JP2002505834A - ディジタルフィルタにおける係数のダイナミックレンジを変更するためのシステム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 ディジタルフィルタは複数のフィルタセルを具え、複数のフィルタセルのそれぞれが、フィルタセルについての係数を決定し、複数のフィルタセルの各々により用いられる利得に従って係数を調整し、入力データと調整された係数とを乗算してフィルタセル出力を生成するための回路を含む。加算回路は、複数のフィルタセルの各々からのフィルタセル出力を加算してフィルタ出力を生成し、逆利得回路は、複数のフィルタセルの係数を調整するために用いられた利得の逆数に従ってフィルタ出力を調整する。

Description

【発明の詳細な説明】 ディジタルフィルタにおける係数のダイナミックレンジ を変更するためのシステム 〔発明の背景〕発明の分野 本発明は、フィルタを実現ために必要なハードウェアを小型化するために、係 数のダイナミックレンジを変更するディジタルフィルタを指向するものである。 特に、本発明は、フィルタの利得に従って係数を調整するディジタルフィルタ、 調整された係数の各々と入力データとを乗算し、その積を加算するディジタルフ ィルタ、及び、その積の和をフィルタ利得の逆数に従って調整するディジタルフ ィルタを指向するものである。関連技術の説明 有限インパルス応答（以後「ＦＩＲ」と記す）フィルタのような従来のディジ タルフィルタは、直列に配置された複数のフィルタセル、即ち「タップ」セルか らなる。各々のフィルタセルは、サンプリングされたデータ値を格納するための データレジスタ、及び、特定のセルについての係数を格納する係数レジスタを含 む。動作中、各フィルタセルに、同一のサンプリングデータ値が連続的に入力さ れ、そのセルについての係数と乗算される。続いてそれらの乗算の結果が出力さ れ、結合されてフィルタの出力が生成される。「アダプティブ」フィルタとして 知られる或る型のディジタルフィルタにおいては、各フィルタセルに更に適合化 回路が含まれる。それは、データ伝送に影響を与えるチャネル特性その他の種々 のファクタに基づいてセルの係数を更新するために用いられる。 従来のディジタルフィルタにおいては、そのようなフィルタが係数と入力デー タとを乗算する方法に起因して問題が発生する。更に特別には、従来のディジタ ルフィルタ、特にアダプティブディジタルフィルタにおいては、しばしば、比較 的高いビット精度が必要とされる。そのような精度を得るための一つの方法は、 前段の乗算を有効にするために浮動小数点計算を用いることである。しかしなが ら、浮動小数点計算は、それを実行するために多大なハードウェアを必要とし且 つ比較的低速の場合がある。その結果、浮動小数点計算は、多くのディジタルフ ィルタに用いるためには不適当であることが証明されている。 従来のディジタルフィルタが高いビット精度を得るための他の方法は、ビット 数が比較的大きい係数、即ち比較的大きいダイナミックレンジを持つ係数を用い て、前段の乗算を実行することである。しかしながら、そのような大きいビット 数を処理するためには、これらの従来のディジタルフィルタは比較的大きい乗算 回路を必要とする。その結果、そのようなディジタルフィルタもまた比較的大型 になる。この必然的なサイズは、特に、フィルタタップセルを十個又は百個さえ も必要とするアダプティブイコライザのようなデバイスにおいて問題となる。更 に、この型の従来のディジタルフィルタで用いられる乗算回路のサイズは、それ らのフィルタの動作速度を低下させる。 従って、ディジタルフィルタに用いられる回路のサイズ及び／又は量の著しい 増加なしに、及びディジタルフィルタの速度の著しい低下なしに、ディジタルフ ィルタにおける高いビット精度を保持する方法が必要とされている。 〔発明の要約〕 本発明は、係数と入力データとを乗算する前に、利得に従って係数を調整する ディジタルフィルタを提供することにより、前記の必要性に応える。例えば、本 発明によれば、係数のマグニチュードが二進表示で「00000111」である係数は、 係数の値に影響せずに、最初の５個の０を省いて「111」に調整することができ る。このように調整された係数を用いると、乗算の場合に必要なビット精度は低 いので、乗算を実行するための乗算回路のサイズが減少し、乗算が実行される速 度が増加する。更に、本発明によれば、乗算の結果に基づいて生成されたフィル タ出力が、係数を調整するために用いられた利得の逆数に基づいて調整される。 その結果、フィルタにより、高ビット精度が保持される。 従って一つの観点によれば、本発明は、それぞれが、フィルタセルについての 係数を決定し、複数のフィルタセルの各々により用いられる利得に従って係数を 調整し、入力データと調整された係数とを乗算してフィルタセル出力を生成する ための回路を含む複数のフィルタセルを具えるディジタルフィルタである。この ディジタルフィルタは、更に、複数のフィルタセルの各々からのフィルタセル出 力を加算してフィルタ出力を生成する加算回路、及び、複数のフィルタセルの係 数を調整するために用いられた利得の逆数に従ってフィルタ出力を調整する逆利 得回路を含む。 本発明の好ましい実施例においては、最高次非ゼロマグニチュードビットを有 する複数のフィルタセルの係数に基づいて利得を決定するための利得制御回路を 含む。本発明のこれらの実施例においては、複数のフィルタセルの各々が、入力 データと調整された係数とを乗算してフィルタセル出力を生成するための乗算回 路を含み、各フィルタセル中の調整された係数が、そのフィルタセルについての 乗算回路の入力レンジを占有するように利得が決定される。このため、複数のフ ィルタセルの各々が、係数を構成するビットをシフトすることにより、係数の最 高次非ゼロマグニチュードビットが乗算回路の入力の最上位ビット位置であるよ うに、そのフィルタセルについての係数を調整する利得調整回路を含む。本発明 のこれらの特徴により、例えば係数の二進表示で不要なゼロを省くことにより、 係数のビット精度を減らすことができ、それにより、上記の乗算に用いられる乗 算回路のサイズを減らすことができる。 