CN106533391A - 无限冲激响应滤波器及其控制方法 - Google Patents

无限冲激响应滤波器及其控制方法 Download PDF

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姚炜
吴绍夫
张忠
杜黎明
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Abstract

一种无限冲激响应滤波器及其控制方法，所述控制方法包括：获取并检测所述无限冲激响应滤波器的输入信号；当所述输入信号为0时，记录所述输入信号的输入持续时长；当所述输入持续时长大于预设时长时，清除所述无限冲激响应滤波器中所有移位寄存器中存储的数值。上述方案能够降低无限冲激响应滤波器输出噪声的时长。

Description

无限冲激响应滤波器及其控制方法
技术领域
本发明涉及信号处理领域，尤其涉及一种无限冲激响应滤波器及其控制方法。
背景技术
无限冲激响应(Infinite Impulse Response，IIR)滤波器能够以较低的阶数实现信号的幅频响应特性，经济效率较高，在信号处理中被广泛应用。
IIR滤波器的冲激响应理论上会无限持续。IIR滤波器的输出不仅取决于当前和过去的输入信号值，也取决于过去的输出信号值。当IIR滤波器的输入信号为0时，输出信号在很长一段时间内都保持小幅震荡，也即IIR滤波器在很长一段时间内输出噪声信号。
发明内容
本发明解决的技术问题是如何降低IIR滤波器输出噪声的时长。
为解决上述技术问题，本发明实施例提供一种无限冲激响应滤波器的控制方法，包括：获取并检测所述无限冲激响应滤波器的输入信号；当所述输入信号为0时，记录所述输入信号的输入持续时长；当所述输入持续时长大于预设时长时，清除所述无限冲激响应滤波器中所有移位寄存器中存储的数值。
可选的，所述预设时长与所述输入信号的频率相关。
可选的，所述预设时长不小于所述输入信号最低频率的周期。
可选的，在清除所述无限冲激响应滤波器中所有移位寄存器中存储的数值之后，还包括：在检测到所述输入信号变为非0值时，停止清除所述无限冲激响应滤波器中所有移位寄存器中存储的数值。
本发明实施例还提供了一种无限冲激响应滤波器，包括：检测电路、寄存器清零电路以及无限冲激响应滤波器电路，其中：所述检测电路，与所述无限冲激响应滤波器电路的输入端以及所述寄存器清零电路耦接，适于获取并检测所述无限冲激响应滤波器电路输入端的输入信号值；当所述输入信号为0时，记录所述输入信号的输入持续时长；当检测到所述输入持续时长大于预设时长时，触发所述寄存器清零电路；所述寄存器清零电路，与所述无限冲激响应滤波器电路中的所有移位寄存器均耦接，适于在被触发时，清除所述所有移位寄存器中存储的数值。
可选的，所述寄存器清零电路包括：归零信号生成电路，适于在被触发时，生成归零信号并发送至所述无限冲激响应滤波器电路中的所有移位寄存器，以清除所述所有移位寄存器中存储的数值。
可选的，所述预设时长与所述输入信号的频率相关。
可选的，所述预设时长不小于所述输入信号最低频率的周期。
可选的，所述检测电路，还适于在检测到所述输入信号变为非0值时，向所述寄存器清零电路发送控制指令；所述寄存器清零电路，还适于在接收到所述控制指令时，停止清除所述所有移位寄存器中存储的数值。
与现有技术相比，本发明实施例的技术方案具有以下有益效果：
在检测到值为0的输入信号的输入持续时长达到预设时长时，清除无限冲激响应滤波器中所有移位寄存器中存储的数值，从而可以使得无限冲激响应滤波器的输出也变为0，因此可以降低无限冲激响应滤波器输出噪声的时长。
进一步，当输入信号变为非0值时，停止清除无限冲激响应滤波器中所有移位寄存器中存储的数值，可以确保当有效信号输入时，能够对输入的有效信号进行正常的滤波处理操作。
附图说明
图1是现有的一种IIR滤波器的冲激响应曲线；
图2是本发明实施例中的一种无限冲激响应滤波器的控制方法的流程图；
图3是采用本发明实施例中提供的IIR滤波器的控制方法后IIR滤波器的冲激响应曲线；
图4是本发明实施例中的一种无限冲激响应滤波器的结构示意图。
具体实施方式
