CN102868385A - 一种可配置系数的数字滤波器和实现方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开的一种可配置系数的数字滤波器和实现方法，在存储器中存储的是滤波器系数按一定算法进行拟合后的拟合因子，在保证滤波准确度的情况下，大量节约用于存储滤波器系数的存储空间。本发明可配置系数的数字滤波器包括拟合因子存储器、系数计算模块和数字滤波器，数字滤波器通过系数计算模块连接拟合因子存储器；拟合因子存储器用于存储通过拟合算法将滤波器系数进行拟合后的拟合因子；系数计算模块用于根据输入的控制信息读取拟合因子存储器中相应的拟合因子计算得出所需的滤波器系数；数字滤波器使用系数计算模块计算出的滤波器系数对输入的数字信号进行滤波。

Description

一种可配置系数的数字滤波器和实现方法

技术领域

本发明涉及数字信号处理领域，特别是涉及一种可配置系数的数字滤波器和实现方法。

背景技术

数字滤波器作用于离散时间系统，能利用系统特性对输入信号的波形或频谱进行处理，把输入信号变成一定的输出信号，达到改变信号的频谱的目的。数字滤波器的精确度高，可靠性强，并且使用灵活、方便，是数字信号处理技术中的重要手段。

图1给出了一般数字滤波器的通用结构。某一离散时间的输入信号input(k)经过具有一定系统函数H(z)的数字滤波器后输出期望频谱的信号output(k)。为得到期望频谱的输出信号output(k)，系统函数H(z)需要根据输入信号和期望输出进行调整。系统函数H(z)的调整反映在实际设计中，包括对滤波器类型（FIR或IIR滤波器）、滤波器阶数Order（极点和零点的个数）、滤波器的幅频响应的通带特性、滤波器中心频率f_c和滤波器带宽B_w等参数的设计和调整。用电路实现数字滤波器时，由于滤波器类型（FIR或IIR滤波器）、滤波器阶数、滤波器设计方法等参数的改变会影响电路的结构和硬件的连接方式，而滤波器的幅频响应的通带特性、滤波器中心频率f_c和滤波器带宽B_w是可通过改变滤波器的系数配置的。

随着信号处理系统的广泛应用和信号的日益复杂，一个系统的设计往往需要大量的信号滤波工作，对于每一个需要用不同系统函数来处理的信号配置一块电路的方法显然不利于提高系统的集成化程度和器件的利用率。所以，集成电路中的滤波器的设计一般是在硬件结构固定的情况下，通过配置滤波器系数来改变系统函数H(z)，来实现可配置系数的滤波器。

图2给出了传统的可配置系数的滤波器的结构。其包括一个与数字滤波器连接的滤波器系数存储器，在存储器中存储滤波器系数，数字滤波器根据滤波需要从滤波器系数存储器中调用相应的滤波器系数来改变系统函数，以满足同一系统中不同信号的滤波需求。这种滤波器实现方案的缺点是滤波器系数要根据滤波需求选择，因此必须在存储器中存储大量的滤波器系数。例如，当所需滤除的信号中心频率f_c在范围内变化时，为保证滤波准确度需要在R范围内每隔stepHz存储一组滤波器系数，那么滤波器每一个系数就需要存储至少

个值。假设一个系统中的信号的中心频率变化范围在R[10MHz，20MHz]，而为保证滤波准确度，所选的step为100Hz，直接存储滤波器系数就意味着每个滤波器系数需要存储100001个值。如果设计的滤波器是多阶的滤波器时，需要存储的系数值更将是一个巨大的数字。

发明内容

本发明公开了一种可配置系数的数字滤波器和实现方法，在存储器中不直接存储滤波器系数，而是存储滤波器系数按一定算法进行拟合后的拟合因子，在保证滤波准确度的情况下，大量节约用于存储滤波器系数的存储空间。

