JP2005149009A - 積和演算回路 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 入力セレクタSL1は、入力データ又は結果遅延回路Oregからのデータのうちいずれかを乗算器10に選択出力し、係数記憶回路50は、カウンタ40からの出力値に基づいて係数記憶回路50に記憶されているデータを乗算器10に選択出力し、乗算器10は、乗算結果を乗算結果遅延回路Aregへ出力し、加算遅延回路用セレクタSL2は、第1加算遅延回路Reg1、第2加算遅延回路Reg2または0データ記憶回路Zregのいずれかに記憶されているデータを制御回路30からの制御信号に基づいて加算器20に選択出力し、加算結果を制御回路30の制御信号に基づいて第1加算遅延回路Reg1、第2加算遅延回路Reg2または結果遅延回路Oregのいずれかに選択出力し、結果遅延回路Oregは、制御回路30の制御信号に基づいて結果遅延回路Oregに記憶されているデータを出力データとして出力する。
【選択図】 図1
Description
図1は本実施形態の積和演算回路100の構成を示すブロック図である。積和演算回路100は、入力セレクタSL1と、レジスタセレクタSL2(広義には加算遅延回路用セレクタ)とを含む。また、積和演算回路100は、乗算器10と、加算器20と、シーケンサ30(広義には制御回路)と、カウンタ40と、係数ROM50(広義には係数記憶回路)とを含む。さらに、積和演算回路100は、乗算結果レジスタAreg(広義には乗算結果遅延回路)と、N個(Nは自然数)の第1加算レジスタReg1(広義には第1加算遅延回路)と、N個の第2加算レジスタReg2(広義には第2加算遅延回路)と、0データレジスタZreg(0データ記憶回路)と、N個の結果レジスタOreg(広義には結果遅延回路)と、最終出力レジスタEreg(広義には最終結果遅延回路)とを含む。変形例として、積和演算回路100は図1の最終出力レジスタEregを含まない構成も可能である。なお、以下の図において同符号のものは同様の意味を示す。
第1実施形態の動作を説明するために、第1実施形態の一例である図5の積和演算回路1000の動作を説明する。図7及び図8は、各カウンタ値での、乗算器10、加算器20、及び各レジスタに入力されるデータを示す図である。6つのステージのうち、図7には前半の3つのステージについて示され、図8には後半の3つのステージに着いて示されている。6つのステージについて演算を行うので、積和演算回路1000は、32通り(5×N+2)のカウンタ値を用いる。カウンタ値は、便宜上16進数で表されている。また、図7及び図8の変数nは、入力セレクタSL1に入力される入力データの順番を示す。例えばn番目に入力セレクタSL1に入力された入力データ(サンプル)は、Input(n)である。各レジスタに記憶されているデータは、各レスタの符号の末尾に(n)または(n−1)を付した符号で示されている。例えば、Oreg1(n)は、Input(n)に対応する結果レジスタOreg1に記憶されているデータである。各ステージの各ステップは、図7及び図8に示されるように各カウンタ値に対応する。
図11は、図2の2次IIRフィルタ演算を実現させる比較例の積和演算回路2000のブロック図である。積和演算回路2000は、図2の各乗算手段11〜15のそれぞれに対応する乗算器として乗算器111、乗算器112、乗算器113、乗算器114及び乗算器115が設けられている。また、図2の各加算手段21〜23のそれぞれに対応する加算器として、加算器211、加算器212、加算器213及び加算器214が設けられている。また、積和演算回路2000は、レジスタR100、レジスタR200及びレジスタR300を含む。
第1実施形態の積和演算回路1000の係数ROM50及びデコーダ31を変更したものが第2実施形態の積和演算回路である。図示しないが第2実施形態の積和演算回路は、カウンタ値に基づいた制御が変更されるだけで、他の接続関係は第1実施形態の積和演算回路1000と同じである。第2実施形態の積和演算回路は、第1実施形態と同様に、N段接続2次IIRフィルタ演算が可能な積和演算回路である。ここでは、一例としてN=6の6段接続2次IIRフィルタ演算が可能な積和演算回路を説明する。
第2実施形態の動作を説明する。図13及び図14は、第1実施形態の図7及び図8に対応する図である。6つのステージのうち、図13には前半の3つのステージについて示され、図14には後半の3つのステージについて示されている。図13及び図14の各符号の意味は図7及び図8の同符号のものと同じである。
第2実施形態は、第1実施形態と同様な、回路規模が小さくなる効果を有している。第1実施形態との相違点は、第2実施形態ではフィルタを多段接続した分だけ遅延時間が増加する点である。
図18は、第1実施形態または第2実施形態の積和演算回路を用いたアナログ/デジタル変換器3000のブロック図である。ADCはADコンバータを示し、DFはデジタルフィルタを示す。デジタルフィルタDFは、第1実施形態または第2実施形態の積和演算回路を含む。第1実施形態または第2実施形態の積和演算回路は、回路規模が小さいため、容易にアナログ/デジタル変換器3000に組み込むことができる。これにより、デジタルフィルタDFを有するアナログ/デジタル変換器3000を提供できる。このアナログ/デジタル変換器3000を小型電子機器やその他の電子デジタルデバイスに用いることは、小型電子機器やその他の電子デジタルデバイスを設計する際に、装置の小型化を実現させ、さらには、設計時間の短縮化をも可能にする。
32 加算レジスタコントローラ、33 結果レジスタコントローラ、40 カウンタ、
50 係数ROM(係数記憶回路)、100 積和演算回路、1000 積和演算回路、3000 アナログ/デジタル変換器、4000 デジタル/アナログ変換器、
Areg 乗算結果レジスタ(乗算結果記憶回路)、
Ereg 最終出力レジスタ(最終出力遅延回路)
Oreg 結果レジスタ(結果遅延回路)
Reg1 第1加算レジスタ(第1加算遅延回路)、
Reg2 第2加算レジスタ(第2加算遅延回路)、
SL1 入力セレクタ、
SL2 レジスタセレクタ(加算遅延回路用セレクタ)、
SL3 結果出力セレクタ、
Zreg 0データレジスタ(0データ記憶回路)
Claims (21)
- クロック信号に基づいて動作するカウンタ及び制御回路と、係数記憶回路と、乗算器と、乗算結果遅延回路と、加算器と、
前記制御回路からの制御信号に基づいて動作する第1加算遅延回路、第2加算遅延回路、0データ記憶回路、結果遅延回路、入力セレクタ及び加算遅延回路用セレクタとを有し、
前記入力セレクタは、外部からの入力データ又は前記結果遅延回路からのフィードバックデータのうちいずれかを前記乗算器に選択出力し、
前記係数記憶回路は、前記カウンタからの出力値に基づいて前記係数記憶回路に記憶されているデータを前記乗算器に選択出力し、
前記乗算器は、前記入力セレクタによって選択されたデータと、前記係数記憶回路から出力されたデータとを乗算し、その後乗算結果を前記乗算結果遅延回路へ出力し、
前記加算遅延回路用セレクタは、前記第1加算遅延回路、前記第2加算遅延回路または前記0データ記憶回路のいずれかに記憶されているデータを前記制御回路からの制御信号に基づいて前記加算器に選択出力し、
前記加算器は、前記乗算結果遅延回路から遅延出力されたデータと、前記加算遅延回路用セレクタによって選択出力されたデータとを加算し、その後加算結果を前記制御回路の制御信号に基づいて前記第1加算遅延回路、第2加算遅延回路または結果遅延回路のいずれかに選択出力し、
前記結果遅延回路は、前記制御回路の制御信号に基づいて前記結果遅延回路に記憶されているデータを出力データとして出力することを特徴とする積和演算回路。 - 請求項1において、
前記0データ記憶回路は、0の値が記憶されている0データレジスタを含み、
前記乗算結果遅延回路は、乗算結果レジスタを含み、
前記乗算結果レジスタは、前記制御回路からのイネーブル信号がアクティブであるとき、前記乗算器から出力された前記乗算結果を記憶することを特徴とする積和演算回路。 - 請求項1または2において、
前記第1加算遅延回路は、N個(Nは1以上の整数)の第1加算レジスタを含み、
前記第2加算遅延回路は、N個の第2加算レジスタを含み、
前記結果遅延回路は、N個の結果レジスタを含むことを特徴とする積和演算回路。 - 請求項3において、
前記N個の結果レジスタのうち第N番目の結果レジスタに記憶されているデータは、前記出力データとして出力されることを特徴とする積和演算回路。 - 請求項3の積和演算回路は、最終出力遅延回路を含み、
前記最終出力遅延回路は、前記N個の結果レジスタのうち第N番目の結果レジスタに記憶されているデータを記憶し、前記最終出力遅延回路に記憶されているデータを前記出力データとして出力することを特徴とする積和演算回路。 - 請求項3乃至5のいずれかにおいて、
前記結果遅延回路は、前記N個の結果レジスタのうちのいずれかに記憶されているデータを前記制御回路からの制御信号に基づいて、前記入力セレクタに選択出力する結果出力セレクタ含むことを特徴とする積和演算回路。 - 請求項3乃至6のいずれかにおいて、
前記制御回路は、デコーダと、加算レジスタコントローラと、結果レジスタコントローラとを含み、
前記加算レジスタコントローラは、前記N個の第1加算レジスタ及び前記N個の第2加算レジスタのそれぞれと接続され、
前記結果レジスタコントローラは、前記N個の結果レジスタのそれぞれと接続され、
前記デコーダは、クロック信号及び前記カウンタの出力値に基づいて、前記N個の第1加算レジスタ、前記N個の第2加算レジスタ及び前記N個の結果レジスタのなかから書き込みを行うレジスタを決定し、その決定結果を前記加算レジスタコントローラまたは前記結果レジスタコントローラの少なくともいずれか一方に出力することを特徴とする積和演算回路。 - 請求項7において、
前記加算レジスタコントローラは、前記デコーダから出力された前記決定結果に基づいて、前記N個の第1加算レジスタ及び前記N個の第2加算レジスタのうちのいずれかのレジスタに対して、書き込みをアクティブにする書き込みイネーブル信号を出力することを特徴とする積和演算回路。 - 請求項7または8において、
前記結果レジスタコントローラは、前記デコーダから出力された前記決定結果に基づいて、前記N個の結果レジスタうちのいずれかのレジスタに対して、書き込みをアクティブにする書き込みイネーブル信号を出力することを特徴とする積和演算回路。 - 請求項7乃至9のいずれかにおいて、
前記デコーダは、クロック信号及び前記カウンタの出力値に基づいて、前記N個の第1加算レジスタ、前記N個の第2加算レジスタ及び前記0データレジスタのうち、いずれかを選択し、その選択内容を前記加算遅延回路用セレクタに出力することを特徴とする積和演算回路。 - 請求項10において、
前記加算遅延回路用セレクタは、前記デコーダから出力された前記選択内容に基づいて、前記N個の第1加算レジスタ、前記N個の第2加算レジスタ及び前記0データレジスタのそれぞれに記憶されているデータを前記加算器に選択出力することを特徴とする積和は演算回路。 - 請求項7乃至11のいずれかにおいて、
前記デコーダは、クロック信号及び前記カウンタの出力値に基づいて、前記N個の結果レジスタのうち、いずれかを選択し、その選択内容を前記結果出力セレクタに出力することを特徴とする積和演算回路。 - 請求項12において、
前記結果出力セレクタは、前記デコーダから出力された前記選択内容に基づいて、前記N個の結果レジスタのそれぞれに記憶されているデータを前記入力セレクタに選択出力することを特徴とする積和演算回路。 - 請求項2乃至13のいずれかにおいて、
前記N個の第1加算レジスタ、前記N個の第2加算レジスタ及び前記N個の結果レジスタは、前記クロック信号の立ち上がりエッジまたは立ち下がりエッジに同期してデータ書き込みされることを特徴とする積和演算回路。 - 請求項2乃至14のいずれかにおいて、
前記外部からの入力データに対して、(5×N+2)クロックで1サイクルの演算結果を出力することを特徴とする積和演算回路。 - 請求項1乃至15のいずれかにおいて、
n番目(nは自然数)の入力データがM番目(Mは自然数)の前記クロック信号に同期して前記入力セレクタに入力されると、
第1ステップとして、
M番目の前記クロック信号の周期に同期して、前記乗算器は、前記n番目の入力データと、前記カウンタの出力値に基づいた前記係数記憶回路の出力データとを乗算し、その乗算結果を前記乗算結果遅延回路に出力し、
第2ステップとして、
(M+1)番目の前記クロック信号の周期に同期して、前記乗算結果遅延回路は前記乗算器から出力されている前記乗算結果をラッチし、
前記乗算器は、前記n番目の入力データと、前記カウンタの出力値に基づいた前記係数記憶回路の出力データとを乗算し、その乗算結果を前記乗算結果遅延回路に出力し、
前記加算器は、前記第1加算遅延回路に記憶されているデータと、前記乗算結果遅延回路に記憶されているデータとを加算し、その加算結果を前記結果遅延回路に出力し、
第3ステップとして、
(M+2)番目の前記クロック信号の周期に同期して、前記乗算結果遅延回路は前記乗算器から出力されている前記乗算結果をラッチし、
前記結果遅延回路は前記加算器から出力されている前記加算結果をラッチし、
前記乗算器は、前記結果遅延回路に記憶されているデータと、前記カウンタの出力値に基づいた前記係数記憶回路の出力データとを乗算し、その乗算結果を前記乗算結果遅延回路に出力し、
前記加算器は、前記第2加算遅延回路に記憶されているデータと、前記乗算結果遅延回路に記憶されているデータとを加算し、その加算結果を前記第1加算遅延回路に出力し、
第4ステップとして、
(M+3)番目の前記クロック信号の周期に同期して、前記乗算結果遅延回路は前記乗算器から出力されている前記乗算結果をラッチし、
前記第1加算遅延回路は前記加算器から出力されている前記加算結果をラッチし、
前記乗算器は、前記n番目の入力データと、前記カウンタの出力値に基づいた前記係数記憶回路の出力データとを乗算し、その乗算結果を前記乗算結果遅延回路に出力し、
前記加算器は、前記第1加算遅延回路に記憶されているデータと、前記乗算結果遅延回路に記憶されているデータとを加算し、その加算結果を前記第1加算遅延回路に出力し、
第5ステップとして、
(M+4)番目の前記クロック信号の周期に同期して、前記乗算結果遅延回路は前記乗算器から出力されている前記乗算結果をラッチし、
前記第1加算遅延回路は前記加算器から出力されている前記加算結果をラッチし、
前記乗算器は、前記結果遅延回路に記憶されているデータと、前記カウンタの出力値に基づいた前記係数記憶回路の出力データとを乗算し、その乗算結果を前記乗算結果遅延回路に出力し、
前記加算器は、前記0データ記憶回路に記憶されているデータと、前記乗算結果遅延回路に記憶されているデータとを加算し、その加算結果を前記第2加算遅延回路に出力し、
第6ステップとして、
(M+5)番目の前記クロック信号の周期に同期して、前記乗算結果遅延回路は前記乗算器から出力されている前記乗算結果をラッチし、
前記第2加算遅延回路は前記加算器から出力されている前記加算結果をラッチし、
前記加算器は、前記第2加算遅延回路に記憶されているデータと、前記乗算結果遅延回路に記憶されているデータとを加算し、その加算結果を前記第2加算遅延回路に出力し、
第7ステップとして、
(M+6)番目の前記クロック信号の周期に同期して、 前記第2加算遅延回路は前記加算器から出力されている前記加算結果をラッチする
ことを特徴とする積和演算回路。 - 請求項2乃至15のいずれかにおいて、
n番目(nは自然数)の入力データが前記入力セレクタに入力されると、前記入力データに対して、Nステージの積和演算、第1の終段演算、第2の終段演算の順に演算が行われ、
前記積和演算のm(mは自然数)番目のステージは、5つの演算ステップを含み、
前記5つの演算ステップは、前記クロック信号の周期が5回分経過する間に、前記クロック信号の各周期に同期して行われ、
第1の演算ステップは、
前記入力セレクタからの出力データと前記カウンタの出力値に基づいた前記係数記憶回路の出力データとを前記乗算器にて乗算し、その乗算結果を前記乗算結果レジスタに出力する第1乗算ステップと、
m=1の時は加算を行わず、m>1の時は(m−1)番目の前記第2加算レジスタに記憶されているデータと、前記第1乗算ステップ以前に前記乗算結果レジスタに記憶されているデータとを前記加算器にて加算し、その加算結果を前記(m−1)番目の第2加算レジスタに出力する第1加算ステップとを含み、
第2の演算ステップは、
前記入力セレクタからの出力データと前記カウンタの出力値に基づいた前記係数記憶回路の出力データとを前記乗算器にて乗算し、その乗算結果を前記乗算結果レジスタに出力する第2乗算ステップと、
m番目の前記第1加算レジスタに記憶されているデータと、前記第2乗算ステップ以前に前記乗算結果レジスタに記憶されているデータとを前記加算器にて加算し、その加算結果をm番目の前記結果レジスタに出力する第2加算ステップとを含み、
第3の演算ステップは、
前記入力セレクタからの出力データと前記カウンタの出力値に基づいた前記係数記憶回路の出力データとを前記乗算器にて乗算し、その乗算結果を前記乗算結果レジスタに出力する第3乗算ステップと、
m番目の前記第2加算レジスタに記憶されているデータと、前記第3乗算ステップ以前に前記乗算結果レジスタに記憶されているデータとを前記加算器にて加算し、その加算結果を前記m番目の第1加算レジスタに出力する第3加算ステップとを含み、
第4の演算ステップは、
前記入力セレクタからの出力データと前記カウンタの出力値に基づいた前記係数記憶回路の出力データとを前記乗算器にて乗算し、その乗算結果を前記乗算結果レジスタに出力する第4乗算ステップと、
前記m番目の第1加算レジスタに記憶されているデータと、前記第4乗算ステップ以前に前記乗算結果レジスタに記憶されているデータとを前記加算器にて加算し、その加算結果を前記m番目の第1加算レジスタに出力する第4加算ステップとを含み、
第5の演算ステップは、
前記入力セレクタからの出力データと前記カウンタの出力値に基づいた前記係数記憶回路の出力データとを前記乗算器にて乗算し、その乗算結果を前記乗算結果レジスタに出力する第5乗算ステップと、
前記0データレジスタに記憶されているデータと、前記第5乗算ステップ以前に前記乗算結果レジスタに記憶されているデータとを前記加算器にて加算し、その加算結果を前記m番目の第2加算レジスタに出力する第5加算ステップとを含み、
第1の終段演算は、N番目のステージにおける前記第5乗算ステップの前記乗算結果と、N番目の前記第2加算レジスタに記憶されているデータとを前記加算器にて加算し、その加算結果を前記N番目の第2加算レジスタに出力する第6加算ステップを含み、
第2の終段演算は、前記第6加算ステップの加算結果を前記N番目の第2加算レジスタに記憶させるラッチステップを含み、
前記第1の演算ステップ、前記第2の演算ステップ及び前記第4の演算ステップでは、m=1の時、前記入力セレクタは前記入力データを前記乗算器に選択出力し、
m>1の時、前記入力セレクタは(m−1)番目の前記結果レジスタからの出力を前記乗算器に選択出力し、
前記第3の演算ステップ及び前記第5の演算ステップでは、前記入力セレクタは前記m番目の結果レジスタからの出力を前記乗算器に選択出力することを特徴とする積和演算回路。 - 請求項2乃至15のいずれかにおいて、
n番目(nは自然数)の入力データが前記入力セレクタに入力されると、前記入力データに対して、Nステージの積和演算、第1の終段演算、第2の終段演算の順に演算が行われ、
前記積和演算のm(mは自然数)番目のステージは、5つの演算ステップを含み、
前記5つの演算ステップは、前記クロック信号の周期が5回分経過する間に、前記クロック信号の各周期に同期して行われ、
第1の演算ステップは、
前記入力セレクタからの出力データと前記カウンタの出力値に基づいた前記係数記憶回路の出力データとを前記乗算器にて乗算し、その乗算結果を前記乗算結果レジスタに出力する第1乗算ステップと、
m=1の時は加算を行わず、m>1の時は(N−m+1)番目の前記第2加算レジスタに記憶されているデータと、前記第1乗算ステップ以前に前記乗算結果レジスタに記憶されているデータとを前記加算器にて加算し、その加算結果を前記(N−m+1)番目の第2加算レジスタに出力する第1加算ステップとを含み、
第2の演算ステップは、
前記入力セレクタからの出力データと前記カウンタの出力値に基づいた前記係数記憶回路の出力データとを前記乗算器にて乗算し、その乗算結果を前記乗算結果レジスタに出力する第2乗算ステップと、
(N−m+1)番目の前記第1加算レジスタに記憶されているデータと、前記第2乗算ステップ以前に前記乗算結果レジスタに記憶されているデータとを前記加算器にて加算し、その加算結果を(N−m+1)番目の前記結果レジスタに出力する第2加算ステップとを含み、
第3の演算ステップは、
前記入力セレクタからの出力データと前記カウンタの出力値に基づいた前記係数記憶回路の出力データとを前記乗算器にて乗算し、その乗算結果を前記乗算結果レジスタに出力する第3乗算ステップと、
前記(N−m+1)番目の第2加算レジスタに記憶されているデータと、前記第3乗算ステップ以前に前記乗算結果レジスタに記憶されているデータとを前記加算器にて加算し、その加算結果を前記(N−m+1)番目の第1加算レジスタに出力する第3加算ステップとを含み、
第4の演算ステップは、
前記入力セレクタからの出力データと前記カウンタの出力値に基づいた前記係数記憶回路の出力データとを前記乗算器にて乗算し、その乗算結果を前記乗算結果レジスタに出力する第4乗算ステップと、
前記(N−m+1)番目の第1加算レジスタに記憶されているデータと、前記第4乗算ステップ以前に前記乗算結果レジスタに記憶されているデータとを前記加算器にて加算し、その加算結果を前記(N−m+1)番目の第1加算レジスタに出力する第4加算ステップとを含み、
第5の演算ステップは、
前記入力セレクタからの出力データと前記カウンタの出力値に基づいた前記係数記憶回路の出力データとを前記乗算器にて乗算し、その乗算結果を前記乗算結果レジスタに出力する第5乗算ステップと、
前記0データレジスタに記憶されているデータと、前記第5乗算ステップ以前に前記乗算結果レジスタに記憶されているデータとを前記加算器にて加算し、その加算結果を前記(N−m+1)番目の第2加算レジスタに出力する第5加算ステップとを含み、
第1の終段演算は、N番目のステージにおける前記第5乗算ステップの前記乗算結果と、1番目の前記第2加算レジスタに記憶されているデータとを前記加算器にて加算し、その加算結果を前記1番目の第2加算レジスタに出力する第6加算ステップを含み、
第2の終段演算は、前記第6加算ステップの加算結果を前記1番目の第2加算レジスタに記憶させるラッチステップを含み、
前記第1の演算ステップ、前記第2の演算ステップ及び前記第4の演算ステップでは、m=Nの時、前記入力セレクタは前記入力データを前記乗算器に選択出力し、
m<Nの時、前記入力セレクタは(N−m)番目の前記結果レジスタからの出力を前記乗算器に選択出力し、
前記第3の演算ステップ及び前記第5の演算ステップでは、前記入力セレクタは前記(N−m+1)番目の結果レジスタからの出力を前記乗算器に選択出力することを特徴とする積和演算回路。 - 請求項17または18において、
前記カウンタは、(5×N+2)進カウンタを含むことを特徴とする積和演算回路。 - 請求項1乃至19のいずれかの積和演算回路を含むことを特徴とするアナログ/デジタル変換器。
- 請求項1乃至19のいずれかの積和演算回路を含むことを特徴とするデジタル/アナログ変換器。
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JP2003383992A JP4273323B2 (ja) | 2003-11-13 | 2003-11-13 | 積和演算回路 |
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Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2009245296A (ja) * | 2008-03-31 | 2009-10-22 | Fujitsu Ltd | 積和演算回路 |
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US10022070B2 (en) | 2013-11-11 | 2018-07-17 | Seiko Epson Corporation | Integrated circuit including a detection unit for detecting an angular velocity signal of a moving object based on a signal from a sensor |
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2003
- 2003-11-13 JP JP2003383992A patent/JP4273323B2/ja not_active Expired - Lifetime
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US9673780B2 (en) | 2012-06-08 | 2017-06-06 | Nec Corporation | Multi-stage filter processing device and method |
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