在现有技术中可知，当IIR滤波器的输入信号为0时，输出信号在很长一段时间内都保持小幅震荡。参照图1，给出了现有的一种IIR滤波器的冲激响应曲线。图1中，从时间轴上截取时间窗口101，将时间窗口101放大后得到时间窗口101’。从时间窗口101’中可以得知，当IIR滤波器的输入信号变为0后的很长时间内，IIR滤波器的输出信号仍处于震荡状态，没有归零。
通常情况下，由于IIR滤波器输出信号的震荡幅度远小于有效信号，因此不会对有效信号的输出造成干扰。但是，在音频信号处理领域，在两段音频之间可能会存在一段静音时间。此时，虽然IIR滤波器的输入信号为0，但IIR滤波器的输出信号非0，此时IIR滤波器输出噪声信号。也就是说，在音频信号处理领域，当IIR滤波器的输入信号为0时，IIR滤波器长时间输出噪声信号。
在本发明实施例中，在检测到值为0的输入信号的输入持续时长达到预设时长时，清除无限冲激响应滤波器中所有移位寄存器中存储的数值，从而可以使得无限冲激响应滤波器的输出也变为0，因此可以降低无限冲激响应滤波器输出噪声的时长。
为使本发明的上述目的、特征和有益效果能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。
参照图2，本发明实施例提供了一种无限冲激响应滤波器的控制方法，以下通过具体步骤进行详细说明。
步骤S201，获取并检测所述无限冲激响应滤波器的输入信号。
在具体实施中，可以实时获取IIR滤波器的输入信号，并检测IIR滤波器的输入信号是否为0。在本发明实施例中，可以在IIR滤波器的输入端增加一个检测电路，通过检测电路来获取并检测IIR滤波器的输入信号。可以理解的是，也可以在IIR滤波器的输入端增加其他的获取检测装置，来获取并检测IIR滤波器的输入信号。
步骤S202，判断输入信号是否为0。
在具体实施中，当检测到IIR滤波器输入端的输入信号为0时，可以执行步骤S203；当检测到IIR滤波器输入端的输入信号为非0值时，可以重新执行步骤S201。
步骤S203，记录所述输入信号的输入持续时长。
在具体实施中，当IIR滤波器的输入信号为非0值时，可以判定IIR滤波器的输入信号为有效信号。当IIR滤波器的输入信号为0时，IIR滤波器的输入信号可能为有效信号，也可能为无效信号。
为判断IIR滤波器的输入信号是有效信号还是无效信号，在本发明实施例中，当IIR滤波器输入端的输入信号为0时，可以记录该输入信号的输入持续时长。
在本发明实施例中，为记录输入信号的输入持续时长，可以在IIR滤波器的输入端设置一定时器，该定时器可以与IIR滤波器输入端设置的检测电路耦接。当检测电路检测到IIR滤波器的输入信号为0时，定时器被触发，开始记录输入信号的输入持续时长。
步骤S204，判断输入信号的输入持续时长是否大于预设时长。
在具体实施中，当输入信号的输入持续时长大于预设时长时，执行步骤S205；当输入信号的输入持续时长不大于预设时长时，继续执行步骤S204，也即继续判断输入信号的持续时长是否大于预设时长。
在实际应用中可知，当IIR滤波器的输入信号为有效信号时，有效信号中通常不会包含一连串较多个数的0。因此，当输入信号的输入持续时长大于预设时长时，则可以判定当前输入至IIR滤波器的信号为无效信号，也即可以判定当前IIR滤波器的输入端不存在输入信号。
在具体实施中，预设时长可以根据实际的应用场景自行设定。例如，预设时长为50ms。在本发明实施例中，预设时长可以与输入信号的频率相关。在本发明一实施例中，预设时长不小于输入信号最低频率对应的周期。
例如，输入信号为音频信号，音频信号的频率为50Hz，音频信号对应的周期为20ms，则将预设时长设定为30ms。
步骤S205，清除所述无限冲激响应滤波器中所有移位寄存器中存储的数值。
在具体实施中，当检测到输入信号为0的输入持续时长大于预设时长时，清除IIR滤波器中所有移位寄存器中存储的数值。
在实际应用中可知，IIR滤波器器中包括有多个移位寄存器。对于任意的IIR滤波器，对应的传递函数为：
将式(1)转换成差分方程，得到下式：
y(n)+a1y(n-1)+…+amy(n-j)＝b0x(n)+b1x(n-1)+…+bnx(n-k)； (2)
