JP2010028756A - Apparatus and method for designing finite impulse response filter - Google Patents

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浩幸 門園
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an apparatus and method for designing an FIR (finite impulse response) filter capable of calculating filter coefficients of an FIR filter that copes with data structure of a unique user-defined type, without having to carry out weighting by adaptation of a window function. <P>SOLUTION: The FIR filter designing apparatus 10 includes: a white noise signal generation means 2 for generating white noise signal; a reference filter means 3 for converting the white noise signal to a signal of a predetermined frequency characteristic and outputting the converted signal as a target signal; an adaptation filter means 4, having an FIR filter section 41 that functions as an FIR filter that corresponds to the data structure of a user-defined type, making the filter coefficients variable, and outputting the white noise signal as a response signal; a subtraction means 5 for subtracting the response signal from the target signal to derive an error signal; and a convergence monitoring means 6 for detecting convergence of the error signal. The convergence monitoring means 6 outputs variable filter coefficients of the FIR filter section 41, when the convergence of the error signal is detected. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

この発明は、入力信号に対して特定の成分を取り出し又は除去することにより、所望の周波数特性の信号を出力する有限インパルス応答(Finite impulse response:以下、FIRと称す)フィルタのフィルタ係数又は伝達関数を算出することができるFIRフィルタ設計装置及びFIRフィルタ設計方法に関する。   The present invention provides a filter coefficient or transfer function of a finite impulse response (hereinafter referred to as FIR) filter that outputs a signal having a desired frequency characteristic by extracting or removing a specific component from an input signal. The present invention relates to an FIR filter design apparatus and an FIR filter design method that can calculate the above.

FIRフィルタは、シミュレーションアプリケーション、モデム、エコーキャンセラ又はLSI(Large-scale integration)開発などに使用され、FIRフィルタを設計することは、フィルタ係数を算出することである。このFIRフィルタの設計には、データ構造が、プログラミング言語の仕様に従う具体的なデータ型、通常、固定小数点数として小数点以下を16ビットに宣言した整数(Integer:INT)型や、実数型のうち浮動小数点数のFloat型などの標準的なデータ型を組み合わせて用いられる。   The FIR filter is used for development of a simulation application, a modem, an echo canceller, or an LSI (Large-scale integration), and designing the FIR filter is calculating a filter coefficient. The design of this FIR filter includes a specific data type according to the programming language specification, usually an integer (Integer: INT) type in which the decimal point is declared as 16 bits as a fixed-point number, or a real number type. It is used in combination with a standard data type such as a float type floating point number.

一方、FIRフィルタの設計は、近年、客先から要求される仕様における高集積化に伴い、標準的なデータ型のデータ構造を簡素化し、ユニークなユーザ定義型のデータ構造により、FIRフィルタを開発することが求められている。ここで、ユニークなユーザ定義型のデータ構造とは、プログラミング言語の一つであるC言語のデータ型以外のデータ構造をしたものを指している。なお、C言語のデータ型には、char、int、float、doubleといった変数型に加え、型の意味を変えるsigned、unsigned、long、shortといった修飾子、そしてPascalのレコードに相当する構造体、メモリを共有し合う共用体も備わっている。さらに、const、volatileといったアクセス修飾子がある。また、register型や列挙型もある。   On the other hand, the design of FIR filters has been simplified in recent years due to high integration in specifications required by customers, and the data structure of standard data types has been simplified, and FIR filters have been developed with unique user-defined data structures. It is requested to do. Here, the unique user-defined data structure refers to a data structure other than a C data type that is one of programming languages. C data types include variable types such as char, int, float, and double, modifiers such as signed, unsigned, long, and short that change the meaning of the type, and structures and memory equivalent to Pascal records. There are also unions that share each other. In addition, there are access modifiers such as const and volatile. There are also register types and enumeration types.

このため、ユニークなユーザ定義型のデータ構造で構築されるFIRフィルタは、フィルタ係数を算出するために、全てユニークなユーザ定義型のデータ構造で伝達関数を求める必要がある。   For this reason, all FIR filters constructed with a unique user-defined data structure need to obtain a transfer function with a unique user-defined data structure in order to calculate filter coefficients.

したがって、従来のFIRフィルタの設計においては、ユニークなデータ構造を定義したユーザ定義型(例えば、固定小数点数として小数点以下を5ビットに宣言した整数型)で伝達関数を決定する場合に、伝達関数を丸め込み(例えば、アナログ量を5ビットの整数型に定義)、窓関数の適応(例えば、ハニング窓、ハミング窓、ブラックマン窓)で重み付けをして、模擬実験を実施している。   Therefore, in the design of the conventional FIR filter, when the transfer function is determined by a user-defined type that defines a unique data structure (for example, an integer type in which a decimal point is declared as 5 bits), the transfer function is determined. Is simulated (for example, an analog quantity is defined as an integer type of 5 bits) and weighted by adaptation of a window function (for example, Hanning window, Hamming window, Blackman window).

これに対し、従来のオーディオ装置は、フロントスピーカのレイアウトに基づいてフィルタ手段の係数を決定して所定の伝達特性を設定する。該フィルタ手段はオーディオ信号をバンドパスフィルタを介して入力され、該オーディオ信号に伝達特性を畳み込んで所望の目標信号を出力する。適応信号処理装置は目標信号と観測点における音楽信号との差であるエラー信号及びオーディオ信号を入力され、該エラー信号のパワーが最小となるように適応信号処理する(例えば、特許文献1参照)。   On the other hand, the conventional audio apparatus sets a predetermined transfer characteristic by determining the coefficient of the filter means based on the layout of the front speaker. The filter means receives an audio signal through a band-pass filter, convolves the audio signal with a transfer characteristic, and outputs a desired target signal. The adaptive signal processing apparatus receives an error signal and an audio signal that are the difference between the target signal and the music signal at the observation point, and performs adaptive signal processing so that the power of the error signal is minimized (see, for example, Patent Document 1). .

また、従来の能動騒音制御装置は、騒音検出用マイクロホンから誤差検出用マイクロホンに至る系全体の特性を模擬する全系フィルタを設けるとともに、騒音制御フィルタの係数更新を間隔を置いて停止して固定された第1及び第2の係数について得られた該全系フィルタが与える二つの伝達関数の差に相当する特性を提供する差分全系フィルタと、該第1及び第2の係数に対応する伝達関数の差を特性として有する差分騒音制御フィルタと、該差分騒音制御フィルタに縦続接続された適応フィルタとを設け、該全系フィルタと該差分騒音制御フィルタに白色雑音を印加したとき、該差分全系フィルタの出力と該適応フィルタの出力の差が最小となるように該適応フィルタの係数を更新し、その差が最小となった時点で得られた該適応フィルタの係数から該誤差経路フィルタの係数を算定する(例えば、特許文献2参照)。   In addition, the conventional active noise control device is provided with an entire system filter that simulates the characteristics of the entire system from the noise detection microphone to the error detection microphone, and the coefficient update of the noise control filter is stopped and fixed at intervals. A differential total system filter providing a characteristic corresponding to a difference between two transfer functions provided by the total system filter obtained for the first and second coefficients, and a transmission corresponding to the first and second coefficients A differential noise control filter having a function difference as a characteristic, and an adaptive filter cascaded to the differential noise control filter, and when white noise is applied to the entire system filter and the differential noise control filter, The coefficient of the adaptive filter is updated so that the difference between the output of the system filter and the output of the adaptive filter is minimized, and the adaptive filter obtained when the difference is minimized From the coefficient for calculating the coefficients of the error path filter (e.g., see Patent Document 2).