本発明の特に好ましい実施例においては、利得調整回路が、パストランジスタ のマトリクスを用いて実現されるバレルシフターを含む。パストランジスタのマ トリクスを用いてバレルシフターを実現することにより、バレルシフターのサイ ズを減らすことができ、それにより、更にディジタルフィルタ全体のサイズを減 らすことができる。 他の観点によれば、本発明は、それぞれが入力データ及び係数に基づいてフィ ルタセル出力を生成するための複数のフィルタセルからなるディジタルフィルタ を用いて、入力データをフィルタリングする方法である。この方法は、複数のフ ィルタセルの各々の係数を決定するための係数決定ステップ、複数のフィルタセ ルの各々により用いられる利得に従って、各フィルタセルの係数を調整するため の係数調整ステップ、及び、各フィルタセルにおける入力データと調整された係 数とを乗算し、各フィルタセルについてのフィルタセル出力を生成するための乗 算ステップを含む。この方法は、更に、複数のフィルタセルの各々からのフィル タセル出力を加算し、フィルタ出力を生成するための加算ステップ、及び、複数 のフィルタセルの係数を調整するために用いられた利得の逆数に従ってフィルタ 出力を調整するための出力調整ステップを含む。 複数のフィルタセルの各々により用いられる利得に従って各フィルタセルの係 数を調整し、続いて複数のフィルタセルの係数を調整するために用いられた利得 の逆数に従ってフィルタ出力を調整することにより、本発明は、大量のハードウ ェアを用いずに、フィルタのビット精度を保持することができる。更に、上記の 方法に用いられるディジタルフィルタは、上記の従来のものより、小型に作るこ とができ且つ早く動作することができる。 他の観点によれば、本発明は、それぞれが、フィルタセルについての係数を決 定し、第１群のフィルタセルの各々により用いられる第１利得に従って係数を調 整し、入力データと調整された係数とを乗算して第１フィルタセル出力を生成す るための回路を含む、第１群のフィルタセルを含むディジタルフィルタである。 第１加算回路は、第１群のフィルタセルの各々からの第１フィルタセル出力を加 算して第１出力を生成し、第１逆利得回路は、第１群のフィルタセルの係数を調 整するために用いられた第１利得の逆数に従って第１出力を調整し、第１調整済 出力を生成する。更に、このディジタルフィルタは、それぞれが、フィルタセル についての係数を決定し、第２群のフィルタセル各々により用いられる第２利得 に従って係数を調整し、入力データと調整された係数とを乗算して第２フィルタ セル出力を生成するための回路を含む、第２群のフィルタセルを含む。第２加算 回路は、第２群のフィルタセルの各々からの第２フィルタセル出力を加算して第 ２出力を生成し、第２逆利得回路は、第２群のフィルタセルの係数を調整するた めに用いられた第２利得の逆数に従って第２出力を調整し、第２調整済出力を生 成する。最後に、第３加算回路は、第１調整済出力と第２調整済出力とを加算し てディジタルフィルタについてのフィルタ出力を生成する。 本発明の上記の特徴により、異なる群のフィルタセルにおける異なる係数を個 別に調整することができ、それにより、フィルタの全体としての精度を増すこと ができる。 更に他の観点によれば、本発明は、それぞれが、フィルタセルについての複数 の係数を決定し、複数のフィルタセルの各々により用いられる利得に従って複数 の係数の各々を調整し、フィルタセルに入力された対応するデータ値と対応する 調整済係数とを乗算してフィルタセル出力を生成するための回路を含む、複数の フィルタセルを含むディジタルフィルタである。この発明においては、加算回路 が、複数のフィルタセルの各々からのフィルタセル出力を加算してフィルタ出力 を生成し、逆利得回路が、複数のフィルタセルの係数を調整するために用いられ た利得の逆数に従ってフィルタ出力を調整する。 従って、本発明の上記の観点は、変化する係数のダイナミックレンジで割当て られているリソースを結合する。その結果、本発明のこの観点は、速度又はビッ ト精度を犠牲にせずに、ハードウェアの更なる減少に役立つ。 この要約は、発明の性質が素早く理解されるように書かれている。以下に添付 の図面を用いて行われる好ましい実施例の詳細な説明を参照することにより、本 発明の更に完全な理解を得ることができる。 〔図面の簡単な説明〕 図１は、本発明の第１実施例によるアダプティブＦＩＲフィルタを示す機能的 ブロック図である。 図２は、図１に示された機能を実現するために用いられる回路を示すブロック 図である。 図３は、図１に示された係数レジスタからのフリップフロップと共に図２に示 された無符号値回路を実現するための標準的な方法を示す図である。 図４は、図１に示された係数レジスタからのフリップフロップと共に図２に示 された無符号値回路を実現するための代替方法を示す図である。 図５は、図２に示された利得制御回路を実現するために用いられる回路を示す 図である。 図６は、パストランジスタのマトリクスを用いるバレルシフターの実現例を示 す図である。 図７は、本発明によるディジタルフィルタの第２実施例を示す図である。 図８は、本発明によるディジタルフィルタの第３実施例を示す図である。 〔好ましい実施例の詳細な説明〕第１実施例 最初に、本発明は種々の型のディジタルフィルタと共に用いることができるに もかかわらず、本発明をアダプティブＦＩＲフィルタに関連付けて説明すること に注意すべきである。即ち、図１は本発明を実行するアダプティブＦＩＲフィル タの例を示す図である。図１に示すように、ディジタルフィルタ１は、加算回路 ２、逆利得回路３、及び複数の同一のフィルタセル４を含む。フィルタの所望の 機能に従って幾つかのそれらのフィルタセルをディジタルフィルタ１の中に含め ることができる。 ディジタルフィルタ１は、図１の参照番号５で示されるように、予め定められ たサンプリングレートによる信号からのサンプリングデータによって動作し、サ ンプリングクロック信号により、連続的にサンプリングデータをフィルタセル４ の各々の中へシフトする。例えば、サンプリングされたデータ５が、第１サンプ リングクロックパルスに従ってフィルタセル4a中にシフトされる。