从式(2)中可以得知，当y(n-1)、……、y(n-j)，x(n)、……、x(n-k)均为0时，IIR滤波器的输出y(n)也必然为0。因此，在将IIR滤波器内的所有移位寄存器中的数据全部清零后，IIR滤波器的输入信号为0时，输出信号也同样为0。
参照图3，给出了采用本发明实施例中提供的IIR滤波器的控制方法之后得到的IIR滤波器的冲激响应曲线。图1中，从时间轴上截取时间窗口301，将时间窗口301放大后得到时间窗口301’。从时间窗口301’可以得知，IIR滤波器的输出信号在很短的一段时间内输出稳定为0，此时，IIR滤波器不再输出噪声信号。而在图1中，从时间窗口101’中可知，IIR滤波器的输出在很长的一段时间内都存在噪声。因此，采用本发明实施例中提供的无限冲激响应滤波器的控制方法，可以降低无限冲激响应滤波器输出噪声的时长
由此可见，在检测到值为0的输入信号的输入持续时长达到预设时长时，清除无限冲激响应滤波器中所有移位寄存器中存储的数值，从而可以使得无限冲激响应滤波器的输出也变为0，因此可以降低无限冲激响应滤波器输出噪声的时长。
此外，对于一些稳定性较差的IIR滤波器，当存在一个不稳定的条件触发导致正反馈自激振荡后，现有的IIR滤波器无法自动恢复，一直处于自激振荡状态。而当采用本发明实施例中提供的IIR滤波器的控制方法之后，当检测到输入信号为0的输入持续时长达到预设时长时，清除IIR滤波器中所有移位寄存器中存储的数值，可以快速地使得IIR滤波器恢复正常工作。
在具体实施中，在步骤S205执行完成后，还存在IIR滤波器的输入信号从0变为非0值的情况。例如，IIR滤波器的输入端输入一段有效的音频信号。若仍清除IIR滤波器中所有移位寄存器中存储的数据，则会导致IIR滤波器无法正常工作。
在本发明实施例中，为避免上述问题的出现，当检测到IIR滤波器的输入端输入信号从0变为非0值时，停止清除IIR滤波器中所有移位寄存器中存储的数值，从而可以使得IIR滤波器正常工作。
参照图4，本发明实施例还提供了一种无限冲激响应滤波器，包括：检测电路401、寄存器清零电路402以及无限冲激响应滤波器电路403，其中：
所述检测电路401，与所述无限冲激响应滤波器电路403的输入端以及所述归零信号生成电路耦接，适于获取并检测所述无限冲激响应滤波器电路403输入端的输入信号值；当所述输入信号为0时，记录所述输入信号的输入持续时长；当检测到所述输入持续时长大于预设时长时，触发所述寄存器清零电路；
所述寄存器清零电路402，与所述无限冲激响应滤波器电路403中的所有移位寄存器均耦接，适于在被触发时，清除所述所有移位寄存器Z-1中存储的数值。
在实际应用中，无限响应冲激滤波器电路403可以由多个加法器、乘法器以及移位寄存器Z-1组成。
当检测电路401检测到为0的输入信号的输入持续时长大于预设时长时，触发寄存器清零电路402。当寄存器清零电路402被触发时，无限冲激响应滤波器电路403中的所有移位寄存器Z-1中存储的数值均被清零。
在本发明实施例中，寄存器清零电路402可以包括：归零信号生成电路。检测电路在检测到为0的输入信号的输入持续时长大于预设时长时，触发归零信号生成电路。归零信号生成电路在被触发时，生成归零信号并发送至无限冲激响应滤波器电路403中的所有移位寄存器Z-1，以清除所有移位寄存器Z-1中存储的数值。
在具体实施中，预设时长可以根据实际的应用场景自行设定。例如，预设时长为50ms。在本发明实施例中，预设时长可以与输入信号的频率相关。在本发明一实施例中，预设时长不小于输入信号最低频率对应的周期。
例如，输入信号为音频信号，音频信号的频率为50Hz，音频信号对应的周期为20ms，则将预设时长设定为30ms。
在具体实施中，检测电路401，还适于在检测到所述输入信号变为非0值时，向所述寄存器清零电路402发送控制指令；所述寄存器清零电路402在接收到所述控制指令时，停止清除所述所有移位寄存器Z-1中存储的数值。
本领域普通技术人员可以理解上述实施例的各种方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，该程序可以存储于一计算机可读存储介质中，存储介质可以包括：ROM、RAM、磁盘或光盘等。
虽然本发明披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。