本发明的技术方案是：

一种可配置系数的数字滤波器，其特征在于，包括拟合因子存储器、系数计算模块和数字滤波器，所述数字滤波器通过所述系数计算模块连接所述拟合因子存储器；所述拟合因子存储器用于存储通过拟合算法将滤波器系数进行拟合后的拟合因子；所述系数计算模块用于根据输入的控制信息读取拟合因子存储器中相应的拟合因子计算得出所需的滤波器系数；所述数字滤波器使用系数计算模块计算出的滤波器系数对输入的数字信号进行滤波。

所述拟合因子存储器中存储的拟合因子是采用分段的一元线性回归拟合算法拟合后的所有Num个滤波器系数在每一拟合段变化范围内的拟合斜率

和拟合截距

所述系数计算模块的结构包括Num个乘法器和Num个加法器，所述拟合因子存储器分别连接每个乘法器的拟合斜率数据输入端和每个加法器的拟合截距数据输入端，每个乘法器的输出端连接一个加法器的另一输入端，每个加法器的输出端均连接数字滤波器；所述控制信息输入至每个乘法器的另一输入端，控制信息分别与输入给每个乘法器的相应的拟合斜率相乘后再通过与之连接的加法器与对应的拟合截距相加，所得结果分别输出给数字滤波器。

一种可配置系数的数字滤波器的实现方法，其特征在于，在拟合因子存储器中存储通过拟合算法将滤波器系数进行拟合后的拟合因子；通过系数计算模块根据输入的控制信息读取拟合因子存储器中的拟合因子计算出所需的滤波器系数；经系数计算模块计算出的滤波器系数直接作用于数字滤波器，对输入的数字信号进行滤波。

所述对滤波器系数进行拟合的方法包括对滤波器系数进行分段拟合，所述分段拟合的步骤包括：1)将滤波器参数变化的范围分为M段，其中，M为自然数；2)对每段范围内的每一个滤波器系数进行拟合，并对拟合结果进行修正，得出每个滤波器系数在拟合的每一段对应的一组拟合因子；3)在拟合因子存储器中存储对应于M个拟合分段的M组拟合因子，通过每组拟合因子能计算出每一段范围内的所有滤波器系数。

所述分段拟合得出的拟合因子是当只有一个滤波器参数变化时采用以该参数为自变量的一元线性回归拟合算法拟合出的拟合斜率和拟合截距,根据拟合后得出的拟合斜率和拟合截距，所述可配置滤波器实现的步骤包括：

1）控制信息生成：①将滤波器参数变化的范围分为M段，判断出该参数f处于哪一段范围内，若参数f在所有分段中的第m段，得出第m段所对应的拟合因子存储器的读地址；

②计算出该参数f超出第m段起始点多少个step（取整），记为t(f)：

$t\left(f\right)=(f-f_m^{\mathrm{ini}})/\mathrm{step},1\≤m\≤M---\left(1\right)$

2）将第m段所对应的拟合因子存储器的读地址输入至拟合因子存储器，得到相应地址的存储数据，该地址的存储数据中包含了滤波器所有Num个系数在该段变化范围内拟合的斜率

和拟合的截距

3）将控制信息t(f)以及拟合因子存储器中存储的Num个拟合斜率和Num个拟合截距输入至系数计算模块，其中拟合斜率分别与t(f)相乘，并与对应的拟合截距相加即得到参数为f时所有Num个滤波器系数[coef¹(f),coef²(f),…coef^Num(f)]的估计：

${\mathrm{coef}}^{\mathrm{num}}\left(f\right)={\mathrm{ss}}_m^{\mathrm{num}}\×t\left(f\right)+{\mathrm{bb}}_m^{\mathrm{num}},\mathrm{num}=\mathrm{1,2},\·\·\·\mathrm{Num}---\left(2\right)$

4）将得到的所有Num个滤波器系数作为滤波器的参数对输入信号进行滤波，即可得到滤波后的信号。

所述采用分段的一元线性回归拟合算法得到拟合斜率和拟合截距的方法，包括以下步骤：

1）在滤波器参数变化范围内，将参数变化以步长p增加，采集滤波器系数拟合样本；

2）将采集到的滤波器系数的样本空间均匀分为M段；

3）计算各段样本空间中的任一元素相对于该段起始元素的斜率，所述斜率是指参数变化每改变一单位p时，所述滤波器系数数值变化的多少；并以各段起始元素为截距，对各段进行第一次拟合；

