JP2003032082A - デジタルフィルタ - Google Patents
デジタルフィルタInfo
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Abstract
新規なデジタルフィルタを提供する。 【解決手段】離散信号S1とフィルタ係数S14とが入力さ
れて、逆方向フィルタ後信号S12を出力する逆方向フィ
ルタ12と、前記逆方向フィルタ後信号S12とフィルタ係
数S14とが入力されて、順方向フィルタ後信号S13を出力
する順方向フィルタ13とを含むデジタルフィルタ10。
Description
に関し、特に、直線位相特性を有し、かつ、短時間で急
峻に振幅変化する離散信号の過渡応答時間を最小限にと
どめて周波数帯域制限するデジタルフィルタに関する。
を参照して以下に説明する。図2は従来のデジタルフィ
ルタを示すブロック図である。図2に示すように、デジ
タルフィルタ20は、FIR((Finite-Impulse-Respon
se)有限インパルス応答)フィルタ21とフィルタ係数
テーブル22からなり、直線位相特性を有する。
得た離散信号S1をFIRフィルタ係数S22に基づき
畳み込み積分演算し、FIRフィルタ後信号S21を出
力する。フィルタ係数テーブル22は、FIRフィルタ
処理に必要なFIRフィルタ係数S22をテーブル化し
て保有する。フィルタ係数テーブル22のサイズ、すな
わちFIRフィルタのタップ数は任意であり、タップ数
の増減に伴いFIRフィルタ21内部の遅延および積和
回路も増減する。一般に、FIRフィルタにおいて、急
峻な遮断特性や遮断周波数帯域の減衰量を大きく取る
等、良好なフィルタ特性を得ようとした場合、タップ数
は著しく増大する。
タには、短時間で急峻に振幅変化する離散信号を入力し
た場合、FIRフィルタの特性上、振幅が急峻に変化し
てからフィルタのタップ数の1/2の期間に渡り、振幅
変化前の状態が影響してしまい、過渡応答が発生する。
この過渡応答は、タップ数を増やすと過渡応答の発生時
間が長くなってしまい、また、タップ数を減らすと過渡
応答の発生時間は短くなるが、フィルタ特性が悪化して
しまう。
られているIIR((Infinite-Impulse-Response)無
限インパルス応答)フィルタは、少ないタップ数で急峻
な減衰特性が得られるが、その特性は非直線位相特性で
ある。本発明の課題は、過渡応答に優れ、且つ、直線位
相特性を有する新規なデジタルフィルタを提供すること
にある。
に、離散信号S1とフィルタ係数S14とが入力されて、逆
方向フィルタ後信号S12を出力する逆方向フィルタ12
と、前記逆方向フィルタ後信号とフィルタ係数S14とが
入力されて、順方向フィルタ後信号S13を出力する順方
向フィルタ13とでデジタルフィルタを構成することによ
り、過渡応答に優れ、且つ、直線位相特性を有する新規
なデジタルフィルタが得られる。(請求項1)
において、逆方向フィルタおよび順方向フィルタとして
IIRデジタルフィルタを用いることにより、少ないタ
ップ数で急峻な減衰特性が得られるが、その特性は非直
線位相特性であるという、IIRフィルタの問題点を解
決できる。(請求項2)
離散信号を遅延させる遅延手段(離散信号シフト部)を
設けることにより、IIRデジタルフィルタの発散現象
を改善すると共に、過渡応答の発生時間を短縮すること
が可能になる。(請求項3) また、前記逆方向フィルタと前記順方向フィルタとで、
フィルタ係数を共用することにより、フィルタ係数を記
憶したテーブルの容量を少なくできると共に、直線位相
特性が得られる。(請求項4)
フィルタを入力離散信号がそれぞれ複数回通過するよう
にして、より良好な周波数帯域制限が可能になる。(請
求項5) また、前記逆方向フィルタ及び前記順方向フィルタを入
力離散信号がそれぞれ複数回通過し、通過する回数を同
一にすることにより、直線位相特性が得られる。(請求
項6)
を図面に基づいて詳細に説明する。図1は、デジタルフ
ィルタの構成を示すブロック図である。図1において、
デジタルフィルタ10は、離散信号S1を入力してシフ
ト後信号S11を出力する離散信号シフト部11と、前