Claims (9)

1.一种无限冲激响应滤波器的控制方法，其特征在于，包括：
获取并检测所述无限冲激响应滤波器的输入信号；
当所述输入信号为0时，记录所述输入信号的输入持续时长；
当所述输入持续时长大于预设时长时，清除所述无限冲激响应滤波器中所有移位寄存器中存储的数值。
2.如权利要求1所述的无限冲激响应滤波器的控制方法，其特征在于，所述预设时长与所述输入信号的频率相关。
3.如权利要求2所述的无限冲激响应滤波器的控制方法，其特征在于，所述预设时长不小于所述输入信号最低频率的周期。
4.如权利要求1所述的无限冲激响应滤波器的控制方法，其特征在于，在清除所述无限冲激响应滤波器中所有移位寄存器中存储的数值之后，还包括：在检测到所述输入信号变为非0时，停止清除所述无限冲激响应滤波器中所有移位寄存器中存储的数值。
5.一种无限冲激响应滤波器，其特征在于，包括：检测电路、寄存器清零电路以及无限冲激响应滤波器电路，其中：
所述检测电路，与所述无限冲激响应滤波器电路的输入端以及所述寄存器清零电路耦接，适于获取并检测所述无限冲激响应滤波器电路输入端的输入信号值；当所述输入信号为0时，记录所述输入信号的输入持续时长；当检测到所述输入持续时长大于预设时长时，触发所述寄存器清零电路；
所述寄存器清零电路，与所述无限冲激响应滤波器电路中的所有移位寄存器均耦接，适于在被触发时，清除所述所有移位寄存器中存储的数值。
6.如权利要求5所述的无限冲激响应滤波器，其特征在于，所述寄存器清零电路包括：归零信号生成电路，适于在被触发时，生成归零信号并发送至所述无限冲激响应滤波器电路中的所有移位寄存器，以清除所述所有移位寄存器中存储的数值。
7.如权利要求5所述的无限冲激响应滤波器，其特征在于，所述预设时长与所述输入信号的频率相关。
8.如权利要求7所述的无限冲激响应滤波器，其特征在于，所述预设时长不小于所述输入信号最低频率的周期。
9.如权利要求5所述的无限冲激响应滤波器，其特征在于，所述检测电路，还适于在检测到所述输入信号变为非0值时，向所述寄存器清零电路发送控制指令；
所述寄存器清零电路，还适于在接收到所述控制指令时，停止清除所述所有移位寄存器中存储的数值。
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