JP2007104528A - Filter design method and filter design system, filter design program and filter - Google Patents
Filter design method and filter design system, filter design program and filter Download PDFInfo
- Publication number
- JP2007104528A JP2007104528A JP2005294512A JP2005294512A JP2007104528A JP 2007104528 A JP2007104528 A JP 2007104528A JP 2005294512 A JP2005294512 A JP 2005294512A JP 2005294512 A JP2005294512 A JP 2005294512A JP 2007104528 A JP2007104528 A JP 2007104528A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- filter
- group delay
- characteristic
- amplitude
- filter coefficient
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Images
Landscapes
- Filters That Use Time-Delay Elements (AREA)
Abstract
Description
本発明はフィルタ設計方法及びフィルタ設計システム、フィルタ設計プログラム並びにフィルタに係り、特に、所望の振幅特性及び群遅延特性を有するフィルタを設計するフィルタ設計方法及びフィルタ設計システム、フィルタ設計プログラム並びにフィルタに関する。 The present invention relates to a filter design method, a filter design system, a filter design program, and a filter, and more particularly to a filter design method, a filter design system, a filter design program, and a filter for designing a filter having desired amplitude characteristics and group delay characteristics.
近年、通過域にのみ近似的な線形位相特性を持たせることにより、フィルタの次数を低減させる設計手法が数多く提案されている(非特許文献1、2)。
In recent years, many design methods for reducing the order of a filter by providing an approximate linear phase characteristic only in the passband have been proposed (Non-Patent
しかしながら、これらの手法は、振幅と位相特性の近似アルゴリズムであり、実際に信号の遅延時間を表す群遅延に関して直接的な考慮はされていなかった。 However, these methods are approximation algorithms for amplitude and phase characteristics, and no direct consideration has been given to the group delay that actually represents the signal delay time.
また、実際に測定した特性から補償特性として周波数上の指定ポイントで振幅、群遅延特性を指定し、それを逆FFT変換することにより、FIRフィルタのフィルタ係数を求め、振幅、群遅延歪の補償を行おこなうフィルタを用いた歪補償の方法が提案されている(特許文献1参照)。
しかるに、従来のフィルタ設計方法は群遅延特性が考慮されていなかったため、設計された結果、群遅延特性の平坦性が得られない場合には、波形伝送の際に波形ひずみが発生するなどの問題点があった。 However, the conventional filter design method does not consider the group delay characteristics, and if the flatness of the group delay characteristics cannot be obtained as a result of the design, problems such as waveform distortion occur during waveform transmission. There was a point.
本発明は上記の点に鑑みてなされたもので、振幅特性及び群遅延特性を考慮したフィルタ設計が行なえるフィルタ設計方法及びフィルタ設計システム、フィルタ設計プログラム並びにフィルタを提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above points, and an object of the present invention is to provide a filter design method, a filter design system, a filter design program, and a filter that can perform filter design in consideration of amplitude characteristics and group delay characteristics.
本発明は、所望の振幅特性及び群遅延特性を有するフィルタを設計するためのフィルタ設計方法であって、振幅特性が予め設定された範囲に近似するようにフィルタ係数を更新するとともに、群遅延特性が予め設定された範囲に近似するようにフィルタ係数を更新し、フィルタ係数の更新を繰り返すことによって、予め設定された振幅特性及び/又は予め設定された群遅延特性となるようにフィルタ係数を最適化することを特徴とする。 The present invention is a filter design method for designing a filter having desired amplitude characteristics and group delay characteristics, and updates filter coefficients so that the amplitude characteristics approximate a preset range, and group delay characteristics. The filter coefficient is updated so as to approximate the preset range, and the filter coefficient is optimized so that the preset amplitude characteristic and / or the preset group delay characteristic are obtained by repeating the update of the filter coefficient. It is characterized by becoming.
このとき、フィルタ係数は、振幅特性が、正規化された角周波数をωとしたとき、 At this time, the filter coefficient, when the amplitude characteristic is normalized angular frequency ω,
M(ω)とτd(ω)とはそれぞれ正規化角周波数ωにおける振幅と群遅延としたとき、所望の周波数特性が
M (ω) and τd (ω) are the amplitude and group delay at the normalized angular frequency ω, respectively.
λ(ω)を振幅特性の最大許容誤差としたときに、
When λ (ω) is the maximum allowable error of amplitude characteristics,
で表されており、
μ(ω)を群遅延の最大許容誤差としたときに、
It is represented by
When μ (ω) is the maximum allowable group delay error,
また、本発明は、上記フィルタ設計方法によってフィルタ係数が決定されたフィルタである。 Further, the present invention is a filter in which a filter coefficient is determined by the above filter design method.