4)）计算各段第一次拟合的拟合误差以及各段第一次拟合误差的平均斜率；

5）修正拟合斜率，进行第二次拟合；

6）计算各段第二次拟合的误差以及各段第二次拟合误差的均值；

7）修正拟合截距，进行第三次拟合；

8）计算各段第三次拟合误差，并判断误差范围能否满足拟合精度要求，若误差范围不能满足拟合精度要求，则增加分段数，减小每段参数变化所跨越的范围，重复步骤2）至7），直至拟合精度达到精度要求；如果误差范围满足拟合精度要求，将以p为变化单位的拟合变为以期望单位step为变化单位的拟合，输出变化后拟合斜率和拟合截距。

本发明的技术效果：

本发明公开的一种可配置系数的数字滤波器和实现方法，其特点是滤波器系数并不是直接在存储器中存储和调用的，而是将滤波器系数按一定算法进行拟合后在存储器中存储拟合后的拟合因子，滤波器系数是通过调用存储的拟合因子结合控制信息在系数计算模块中计算得出的。其中系数计算模块的结构和控制信息的内容需根据所采用的拟合算法而调整。拟合出的函数可以为一元（即仅以一个滤波器参数做自变量）乃至多元的拟合函数，拟合中所采用算法可以为本发明提供的分段的一元线性回归拟合算法，也可以为采用其他常用拟合算法，如最小二乘法等。对滤波器系数进行拟合且仅存储拟合后的拟合因子的做法能够在保证滤波准确度的情况下，大量节约用于存储滤波器系数的存储空间，实现可配置系数的数字滤波器。

本发明还给出了一种滤波器系数的分段的一元线性回归拟合算法，该算法是针对滤波器参数仅有一个可变时，对滤波器系数进行拟合的一种简单算法。该算法的主要特点是，1.对滤波器系数进行分段拟合，所分段数和每段所跨越的因变量的可变范围均可根据拟合精度需求调整；2.拟合中包含两步拟合因子的调整步骤，这两步拟合因子的调整是为了提高拟合的精度而设计，实际应用中可根据实际需要跳过或重复进行其中的一步或全部步骤；3.该算法在拟合中所用变化单位p与实际使用中所用的变化单位step可相同也可不同，二者不同时，仅需在拟合完成后，进行单位转换即可。

附图说明

图1为一般数字滤波器的通用结构示意图。

图2为传统的可配置系数滤波器的结构示意图。

图3为本发明的一种可配置系数的数字滤波器的通用结构示意图。

图4为本发明的一种可配置系数的数字滤波器的实施例示意图。

图5为任意一个滤波器系数采用分段一元线性回归拟合的具体过程流程图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的实施例做进一步的详细说明。

如图3所示，是本发明给出的一种可配置系数的数字滤波器的通用结构示意图。一种可配置系数的数字滤波器，包括拟合因子存储器、系数计算模块和数字滤波器，拟合因子存储器连接系数计算模块，系数计算模块连接数字滤波器；拟合因子存储器用于存储通过拟合算法将滤波器系数进行拟合后的拟合因子；系数计算模块用于根据输入的控制信息读取拟合因子存储器中相应的拟合因子计算得出所需的滤波器系数；数字滤波器使用系数计算模块计算出的滤波器系数对输入的数字信号进行滤波。