また、従来の直接スペクトラム拡散用ディジタルフィルタは、入力したベースバンド信号を、所定のタイミングにて順次遅延させる複数のシフトレジスタと、ベースバンド信号およびシフトレジスタの各々の出力を、それぞれ重み付けする複数の係数器と、係数器の各々からの出力を加算する加算器とを備えている。係数器の各々のタップ係数は、逆拡散のための拡散符号と雑音除去のための係数とを畳み込みして、これに窓関数をかけることにより決定された値となっている(例えば、特許文献3参照)。
特開平9−22293号公報 特開平11−22293号公報 特開2000−68894号公報
Further, the conventional direct spread spectrum digital filter includes a plurality of shift registers that sequentially delay the input baseband signal at a predetermined timing, and a plurality of weights that respectively weight the outputs of the baseband signal and the shift register. A coefficient unit and an adder for adding outputs from the coefficient units are provided. Each tap coefficient of the coefficient unit is a value determined by convolution of a spreading code for despreading and a coefficient for noise removal and multiplying this by a window function (for example, Patent Documents). 3).
JP-A-9-22293 JP 11-22293 A JP 2000-68894 A

従来のFIRフィルタの設計においては、伝達関数の丸め込みと窓関数の適応とを繰り返し、12ビットの整数型や浮動小数点数のFloat型などの標準的なデータ型のデータ構造に対応するFIRフィルタを設計するためのソフトウェアや検証ツールが存在する。しかしながら、従来のFIRフィルタの設計においては、ユニークなユーザ定義型のデータ構造に対応するFIRフィルタを設計するためのソフトウェアや検証ツールは存在しない。このため、ユニークなユーザ定義型のデータ構造に対応するFIRフィルタを設計するためには、開発環境を新たに構築する必要があり、新たに構築する開発環境自体の信頼性を確保する必要があるという課題があった。   In conventional FIR filter design, transfer function rounding and window function adaptation are repeated, and an FIR filter corresponding to a data structure of a standard data type such as a 12-bit integer type or a floating-point float type is used. There are software and verification tools to design. However, in the design of a conventional FIR filter, there is no software or verification tool for designing an FIR filter corresponding to a unique user-defined data structure. For this reason, in order to design an FIR filter corresponding to a unique user-defined data structure, it is necessary to construct a new development environment and to ensure the reliability of the newly constructed development environment itself. There was a problem.

また、従来のFIRフィルタの設計においては、量子化や標本化によるフィルタ係数の最適値の決定には繰り返しの作業が伴う。特に、FIRフィルタの設計者は、理想の伝達関数に近づけるように試行錯誤を行ない、伝達関数の丸め込みと窓関数の適応とを繰り返す必要があり、繰り返し工程が増加して、フィルタ係数を決定するために長時間を要するという課題があった。   Further, in designing a conventional FIR filter, the determination of the optimum value of the filter coefficient by quantization or sampling involves repeated work. In particular, the designer of the FIR filter needs to perform trial and error so as to be close to an ideal transfer function, and it is necessary to repeat rounding of the transfer function and adaptation of the window function, thereby increasing the number of iteration steps and determining the filter coefficient. Therefore, there is a problem that it takes a long time.

また、従来のFIRフィルタの設計においては、伝達関数の丸め込みと窓関数の適応とにより、丸め誤差と窓関数の展開で発生する情報落ちや桁落ちによる誤差とが生じるため、偏差を常に意識しなくてはならず、FIRフィルタの構成を最大限に考慮した伝達関数の係数を決定し難いという課題があった。   Further, in the design of the conventional FIR filter, rounding of the transfer function and adaptation of the window function cause a rounding error and an error due to information loss or digit loss caused by the expansion of the window function. In other words, there is a problem that it is difficult to determine the coefficient of the transfer function considering the configuration of the FIR filter to the maximum.

なお、従来のオーディオ装置においては、ディジタルフィルタ(FIR型フィルタ)が既に搭載されており、車室内音響空間におけるフロントスピーカや観測点のレイアウトに基づいてフィルタ手段の係数(目標とする伝達特性)を決定することで、処理帯域外の補正を簡単に行なえ、観測点で所望の優れた音声を聴取することができるものである。このため、設計開発の段階におけるFIRフィルタのフィルタ係数を算出することを目的とする本発明とは、発明を異にするものである。   The conventional audio apparatus is already equipped with a digital filter (FIR type filter), and the coefficient (target transfer characteristic) of the filter means is determined based on the layout of the front speakers and observation points in the vehicle interior acoustic space. By determining, it is possible to easily perform correction outside the processing band and to listen to a desired excellent sound at the observation point. For this reason, the present invention is different from the present invention which aims to calculate the filter coefficient of the FIR filter in the design and development stage.

同様に、従来の直接スペクトラム拡散用ディジタルフィルタ及び能動騒音制御装置は、既存の実製品であり、設計開発の段階におけるFIRフィルタのフィルタ係数を算出することを目的とする本発明とは、発明を異にするものである。   Similarly, the conventional direct spread spectrum digital filter and the active noise control device are existing actual products, and the present invention aimed at calculating the filter coefficient of the FIR filter at the stage of design development is the invention. It is different.

この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、窓関数の適応で重み付けを行なうことなく、ユニークなユーザ定義型のデータ構造に対応するFIRフィルタのフィルタ係数を算出することができるFIRフィルタ設計装置及びFIRフィルタ設計方法を提供するものである。   The present invention has been made to solve the above-described problem, and calculates filter coefficients of an FIR filter corresponding to a unique user-defined data structure without performing weighting by adaptation of a window function. An FIR filter design apparatus and an FIR filter design method capable of performing the above are provided.

この発明に係るFIRフィルタ設計装置は、白色雑音の周波数特性に擬似する白色雑音信号を発生する白色雑音信号発生手段と、前記白色雑音信号を所定の周波数特性に変換し、目標信号として出力する基準フィルタ手段と、ユーザ定義型のデータ構造に対応する有限インパルス応答フィルタとして、フィルタ係数を可変可能に機能するFIRフィルタ部を有し、当該FIRフィルタ部を介して、前記白色雑音信号を応答信号として出力する適応フィルタ手段と、前記目標信号から前記応答信号を減算して誤差信号を算出する減算手段と、前記誤差信号の推移に基づき、前記誤差信号の収束を検出する収束監視手段と、を備え、前記収束監視手段が、前記誤差信号の収束を検出した場合における、可変された前記FIRフィルタ部のフィルタ係数、又は当該フィルタ係数を係数とする前記FIRフィルタ部の伝達関数を出力するものである。   The FIR filter design apparatus according to the present invention includes a white noise signal generating means for generating a white noise signal that simulates the frequency characteristic of white noise, and a reference for converting the white noise signal into a predetermined frequency characteristic and outputting the target signal as a target signal. As a finite impulse response filter corresponding to a filter means and a user-defined data structure, the filter means has an FIR filter unit that functions so that the filter coefficient can be varied, and the white noise signal is used as a response signal via the FIR filter unit. Adaptive filter means for outputting; subtracting means for calculating an error signal by subtracting the response signal from the target signal; and convergence monitoring means for detecting convergence of the error signal based on a transition of the error signal. When the convergence monitoring means detects the convergence of the error signal, the filter of the variable FIR filter unit is changed. Number, or it outputs a transfer function of the FIR filter section for the filter coefficients and coefficient.

開示のFIRフィルタ設計装置は、窓関数の適応で重み付けを行なうことなく、伝達関数の丸め込みと窓関数の適応を繰り返す工程を削減し、従来と比較して短期間に、ユニークなユーザ定義型のデータ構造に対応するFIRフィルタのフィルタ係数を算出することができるという効果を奏する。   The disclosed FIR filter design apparatus reduces the process of repeatedly rounding the transfer function and adapting the window function without performing weighting in the adaptation of the window function. There is an effect that the filter coefficient of the FIR filter corresponding to the data structure can be calculated.

(本発明の第1の実施形態)
図1は第1の実施形態に係るFIRフィルタ設計装置の概略構成を示すブロック図、図2は図1に示す適応フィルタ手段の内部構成の一例を説明するための説明図、図3(a)は図1に示す基準フィルタ手段に設定される伝達関数の一例を説明するための説明図、図3(b)は図2に示す適応フィルタ手段におけるFIRフィルタ部の構成図である。
(First embodiment of the present invention)
FIG. 1 is a block diagram showing a schematic configuration of the FIR filter design apparatus according to the first embodiment, FIG. 2 is an explanatory diagram for explaining an example of the internal configuration of the adaptive filter means shown in FIG. 1, and FIG. FIG. 3 is an explanatory diagram for explaining an example of a transfer function set in the reference filter means shown in FIG. 1, and FIG. 3B is a block diagram of the FIR filter section in the adaptive filter means shown in FIG.

白色雑音信号発生手段2は、マウスやキーボードなどの入力手段1による起動信号に基づき、白色雑音の周波数特性に擬似する白色雑音信号x(n)を発生し、後述する基準フィルタ手段3及び適応フィルタ手段4に対して、白色雑音信号x(n)を出力する。なお、白色雑音とは、不規則に上下に振動する波であり、フーリエ変換を行ない、パワースペクトルにすることで、全ての周波数で同じ強度となる。   The white noise signal generation means 2 generates a white noise signal x (n) that simulates the frequency characteristics of white noise based on the activation signal from the input means 1 such as a mouse or a keyboard. A white noise signal x (n) is output to the means 4. White noise is a wave that oscillates up and down irregularly, and is subjected to Fourier transform to form a power spectrum, which has the same intensity at all frequencies.

基準フィルタ手段3は、入力された白色雑音信号x(n)に対して、FIRフィルタ設計装置10の操作者(以下、フィルタ設計者と称す)が目標とする、所定の周波数特性に変換し、目標信号d(n)として後述する減算手段5に出力する。   The reference filter means 3 converts the input white noise signal x (n) into a predetermined frequency characteristic targeted by an operator of the FIR filter design apparatus 10 (hereinafter referred to as a filter designer), It outputs to the subtraction means 5 mentioned later as target signal d (n).

なお、基準フィルタ手段3は、所定の周波数特性に変換する伝達特性を有し、ユニークなユーザ定義型のデータ構造ではなく(標準的なデータ型のデータ構造であり)、計算誤差の極めて少ない伝達関数(以下、理想モデルと称す)が、予め、入力手段1によって設定されている。すなわち、基準フィルタ手段3は、この理想モデルによって、白色雑音信号x(n)を所定の周波数特性を有する目標信号d(n)に変換する。   Note that the reference filter means 3 has a transfer characteristic for conversion to a predetermined frequency characteristic, and is not a unique user-defined data structure (a standard data type data structure), but a transfer with very little calculation error. A function (hereinafter referred to as an ideal model) is set in advance by the input means 1. That is, the reference filter means 3 converts the white noise signal x (n) into a target signal d (n) having a predetermined frequency characteristic by using this ideal model.

例えば、この理想モデルは、図3(a)に示すように、白色雑音信号x(n)から、周波数の低い帯域(約0.0167×fsHz〜0.2004×fsHz(fs=標本化周波数8000Hz))の成分を取り出し、それ以外の周波数帯域の成分を除去する伝達関数が設定される。なお、この基準フィルタ手段3には、入力手段1により、図3(a)に示すような周波数特性図をイメージとして入力してもよいが、標準的なデータ型のデータ構造で構築され、フィルタ係数が特定されている固定倍率の線形フィルタの伝達関数を入力してもよい。   For example, as shown in FIG. 3A, this ideal model is obtained from a white noise signal x (n) from a low frequency band (about 0.0167 × fs Hz to 0.2004 × fs Hz (fs = sampling frequency 8000 Hz). )) Components are taken out, and a transfer function for removing the other frequency band components is set. The reference filter means 3 may input a frequency characteristic diagram as shown in FIG. 3A as an image by the input means 1, but is constructed with a data structure of a standard data type, and the filter You may input the transfer function of the linear filter of the fixed magnification by which the coefficient is specified.

適応フィルタ手段4は、ユニークなユーザ定義型のデータ構造に対応するFIRフィルタとして機能するFIRフィルタ部41を有し、FIRフィルタ部41を介して、白色雑音信号x(n)を応答信号y(n)として出力する。また、適応フィルタ手段4は、FIRフィルタ部41と演算部42とを組み合わせて、適応フィルタとしての機能を有し、後述する誤差信号e(n)を最小にするようにFIRフィルタ部41のフィルタ係数を更新する。   The adaptive filter unit 4 includes an FIR filter unit 41 that functions as an FIR filter corresponding to a unique user-defined data structure, and the white noise signal x (n) is transmitted through the FIR filter unit 41 to a response signal y ( n). The adaptive filter means 4 combines the FIR filter unit 41 and the calculation unit 42 to have a function as an adaptive filter, and the filter of the FIR filter unit 41 so as to minimize an error signal e (n) described later. Update the coefficient.

なお、本実施形態においては、FIRフィルタ部41におけるユニークなユーザ定義型のデータ構造として、ビット幅を5ビットとする整数型のデータ構造を例に挙げ、後述する記憶部41aを5ビットに対応する記憶部として図示している。   In the present embodiment, as a unique user-defined data structure in the FIR filter unit 41, an integer data structure with a bit width of 5 bits is taken as an example, and a storage unit 41a described later corresponds to 5 bits. It is illustrated as a storage unit.