本発明によれば、振幅特性が予め設定された範囲に近似するようにフィルタ係数を更新するとともに、群遅延特性が予め設定された範囲に近似するようにフィルタ係数を更新し、フィルタ係数の更新を繰り返すことによって、予め設定された振幅特性及び/又は予め設定された群遅延特性となるようにフィルタ係数を最適化することにより、振幅特性及び群遅延特性の両方を考慮したフィルタ係数を得ることができ、波形ひずみなどの発生を低減できる。 According to the present invention, the filter coefficient is updated so that the amplitude characteristic approximates a preset range, the filter coefficient is updated so that the group delay characteristic approximates a preset range, and the filter coefficient is updated. To obtain a filter coefficient that takes into account both the amplitude characteristic and the group delay characteristic by optimizing the filter coefficient so as to obtain a preset amplitude characteristic and / or a preset group delay characteristic. Generation of waveform distortion and the like can be reduced.
〔システム構成〕
図1は本発明の一実施例のシステム構成図を示す。
〔System configuration〕
FIG. 1 shows a system configuration diagram of an embodiment of the present invention.
本実施例のフィルタ設計システム100は、入力装置111、処理装置112、記憶装置113、メモリ114、表示装置115から構成されている。
The
入力装置111は、キーボードやマウスなどから構成されている。例えば、入力装置111を操作することにより、最大振幅範囲、最大群遅延範囲の設定が行なわれる。
The
処理装置112はCPUなどから構成されており、記憶装置113にインストールされたフィルタ設計プログラムに基づいてフィルタ設計のための処理を実行する。記憶装置113はハードディスクドライブなどから構成され、フィルタ設計プログラムが予めインストールされている。
The
メモリ114は、RAMなどから構成されており、処理装置112の作業用記憶領域として用いられる。表示装置115はCRT、LCDなどから構成されており、処理装置112により制御され、最大振幅範囲、最大群遅延範囲の入力ウィンドウや設計されたフィルタの振幅特性や群遅延特性などを表示する。
The
〔設計プログラム〕
図2は設計プログラムの処理フローチャートを示す。
[Design program]
FIG. 2 shows a process flowchart of the design program.
本実施例の設計プログラムは、振幅・位相近似アルゴリズムと群遅延近似アルゴリズムとを交互に繰り返すことで、任意の振幅と群遅延特性をもつフィルタの設計を実現している。 The design program of this embodiment realizes the design of a filter having arbitrary amplitude and group delay characteristics by alternately repeating the amplitude / phase approximation algorithm and the group delay approximation algorithm.
まず、ステップS1−1で、ユーザによって入力装置111が操作され、処理装置112に、周波数特性D(ω)、及び、最大振幅範囲λ(ω)、並びに、最大群遅延範囲μ(ω)が設定される。処理装置112は、ステップS1−2で、設定された周波数特性D(ω)、及び、最大振幅範囲λ(ω)を満足するフィルタ係数を求める。
First, in step S1-1, the
次に、処理装置112は、ステップS1−3で、設定された周波数特性D(ω)、及び、最大群遅延範囲μ(ω)を満足するようにフィルタ係数を変更する。
Next, in step S1-3, the
処理装置112は、ステップS1−4で最大振幅範囲λ(ω)及び最大群遅延範囲μ(ω)の両方を満たすフィルタ係数が求まると、ステップS1−5で求められたフィルタ係数を設計すべきFIRフィルタのフィルタ係数として記憶装置113などに記憶する。
When the
記憶装置113に記憶されたフィルタ係数を用いてFIRフィルタを実現することにより、所望の振幅特性及び群遅延特性を満たす所望の周波数特性を有するFIRフィルタが得られる。
By realizing the FIR filter using the filter coefficient stored in the
〔振幅位相近似アルゴリズム〕
まず、振幅位相近似アルゴリズムについて説明する。
[Amplitude phase approximation algorithm]
First, the amplitude phase approximation algorithm will be described.
一般に、複素係数 In general, complex coefficients
今、所望の周波数特性を Now, the desired frequency characteristics
このとき、振幅・位相特性を近似するフィルタの設計問題は、 At this time, the filter design problem that approximates the amplitude and phase characteristics is
ところで、式(3)に複素チェビシェフ近似に拡張した逐次射影法を用いると、繰り返し近似法である逐次射影法のn回目の繰り返し誤差関数は、以下の式(4)により与えられる。 By the way, when the sequential projection method extended to the complex Chebyshev approximation is used in equation (3), the nth iteration error function of the sequential projection method which is an iterative approximation method is given by the following equation (4).