次に、追加の データが次のサンプリングクロックパルスでサンプリングされた時に、その追加 のデータはフィルタセル4a中にシフトされ、既にフィルタセル4a中に存在するデ ータ（即ちサンプリングされたデータ５）がフィルタセル４ｂ中にシフトされる 。以下同様である。 各々のフィルタセル４は、サンプリングされたデータを、サンプリングクロッ ク信号の１周期中に処理する。以下に更に詳細に説明するように、この処理は、 複数のフィルタセルの各々についての係数の決定、複数のフィルタセルの各々に より用いられる利得に基づく各フィルタセルの係数の調整、及び、サンプリング された各フィルタセルへの入力データと調整された係数との乗算及び、図１の参 照番号６で示すように、それにより各フィルタセルについてのフィルタセル出力 の生成を含む。このようにしてサンプリングされたデータがフィルタセル４によ り処理された後、生成されたフィルタセル出力は、加算回路２に供給される。加 算回路２は、各フィルタセル４からのフィルタセル出力を結合し、フィルタ１に ついてのフィルタ出力７を生成する。その後、逆利得回路３が、フィルタセル４ の係数を調整するために用いた利得の逆数に従ってフィルタ出力７を調整し、結 果を出力する。 図１に示されるように、他のフィルタセル４と同一の構造を有するフィルタセ ル4aは、データレジスタ９、係数レジスタ10、係数適合化回路11、利得調整回路 12、及び乗算回路14を含む。データレジスタ９は、例えばデータ線又は前段のフ ィルタセルのような外部ソース（図示されていない）からの入力データ値を受信 する。係数レジスタ10は、フィルタセルにより用いられる係数の二進値を格納す る。係数適合化回路11は、更新された係数値を決定し、それらの更新された係数 値を係数レジスタ10に格納する。更に特別には、上記のように、フィルタセル4a がアダプティブフィルタセルである場合は、ここに格納された係数は周期的に更 新されることを意味する。従って、フィルタセル4aの係数は、例えばデータ値を 伝送するために用いられる伝送チャネル中の変化による入力データ値の望まれな い変化を修正するために、及び／又は、フィルタエラー等を含むことがあり得る 外部入力15に対する修正を行うために、周期的に更新される。 乗算回路14は、データレジスタ９から出力されるデータ値と利得調整回路12に より調整された係数とを乗算する。特に、利得調整回路12は、係数レジスタ10か ら出力される係数を、可変利得16を適用することにより（例えば係数と利得とを 乗算することにより）調整する。これに関しては、二進係数と累乗２^Nとの乗算 は二進係数を左側へ「Ｎ」ビットシフトさせる効果を有する。従って、以下に説 明するように、利得16は累乗２^Nであり、係数レジスタ10から出力される係数の ビットを左側にシフトさせる効果を有する。このシフトは、係数の最高次非ゼロ マグニチュードビット（即ち無符号ビット）が乗算回路14への入力の最上位ビッ ト位置であり、且つ、調整された係数が乗算回路14のダイナミックレンジ（即ち 入力レンジ）全体を占有するようにされることが望ましい。 乗算回路14が８ビット乗算器を有し、セルについての係数が無符号ビット表示 「0000000011001100」を有する場合に、利得調整回路12が、係数が「11001100」 になるように係数のビットをシフトさせる利得を印加する場合を例として説明す る。この方法においては、利得調整回路12がこの係数から不要な８個のゼロを消 去する。これを行うことにより、本発明においては、乗算の精度を犠牲にするこ となく、比較的大きい１６ビット乗算回路をより小さい８ビット乗算回路に置き 換えることができる。更に、逆利得回路３が、利得調整回路12により適用された 利得の逆数に従ってフィルタ出力７を調整するので、この例においては、本発明 は１６ビットの精度を保持することができる。特に、本発明は、フィルタ出力７ の高次ビット位置に８個のゼロを足すことにより、１６ビットの精度を保持する ことができる。 本発明においては、利得調整回路12により導入される利得は、フィルタ係数の 変化に応じて変化できる。これに関しては、図２に、利得を決定するために用い られる特別な回路である、いわゆる利得制御回路20及び無符号値回路21を示す。 図２は、更に、図１に関する上記の他の機能を実現するために用いられる代表的 な回路アーキテクチャを示す。特に、図２は、利得調整回路12の機能を実現する バレルシフター22、及び、逆利得回路３の機能を実現するバレルシフター24を示 す。これらの特徴の動作について詳細な説明を以下に行う。 更に特別には、バレルシフター22が係数レジスタ10から出力される係数に利得 を適用する。既知のように、バレルシフター22のようなバレルシフターは、２の 累乗に対応するどのような大きさの利得でも供給することができる。バレルシフ ター22に印加されるべき利得の大きさは利得制御回路20により決定される。これ に関しては、本発明のこの実施例においては、全てのフィルタ係数が同一の利得 によりエンハンスされるので、利得制御回路20は、フィルタセル４の係数の最高 次非ゼロマグニチュードビットに基づいて利得を決定する。即ち、バレルシフタ ー22が係数中の最高次非ゼロマグニチュードビットが１であるように係数のビッ トをシフトさせるので、利得制御回路20は、最高次非ゼロマグニチュードビット を持つ係数をその値に影響せずにシフトさせることができるようなビット量に基 づいて、全ての係数に対して実行すべきビットシフト量を決定する。例えば、係 数が無符号の「00001101」、「00110011」及び「00000011」を含む場合、利得制 御回路20は、「00110011」を最高次非ゼロマグニチュードビットを持つとして識 別し、従って、その係数及び他の二つの係数を、（「00110011」係数の128位置 及び25６位置にゼロがあるため）２個のゼロを左側にシフトさせるように利得を 選択する。この動作を実行するための特別な回路を以下に説明する。 係数は二進数により表現されるので、係数に無符号値がある（即ち全ての係数 が正である）場合、最高次非ゼロビットを持つ係数を位置決めする作業は、単に フィルタ１の全ての係数の中から最高次非ゼロビットを探し出すだけである。