其中，拟合因子存储器并不直接存储滤波器系数，而是存储各个滤波器系数进行拟合后的拟合因子；此处所述的拟合因子可以是滤波器系数进行一阶线性拟合后的拟合斜率和拟合截距，也可以是滤波器系数用高阶函数进行拟合后的各阶的因数，甚至是使用运用统计分布函数或其它数学手段拟合的参数。系数拟合的方法不同不仅会影响拟合因子存储器中所存储的拟合因子的数量以及控制信息的内容，也决定了系数计算模块的结构；系数计算模块用于根据输入的控制信息从拟合因子存储器中调用出相应的拟合因子与控制信息结合计算得出所述滤波器系数；经系数计算模块计算出的滤波器系数可直接作用于数字滤波器电路，达到滤波效果。系数拟合方法的不同，则拟合后所需存储的拟合因子的数量不同，系数计算模块的结构也不同。系数拟合的原则是在保证拟合精度的情况下，所采用的系数拟合算法能使得所需存储的拟合因子尽量少，系数计算模块结构尽量简单，易实施。

可配置系数的数字滤波器的实现方法，是在拟合因子存储器中存储通过拟合算法将滤波器系数进行拟合后的拟合因子；通过系数计算模块根据输入的控制信息读取拟合因子存储器中的拟合因子计算出所需的滤波器系数；经系数计算模块计算出的滤波器系数直接作用于数字滤波器，对输入的数字信号进行滤波。

对滤波器系数进行拟合的方法，采用的是对滤波器系数进行分段拟合，在拟合因子存储器中存储的拟合因子是采用一定算法对滤波器系数进行分段拟合后的结果。分段拟合的主要步骤包括：1)将滤波器参数变化的范围分为M段（M为自然数）；2)对每段范围内的每一个滤波器系数进行拟合，并对拟合结果进行修正，得出每个滤波器系数在拟合的每一段对应的一组拟合因子；3)在拟合因子存储器中存储对应于M个拟合分段的M组拟合因子，通过每组拟合因子能计算出每一段范围内的所有滤波器系数。

本发明除图3中给出的可配置系数滤波器的通用结构外，还给出了一个有Num个系数且其他参数不变仅中心频率在范围内变化的可配置系数的数字滤波器的实施例。该实施例中所采用的系数拟合方式是分段的一阶线性拟合，即将任意中心频率范围

分为M段（M为自然数），每一个滤波器系数在每段中采用一元线性回归来拟合；拟合出的滤波器系数的估计是关于中心频率的分段函数，滤波器每个系数在拟合的每一段都有一组拟合斜率和拟合截距；在拟合因子存储器中存储了M组数据，每组数据包含所有Num个滤波器在一段中心频率变化范围内的拟合斜率与拟合截距，其中拟合斜率是以中心频率相对于每段的起始频率每改变stepHz时，滤波器系数变化的多少来衡量的。

如图4所示，为本发明的一种可配置系数的数字滤波器的实施例示意图，其中拟合因子存储器中存储的拟合因子是采用分段的一元线性回归拟合算法拟合后的所有Num个滤波器系数在每一拟合段变化范围内的拟合斜率

和拟合截距

系数计算模块的结构包括Num个乘法器和Num个加法器，拟合因子存储器分别连接每个乘法器的拟合斜率数据输入端和每个加法器的拟合截距数据输入端，每个乘法器的输出端连接一个加法器的另一输入端，每个加法器的输出端均连接数字滤波器；所述控制信息输入至每个乘法器的另一输入端，控制信息分别与输入给每个乘法器的相应的拟合斜率相乘后再通过与之连接的加法器与对应的拟合截距相加，结果分别输出给数字滤波器。

根据图4的一种可配置系数的数字滤波器的实施例，具有Num个系数且其他参数不变仅中心频率在

范围内变化的可配置系数的数字滤波器的具体实现方案：

1）控制信息生成：①将滤波器参数变化的范围分为M段，判断出该参数f处于哪一段范围内，若参数f在所有分段中的第m段，得出第m段所对应的拟合因子存储器的读地址；

②计算出该参数f超出第m段起始点多少个step（取整），记为t(f)：

$t\left(f\right)=(f-f_m^{\mathrm{ini}})/\mathrm{step},1\≤m\≤M$

⑴

2）将第m段所对应的拟合因子存储器的读地址输入至拟合因子存储器，得到相应地址的存储数据，该地址的存储数据中包含了滤波器所有Num个系数在该段变化范围内拟合的斜率和拟合的截距