このとき、逐次射影法におけるn+1回目のフィルタ係数hiの更新式は、以下のようにして表すことができる。 At this time, the update formula of the (n + 1) th filter coefficient hi in the sequential projection method can be expressed as follows.
(複素係数の場合)
まず、複素係数の場合について説明する。
(For complex coefficients)
First, the case of complex coefficients will be described.
複素係数hiの実部と虚部のぞれぞれの係数更新式は、 The coefficient update formula for each of the real part and imaginary part of the complex coefficient hi is
次に実係数の場合について説明する。
Next, the case of a real coefficient will be described.
実係数の場合、フィルタ係数の虚数部はすべて0となるので、実係数をhiで表すと、
hi=aiとなる。このとき、(n+1)回目の係数更新式は、
In the case of a real coefficient, since the imaginary part of the filter coefficient is all 0, when the real coefficient is represented by hi,
hi = ai. At this time, the (n + 1) th coefficient update formula is
従来提案されている設計法は、振幅と位相特性の近似アルゴリズムであり、群遅延に関しては考慮されていない。 The conventionally proposed design method is an approximation algorithm of amplitude and phase characteristics, and group delay is not considered.
そのため、このアルゴリズムを用いて得られるフィルタの群遅延特性は、所望の値と大きな誤差を生じる場合がある。そこで、次に群遅延特性を近似するための係数更新について考える。 Therefore, the group delay characteristic of the filter obtained using this algorithm may cause a large error from a desired value. Next, consider the coefficient update for approximating the group delay characteristic.
〔群遅延近似アルゴリズム〕
次に群遅延近似アルゴリズムについて説明する。
[Group delay approximation algorithm]
Next, the group delay approximation algorithm will be described.
設計するフィルタの群遅延τ(ω)は、式(1)の自然対数ln{H(ω)}をωで微分することで、以下のように求めることができる。 The group delay τ (ω) of the designed filter can be obtained as follows by differentiating the natural logarithm ln {H (ω)} of the equation (1) by ω.
このとき、群遅延特性を近似するフィルタの設計問題は、 At this time, the design problem of the filter approximating the group delay characteristic is
ここで、非負関数μ(ω)は所望の群遅延特性からの最大許容誤差である。しかしながら、式(9)は有理関数であるため、このままでは、逐次射影法を用いて解くことは困難である。 Here, the non-negative function μ (ω) is a maximum allowable error from a desired group delay characteristic. However, since Equation (9) is a rational function, it is difficult to solve it using the sequential projection method as it is.
そこで、分母のH(ω)に関しては近似的に係数更新前の振幅 Therefore, for the denominator H (ω), the amplitude before the coefficient update is approximately
(複素係数の場合)
複素係数hiの実部と虚部の係数更新式はそれぞれ以下のようになる。
(For complex coefficients)
The coefficient update formulas for the real part and the imaginary part of the complex coefficient hi are as follows.
実係数の場合、フィルタ係数の虚数部はすべて0となるので、実係数をhiで表すと、
hi=aiとなる。このとき、n+1回目の係数更新式は以下のようになる。
In the case of a real coefficient, since the imaginary part of the filter coefficient is all 0, when the real coefficient is represented by hi,
hi = ai. At this time, the (n + 1) th coefficient update formula is as follows.
〔設計例〕
上記アルゴリズムを用いた設計例について説明する。
[Design example]
A design example using the above algorithm will be described.
図3は設計例の最大許容誤差を示す図、図4は振幅特性を示す図、図5は群遅延特性を示す図である。 3 is a diagram showing the maximum allowable error of the design example, FIG. 4 is a diagram showing the amplitude characteristic, and FIG. 5 is a diagram showing the group delay characteristic.
図3、図4、図5において、設計例ex.1、ex.2は In FIGS. 3, 4, and 5, design examples ex.1 and ex.2 are
本実施例のフィルタ設計方法により設計した設計例ex.1、ex.2の特性は、図4、図5に示すように振幅及び群遅延の両方が最適化された特性となっている。これに対して
これに対して、特許文献1に示されるフィルタ設計方法により設計した設計例ref.1の特性は、振幅、群遅延の誤差が大きくなっていることがわかる。
The characteristics of design examples ex.1 and ex.2 designed by the filter design method of the present embodiment are characteristics in which both the amplitude and the group delay are optimized as shown in FIGS. On the other hand, it can be seen that the characteristics of the design example ref.