係 数が符号値を持ち、従来の二つの相補的フォーマットを用いて表現される場合に は、最上位ビット（ＭＳＢ）位置に符号ビットが存在することにより、この作業 の複雑さが増加する。従って、本発明は、符号ビットの問題を克服するために無 符号値回路21を具える。動作に関しては、無符号値回路21は、係数レジスタ10か ら係数を取得し、続いて、係数についての符号ビットがその係数が負数であるこ とを表している場合は、係数をビット毎に反転することにより係数のマグニチュ ード（即ち絶対値）を決定する。 これに関しては、無符号値回路21は、上記の係数についてのマグニチュードビ ット（即ち無符号ビット）におけるビット毎の反転を実行するための標準的ロジ ック素子を含むことができる。図３はそれの実現例を示す。即ち、図３はエクス クルーシブＯＲゲート29及びインバータ30を用いて無符号値回路21を実現する例 を示す。動作に関しては、エクスクルーシブＯＲゲート29が、フリップフロップ 27aに格納されている符号ビットとフリップフロップ27b乃至27eに格納されてい るマグニチュードビットとの間のエクスクルーシブＯＲ操作により、フリップフ ロップ27（係数レジスタ10を含む）に格納されているデータのマグニチュードを 出力する。この実施例においては、インバータ30が、エクスクルーシブＯＲゲー ト29から出力されるデータのマグニチュードを反転させる。本発明のこの実施例 においては、それは、係数マグニチュードバス38が「アクティブハイ」に反して 「アクティブロー」バスであるために行われる。アクティブハイバスが用いられ る場合、インバータは不要である。 図３に示すように、フィルタ係数が標準的フリップフロップ27を用いて係数レ ジスタ10に格納されるので、各フリップフロップは、未実行及び実行済の両者の 係数データ出力を有する。その結果、エクスクルーシブＯＲゲート29は、符号ビ ットの値に従って二つの出力間で選択を行う２対１マルチプレクサ（図示されて いない）によって置き換えることができる。そのようなマルチプレクサは、従来 のロジックゲートを用いて実現することができ、又はこれに代えて、図４に示し た方法により、２個のパストランジスタを用いて実現することができる。 これに関しては、図４は、２個のパストランジスタ及び係数レジスタ10からの フリップフロップ27により無符号値回路21を実現する例を示す。例としてトラン ジスタ34、35及び36について説明すると、トランジスタ34のゲート34aがフリッ プフロップ27aのコンプリメント符号ビット出力に接続され、トランジスタ35の ゲート35aがフリップフロップ27aの非コンプリメント符号ビット出力に接続され る。トランジスタ34及び35のそれぞれのドレイン34b及び35bは、図４に示された 構成においては、相互に接続されてフリップフロップ27bの出力の一つに常時接 続されるノードを形成する。ノードが接続される出力は、フリップフロップ27a に格納されている係数の符号ビットに依存して決まる。従って、マグニチュード ビット（この場合、ＭＳＢである）は、フリップフロップ27bからこのノードを 経由して係数バス38（図２参照）に出力される。特に、マグニチュードビットは トランジスタ36のゲート36aを経由して出力される。トランジスタ36のソース36b は接地され、ドレイン36cは係数マグニチュードバス38上の全ての他のドレイン 及びプルアップ抵抗器39に接続される。同様に、フリップフロップ27c乃至27eに 格納されている残りのマグニチュードビットも、係数マグニチュードバス38に出 力される。 このように、無符号値回路21による処理に続いて、無符号係数が係数マグニチ ュードバス38に出力される。続いて、優先エンコーダその他から構成することが できる利得制御回路20により、この係数の最高次ビットが決定される。特に、利 得制御回路20は、最高次非ゼロビットを有する係数値を決定し、これにより、全 ての係数及びフィルタ出力がシフトしなければならないビット数を決定する。図 ５は、本発明のこの実施例における利得制御回路20を実現するために用いること ができる回路を示す。 これに関しては、図５に示すように、利得制御回路20は、無符号値回路21から の二進係数データが入力される複数のＡＮＤゲート及びインバータを含む。図５ に示されたロジックゲートは、全ての入力について、確実に複数の「０」と共に １個の「１」が出力されるように構成される。１個の「１」が出力される「シフ ト」線は、入力係数について必要とされるシフト量に対応する。例えば、「シフ ト０」はシフトされるべきビットが存在せず、「シフト１」はビットが左側へ１ 個シフトされるべきであり、「シフト２」はビットが左側へ２個シフトされるべ きであり、以下同様である。 反転されたマグニチュード「0001」を有する負係数であって「０」がＭＳＢで あり「１」が最下位ビット（ＬＳＢ）である場合を用いて、図５に示す回路を説 明する。更に特別には、この場合「0001」はポート40、41、42及び43に入力され る。その結果「シフト０」の出力は「１」であり、「シフト１」、「シフト２」 及び「シフト３」の出力は全て「０」である。「0001」は上記のように反転され ているので、この場合における係数の実際の値は実は「1110」である。従って、 「1110」のビットがシフトされるべきではないことから、データのシフトは行わ れるべきではないことを意味する「シフト０」における「１」は正しい。４ビッ ト非ゼロ係数及びそれにより生成される対応シフト出力について、利得制御回路 20への入力の例を以下の表１に示す。表１ 更に、利得制御回路20は、図５に示された回路から出力されたシフト量に基づ いてディジタルフィルタ１の係数における最高次非ゼロビットを決定するための 回路（図示されていない）を含む。例えば、ディジタルフィルタ１の全ての係数 についてのシフト量を論理ＯＲすることにより、フィルタ中の全ての係数につい てのシフト量を見出すことができる。 上記の回路の代替として、フィルタ中の係数が全て正値を有する（即ち符号ビ ットがない）場合、係数は、無符号値回路21を通らずに、単に係数レジスタ10か ら係数マグニチュードバス38に出力される。その後、この場合は単に複数の「０ Ｒ」ゲートからなる利得制御回路20が、各係数からの同一次ビットに対して論理 ＯＲ操作を実行することにより最高次非ゼロビットを見出す。次に、この操作に 基づいて、最高次非ゼロビットを持つ係数に対応するシフト量が選択され、出力 される。この論理ＯＲ操作を実行する方法の一つは、上記の方法の他に、ビット の「ワイヤードＯＲ」（又は反転ビットの「ワイヤードＡＮＤ」のような分散さ れた手段を用いる。 一旦シフト量（即ち、利得）が決定されると、図２に示したように、続いてビ ットシフト量がバレルシフター22及び24に供給される。これに関しては、上記の ように、フィルタセル４の係数が同一量シフトされる。これにより、図２に示す ように、シフト量が各シフトセル４に供給される。バレルシフター22が、利得制 御回路20から供給されたビットシフト量により、係数レジスタ10から供給された 係数を減らす。即ち、バレルシフター22は、係数レジスタ10から供給された係数 を利得制御回路20から供給されたビットシフト量に等しい量だけ左側へシフトす る。上記のように、これにより、係数から不要なビットが消去され、従って、各 フィルタセルにおいて、より小さいダイナミックレンジを有する乗算回路を用い ることが可能になる。 係数レジスタ10からの係数が必要なシフト量だけ調整された後、その「調整さ れた」係数が次にデータレジスタ９からの入力データ値と乗算される。この乗算 の出力は、フィルタセル出力６を構成し、加算回路２に供給される。本発明の好 ましい実施例においては、シフト量（即ち、利得）が、各フィルタセルの調整さ れた係数がそのフィルタセルについての乗算回路の入力レンジ全体を占有するよ うに選択される。従って、８ビット乗算器が用いられる場合は、本発明のこの実 施例においては、乗算回路に供給される係数データが確実に８ビットを有するよ うに利得が選択される。それは、利得制御回路20が、必要なビット数を有しない 係数値の占有されていない高次のビット位置に、正数についてはゼロを加え負数 については１を加えることにより、符号拡張を実行する回路を含むことによって 実現される。 上記のように、加算回路２が全てのフィルタセル４からのフィルタセル出力を 加算し、ディジタルフィルタ１についてのフィルタ出力７を生成する。その後、 バレルシフター24が、バレルシフター22により用いられた利得の逆数である利得 だけ、フィルタ出力即ちフィルタセル４の出力の和をシフトする。即ち、バレル シフター24がフィルタ出力に対して符号拡張を実行し、フィルタの必要なビット 精度を保持する。例えば、フィルタセル４中のバレルシフター（例えばバレルシ フター22）がフィルタ係数から３個の最上位ビットを除去すると、バレルシフタ ー24がフィルタ出力７の高次ビット位置に３個の符号拡張ビットを加える。 バレルシフター22及び24は、標準的なディジタルロジックゲートを用いて実現 することができる。しかしながら、ロジックゲート構成において必要とされるロ ジックゲートの数が多数に上るため、本発明においては、バレルシフター22及び 24を、パストランジスタのマトリクスを用いて実現する。既知のパストランジス タのマトリクスを用いるバレルシフターの構成の例を図６に示す。図６に示され たようなバレルシフターの構成を用いることにより、本発明において、ディジタ ルフィルタ１を実現するために必要なハードウェアの量を著しく減らすことがで きる。これにより、信号伝搬の遅延が減少し、従って、ディジタルフィルタ１の 速度が増加する。第２実施例 図７は本発明によるディジタルフィルタの第２実施例を示す図である。この実 施例は第１フィルタセル群を含むディジタルフィルタである。第１フィルタセル 群は、それぞれのフィルタセルが、そのフィルタセルについての係数を決定し、 それぞれのフィルタセルにより用いられる第１利得に従って係数を調整し、入力 データと調整された係数とを乗算して第１フィルタセル出力を生成するための回 路を含む。第１加算回路が、第１フィルタセル群の各々のフィルタセルからの第 １フィルタセル出力を加算することによって第１出力を生成し、第１逆利得回路 が、第１フィルタセル群の係数を調整するために用いられた第１利得の逆数に従 って第１出力を調整することにより第１調整済出力を生成する。更に、ディジタ ルフィルタは第２フィルタセル群を含む。第２フィルタセル群は、それぞれのフ ィルタセルが、そのフィルタセルについての係数を決定し、それぞれのフィルタ セルにより用いられる第２利得に従って係数を調整し、入力データと調整された 係数とを乗算して第２フィルタセル出力を生成するための回路を含む。第２加算 回路が、第２フィルタセル群の各々のフィルタセルからの第２フィルタセル出力 を加算することによって第２出力を生成し、第２逆利得回路が、第２フィルタセ ル群の係数を調整するために用いられた第２利得の逆数に従って第２出力を調整 することにより第２調整済出力を生成する。最後に、第３加算回路が、第１調整 済出力と第２調整済出力とを加算してディジタルフィルタについてのフィルタ出 力を生成する。 従って、図７においては、ディジタルフィルタ49が第１フィルタ回路50及び第 ２フィルタ回路51を含む。両者共、図２に示されたディジタルフィルタ１と同一 の構成及び機能を有する。ディジタルフィルタ49は更に加算回路52を含む。加算 回路52は、第１及び第２フィルタ回路からの出力を加算する。図７に示された回 路構成を用いることにより、ディジタルフィルタの全体としての精度を増加させ ることができる。 更に特別には、本発明によれば、第１利得（即ち、第１シフト量）を第１フィ ルタ回路50について決定することができる。次に、この第１利得を、第１フィル タ回路50中のそれぞれの第１フィルタセル54の係数を調整するために用いること ができる。その後、第１フィルタ利得の逆数を用いて、バレルシフター56のよう な第１逆利得回路により第１フィルタ出力55を調整することができる。第１利得 と同一か又は異なる第２利得（即ち、第２シフト量）を第２フィルタ回路51につ いて決定することができる。次に、この第２利得を、第２フィルタ回路51中のそ れぞれの第２フィルタセル57の係数を調整するために用いることができる。その 後、第２フィルタ利得の逆数を用いて、バレルシフター60のような第２逆利得回 路により第２フィルタ出力59を調整することができる。次に、加算回路52により 調整済出力61及び62が加算され、ディジタルフィルタ49についての出力が生成さ れる。 フィルタの異なる部分について異なる利得を用いることにより、本発明のこの 実施例は、異なるフィルタセル群中の係数を個別に減らすことを可能にする。そ れは、全体として所定のフィルタ精度を持つディジタルフィルタを実現するため に必要なハードウェア量を更に減らすことを可能にする。例えば、１０個のフィ ルタセルがある場合、第１の５個のフィルタセル中の係数が、高次ビット位置に 第２の５個のフィルタセルより多くのゼロを持つ場合がある。この場合、例えば 第１の５個のフィルタセル中の係数が、それらのセルが８ビット乗算器を用いる ことができるように調整され、第２の５個のフィルタセル中の係数が、それらの セルが１６ビット乗算器を用いることができるように調整される。８ビット乗算 器を実現するためには、１６ビット乗算器より少ないハードウェアを必要とする に過ぎないので、ディジタルフィルタの全体のサイズを、従来の同種装置に比較 して減らすことができる。第３実施例 図８は本発明によるディジタルフィルタの第３実施例を示す図である。特に、 この実施例は複数のフィルタセルを含むディジタルフィルタである。それぞれの フィルタセルが、フィルタセルについての複数の係数を決定し、それぞれのフィ ルタセルにより用いられる利得に従ってそれぞれの係数を調整し、フィルタセル に入力された複数のデータ値と対応する調整された係数とを乗算してフィルタセ ル出力を生成するための回路を含む。本発明においては、加算回路が、複数のフ ィルタセルの各々からのフィルタセル出力を加算してフィルタ出力を生成し、逆 利得回路が、複数のフィルタセルの係数を調整するために用いられた利得の逆数 に従ってフィルタ出力を調整する。 本発明のこの実施例は、上記第１実施例の利点と１個のフィルタセルにおける リソース共用の利点とを組合せるものである。一般的に、リソース共用はハード ウェア回路の共用に関するものであり、最も一般的なものは１個のフィルタセル 内における乗算回路の共用であり、フィルタを実現するために必要なハードウェ アの全体の量を減少させ、ひいてはフィルタのサイズを減少させる。これに関し ては、本発明は、従来のリソース共用装置で実現することができる。この場合、 フィルタセルでマルチプレクサが用いられ、同一の乗算回路により、異なるフィ ルタ係数と異なるデータ値とが乗算される。これに代わり、本発明は、米国特許 出願第09/031,698号「System For Sharing Resources In A Digital Filter」（ 譲受人:Philips Electronics North America Corp.:譲受人整理番号:PHA 23,373 :発明者:Karl Wittig，Gene Turkenich）に記載されたリソース共用システムで 実現することができる。 これに関し、米国特許出願第09/031,698号に記載されたリソース共用システム においては、各フィルタセルが１個以上の入力データ値及び１個以上の係数を格 納するが、１個の乗算回路を用いて係数とデータ値とを乗算する。更に、各々の フィルタセルが同一の適合化回路を用いて複数の係数値を更新する。これにより フィルタに必要なハードウェアの量は更に減少する。図８は本発明の実施例によ るディジタルフィルタの例を示す。特に図８は、上記最初の二つの実施例に示し た型の、リソース共用及び係数ダイナミックレンジ変更を実現するディジタルフ ィルタを示す。図８に示されるように、フィルタ70はフィルタセル71を含む。そ れらのフィルタセルの各々は、入力レジスタ72、マルチプレクサ73、データレジ スタ74、乗算回路75、係数レジスタ76、ロジック段77、78、79及び80、バレルシ フター81、及び、無符号値回路82を含む。 バレルシフター81及び無符号値回路82は、図２に関して上述したバレルシフタ ー22及び無符号値回路21と同様に動作する。図８に示された利得制御回路85、バ レルシフター86、及び加算回路87も同様である。即ち、それらのコンポーネント は、実質的に図２に関して上述された利得制御回路20、バレルシフター24、及び 加算回路２と同様に動作する。従って、簡潔にするため、ここではそれらのコン ポーネントについての詳細な説明を省略する。しかしながら、例えば、図８に示 された加算回路87は加算回路２がフィルタ出力を受信するレートの４倍でフィル タ出力を受信するので、加算回路87は加算回路２より４倍高速で動作する必要が あることは注意するに値する。これに関しては、一般的に、第３実施例において フィルタセル当たり「Ｎ」個のフィルタ係数が存在する場合、加算回路は、第１ 実施例の加算回路２より「Ｎ」倍高速で動作する必要がある。更に、本発明のこ の実施例は、フィルタセル全体の出力を加算し、積の合計を蓄積し、クロックパ ルスに応答してその積の合計を出力する、累算器100を含む。 図８に示された他のコンポーネントは、乗算回路75及び係数レジスタ76中の係 数を更新するために用いられる係数回路の双方を共用することができる。この目 的のため、マルチプレクサ73及びデータレジスタ74に直列に入力レジスタ72が配 置されている。入力レジスタ72及びデータレジスタ74は、双方共、クロック信号 に応答してデータをシフトする通常のシフトレジスタから構成される。これに関 しては、詳細に後述するように、入力レジスタ72は、上述のサンプリングクロッ ク信号に応答してデータをシフトする。対照的に、データレジスタ74は、サンプ リングクロック信号の周波数の倍数の周波数を有するサーキュレーションクロッ ク信号に応答して、データをシフトする。この構成により、入力レジスタ72の１ 回のシフト毎に、各々のデータレジスタ74が倍数シフトを行う。 データレジスタ74aは、サーキュレーションクロックパルス毎に、乗算回路75 にデータ値を出力する。図８に示されるように、同一のデータ値がフィードバッ クパス97を経てマルチプレクサ73にフィードバックされる。マルチプレクサ73は 更に選択信号88及び入力レジスタ72からの出力を受信する。選択信号88により、 マルチプレクサ73が、サンプリングクロックパルスの間に入力レジスタ72からの データをシフトし、サーキュレーションクロックパルスの間にフィードバックパ ス97からのデータをシフトする。この構成により、サーキュレーションクロック パルスの間、データ値がデータレジスタ74の中を巡回する。しかしながら、サン プリングクロックパルス毎に入力レジスタ72からの追加のデータ値がデータレジ スタ74の中にシフトされる場合は、その追加のデータ値が巡回する。従って要約 すると、データレジスタ74には、所定時間、第１組のデータ値が巡回し、その所 定時間に続いて、データレジスタ74には、所定時間、（追加のデータ値を含む） 第２組のデータ値が巡回する。以下同様である。 これに関しては、データレジスタ74は、同一数のデータ値を巡回させるように 設計される。従って、データレジスタ74には、毎回、１個の追加のデータ値が入 力され、既にデータレジスタ74中にある１個のデータ値が消去される。特定する と、フィードバックパス97中のデータ値（即ち、乗算回路75へ最後に出力された データ値）はデータレジスタ74に再入力されないので、そのデータ値が消去され る。サンプリングクロック周期当たり１個のデータのみが消去されるに過ぎない ので、一般的に、データレジスタ74は、１個のデータ値が消去されるまでにそれ を複数のサンプリングクロック周期巡回させる。この一般的なルールの例外は、 １個のデータレジスタ中に１個のデータ値が巡回する場合である。この場合は、 そのデータ値は１サンプリングクロック周期のみ巡回すればよい。 係数レジスタ76は、複数の係数に対応する複数の係数値を巡回させ、複数の係 数値の各々が所定の期間にｌ回出力されるように構成される。更に特定すると、 係数値が係数レジスタ76の間でシフトされ、それにより、サーキュレーションク ロック信号の周期に対応する所定の期間に、係数レジスタ76aからバレルシフタ ー81に係数が出力される。次に、バレルシフター81は、利得制御回路85から受信 した利得に基づいてその係数を総合的に調整し、その調整された係数を乗算回路 75に出力する。このようにして、乗算回路75は、サーキュレーションクロック信 号の周期毎に、データレジスタ74aからのデータ値及びバレルシフター81からの 調整された係数を受信する。この時、乗算回路75は、これらの二つの値を乗算し てその積を生成し、出力する。ここでは乗算回路について説明したが、本発明が 実行されるフィルタセルの型に依存して、他のいかなる型の回路でも、ここに説 明された本発明の実施例に用いることができることは勿論である。 係数レジスタ76に関して図８に示したように、係数レジスタ76は、バレルシフ ター81への出力をフィードバックパス90を通してフィードバックすることにより 係数値を巡回させる。この構成により、係数レジスタ76の間で同一の係数を巡回 させることができ、それにより、それらの係数をデータレジスタ74中のデータ値 により共用することが可能になる。即ち、上述のように、データレジスタ74は、 データ値が消去されるまでに、それを複数のサンプリングクロック期間巡回させ る。その結果、複数のサンプリングクロック信号周期にわたって、乗算回路75に 同一のデータ値が複数回出力される。乗算回路75に同一のデータ値が出力される 度毎に、そこにはバレルシフター81を経て異なる係数値が出力される。これによ り、各データ値が各係数と乗算される。 図８に示された本発明の好ましい実施例においては、係数レジスタ76の間に複 数のロジック段77、78、79及び80が配置される。それらのロジック段は、それぞ れ、外部入力92、93、94及び95を受信し、必要な場合は、係数レジスタ76により 出力された係数に対応する更新された係数値を計算する。更に特定すると、上述 のように、フィルタセル71aはアダプティブフィルタセルであり、その中の係数 が周期的に更新され、例えば伝送チャネルの変化その他に起因するデータ値の望 ましくない変化が修正されることを意味する。本発明においては、それらの更新 は、外部入力92乃至95がフィルタ誤差（期待値と実際のフィルタ出力との差）そ の他を含むことがあり得るので、ロジック段77乃至80によって行われる。 このように、本発明においては、係数計算は個別のパイプライン段に「分解」 され、それぞれが適当な係数レジスタの間で実行される。従って、本発明のこれ らの実施例においては、係数レジスタ76b、76c及び76d中の係数値、即ちC2、C3 及びC4についての「第一」表示は、必ずしも実際の係数を含まない。むしろ、そ れらの係数レジスタ中の係数値は、実際の係数の計算の中間値を表す。本発明の この特徴により、係数の巡回及び更新を同時に実行することが可能になり、それ により、更にフィルタセル71aを実現するために必要なハードウェアの量を減ら すことができるので、これは本発明の利点となる。 本発明の好ましい実施例においては、ロジック段77乃至80が、既知の最小自乗 平均アルゴリズムを用いて係数を更新する。しかしながら、本発明はこのアルゴ リズムを用いて係数を更新することに限定されるものではなく、どのようなアル ゴリズムでも用いることができることに注意すべきである。 このように、上述のリソース共用の観点及び僅かなタイミングの考察を除き、 本発明の第３実施例は、第１実施例と同様に動作する。これに関しては、本発明 の第２実施例も、第３実施例で説明された型のリソース共用を実現するフィルタ セルを用いて同様に実行することができることに注意すべきである。そのような 実施例においては、フィルタの動作速度を低下させることなく、ディジタルフィ ルタの全体のハードウェアを実質的に減らすことができる。 以上本発明を特定の実施例について説明した。本発明は上述の実施例及びその 修正に限定されるべきではないこと、及び、当業者によれば添付の請求項の精神 及び範囲を逸脱せずに種々の変更及び修正を行うことができることが理解される べきである。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．