3）将控制信息t(f)以及拟合因子存储器中存储的Num个拟合斜率和拟合截距输入至系数计算模块，其中拟合斜率分别与t(f)相乘，并与对应的拟合截距相加即得到参数为f时所有Num个滤波器系数[coef¹(f),coef²(f),…coef^Num(f)]的估计：

${\mathrm{coef}}^{\mathrm{num}}\left(f\right)={\mathrm{ss}}_m^{\mathrm{num}}\×t\left(f\right)+{\mathrm{bb}}_m^{\mathrm{num}},\mathrm{num}=\mathrm{1,2},\·\·\·\mathrm{Num}---\left(2\right)$

4）将得到的所有Num个滤波器系数作为滤波器的参数对输入信号进行滤波，即可得到滤波后的信号。

本领域的技术人员可以理解，图4中所给出的实施例，其适用范围、所采用的系数拟合方法、控制信息的内容、系数计算模块的结构等仅是示例性的，而非限制性的。该实施例意在说明适用范围、系数拟合方法、控制信息和系数计算模块的结构等需根据滤波需求配合和设计。如，适用范围可以是中心频率可变的滤波器设计，也可以是带宽B_w可变或其他参数可变的滤波器设计；系数拟合方法可以采用分段拟合，也可以不分段；控制信息除包含存储器的读地址等信息外也可以包含其他信息，如为实现电路的复用给出的时钟信息和使能信息等；系数计算模块可以为实施例中给出的采用分段一元线性回归拟合方法对系数拟合时的简单乘加计算结构，也可以为其他拟合算法相应的计算结构。

本发明还在图5中给出了一种滤波器系数的分段一元线性回归拟合的算法的实施例。该实施例是中心频率变化范围

的带阻滤波器的滤波器系数的分段一元线性回归拟合的方案。根据滤波器阶数的不同，滤波器可能具有多个系数，其中任一系数都可通过本发明中提出的滤波器系数拟合算法进行拟合，现以所有Num个滤波器系数中任意一个系数a的拟合为例说明该分段一元线性回归拟合的具体过程：

1）在中心频率变化范围

内，将中心频率f_c以步长p增加，采集相应中心频率下的滤波器系数，作为拟合的样本；设采集到的滤波器任一系数有一长度为N+1的样本空间{a(0),a(1)…a(n)…a(N)}，其中

N为整数，a(n)为中心频率是

时获得的滤波器系数a的值；

2）将采集到的滤波器系数a的样本空间均匀分为M段，则该样本空间可表示为M个元素数为K的子空间的集合{A(1),A(2)…A(m)…A(M)}，K=(N+1)/M(取整)，第m段A(m)中第一个元素a_m，1为样本空间中的第(m-1)×K个元素a((m-1)×K)，a_m，1对应的中心频率为第m分段所包含的中心频率范围的起始频率：

$f_m^{\mathrm{ini}}=f_c^{\mathrm{ini}}+(m-1)\×K\×p,m=\mathrm{1,2},\·\·\·,M---\left(3\right)$

则第m段包含的频率范围为

为便于后续说明，将第m段的第k个元素表示为a_m，k。

3）在第m段中的K个元素中，任取第k个元素（k>1）a_m，k计算其相对于该段起始元素a_m，1的斜率s_m=(a_m,k-a_m,1)/(k-1)，此处斜率指中心频率每改变一单位（pHz）时，该系数数值变化的多少，使用计算出的斜率和该段中第一个元素a_m，1对该段进行第一次拟合，则第m段中第k个元素的估计为：

x_m,k=s_m×(k-1)+a_m，1,k=1,2...K

⑷

4）根据公式（4）计算第m段中所有K个元素的估计，并将得到的数值与实际采得的样本相减，得到第一次拟合时，第m段中所有K个元素的拟合误差dx_m，k(k=1,2,…,K)；计算第m段中第2到第K个样本的所有K-1个拟合误差dx_m，k(k>1)的斜率sdx_m，k即：

${\mathrm{sdx}}_{m,k}=({\mathrm{dx}}_{m,k}-{\mathrm{dx}}_{m,1})/(k-1),k=2...K---\left(5\right)$

则第一次拟合得到的第m段中各元素的拟合误差dx_m，k(k>1)的平均斜率为：

${\mathrm{msdx}}_m=\underset{k=2}{\overset{K}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{sdx}}_{m,k}/(K-1),k=2...K---\left(6\right)$

5）使用公式（6）计算出第m段的各样本的拟合误差dx_m，k(k=1,2,…,K)的平均斜率msdx_m对第m段的拟合斜率s_m进行修正，得到第m段的新的拟合斜率

${\hat{s}}_m=s_m-{\mathrm{msdx}}_m---\left(7\right)$

使用公式（7）中计算出的第m段的新的拟合斜率

和该段中第一个元素a_m，1对第m段进行第二次拟合，此时，该段中第k个元素的估计为：

$y_{m,k}={\hat{s}}_m\×(k-1)+a_{m,1},k=\mathrm{1,2}...K---\left(8\right)$

6）根据公式（8）计算第m段中所有K个元素的估计，并将得到的数值与实际采得的样本相减，得到第二次拟合时，第m段中所有K个元素的拟合误差dy_m，k(k=1,2,…,K)；计算第二次拟合误差dy_m，k的均值mdy_m：

${\mathrm{mdy}}_m=\underset{k=1}{\overset{K}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{dy}}_{m,k}/K---\left(9\right)$

7）使用公式（9）中算出的第m段的第二次拟合误差dy_m，k的均值mdy_m，对第m段的拟合的截距进行修正，得到第m段的新的拟合截距

${\hat{a}}_m=a_{m,1}-{\mathrm{mdy}}_m---\left(10\right)$

使用修正后的第m段的拟合斜率

和拟合截距

对m段进行第三次拟合，得到新的拟合，此时，第m段中第k个元素的估计为：

${\hat{a}}_{m,k}={\hat{s}}_m\×(k-1)+{\hat{a}}_m---\left(11\right)$

8）计算第三次拟合中各元素估计值与采集样本间的差值，即拟合误差，如误差不满足拟合精度需要，则可增加分段数，减小每段所跨越的中心频率的范围，重复步骤2）～7），直至拟合精度达到精度要求；如误差满足拟合精度需要，则需将现有以中心频率每改变pHz时算出的斜率

变成以期望单位step计算的第m段的斜率slope_m（即中心频率每改变step时，第m段滤波器系数变化slope_m）：

${\mathrm{slope}}_m={\hat{s}}_m\×\mathrm{step}/p,m=\mathrm{1,2}...M---\left(12\right)$

变化拟合斜率后，对任一频率f，其对应的滤波器系数为：

$a\left(f\right)=\left\{\begin{array}{cc}{\mathrm{slope}}_1\&times;t\left(f\right)+{\hat{a}}_1,& f_c^{\mathrm{ini}}\&le;f<f_2^{\mathrm{ini}}\\ {\mathrm{slope}}_2\&times;t\left(f\right)+{\hat{a}}_2,& f_2^{\mathrm{ini}}\&le;f<f_3^{\mathrm{ini}}\\ \&CenterDot;& \\ \&CenterDot;& \\ \&CenterDot;& \\ {\mathrm{slope}}_M\&times;t\left(f\right)+{\hat{a}}_M& f_M^{\mathrm{ini}}\&le;f\&le;f_c^{\mathrm{end}}\end{array}\right.---\left(13\right)$

其中，

$t\left(f\right)=(f-f_m^{\mathrm{ini}})/\mathrm{step},m=\mathrm{1,2}...M---\left(14\right)$

滤波器系数经上述方法拟合后，仅需在存储器中存储M组拟合斜率和拟合截距，即可完成滤波器中心频率在

内的所有滤波器系数的计算。通过计算出的滤波器系数对数字信号进行滤波时，其滤波的准确度与拟合的精度和拟合单位step有关。通过缩小拟合段所跨越的频率范围，增加拟合段数量可提高拟合的精度，进而提高滤波准确度；缩小拟合的单位step也可提高滤波准确度。如前述的例子，滤波器的中心频率变化范围在R[10MHz，20MHz]范围内，step仍为100Hz，拟合分段数为10，按上述拟合算法拟合后，每个滤波器系数仅需存储20个拟合因子即可计算出R内任何中心频率时该系数的值，相比于传统的在直接存储相同中心频率下滤波器系数的做法，拟合后的存储器空间仅为原来的1/5000。

需要说明的是，上述算法可以适用于中心频率f_c可变的滤波器系数的拟合，也适用于其他参数，如带宽B_w，可变的滤波器系数的拟合；上述算法实例中所述分段数可以随拟合精度需求不同进行改变，甚至分段数可以为1，即不分段。上述算法实例中每段所跨越的中心频率范围可相同也可不同；上述算法实例中拟合斜率和截距的修正可根据实际需要跳过或者多次重复其中任一或全部修正；上述算法实例中拟合中所用中心频率变化单位p与实际使用中所用的频率变化单位step可相同，此时拟合输出的系数不需进行单位转换，可直接输出，采样单位p也可以与step不同，拟合后再对拟合斜率进行转换。

本发明中给出的滤波器系数的分段一元线性回归拟合算法并不是对系数进行线性拟合的唯一方法。具备高等数学及统计学基础知识的人员应该可以理解，常用的拟合算法，如最小二乘法等，均可用于对滤波器系数进行分段或不分段的一元线性回归拟合。

本发明中所述的系数拟合方法并不局限于一元线性回归拟合，为配合不同的拟合需求，所采用的拟合算法可以为多元的、高阶的、指数、对数等其他数学形式的函数来拟合。无论采用任何形式的拟合算法进行的滤波器系数拟合，均可采用图3中给出的可配置滤波器的通用结构，实现可变系统函数的滤波器。

应当指出，以上所述具体实施方式可以使本领域的技术人员更全面地理解本发明创造，但不以任何方式限制本发明创造。因此，尽管本说明书和实施例对本发明创造已进行了详细的说明，但是，本领域技术人员应当理解，仍然可以对本发明创造进行修改或者等同替换；而一切不脱离本发明创造的精神和范围的技术方案及其改进，其均涵盖在本发明创造专利的保护范围当中。

Claims (7)

1.一种可配置系数的数字滤波器，其特征在于，包括拟合因子存储器、系数计算模块和数字滤波器，所述数字滤波器通过所述系数计算模块连接所述拟合因子存储器；所述拟合因子存储器用于存储通过拟合算法将滤波器系数进行拟合后的拟合因子；所述系数计算模块用于根据输入的控制信息读取拟合因子存储器中相应的拟合因子计算得出所需的滤波器系数；所述数字滤波器使用系数计算模块计算出的滤波器系数对输入的数字信号进行滤波。

2.根据权利要求1所述的一种可配置系数的数字滤波器，其特征在于，所述拟合因子存储器中存储的拟合因子是采用分段的一元线性回归拟合算法拟合后的所有Num个滤波器系数在每一拟合段变化范围内的拟合斜率

和拟合截距

3.根据权利要求2所述的一种可配置系数的数字滤波器，其特征在于，所述系数计算模块包括Num个乘法器和Num个加法器，所述拟合因子存储器分别连接每个乘法器的拟合斜率数据输入端和每个加法器的拟合截距数据输入端，每个乘法器的输出端连接一个加法器的另一输入端，每个加法器的输出端均连接数字滤波器；所述控制信息输入至每个乘法器的另一输入端，控制信息分别与输入给每个乘法器的相应的拟合斜率相乘后再通过与之连接的加法器与对应的拟合截距相加，所得结果分别输出给数字滤波器。

4.一种可配置系数的数字滤波器的实现方法，其特征在于，在拟合因子存储器中存储通过拟合算法将滤波器系数进行拟合后的拟合因子；通过系数计算模块根据输入的控制信息读取拟合因子存储器中的拟合因子计算出所需的滤波器系数；经系数计算模块计算出的滤波器系数直接作用于数字滤波器，对输入的数字信号进行滤波。

5.根据权利要求4所述的可配置系数的数字滤波器的实现方法，其特征在于，所述对滤波器系数进行拟合的方法包括对滤波器系数进行分段拟合，所述分段拟合的步骤包括：1)将滤波器参数变化的范围分为M段，其中，M为自然数；2)对每段范围内的每一个滤波器系数进行拟合，并对拟合结果进行修正，得出每个滤波器系数在拟合的每一段对应的一组拟合因子；3)在拟合因子存储器中存储对应于M个拟合分段的M组拟合因子，通过每组拟合因子能计算出每一段范围内的所有滤波器系数。

6.根据权利要求5所述的可配置系数的数字滤波器的实现方法，其特征在于，所述分段拟合得出的拟合因子是当只有一个滤波器参数变化时采用以该参数为自变量的一元线性回归拟合算法拟合出的拟合斜率和拟合截距,根据拟合后得出的拟合斜率和拟合截距，所述可配置滤波器实现的步骤包括：

1）控制信息生成：①将滤波器参数变化的范围分为M段，判断出该参数f处于哪一段范围内，若参数f在所有分段中的第m段，得出第m段所对应的拟合因子存储器的读地址；

②计算出该参数f超出第m段起始点多少个step（取整），记为t(f)：

$t\left(f\right)=(f-f_m^{\mathrm{ini}})/\mathrm{step},1\&le;m\&le;M---\left(1\right)$

2）将第m段所对应的拟合因子存储器的读地址输入至拟合因子存储器，得到相应地址的存储数据，该地址的存储数据中包含了滤波器所有Num个系数在该段变化范围内拟合的斜率

和拟合的截距

3）将控制信息t(f)以及拟合因子存储器中存储的Num个拟合斜率和拟合截距输入至系数计算模块，其中拟合斜率分别与t(f)相乘，并与对应的拟合截距相加即得到参数为f时所有Num个滤波器系数[coef¹(f),coef²(f),…coef^Num(f)]的估计：

${\mathrm{coef}}^{\mathrm{num}}\left(f\right)={\mathrm{ss}}_m^{\mathrm{num}}\&times;t\left(f\right)+{\mathrm{bb}}_m^{\mathrm{num}},\mathrm{num}=\mathrm{1,2},\&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;\mathrm{Num}---\left(2\right)$

4）将得到的所有Num个滤波器系数作为滤波器的参数对输入信号进行滤波，即可得到滤波后的信号。

7.根据权利要求5所述的可配置系数的数字滤波器的实现方法，其特征在于，所述采用分段的一元线性回归拟合算法得到拟合斜率和拟合截距的方法，包括以下步骤：

1）在滤波器参数变化范围内，将参数变化以步长p增加，采集滤波器系数拟合样本；

2）将采集到的滤波器系数的样本空间均匀分为M段；

3）计算各段样本空间中的任一元素相对于该段起始元素的斜率，所述斜率是指参数变化每改变一单位p时，所述滤波器系数数值变化的多少；并以各段起始元素为截距，对各段进行第一次拟合；

4)）计算各段第一次拟合的拟合误差以及各段第一次拟合误差的平均斜率；

5）修正拟合斜率，进行第二次拟合；

6）计算各段第二次拟合的误差以及各段第二次拟合误差的均值；

7）修正拟合截距，进行第三次拟合；

8）计算各段第三次拟合误差，并判断误差范围能否满足拟合精度要求，若误差范围不能满足拟合精度要求，则增加分段数，减小每段参数变化所跨越的范围，重复步骤2）至7），直至拟合精度达到精度要求；如果误差范围满足拟合精度要求，将以p为变化单位的拟合变为以期望单位step为变化单位的拟合，输出变化后拟合斜率和拟合截距。

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