このように、本実施例によれば、振幅及び群遅延特性の両方を考慮して、両方が最適となるようなフィルタ係数を求めることが可能となる。これによって、群遅延特性の平坦性を確保でき、よって、波形伝送の際の波形ひずみを低減できる。 Thus, according to the present embodiment, it is possible to obtain a filter coefficient that optimizes both in consideration of both the amplitude and the group delay characteristic. As a result, the flatness of the group delay characteristic can be ensured, and therefore waveform distortion during waveform transmission can be reduced.
100 フィルタ設計システム
111 入力装置、112 処理装置、113 記憶装置、114 メモリ
115 表示装置
100
Claims (7)
前記振幅特性が予め設定された範囲に近似するようにフィルタ係数を更新するとともに、前記群遅延特性が予め設定された範囲に近似するように前記フィルタ係数を更新し、
前記フィルタ係数の更新を繰り返すことによって、予め設定された振幅特性及び/又は予め設定された群遅延特性となるように前記フィルタ係数を最適化することを特徴とするフィルタ設計方法。 A filter design method for designing a filter having desired amplitude characteristics and group delay characteristics,
Updating the filter coefficient so that the amplitude characteristic approximates a preset range, and updating the filter coefficient so that the group delay characteristic approximates a preset range;
A filter design method comprising: optimizing the filter coefficient so as to obtain a preset amplitude characteristic and / or a preset group delay characteristic by repeating the update of the filter coefficient.
M(ω)とτd(ω)とはそれぞれ正規化角周波数ωにおける振幅と群遅延としたとき、所望の周波数特性が
λ(ω)を振幅特性の最大許容誤差としたときに、
前記群遅延特性が前記振幅特性を自然対数ln{H(ω)}をωで微分することで、
で表されており、
μ(ω)を群遅延の最大許容誤差としたときに、
M (ω) and τd (ω) are the amplitude and group delay at the normalized angular frequency ω, respectively.
When λ (ω) is the maximum allowable error of amplitude characteristics,
The group delay characteristic is obtained by differentiating the amplitude characteristic from a natural logarithm ln {H (ω)} by ω,
It is represented by
When μ (ω) is the maximum allowable group delay error,
前記振幅特性が予め設定された範囲に近似するようにフィルタ係数を更新する振幅特性近似手段と、
前記群遅延特性が予め設定された範囲に近似するように前記フィルタ係数を更新する群遅延特性近似手段と、
前記振幅特性近似手段及び/又は前記群遅延特性近似手段による前記フィルタ係数の更新を繰り返すことによって、予め設定された振幅特性及び/又は予め設定された群遅延特性となるように前記フィルタ係数を最適化する最適化手段とを有することを特徴とするフィルタ設計システム。 A filter design system for designing a filter having desired amplitude characteristics and group delay characteristics,
Amplitude characteristic approximating means for updating the filter coefficient so that the amplitude characteristic approximates a preset range;
Group delay characteristic approximating means for updating the filter coefficient so that the group delay characteristic approximates a preset range;
Optimizing the filter coefficient so as to obtain a preset amplitude characteristic and / or a preset group delay characteristic by repeatedly updating the filter coefficient by the amplitude characteristic approximating means and / or the group delay characteristic approximating means And a filter design system characterized by comprising optimization means for converting into a filter.
M(ω)とτd(ω)とはそれぞれ正規化角周波数ωにおける振幅と群遅延としたとき、所望の周波数特性が
λ(ω)を振幅特性の最大許容誤差としたときに、
前記群遅延特性近似手段は、前記群遅延特性が前記振幅特性を自然対数ln{H(ω)}をωで微分することで、
で表されており、
μ(ω)を群遅延の最大許容誤差としたときに、
M (ω) and τd (ω) are the amplitude and group delay at the normalized angular frequency ω, respectively.
When λ (ω) is the maximum allowable error of amplitude characteristics,
The group delay characteristic approximating means differentiates the amplitude characteristic of the group delay characteristic from a natural logarithm ln {H (ω)} by ω,
It is represented by
When μ (ω) is the maximum allowable group delay error,
前記振幅特性が予め設定された範囲に近似するようにフィルタ係数を更新させるとともに、前記群遅延特性が予め設定された範囲に近似するように前記フィルタ係数を更新させるフィルタ係数更新手順と、
前記フィルタ係数の更新を繰り返すことによって、予め設定された振幅特性及び/又は予め設定された群遅延特性となるように前記フィルタ係数を最適化させる最適化手順とを実行させることを特徴とするコンピュータ読取可能なフィルタ設計プログラム。 On the computer,
A filter coefficient update procedure for updating the filter coefficient so that the amplitude characteristic approximates a preset range, and updating the filter coefficient so that the group delay characteristic approximates a preset range;
A computer that performs an optimization procedure for optimizing the filter coefficient so as to obtain a preset amplitude characteristic and / or a preset group delay characteristic by repeatedly updating the filter coefficient A readable filter design program.