また、ビット幅を5ビットとする整数型のデータ構造にしたのは、以下の理由からである。データ型としては、電気通信業界において許容される信号対雑音比(S/N)が30dB(6.02dB×5=30dB)であるために、この信号対雑音比(S/N)を実現できる整数型が要求されるからである。また、ビット幅としては、信号対雑音比(S/N)が10dB程度を実現できればよいという客先もあり、この客先に対しては、ビット幅が5ビットで十分対応できるからである。このため、本実施形態においては、FIRフィルタ部41におけるユニークなユーザ定義型のデータ構造として、ビット幅を5ビットとする整数型のデータ構造を例に挙げることにした。   The reason why the data structure of the integer type with a bit width of 5 bits is as follows. As the data type, since the signal-to-noise ratio (S / N) allowed in the telecommunications industry is 30 dB (6.02 dB × 5 = 30 dB), this signal-to-noise ratio (S / N) can be realized. This is because an integer type is required. In addition, as a bit width, there is a customer who needs to realize a signal-to-noise ratio (S / N) of about 10 dB. This is because a bit width of 5 bits can sufficiently cope with this customer. For this reason, in the present embodiment, as a unique user-defined data structure in the FIR filter unit 41, an integer data structure having a bit width of 5 bits is taken as an example.

FIRフィルタ部41は、図3(b)に示すように、複数段のタップからなり、一のタップにつき、任意の定数であるフィルタ係数を記憶する記憶部41aと、記憶部41aに記憶されたフィルタ係数により白色雑音信号x(n)を定数倍して出力する乗算部41bとを有する。   As shown in FIG. 3B, the FIR filter unit 41 is composed of a plurality of taps, and a storage unit 41a that stores a filter coefficient that is an arbitrary constant for each tap, and is stored in the storage unit 41a. A multiplier 41b for multiplying the white noise signal x (n) by a constant by the filter coefficient and outputting the result.

また、FIRフィルタ部41は、隣接するタップ間にサンプリングの1周期(1クロック)だけ白色雑音信号x(n)を遅延する遅延部41cを有し、各タップの乗算部41bからの出力信号を加算して応答信号y(n)を出力する加算器41dを有している。   The FIR filter unit 41 includes a delay unit 41c that delays the white noise signal x (n) by one sampling period (one clock) between adjacent taps, and outputs an output signal from the multiplication unit 41b of each tap. An adder 41d that adds and outputs a response signal y (n) is provided.

なお、遅延部41cは、5ビットに対応する遅延部として図示しているが、FIRフィルタ部41におけるデータ構造のビット幅以上に対応する遅延部であっても構わない。しかしながら、桁落ちや情報落ちの計算誤差があるために、例えば、FIRフィルタ部41におけるデータ構造のデータ幅を5ビットに設定した場合には、5ビットを超える桁数は使用されず、データ幅を5ビットより大きくすることによる特異な効果があるわけではない。   Although the delay unit 41c is illustrated as a delay unit corresponding to 5 bits, it may be a delay unit corresponding to a bit width of the data structure in the FIR filter unit 41 or more. However, since there are calculation errors due to digit loss and information loss, for example, when the data width of the data structure in the FIR filter unit 41 is set to 5 bits, the number of digits exceeding 5 bits is not used, and the data width There is no particular effect of making the value larger than 5 bits.

また、FIRフィルタ部41のタップ数は、フィルタ設計者がサンプリング周波数や対象とする周波数帯域に基づき決定するのであるが、タップ数を増加させるほど、フィルタとしての精度を高めることができる。これに対し、タップ数を増加させるほど、図示しない中央処理装置(central processing unit:CPU)に負担が掛かり、後述する誤差信号e(n)の収束に時間を要する。このため、FIRフィルタ部41のタップ数は、設計対象であるFIRフィルタの仕様に応じて、フィルタ設計者が適宜設定する。なお、サンプリング周波数fsは、ナイキストの定理より、原信号に含まれる最大周波数成分をfとすると、2fよりも高い周波数fsを取ることが知られている。   The number of taps of the FIR filter unit 41 is determined by the filter designer based on the sampling frequency and the target frequency band. However, the accuracy as a filter can be increased as the number of taps is increased. On the other hand, as the number of taps increases, a burden is imposed on a central processing unit (CPU) (not shown), and it takes time to converge an error signal e (n) described later. For this reason, the number of taps of the FIR filter unit 41 is appropriately set by the filter designer according to the specifications of the FIR filter that is the design target. It is known from the Nyquist theorem that the sampling frequency fs is a frequency fs higher than 2f, where f is the maximum frequency component included in the original signal.

演算部42は、図2に示すように、FIRフィルタ部41の一のタップにつき、白色雑音信号x(n)及び後述する減算手段5からの誤差信号e(n)を乗算して第1の信号を算出する乗算部42aと、フィルタ係数を記憶する記憶部41aを介して出力される第2の信号及び第1の信号を減算して第3の信号を算出する減算部42bと、を有する。なお、二段目以降のタップに対応する乗算部42aには、隣接するタップ間に配設された遅延部41cにより、白色雑音信号x(n)が重畳的に遅延させて入力されている。   As shown in FIG. 2, the arithmetic unit 42 multiplies the white noise signal x (n) and an error signal e (n) from the subtracting means 5 described later by multiplying one tap of the FIR filter unit 41 by the first. A multiplier 42a that calculates a signal; and a subtractor 42b that calculates a third signal by subtracting the second signal and the first signal that are output via the storage unit 41a that stores the filter coefficient. . Note that the white noise signal x (n) is input to the multiplying unit 42a corresponding to the second and subsequent taps by being delayed by a delay unit 41c disposed between adjacent taps.

なお、本実施形態においては、後述する減算手段5からの誤差信号e(n)が、値を変化させることなく、適応フィルタ手段4の各乗算部42aにそれぞれ入力されている例を示しているが、後述する減算手段5及び収束監視手段6間の分岐したライン上であり、一段目のタップの前に、定数が0以上1未満である乗算部を新たに配設させてもよい。この乗算部は、誤差信号e(n)の急激な変化を緩和する作用効果を奏し、且つ適応フィルタが発散しない抑制を促す。   In the present embodiment, an example is shown in which an error signal e (n) from a subtracting unit 5 described later is input to each multiplier 42a of the adaptive filter unit 4 without changing the value. However, a multiplication unit having a constant of 0 or more and less than 1 may be newly provided on a branched line between the subtracting unit 5 and the convergence monitoring unit 6 described later, and before the first-stage tap. This multiplication unit has an effect of mitigating a sudden change in the error signal e (n) and promotes suppression that the adaptive filter does not diverge.

減算手段5は、基準フィルタ手段3からの目標信号d(n)から適応フィルタ手段4からの応答信号y(n)を減算して誤差信号e(n)を算出する。この誤差信号e(n)は、適応フィルタ手段4の各乗算部42a及び後述する収束監視手段6にそれぞれ入力される。   The subtracting means 5 calculates the error signal e (n) by subtracting the response signal y (n) from the adaptive filter means 4 from the target signal d (n) from the reference filter means 3. This error signal e (n) is input to each multiplier 42a of the adaptive filter means 4 and the convergence monitoring means 6 described later.