複数のフィルタセルであって、それぞれのフィルタセルが、そのフィルタセ ルについての係数を決定し、それぞれのフィルタセルにより用いられる利得に 従って係数を調整し、入力データと調整された係数とを乗算してフィルタセル 出力を生成するための回路を含む、複数のフィルタセル、 複数のフィルタセルの各々からのフィルタセル出力を加算してフィルタ出力 を生成する加算回路、及び、 複数のフィルタセルの係数を調整するために用いられた利得の逆数に従って フィルタ出力を調整する逆利得回路 を具えるディジタルフィルタ。 ２．更に、最高次非ゼロマグニチュードビットを有する複数のフィルタセルの係 数に基づいて利得を決定するための利得制御回路を具える請求項１に記載のデ ィジタルフィルタ。 ３．複数のフィルタセルの各々が、入力データと調整された係数とを乗算するた めの乗算回路を含み、各フィルタセル中の調整された係数が、そのフィルタセ ルについての乗算回路の入力レンジを占有するように利得が決定される請求項 ２に記載のディジタルフィルタ。 ４．複数のフィルタセルの各々が、係数を構成するビットをシフトすることによ り、係数の最高次非ゼロビットが乗算回路の入力の最上位ビット位置であるよ うに、そのフィルタセルについての係数を調整する利得調整回路を含む請求項 ３に記載のディジタルフィルタ。 ５．利得調整回路がバレルシフターを含む請求項４に記載のディジタルフィルタ 。 ６．バレルシフターがパストランジスタのマトリクスを用いて実現される請求項 ５に記載のディジタルフィルタ。 ７．複数のフィルタセルの各々が、入力データに関連するデータに基づいて周期 的に係数を更新することによりそのフィルタセルについての係数を決定するた めの、係数適合化回路を含む請求項２に記載のディジタルフィルタ。 ８．利得制御回路が、複数のフィルタセルについての係数の更新に従って利得を 変更する請求項７に記載のディジタルフィルタ。 ９．逆利得回路がバレルシフターを含む請求項１に記載のディジタルフィルタ。 10．複数のフィルタセルからなるディジタルフィルタであって、それぞれが入力 データ及び係数に基づいてフィルタセル出力を生成する複数のフィルタセルか らなるディジタルフィルタを用いて、入力データをフィルタリングする方法で あって、 複数のフィルタセルの各々の係数を決定するための係数決定ステップ、 複数のフィルタセルの各々により用いられる利得に従って、各フィルタセル の係数を調整するための係数調整ステップ、 各フィルタセルにおける入力データと調整された係数とを乗算し、各フィル タセルについてのフィルタセル出力を生成するための乗算ステップ、 複数のフィルタセルの各々からのフィルタセル出力を加算し、フィルタ出力 を生成するための加算ステップ、及び、 複数のフィルタセルの係数を調整するために用いられた利得の逆数に従って フィルタ出力を調整するための出力調整ステップ を含む方法。 11．更に、最高次非ゼロマグニチュードビットを有する複数のフィルタセルの係 数に基づいて、複数のフィルタセルの各々により用いられる利得を決定するた めの利得決定ステップを含む請求項10に記載の方法。 12．乗算ステップが、入力データと調整された係数とを乗算する乗算回路を用い て、複数のフィルタセルの各々で実行され、及び、 利得決定ステップが、各フィルタセル中の調整された係数がフィルタセルに ついての乗算回路の入力レンジを占有するように、利得を決定する 請求項11に記載の方法。 13．係数調整ステップが、係数を構成するビットをシフトすることにより、係数 の最高次非ゼロビットが乗算回路の入力の最上位ビット位置であるように、フ ィルタセルについての係数を調整する請求項12に記載の方法。 14．係数調整ステップが、バレルシフターを用いて実行される請求項13に記載の 方法。 15．バレルシフターがパストランジスタのマトリクスを用いて実現される請求項 14に記載の方法。 16．係数決定ステップが、フィルタセルについての入力データに関連するデータ に基づいて周期的に係数を更新することにより各フィルタセルについての係数 を決定する請求項11に記載の方法。 17．利得決定ステップが、複数のフィルタセルについての係数の更新に従って利 得を変更する請求項16に記載の方法。 18．出力調整ステップが、バレルシフターを用いて実行される請求項10に記載の 方法。 19．第１フィルタセル群であって、それぞれのフィルタセルが、そのフィルタセ ルについての係数を決定し、それぞれのフィルタセルにより用いられる第１利 得に従って係数を調整し、入力データと調整された係数とを乗算して第１フィ ルタセル出力を生成するための回路を含む第１フィルタセル群、 第１フィルタセル群の各々のフィルタセルからの第１フィルタセル出力を加 算して第１出力を生成する第１加算回路、 第１フィルタセル群の係数を調整するために用いられた第１利得の逆数に従 って第１出力を調整し、第１調整済出力を生成する第１逆利得回路、 第２フィルタセル群であって、それぞれのフィルタセルが、そのフィルタセ ルについての係数を決定し、それぞれのフィルタセルにより用いられる第２利 得に従って係数を調整し、入力データと調整された係数とを乗算して第２フィ ルタセル出力を生成するための回路を含む第２フィルタセル群、 第２フィルタセル群の各々のフィルタセルからの第２フィルタセル出力を加 算して第２出力を生成する第２加算回路、 第２フィルタセル群の係数を調整するために用いられた第２利得の逆数に従 って第２出力を調整し、第２調整済出力を生成する第２逆利得回路、及び、 第１調整済出力と第２調整済出力とを加算してディジタルフィルタについて のフィルタ出力を生成する第３加算回路 を具えるディジタルフィルタ。 20．複数のフィルタセルであって、それぞれのフィルタセルが、フィルタセルに ついての複数の係数を決定し、それぞれのフィルタセルにより用いられる利得 に従ってそれぞれの係数を調整し、フィルタセルに入力された対応するデータ 値と対応する調整された係数とを乗算してフィルタセル出力を生成するための 回路を含む、複数のフィルタセル、 複数のフィルタセルの各々からのフィルタセル出力を加算してフィルタ出力 を生成する加算回路、及び、 複数のフィルタセルの係数を調整するために用いられた利得の逆数に従って フィルタ出力を調整する逆利得回路 を具えるディジタルフィルタ。