記シフト後信号S11とフィルタ係数S14を入力して
逆方向フィルタ後信号S12を出力する逆方向フィルタ
12と、前記逆方向フィルタ後信号S12とフィルタ係
数S14を入力して順方向フィルタ後信号S13を出力
する順方向フィルタ13とから構成されている。ここ
で、逆方向フィルタ12および順方向フィルタ13とし
て、IIR型デジタルフィルタを用いるのが望ましい。
な減衰特性を得られることが一般的に知られている。し
かし、IIRフィルタは、非直線位相特性を有している
ので、単にIIRフィルタを用いたのでは、出力位相が
変化してしまうので望ましくはない。
離散信号とフィルタ係数が入力される逆方向IIRフィ
ルタと、逆方向IIRフィルタ後信号とフィルタ係数が
入力される順方向フィルタとの従属構成とすることによ
り、順方向(または逆方向)から1回のみフィルタ処理
すると非直線位相特性となるが、再度、反対方向からフ
ィルタ処理することにより直線位相特性を有するように
している。
少ないタップ数で急峻な減衰特性を得るために、逆方向
フィルタ12と順方向フィルタ13をIIRフィルタと
すると共に、逆方向フィルタ12と順方向フィルタ13
のフィルタ係数S14を逆方向フィルタ12と順方向フ
ィルタ13とで共用している。
タ13とによる処理を1回ずつではなく、複数回ずつ通
過させることにより、1回ずつフィルタ処理した場合よ
りも、より良好な周波数帯域制限が可能である。ただ
し、直線位相特性を得るためには、逆方向フィルタ12
を複数回通過させた後に、逆方向フィルタ12と同回数
だけ順方向フィルタ13を通過させる必要がある。
おけるフィルタ係数及び通過させる回数を同一であるも
のとして説明したが、それは、直線位相特性を得るため
であって、任意の非直線位相特性を得るためには、逆方
向フィルタと順方向フィルタにおけるフィルタ係数及び
通過させる回数を異なった任意の値にすることが可能で
ある。
2の前段に離散信号シフト部(遅延手段)を設けている
ので、デジタルフィルタ10は、短時間で急峻に振幅変
化する離散信号S1の過渡応答時間を最小限にとどめて
周波数帯域制限することができる。
いて、短時間で急峻に振幅変化する離散信号S1の過渡
応答時間を最小限にとどめて周波数帯域制限する動作
を、図2の従来のデジタルフィルタの場合と比較して説
明する。例えば、図3に示すような、最初から振幅の大
きい離散信号S1を受信した場合には、図2の従来のデ
ジタルフィルタ20では、図4に示すような過渡応答時
間の長いFIRフィルタ後信号S21を出力することに
なる。
ィルタ10では、図4に示すような過渡応答時間を最小
限にとどめて周波数帯域を制限することが可能になる。
離散信号シフト部11は、図5に示すように離散信号S
1を、見かけ上時間的に遅延させたシフト後信号S11
を出力する。シフト量は任意であるが、逆方向フィルタ
12に影響の無い程度のシフト量である。また、シフト
した部分の離散信号データは、振幅の無い状態と等しい
ため「0」とする。
1、すなわち、図5に示す見かけ上時間的に遅延させた
離散信号S1を、時間的に逆方向(新しい離散信号から
古い離散信号の方向)へフィルタ処理し、IIRフィル
タの特性である帰還回路による発散現象を防ぎ、図6に
示すような、最初の離散信号よりさらに古い離散信号を
持つ逆方向フィルタ後信号S12を出力する。最初の離
散信号よりさらに古い離散信号は、図6の点線で描かれ
た波の部分であり、逆方向フィルタ12の帰還回路が安
定するまでに得られる離散信号データである。
りさらに古い離散信号を持つ逆方向フィルタ後信号S1
2を、時間的に順方向(古い離散信号から新しい離散信
号の方向)へフィルタ処理し、IIRフィルタの特性で
ある帰還回路による発散現象を防いだ順方向フィルタ後
信号S13を出力する。順方向フィルタ後信号S13
は、図6の点線で描かれた波の部分である最初の離散信
号よりさらに古い離散信号を含む逆方向フィルタ後信号
S12を順方向フィルタ13でフィルタ処理しているた
め、順方向フィルタ後信号S13の過渡応答時間は、図
7に示すように極めて短くなる。
タ数は、離散信号S1のデータ数に比べ、離散信号シフ
ト部11でシフトした離散信号データ分だけ多くなる。
もし、必要であれば、図7の点線で描かれた波の部分で
ある順方向フィルタ信号S13の時間的に古い離散信号
からシフト量分離散信号データを削除する。
ば、図8に示すような途中から振幅の大きい離散信号S
1を受信した場合、振幅の小さな区間の離散信号データ
が限りなく「0」に近く、かつ、振幅の小さな区間が逆
方向フィルタ12の帰還回路が安定する程度の長さであ
れば、振幅の小さな区間を離散信号シフト部11でシフ
トした部分の離散信号部分と同等として扱うことができ
る。この場合には、デジタルフィルタ10から離散信号
シフト部11を省略することが可能である。
フィルタ係数とが入力されて、逆方向フィルタ後信号を
出力する逆方向フィルタと、前記逆方向フィルタ後信号
とフィルタ係数とが入力されて、順方向フィルタ後信号
を出力する順方向フィルタとでデジタルフィルタを構成
することにより、過渡応答に優れ、且つ、直線位相特性
を有する新規なデジタルフィルタが得られる。
1に記載のデジタルフィルタにおいて、逆方向フィルタ
および順方向フィルタとしてIIRデジタルフィルタを
用いることにより、少ないタップ数で急峻な減衰特性が
得られるが、その特性は非直線位相特性であるという、
IIRフィルタの問題点を解決できる。
方向フィルタの前段に、入力離散信号を遅延させる遅延
手段(離散信号シフト部)を設けることにより、IIR
デジタルフィルタの発散現象を改善すると共に、過渡応
答の発生時間を短縮することが可能になる。また、請求
項4に記載の発明では、前記逆方向フィルタと前記順方
向フィルタとで、フィルタ係数を共用することにより、
フィルタ係数を記憶したテーブルの容量を少なくできる
と共に、直線位相特性が得られる。
方向フィルタ及び前記順方向フィルタを入力離散信号が
それぞれ複数回通過するようにして、より良好な周波数
帯域制限が可能になる。また、請求項6に記載の発明で
は、前記逆方向フィルタ及び前記順方向フィルタを入力
離散信号がそれぞれ複数回通過し、通過する回数を同一
にすることにより、直線位相特性が得られる。(請求項
6)
ルタの発散現象を防ぎ、かつ、急峻な減衰特性および直
線位相特性を得ることができるので、短時間で急峻に振
幅変化する離散信号であっても、過渡応答時間を最小限
にとどめて周波数帯域制限することができるデジタルフ
ィルタを提供できる。
ク図である。
図である。
示す図である。
力した場合のFIRフィルタ後信号を示す図である。
入力した場合のシフト後信号を示す図である。
入力した場合の逆方向フィルタ後信号を示す図である。
入力した場合の順方向フィルタ後信号を示す図である。
の別の例を示す図である。
Claims (6)
- 【請求項1】 離散信号とフィルタ係数とが入力され
て、逆方向フィルタ後信号を出力する逆方向フィルタ
と、 前記逆方向フィルタ後信号とフィルタ係数とが入力され
て、順方向フィルタ後信号を出力する順方向フィルタ
と、 を含むことを特徴とするデジタルフィルタ。 - 【請求項2】 前記逆方向フィルタおよび前記順方向フ
ィルタとしてIIRデジタルフィルタを用いることを特
徴とする請求項1に記載のデジタルフィルタ。 - 【請求項3】 前記逆方向フィルタの前段に、入力離散
信号を遅延させる遅延手段が設けられていることを特徴
とする請求項1又は2に記載のデジタルフィルタ。 - 【請求項4】 前記逆方向フィルタと前記順方向フィル
タとで、フィルタ係数を共用することを特徴とする請求
項1〜3のいずれか1項に記載のデジタルフィルタ。 - 【請求項5】 前記逆方向フィルタ及び前記順方向フィ
ルタを入力離散信号がそれぞれ複数回通過することを特
徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載のデジタル
フィルタ。 - 【請求項6】 前記逆方向フィルタ及び前記順方向フィ
ルタを入力離散信号が、それぞれ複数回通過し、通過す
る回数が同一であることを特徴とする請求項5に記載の
デジタルフィルタ。
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