収束監視手段6は、入力された誤差信号e(n)の推移に基づき、誤差信号e(n)の収束を監視する。そして、収束監視手段6は、誤差信号e(n)の収束を検出した場合に、適応フィルタ手段4のFIRフィルタ部41の各記憶部41aに記憶されているフィルタ係数をそれぞれ抽出する。また、収束監視手段6は、抽出したFIRフィルタ部41のフィルタ係数をプリンタやディスプレイなどの出力手段7によって表示する。   The convergence monitoring means 6 monitors the convergence of the error signal e (n) based on the transition of the input error signal e (n). When the convergence monitoring unit 6 detects the convergence of the error signal e (n), the convergence monitoring unit 6 extracts filter coefficients stored in the storage units 41 a of the FIR filter unit 41 of the adaptive filter unit 4. Further, the convergence monitoring unit 6 displays the extracted filter coefficients of the FIR filter unit 41 by the output unit 7 such as a printer or a display.

なお、収束監視手段6は、抽出したFIRフィルタ部41のフィルタ係数を出力手段7によって表示するのではなく、抽出したFIRフィルタ部41のフィルタ係数を係数とするFIRフィルタ部41の伝達関数を出力手段7によって表示してもよい。この場合には、フィルタ設計者が初期値として適応フィルタ手段4に設定したタップ数に基づき、FIRフィルタ部41の伝達関数における係数が未確定の多項式が取得できるため、収束監視手段6が、この多項式の未確定の係数に対して、抽出したFIRフィルタ部41のフィルタ係数をそれぞれ適用することで、FIRフィルタ部41の伝達関数を取得できる。
つぎに、本実施形態に係るFIRフィルタ設計装置10による処理動作について説明する。
The convergence monitoring unit 6 does not display the extracted filter coefficient of the FIR filter unit 41 by the output unit 7 but outputs the transfer function of the FIR filter unit 41 using the extracted filter coefficient of the FIR filter unit 41 as a coefficient. You may display by the means 7. In this case, since the filter designer can obtain a polynomial whose coefficient in the transfer function of the FIR filter unit 41 is undetermined based on the number of taps set in the adaptive filter means 4 as an initial value, the convergence monitoring means 6 The transfer function of the FIR filter unit 41 can be acquired by applying the extracted filter coefficients of the FIR filter unit 41 to the uncertain coefficients of the polynomial.
Next, the processing operation by the FIR filter design apparatus 10 according to the present embodiment will be described.

まず、フィルタ設計者は、入力手段1を操作して、基準フィルタ手段3に対して理想モデルを設定し、適応フィルタ手段4に対して、FIRフィルタ部41のタップ数を特定し、フィルタ係数の初期値として任意の値(例えば、全ての記憶部41aに係数「0」)を設定する。特に、理想モデルは、標準的なデータ型のデータ構造に対応し、FIRフィルタ部41は、ユニークなユーザ定義型のデータ構造に対応する伝達関数である。
そして、フィルタ設計者は、入力手段1を操作して、白色雑音信号発生手段2を起動する。
First, the filter designer operates the input unit 1 to set an ideal model for the reference filter unit 3, specifies the number of taps of the FIR filter unit 41 for the adaptive filter unit 4, and sets the filter coefficient. An arbitrary value (for example, coefficient “0” is set in all storage units 41a) is set as an initial value. In particular, the ideal model corresponds to a standard data type data structure, and the FIR filter unit 41 is a transfer function corresponding to a unique user-defined data structure.
Then, the filter designer operates the input unit 1 to activate the white noise signal generation unit 2.

白色雑音信号発生手段2は、起動信号に基づき、白色雑音の周波数特性に擬似する白色雑音信号x(n)を発生し、基準フィルタ手段3及び適応フィルタ手段4に対して、白色雑音信号x(n)を出力する。   The white noise signal generating means 2 generates a white noise signal x (n) that simulates the frequency characteristics of white noise based on the activation signal, and sends the white noise signal x (() to the reference filter means 3 and the adaptive filter means 4. n) is output.

基準フィルタ手段3は、白色雑音信号発生手段2から入力された白色雑音信号x(n)を所定の周波数特性に変換し、目標信号d(n)として減算手段5に出力する。
また、適応フィルタ手段4は、白色雑音信号発生手段2から入力された白色雑音信号x(n)を適応フィルタ(FIRフィルタ部41、演算部42)により信号処理し、応答信号y(n)として減算手段5に出力する。
The reference filter unit 3 converts the white noise signal x (n) input from the white noise signal generation unit 2 into a predetermined frequency characteristic, and outputs it to the subtraction unit 5 as a target signal d (n).
The adaptive filter means 4 performs signal processing on the white noise signal x (n) input from the white noise signal generating means 2 by an adaptive filter (FIR filter section 41, calculation section 42) as a response signal y (n). Output to the subtracting means 5.

そして、減算手段5は、基準フィルタ手段3からの目標信号d(n)と適応フィルタ手段4からの応答信号y(n)との差である誤差信号e(n)を算出し、誤差信号e(n)を収束監視手段6及び適応フィルタ手段4に出力する。   Then, the subtracting means 5 calculates an error signal e (n) that is a difference between the target signal d (n) from the reference filter means 3 and the response signal y (n) from the adaptive filter means 4, and the error signal e (N) is output to the convergence monitoring means 6 and the adaptive filter means 4.

さらに、適応フィルタ手段4は、最小2乗平均(Least-mean-square:以下、LMSと称す)アルゴリズムにより、適応フィルタを誤算信号e(n)が最小になるように更新していく。この更新処理を、FIRフィルタ部41のフィルタ係数が略一定となるまで繰り返すことにより、FIRフィルタ部41は、基準フィルタ手段3と略同一の伝達特性となる。なお、フィルタ係数を同定するアルゴリズムは、LMS法に限られるものではなく、例えば、学習同定法を用いていもよい。   Further, the adaptive filter means 4 updates the adaptive filter so that the error calculation signal e (n) is minimized by a least-mean-square (hereinafter referred to as LMS) algorithm. By repeating this updating process until the filter coefficient of the FIR filter unit 41 becomes substantially constant, the FIR filter unit 41 has substantially the same transfer characteristic as that of the reference filter unit 3. Note that the algorithm for identifying the filter coefficient is not limited to the LMS method, and for example, a learning identification method may be used.

また、FIRフィルタ部41は、フィルタ係数が更新されても、タップ数は変化しない。このため、フィルタ係数が略一定となったFIRフィルタ部41は、基準フィルタ手段3と略同一の伝達特性を有する共に、予め設定した初期値と等しいタップ数となる。
また、収束監視手段6は、減算手段5からの誤差信号e(n)を記憶して、誤差信号e(n)の推移に基づき、誤差信号e(n)の収束を監視する。
Further, the FIR filter unit 41 does not change the number of taps even when the filter coefficient is updated. For this reason, the FIR filter unit 41 whose filter coefficients are substantially constant has substantially the same transfer characteristics as the reference filter means 3, and has the same number of taps as a preset initial value.
The convergence monitoring means 6 stores the error signal e (n) from the subtracting means 5 and monitors the convergence of the error signal e (n) based on the transition of the error signal e (n).