M(ω)とτd(ω)とはそれぞれ正規化角周波数ωにおける振幅と群遅延としたとき、所望の周波数特性が
λ(ω)を振幅特性の最大許容誤差としたときに、
前記群遅延特性が前記振幅特性を自然対数ln{H(ω)}をωで微分することで、
で表されており、
μ(ω)を群遅延の最大許容誤差としたときに、
M (ω) and τd (ω) are the amplitude and group delay at the normalized angular frequency ω, respectively.
When λ (ω) is the maximum allowable error of amplitude characteristics,
The group delay characteristic is obtained by differentiating the amplitude characteristic from a natural logarithm ln {H (ω)} by ω,
It is represented by
When μ (ω) is the maximum allowable group delay error,
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2005294512A JP5142117B2 (en) | 2005-10-07 | 2005-10-07 | Filter design method, filter design system, and filter design program |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2005294512A JP5142117B2 (en) | 2005-10-07 | 2005-10-07 | Filter design method, filter design system, and filter design program |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2007104528A true JP2007104528A (en) | 2007-04-19 |
JP5142117B2 JP5142117B2 (en) | 2013-02-13 |
Family
ID=38030986
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2005294512A Expired - Fee Related JP5142117B2 (en) | 2005-10-07 | 2005-10-07 | Filter design method, filter design system, and filter design program |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP5142117B2 (en) |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2001352230A (en) * | 2000-06-07 | 2001-12-21 | Sony Corp | Fir filter and method for setting coefficients of the filter |
JP2003248703A (en) * | 2002-02-22 | 2003-09-05 | Univ Nihon | File design method and program |
-
2005
- 2005-10-07 JP JP2005294512A patent/JP5142117B2/en not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2001352230A (en) * | 2000-06-07 | 2001-12-21 | Sony Corp | Fir filter and method for setting coefficients of the filter |
JP2003248703A (en) * | 2002-02-22 | 2003-09-05 | Univ Nihon | File design method and program |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP5142117B2 (en) | 2013-02-13 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
AU2020289854B2 (en) | Quantum circuit simulation method and device, apparatus, and storage medium | |
JP7493526B2 (en) | Adaptive Error Correction in Quantum Computing | |
Mophou et al. | Existence of mild solutions of some semilinear neutral fractional functional evolution equations with infinite delay | |
Philpott et al. | On the convergence of stochastic dual dynamic programming and related methods | |
KR101107448B1 (en) | Digital signal processing apparatus and digital signal processing method | |
JP2015064876A (en) | Computer-implemented method for designing industrial product modeled with binary tree | |
US9928317B2 (en) | Additive design of heat sinks | |
Singh et al. | A comparative study of adaptation algorithms for nonlinear system identification based on second order Volterra and bilinear polynomial filters | |
US20120253778A1 (en) | Crawling Browser-Accessible Applications | |
Liao et al. | Positive definiteness of real quadratic forms resulting from the variable-step approximation of convolution operators | |
US8533653B2 (en) | Support apparatus and method for simplifying design parameters during a simulation process | |
CN115298675A (en) | Method for amplitude estimation using a noisy medium-scale quantum computer | |
Antoniadis et al. | Model selection using wavelet decomposition and applications | |
Hagstrom et al. | Complete radiation boundary conditions for convective waves | |
Jou | Design of two-channel linear-phase quadrature mirror filter banks based on neural networks | |
JP2010061541A (en) | Degraded image restoring method and device, and program | |
Chen | Local fractional Improper integral in fractal space | |
JP5142117B2 (en) | Filter design method, filter design system, and filter design program | |
KR102528484B1 (en) | Signal processing methods, devices, equipment and computer storage media | |
Bondarenko et al. | Integration of the matrix KdV equation with self-consistent source | |
JP7156064B2 (en) | Latent variable optimization device, filter coefficient optimization device, latent variable optimization method, filter coefficient optimization method, program | |
CN112255455A (en) | Signal processing method, signal processor, device and storage medium | |
CN109669738B (en) | A kind of starting method and device of application program | |
Feichtinger et al. | Constructive reconstruction from irregular sampling in multi-window spline-type spaces | |
CN114327271B (en) | Lifecycle management method, apparatus, device and storage medium |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20081003 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20111101 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20120104 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20120731 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20120924 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20121023 |
|
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20121113 |
|
FPAY | Renewal fee payment (prs date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20151130 Year of fee payment: 3 |
|
R150 | Certificate of patent (=grant) or registration of utility model |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |