104。为了检测垂直于光轴的平面(x-y平面)内的透镜108的二维位置(PP，PQ)，霍尔元件110是分别与x方向、y方向相对应地设置的，分别针对x方向、y方向输出信号VP。
陀螺传感器112是为了检测摄像机的振动而设置的传感器(位移速度检测器)，将与角速度ω相应的电信号Vω作为与摄像机的位移速度相应的振动检测信号输出到电路部104。陀螺传感0112也设有两个，分别针对绕x轴的角速度成分以及绕y轴的角速度成分输出信号Vω。
能够移动的透镜108和使该透镜108移动的驱动部106构成振动补偿机构，驱动部106例如由音圈马达(Voice Coil Motor：VCM)114构成。VCM 114根据电路部104所生成的驱动信号使构成VCM 114的可动线圈的位置发生直线位移，来控制透镜108的位置。为了实现x-y平面内的2维位移，设有一对可动线圈，分别沿x方向、y方向发生位移。
电路部104具有ADC(A/D转换器)120、霍尔滤波器(Hallfilter)122、陀螺滤波器124以及DAC 126。电路部104由逻辑电路构成，例如构成为ASIC(Application Specific IntegratedCircuit：专用集成电路)。
ADC 120分别被输入霍尔元件110、陀螺传感器112的输出信号VP、Vω。ADC 120分时地将两个霍尔元件110分别输出的电压信号VP和两个陀螺传感器112分别输出的电压信号Vω转换为位置数据DP、角速度数据Dω。各信号的A/D转换是每隔伺服控制周期而周期性地进行的。
根据霍尔元件110的输出而生成的位置数据DP输入到霍尔滤波器122。另一方面，根据陀螺传感器112的输出而生成的角速度数据Dω输入到陀螺滤波器124。
陀螺滤波器124是生成与摄像机的位移量相应的振动补偿数据的电路，每隔伺服控制周期对在规定的采样期间内输入的角速度Dω进行积分处理，来生成分别与绕x轴、y轴的摄像机的摆动角度θ相应的数据Dθ。陀螺滤波器124根据数据Dθ生成与分别对于x方向、y方向的手抖动量相应的振动补偿数据DS来输出。该振动补偿数据DS是关于使透镜108沿x轴、y轴这两方向位移何种程度的数据。
霍尔滤波器122具有加法器132以及伺服电路134。加法器132按x、y各方向分别将来自ADC 120的位置数据DP和来自陀螺滤波器124的振动补偿数据DS进行相加。伺服电路134根据加法器132的输出数据算出伺服数据DSV，该伺服数据DSV相当于表示分别关于x轴方向、y轴方向应该使透镜108从当前位置位移何种程度的所需要位移量。所获得的伺服数据DSV提供给DAC126。
DAC 126将从霍尔滤波器122输出的伺服数据DSV转换为模拟电压信号。DAC 126所输出的电压信号被施加规定的放大处理后施加到VCM 114。向DSV的绝对值减小的方向对VCM 114进行驱动，由此，搭载了本系统的摄像机在拍摄期间内使透镜108与手抖动相应地进行移动，来补偿由于手抖动而被摄体像在摄像元件上发生的位移，能够获得高图像质量的图像信号。
接着，说明陀螺滤波器124的结构。图4是表示陀螺滤波器124的概要结构的框图。陀螺滤波器124具有手抖动成分提取电路142、积分电路144以及中心化(centering)处理电路146。
手抖动成分提取电路142是高通滤波器(High Pass Filter：HPF)，被输入时间序列的角速度数据Dω，使包含在该角速度数据Dω中的低频成分衰减，提取目标补偿频带的振动成分。摄像机的手抖动包含例如2Hz～10Hz左右的低的频率，与此对应地，目标补偿频带被设定为1Hz以上。即，手抖动成分提取电路142使几乎视作直流成分的低频成分衰减，另一方面使几Hz左右的成分通过。手抖动成分提取电路142由以浮点形式进行运算的数字滤波器构成，根据设定在未图示的寄存器中的滤波器系数来设定滤波器特性。
积分电路144对手抖动成分提取电路142所输出的浮点形式的角速度数据进行积分，生成表示摄像装置的位移量的角度数据Dθ。积分电路144能够使用LPF来构成，根据设定在未图示的寄存器中的滤波器系数来设定滤波器特性。此外，由积分电路144生成的角度数据Dθ如上述那样表示摄像装置的位移量，还能够将该角度数据Dθ用作向霍尔滤波器122输出的振动补偿数据DS，但是在本系统中，将对由积分电路144获得的角度数据Dθ还进行了中心化处理的结果作为振动补偿数据DS提供给霍尔滤波器122。
中心化处理电路146进行修正位移量的处理使得透镜108难以到达补偿控制机构的可动极限。在中心化处理电路146中，从通过积分处理所获得的角度数据Dθ衰减具有比目标补偿频带的下限低的频率的、视作直流的成分。在这种情况下，中心化处理电路146能够使用HPF来构成。该中心化用的HPF由数字滤波器来构成，根据设定在未图示的寄存器中的滤波器系数来设定滤波器特性。与构成上述手抖动成分提取电路142的HPF同样地，构成中心化处理电路146的HPF的截止频率基本上被设定为低于目标补偿频带的下限。如上所述，中心化处理电路146的处理结果作为振动补偿数据DS。
在此，在本实施方式中，陀螺传感器112检测关于绕x轴、绕y轴的角速度的信号Vω。而且，在陀螺滤波器124中根据基于信号Vω算出的x轴以及y轴方向的角度数据Dθ，来算出作为x、y轴方向的移动量的振动补偿数据DS，通过透镜108沿x、y轴方向的移动来补偿像的位置。补偿的形式不限于此，也能够沿其它方向移动透镜108。
从中心化处理电路146输出的振动补偿数据DS输入到霍尔滤波器122的加法器132。
在此，构成陀螺滤波器124的手抖动成分提取电路142、积分电路144、中心化处理电路146分别具有数字滤波器，该数字滤波器由1阶IIR滤波器构成。另外，这些运算需要关于X轴的运算和关于Y轴的运算，关于图1的数字滤波器，分别需要X轴运算用的数字滤波器和Y轴运算用的数字滤波器。在本实施方式中，设为将这种手抖动校正中的陀螺滤波器124共用于X轴运算和Y轴运算的结构，分时进行处理。
即，如图5、图6所示，RAM 50将X轴的系数数据保存在存储部50-1中，将Y轴的延迟数据保存在存储部50-2中，RAM 52将X轴的延迟数据保存在存储部52-1中，将Y轴的系数数据保存在存储部52-2中。
而且，如图5所示，在进行X轴运算时从RAM 50的存储部50-1读出X轴运算用的系数数据，从RAM 52的存储部52-1读出X轴运算用的延迟数据。这些所读出的系数数据、延迟数据被提供至手抖动成分提取电路142、积分电路144、中心化处理电路146的数字滤波器，进行关于X轴的陀螺滤波器124的运算。另外，如图6所示，从RAM 50的存储部50-2读出Y轴运算用的延迟数据，从RAM 52的存储部52-2读出Y轴运算用的系数数据。这些所读出的系数数据、延迟数据被提供至手抖动成分提取电路142、积分电路144、中心化处理电路146的数字滤波器，进行关于Y轴的陀螺滤波器124的运算。
在构成手抖动校正的陀螺滤波器的情况下，与延迟数据的容量相比系数数据的容量变得更大的情况多，这是因为：为了根据拍摄场景来变更手抖动校正的特性，预先准备多个系数数据。在本实施方式中，在一个RAM中保存系数数据和延迟数据的组合，因此能够使各RAM的容量比较均匀，能够有效地利用RAM，另外能够从两个RAM同时读出在各运算中所需的系数数据和延迟数据。

Claims (2)

1.一种数字滤波器，具有多个滤波器单元，所述滤波器单元包括对信号乘以规定的系数的多个系数乘法器、使信号延迟的多个延迟器以及将多个信号相加的加法器，所述滤波器单元对输入信号以及输出信号实施系数相乘以及延迟的处理，根据输入信号获得输出信号，所述数字滤波器具有：
第一存储器，其存储多组用于第一个滤波器单元的多个系数乘法器的系数数据，并且存储第二个滤波器单元的延迟器的延迟数据；以及
第二存储器，其存储多组用于第二个滤波器单元的多个系数乘法器的系数数据，并且存储第一个滤波器单元的延迟器的延迟数据。
2.根据权利要求1所述的数字滤波器，其特征在于，
所述多个滤波器单元是对来自用于检测绕X轴和Y轴这两轴的加速度的陀螺滤波器的两轴的信号进行处理的滤波器，
所述第一个滤波器单元处理绕X轴和Y轴中的一个轴的加速度，所述第二个滤波器单元处理绕X轴和Y轴中的另一个轴的加速度，
所述第一个滤波器单元和所述第二个滤波器单元是分时利用一个滤波器单元来构成的。
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