そして、収束監視手段6は、誤差信号e(n)の収束を検出した場合に、適応フィルタ手段4のFIRフィルタ部41の各記憶部41aに記憶されているフィルタ係数、又は当該フィルタ係数を係数とするFIRフィルタ部41の伝達関数を適応フィルタ手段4のFIRフィルタ部41から抽出し、出力手段7に出力する。   When the convergence monitoring unit 6 detects the convergence of the error signal e (n), the convergence monitoring unit 6 uses the filter coefficient stored in each storage unit 41a of the FIR filter unit 41 of the adaptive filter unit 4 or the filter coefficient as a coefficient. The transfer function of the FIR filter unit 41 is extracted from the FIR filter unit 41 of the adaptive filter unit 4 and output to the output unit 7.

そして、出力手段7は、収束監視手段6からのフィルタ係数又は伝達関数のデータを表示することで、フィルタ設計者は、ユニークなユーザ定義型のデータ構造に対応するFIRフィルタの最適なフィルタ係数又は伝達関数を取得することができる。   Then, the output means 7 displays the filter coefficient or transfer function data from the convergence monitoring means 6 so that the filter designer can select the optimum filter coefficient or FIR filter corresponding to the unique user-defined data structure. A transfer function can be obtained.

以上のように、本実施形態に係るFIRフィルタ設計装置10においては、開発環境の構築と実機能とを一体化してコンピュータシミュレーションで評価するものであり、理想モデルと略同一の伝達特性を有し、ユニークなユーザ定義型のデータ構造に対応するFIRフィルタのフィルタ係数又は伝達関数を算出することができる。   As described above, in the FIR filter design apparatus 10 according to the present embodiment, the development environment construction and the actual function are integrated and evaluated by computer simulation, and has substantially the same transfer characteristics as the ideal model. The filter coefficient or transfer function of the FIR filter corresponding to the unique user-defined data structure can be calculated.

なお、本実施形態においては、FIRフィルタ部41におけるユニークなユーザ定義型のデータ構造として、ビット幅を5ビットとする整数型のデータ構造の場合について図示したが、整数型のデータ構造としてビット幅が5ビットに限られるものではない。   In the present embodiment, the unique user-defined data structure in the FIR filter unit 41 is illustrated as an integer data structure with a bit width of 5 bits. Is not limited to 5 bits.

特に、ビット幅を16ビット未満とする整数型の場合には、既存のソフトウェアであれば、データの型自体を修正する必要があるが、本実施形態に係るFIRフィルタ設計装置10であれば、データ型を修正することなく、ビット幅を16ビット未満とする整数型にも対応できるという作用効果を奏する。   In particular, in the case of an integer type having a bit width of less than 16 bits, if it is existing software, it is necessary to correct the data type itself, but if it is the FIR filter design device 10 according to the present embodiment, There is an effect that an integer type having a bit width of less than 16 bits can be handled without correcting the data type.

また、量子化誤差などの誤差精度が客先から要求されない場合には、16ビットなどの上等なビット幅は必要がなく、FIRフィルタ設計装置10の処理速度を高めるために、FIRフィルタ部41の記憶部41aのサイズ(ビット幅)が小さいほど好ましい。   Further, when error accuracy such as quantization error is not required from the customer, an excellent bit width such as 16 bits is not necessary, and the FIR filter unit 41 is required to increase the processing speed of the FIR filter design apparatus 10. The smaller the size (bit width) of the storage unit 41a, the better.

(本発明の第2の実施形態)
図4は第2の実施形態に係るFIRフィルタ設計装置を用いた試験環境の一例を説明するための説明図である。図4において、図1〜図3と同じ符号は、同一又は相当部分を示し、その説明を省略する。
(Second embodiment of the present invention)
FIG. 4 is an explanatory diagram for explaining an example of a test environment using the FIR filter design apparatus according to the second embodiment. 4, the same reference numerals as those in FIGS. 1 to 3 denote the same or corresponding parts, and the description thereof is omitted.

FIRフィルタ141は、第1の実施形態におけるFIRフィルタ部41を、ハードウェアとして実現したものであり、所定の製品100(例えば、カーオーディオ)に適用され、音環境(例えば、自動車内)に配置されるものである。   The FIR filter 141 is realized by implementing the FIR filter unit 41 in the first embodiment as hardware, and is applied to a predetermined product 100 (for example, car audio) and disposed in a sound environment (for example, in an automobile). It is what is done.

特に、FIRフィルタ141は、組み込みシステムのソフトウェアに対するデバッグの目的でCPUやFPGA(field programmable gate array)にアクセスする手段として用いられるJTAG(Joint Test Action Group)に対応する製品100に適用することが好ましい。   In particular, the FIR filter 141 is preferably applied to a product 100 corresponding to a JTAG (Joint Test Action Group) used as a means for accessing a CPU or a field programmable gate array (FPGA) for the purpose of debugging embedded system software. .

FIRフィルタ141は、図4に示すように、複数段のタップからなり、一のタップにつき、任意の定数であるフィルタ係数を記憶するメモリ141aと、メモリ141aに記憶されたフィルタ係数により白色雑音信号x(n)を定数倍して出力する乗算器141bとを有する。なお、メモリ141aは、フラッシュメモリなどのフィルタ係数をフレキシブルに可変することができる不揮発性メモリを使用することが考えられる。   As shown in FIG. 4, the FIR filter 141 is composed of a plurality of taps, and for each tap, a memory 141a that stores a filter coefficient that is an arbitrary constant, and a white noise signal by a filter coefficient stored in the memory 141a. a multiplier 141b for multiplying x (n) by a constant. The memory 141a may be a non-volatile memory such as a flash memory that can change the filter coefficient flexibly.

また、FIRフィルタ141は、隣接するタップ間にサンプリングの1周期(1クロック)だけ白色雑音信号x(n)を遅延する遅延器141cを有し、各タップの乗算器141bからの出力信号を加算して応答信号y(n)を出力する加算器141dを有している。   The FIR filter 141 includes a delay device 141c that delays the white noise signal x (n) by one sampling period (one clock) between adjacent taps, and adds the output signal from the multiplier 141b of each tap. And an adder 141d for outputting a response signal y (n).

なお、この第2の実施形態におけるFIRフィルタ設計装置10においては、FIRフィルタ部41をFIRフィルタ141としてハードウェアで実現したところのみが第1の実施形態と異なるところであり、ハードウェア(音環境)とソフトウェア(試験環境200)とを併用したことによる作用効果以外は、第1の実施形態と同様の作用効果を奏する。   Note that the FIR filter design apparatus 10 according to the second embodiment differs from the first embodiment only in that the FIR filter unit 41 is realized by hardware as the FIR filter 141, and hardware (sound environment). Except for the operational effects of the combination of the software and the software (test environment 200), the same operational effects as the first embodiment are achieved.

第1の実施形態におけるFIRフィルタ設計装置10は、コンピュータ上で模擬実験するコンピュータシミュレータであり、FIRフィルタ141を適用した製品100を取り巻く音環境(局条件)に合った最適なフィルタ特性を有するFIRフィルタが設計できるとは限らない。このため、本実施形態においては、適応フィルタ手段4の演算部42と切り離したFIRフィルタ141を製品100に組み込み、音環境に合ったFIRフィルタ141のより最適なフィルタ係数又は伝達関数を算出することができるという作用効果を奏する。   The FIR filter design apparatus 10 in the first embodiment is a computer simulator that performs a simulation experiment on a computer, and has an FIR filter characteristic that is optimal for the sound environment (local conditions) surrounding the product 100 to which the FIR filter 141 is applied. Filters cannot always be designed. For this reason, in the present embodiment, the FIR filter 141 separated from the calculation unit 42 of the adaptive filter unit 4 is incorporated in the product 100, and a more optimal filter coefficient or transfer function of the FIR filter 141 suitable for the sound environment is calculated. There is an effect of being able to.

特に、本実施形態に係るFIRフィルタ設計装置10は、製品100の初期ロットに対して、適応フィルタ手段4(FIRフィルタ141、演算部42)を動作させ、音環境に合ったFIRフィルタ141の最適なフィルタ係数を算出する。そして、量産化のロットに対しては、算出したフィルタ係数を固定したFIRフィルタ141のみを製品100に搭載することで、適応フィルタの不要な回路を削減することができるという作用効果を奏する。   In particular, the FIR filter design apparatus 10 according to the present embodiment operates the adaptive filter means 4 (FIR filter 141, calculation unit 42) for the initial lot of the product 100, and optimizes the FIR filter 141 suitable for the sound environment. Calculate the correct filter coefficient. For a mass production lot, by mounting only the FIR filter 141 with the calculated filter coefficient fixed on the product 100, there is an effect that it is possible to reduce unnecessary circuits of the adaptive filter.

[付記] 上記実施形態に関し、更に以下の付記を開示する。
(付記1) 白色雑音の周波数特性に擬似する白色雑音信号を発生する白色雑音信号発生手段と、前記白色雑音信号を所定の周波数特性に変換し、目標信号として出力する基準フィルタ手段と、ユーザ定義型のデータ構造に対応する有限インパルス応答フィルタとして、フィルタ係数を可変可能に機能するFIRフィルタ部を有し、当該FIRフィルタ部を介して、前記白色雑音信号を応答信号として出力する適応フィルタ手段と、前記目標信号から前記応答信号を減算して誤差信号を算出する減算手段と、前記誤差信号の推移に基づき、前記誤差信号の収束を検出する収束監視手段と、を備え、前記収束監視手段が、前記誤差信号の収束を検出した場合における、可変された前記FIRフィルタ部のフィルタ係数、又は当該フィルタ係数を係数とする前記FIRフィルタ部の伝達関数を出力することを特徴とする有限インパルス応答フィルタ設計装置。
[Appendix] The following appendices are further disclosed with respect to the embodiment.
(Supplementary note 1) White noise signal generating means for generating a white noise signal simulating the frequency characteristic of white noise, reference filter means for converting the white noise signal into a predetermined frequency characteristic and outputting it as a target signal, and user-defined As a finite impulse response filter corresponding to a data structure of a type, an adaptive filter means having an FIR filter section that functions so that a filter coefficient can be varied, and outputting the white noise signal as a response signal via the FIR filter section; Subtracting means for calculating an error signal by subtracting the response signal from the target signal; and convergence monitoring means for detecting convergence of the error signal based on a transition of the error signal, the convergence monitoring means When the convergence of the error signal is detected, the variable filter coefficient of the FIR filter unit or the filter coefficient is related. An apparatus for designing a finite impulse response filter, which outputs a transfer function of the FIR filter unit as a number.

(付記2) 前記適応フィルタ手段が、前記誤差信号を最小にするように前記FIRフィルタ部のフィルタ係数を更新する演算部を備えていることを特徴とする有限インパルス応答フィルタ設計装置。 (Supplementary Note 2) The finite impulse response filter design apparatus, wherein the adaptive filter means includes an arithmetic unit that updates a filter coefficient of the FIR filter unit so as to minimize the error signal.

(付記3) 前記演算部が、前記FIRフィルタ部の一のタップにつき、前記誤差信号及び白色雑音信号を乗算して第1の信号を算出する乗算部と、前記フィルタ係数を記憶する記憶部を介して出力される第2の信号及び前記第1の信号を減算して第3の信号を算出する減算部と、を備え、前記第3の信号が、前記フィルタ係数として前記記憶部に更新されることを特徴とする有限インパルス応答フィルタ設計装置。 (Supplementary Note 3) A multiplication unit that calculates the first signal by multiplying the error signal and the white noise signal for each tap of the FIR filter unit, and a storage unit that stores the filter coefficient. And a subtracting unit that subtracts the first signal and the first signal to calculate a third signal, and the third signal is updated as the filter coefficient in the storage unit An apparatus for designing a finite impulse response filter.

(付記4) 前記ユーザ定義型のデータ構造が、ビット幅を16ビット未満とする整数型であることを特徴とする有限インパルス応答フィルタ設計装置。 (Supplementary Note 4) The finite impulse response filter design apparatus, wherein the user-defined data structure is an integer type having a bit width of less than 16 bits.

(付記5) 白色雑音の周波数特性に擬似する白色雑音信号を発生するステップと、前記白色雑音信号を所定の周波数特性に変換し、目標信号として出力するステップと、ユーザ定義型のデータ構造に対応する有限インパルス応答フィルタとして機能するFIRフィルタ部を介して、前記白色雑音信号を応答信号として出力するステップと、前記目標信号から前記応答信号を減算して誤差信号を算出するステップと、前記誤差信号を最小にするように前記FIRフィルタ部のフィルタ係数を更新するステップと、前記誤差信号の推移に基づき、前記誤差信号の収束を検出するステップと、前記誤差信号の収束を検出した場合に、更新された前記FIRフィルタ部のフィルタ係数、又は当該フィルタ係数を係数とする前記FIRフィルタ部の伝達関数を出力するステップと、を含むことを特徴とする有限インパルス応答フィルタ設計方法。 (Supplementary Note 5) Corresponding to a step of generating a white noise signal that simulates the frequency characteristics of white noise, a step of converting the white noise signal into a predetermined frequency characteristic and outputting it as a target signal, and a user-defined data structure Outputting the white noise signal as a response signal via an FIR filter unit functioning as a finite impulse response filter, calculating an error signal by subtracting the response signal from the target signal, and the error signal Updating the filter coefficient of the FIR filter unit to minimize the error signal, detecting the convergence of the error signal based on the transition of the error signal, and updating when detecting the convergence of the error signal The filter coefficient of the FIR filter unit, or the transmission of the FIR filter unit using the filter coefficient as a coefficient. Finite impulse response filter design method characterized by comprising the step of outputting function, the.

第1の実施形態に係るFIRフィルタ設計装置の概略構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows schematic structure of the FIR filter design apparatus which concerns on 1st Embodiment. 図1に示す適応フィルタ手段の内部構成の一例を説明するための説明図である。It is explanatory drawing for demonstrating an example of the internal structure of the adaptive filter means shown in FIG. (a)は図1に示す基準フィルタ手段に設定される伝達関数の一例を説明するための説明図であり、(b)は図2に示す適応フィルタ手段におけるFIRフィルタ部の構成図である。(A) is explanatory drawing for demonstrating an example of the transfer function set to the reference | standard filter means shown in FIG. 1, (b) is a block diagram of the FIR filter part in the adaptive filter means shown in FIG. 第2の実施形態に係るFIRフィルタ設計装置を用いた試験環境の一例を説明するための説明図である。It is explanatory drawing for demonstrating an example of the test environment using the FIR filter design apparatus which concerns on 2nd Embodiment.

符号の説明Explanation of symbols

1 入力手段
2 白色雑音信号発生手段
3 基準フィルタ手段
4 適応フィルタ手段
5 減算手段
6 収束監視手段
7 出力手段
10 FIRフィルタ設計装置
41 FIRフィルタ部
41a 記憶部
41b 乗算部
41c 遅延部
41d 加算器
42 演算部
42a 乗算部
42b 減算部
100 製品
141 FIRフィルタ
141a メモリ
141b 乗算器
141c 遅延器
141d 加算器
200 試験環境
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Input means 2 White noise signal generation means 3 Reference filter means 4 Adaptive filter means 5 Subtraction means 6 Convergence monitoring means 7 Output means 10 FIR filter design apparatus 41 FIR filter part 41a Memory | storage part 41b Multiplication part 41c Delay part 41d Adder 42 Operation Part 42a Multiplying part 42b Subtracting part 100 Product 141 FIR filter 141a Memory 141b Multiplier 141c Delayer 141d Adder 200 Test environment

Claims (5)

白色雑音の周波数特性に擬似する白色雑音信号を発生する白色雑音信号発生手段と、
前記白色雑音信号を所定の周波数特性に変換し、目標信号として出力する基準フィルタ手段と、
ユーザ定義型のデータ構造に対応する有限インパルス応答フィルタとして、フィルタ係数を可変可能に機能するFIRフィルタ部を有し、当該FIRフィルタ部を介して、前記白色雑音信号を応答信号として出力する適応フィルタ手段と、
前記目標信号から前記応答信号を減算して誤差信号を算出する減算手段と、
前記誤差信号の推移に基づき、前記誤差信号の収束を検出する収束監視手段と、
を備え、
前記収束監視手段が、前記誤差信号の収束を検出した場合における、可変された前記FIRフィルタ部のフィルタ係数、又は当該フィルタ係数を係数とする前記FIRフィルタ部の伝達関数を出力することを特徴とする有限インパルス応答フィルタ設計装置。
White noise signal generating means for generating a white noise signal that simulates the frequency characteristics of white noise;
Reference filter means for converting the white noise signal into a predetermined frequency characteristic and outputting it as a target signal;
As a finite impulse response filter corresponding to a user-defined data structure, an adaptive filter having an FIR filter unit that functions to make a filter coefficient variable and outputting the white noise signal as a response signal via the FIR filter unit Means,
Subtracting means for calculating an error signal by subtracting the response signal from the target signal;
Convergence monitoring means for detecting the convergence of the error signal based on the transition of the error signal;
With
The convergence monitoring means outputs a variable filter coefficient of the FIR filter section when the convergence of the error signal is detected, or a transfer function of the FIR filter section using the filter coefficient as a coefficient. A finite impulse response filter design device.
前記請求項1に記載の有限インパルス応答フィルタ設計装置において、
前記適応フィルタ手段が、前記誤差信号を最小にするように前記FIRフィルタ部のフィルタ係数を更新する演算部を備えていることを特徴とする有限インパルス応答フィルタ設計装置。
In the finite impulse response filter design apparatus according to claim 1,
The finite impulse response filter design apparatus, wherein the adaptive filter means includes an arithmetic unit that updates a filter coefficient of the FIR filter unit so as to minimize the error signal.
前記請求項2に記載の有限インパルス応答フィルタ設計装置において、
前記演算部が、前記FIRフィルタ部の一のタップにつき、前記誤差信号及び白色雑音信号を乗算して第1の信号を算出する乗算部と、前記フィルタ係数を記憶する記憶部を介して出力される第2の信号及び前記第1の信号を減算して第3の信号を算出する減算部と、を備え、
前記第3の信号が、前記フィルタ係数として前記記憶部に更新されることを特徴とする有限インパルス応答フィルタ設計装置。
In the finite impulse response filter design apparatus according to claim 2,
The arithmetic unit is output via a multiplication unit that calculates the first signal by multiplying the error signal and the white noise signal for one tap of the FIR filter unit, and a storage unit that stores the filter coefficient. A subtracting unit that subtracts the second signal and the first signal to calculate a third signal,
The apparatus for designing a finite impulse response filter, wherein the third signal is updated in the storage unit as the filter coefficient.
前記請求項1乃至3に記載の有限インパルス応答フィルタ設計装置において、
前記ユーザ定義型のデータ構造が、ビット幅を16ビット未満とする整数型であることを特徴とする有限インパルス応答フィルタ設計装置。
In the finite impulse response filter design apparatus according to claim 1,
The apparatus for designing a finite impulse response filter, wherein the user-defined data structure is an integer type having a bit width of less than 16 bits.
白色雑音の周波数特性に擬似する白色雑音信号を発生するステップと、
前記白色雑音信号を所定の周波数特性に変換し、目標信号として出力するステップと、
ユーザ定義型のデータ構造に対応する有限インパルス応答フィルタとして機能するFIRフィルタ部を介して、前記白色雑音信号を応答信号として出力するステップと、
前記目標信号から前記応答信号を減算して誤差信号を算出するステップと、
前記誤差信号を最小にするように前記FIRフィルタ部のフィルタ係数を更新するステップと、
前記誤差信号の推移に基づき、前記誤差信号の収束を検出するステップと、
前記誤差信号の収束を検出した場合に、更新された前記FIRフィルタ部のフィルタ係数、又は当該フィルタ係数を係数とする前記FIRフィルタ部の伝達関数を出力するステップと、
を含むことを特徴とする有限インパルス応答フィルタ設計方法。
Generating a white noise signal that mimics the frequency characteristics of the white noise;
Converting the white noise signal into a predetermined frequency characteristic and outputting it as a target signal;
Outputting the white noise signal as a response signal via an FIR filter unit functioning as a finite impulse response filter corresponding to a user-defined data structure;
Subtracting the response signal from the target signal to calculate an error signal;
Updating a filter coefficient of the FIR filter unit to minimize the error signal;
Detecting a convergence of the error signal based on a transition of the error signal;
Outputting the updated filter coefficient of the FIR filter unit or the transfer function of the FIR filter unit using the filter coefficient as a coefficient when the convergence of the error signal is detected;
A method for designing a finite impulse response filter.
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