JP2011228993A - Thinning-out filter and thinning-out program - Google Patents

Thinning-out filter and thinning-out program Download PDF

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a thinning-out filter and a thinning-out program that are applicable even when intervals of sampling are irregular.SOLUTION: A thinning-out filter 1 comprises: first counting means 10 of generating an index (k) for sequentially selecting a plurality of output sample points present nearby an output sample point P1 of interest; second counting means 20 of selecting two contiguous output sample points based upon the index (k), sequentially generating integer values in a section between the two selected output sample points as sample point positions (x), and normalizing the sample point positions (x) in a time direction to generate normalized coordinates (v); function value generating means 30 of substituting the normalized coordinates (v) in a fundamental function f(x) to generate function values f(v); section tap coefficient generating means 40 of multiplying the function values f(v) by the reciprocal number of the distance between the two output sample points to generate tap coefficients h(x) by sections; and tap coefficient generating means 50 of generating tap coefficients corresponding to input sample points based upon the sample point positions (x) and tap coefficients h(x).

Description

本発明は、信号の標本化に先立って適用する間引きフィルタであって、特に標本化の間隔が不均一である場合にも適用可能なデジタル処理による間引きフィルタおよび間引きプログラムに関する。   The present invention relates to a thinning filter applied prior to signal sampling, and more particularly to a digital processing thinning filter and thinning program that can be applied even when sampling intervals are non-uniform.

従来、アナログ信号を標本化したり、すでに標本化されている信号をより粗い標本化間隔でさらに標本化(サブサンプリング)したりする場合、ナイキスト周波数を超える入力信号のスペクトルが折り返して折り返し歪みが生じることを軽減する目的で、標本化の前に間引きフィルタ(デシメーションフィルタ)を適用することが行われている。   Conventionally, when an analog signal is sampled or an already sampled signal is further sampled (sub-sampled) at a coarser sampling interval, the spectrum of the input signal exceeding the Nyquist frequency is folded, resulting in aliasing distortion. In order to reduce this, a thinning filter (decimation filter) is applied before sampling.

あらゆる信号入力に対して折り返し歪みを完全に抑制するためには、間引きフィルタは、標本化周波数の1/2を超える周波数を遮断する低域通過フィルタである必要がある。一方、標本化後の信号の劣化を抑えるためには、間引きフィルタは、標本化周波数の1/2以下の周波数については、振幅ゲインが1であり、位相が不変であることが望ましい。これらの条件を理想的に満足する間引きフィルタは、理想低域通過フィルタと呼ばれる。   In order to completely suppress the aliasing distortion with respect to any signal input, the decimation filter needs to be a low-pass filter that cuts off a frequency exceeding 1/2 of the sampling frequency. On the other hand, in order to suppress the deterioration of the signal after sampling, it is desirable that the thinning filter has an amplitude gain of 1 and a phase that does not change for frequencies that are ½ or less of the sampling frequency. A thinning filter that ideally satisfies these conditions is called an ideal low-pass filter.

従来の間引きフィルタは、理想低域通過フィルタを近似するよう、アナログ電子回路(例えば、LC共振回路)で構成されたり、遅延器や乗算器、加算器などからなるデジタル回路(デジタルフィルタ)や、計算機やALU(Arithmetic Logic Unit)を用いたデジタルフィルタで構成されたりしている。とくにデジタルフィルタで構成された間引きフィルタでは、理想低域通過フィルタのインパルス応答(sinc関数)を有限長で打ち切ったタップ係数を有する間引きフィルタがよく用いられる。   Conventional decimation filters are configured with analog electronic circuits (for example, LC resonance circuits) to approximate ideal low-pass filters, digital circuits (digital filters) consisting of delay devices, multipliers, adders, etc. It is composed of a digital filter using a computer or ALU (Arithmetic Logic Unit). Particularly, a thinning filter having a tap coefficient obtained by cutting off an impulse response (sinc function) of an ideal low-pass filter with a finite length is often used for a thinning filter constituted by a digital filter.

従来の間引きフィルタとしては、例えば特許文献1から4に示されるように演算装置のアーキテクチャに関して工夫したものが知られている。   As a conventional decimation filter, for example, as disclosed in Patent Documents 1 to 4, a device devised with respect to the architecture of an arithmetic unit is known.

特表平7−500461号公報Japanese translation of PCT publication No. 7-500461 特開平6−244733号公報JP-A-6-244733 特開平2−140009号公報Japanese Patent Laid-Open No. 2-140009 特開2001−77667号公報JP 2001-77667 A

このような従来の間引きフィルタは、サブサンプリングが等間隔でなされることを前提としている。このため、従来の間引きフィルタを用いて不等間隔のサブサンプリングを行うと、標本化間隔が狭い箇所においては高域が必要以上に失われて劣化(ぼけ)が生じる一方、標本化間隔が広い箇所においては折り返し歪みが生じ、信号の品質が劣化してしまう。また、局所的にぼけや折り返しが現れてしまうため、信号全体として均質性が損なわれてしまう。このような信号の品質の劣化は、例えば画像信号においては、むらとして認知され、音声信号においては断続的あるいは周波数の変化するビートとして認知される。   Such a conventional decimation filter is premised on subsampling being performed at equal intervals. For this reason, if sub-sampling at unequal intervals is performed using a conventional thinning filter, high frequencies are lost more than necessary and degradation (blur) occurs at locations where the sampling interval is narrow, while the sampling interval is wide. In some places, aliasing distortion occurs, and the signal quality deteriorates. In addition, since blurring and folding appear locally, the homogeneity of the entire signal is impaired. Such deterioration in signal quality is recognized as nonuniformity in an image signal, for example, and is recognized as an intermittent or frequency-changing beat in an audio signal.

そこで、本発明は、不等間隔のサブサンプリングを行う場合にも適用可能な間引きフィルタおよび間引きプログラムを提供することを課題とする。   Therefore, an object of the present invention is to provide a thinning filter and a thinning program that can be applied even when subsampling at unequal intervals is performed.

前記課題を解決した請求項1に係る間引きフィルタは、入力信号の標本点である入力標本点をサブサンプリングするために用いられる標本点位置を示す予め定められた出力標本点位置のリストである出力標本点リストと、前記出力標本点リスト中の注目する出力標本点を識別する注目インデックスと、に基づいて、前記入力標本点に対するタップ係数を生成するものであり、第1計数手段と、第2計数手段と、関数値生成手段と、区分タップ係数生成手段と、タップ係数生成手段と、を備えることを特徴とする。   The decimation filter according to claim 1, which has solved the above problem, is an output that is a list of predetermined output sample point positions indicating sample point positions used for sub-sampling input sample points that are sample points of an input signal. A tap coefficient for the input sample point is generated based on the sample point list and an attention index for identifying an output sample point of interest in the output sample point list, and includes a first counting unit, It comprises a counting means, a function value generating means, a segmented tap coefficient generating means, and a tap coefficient generating means.

かかる構成によれば、間引きフィルタは、第1計数手段によって、注目する出力標本点近傍に存在する複数の出力標本点を順次選択するための計数値を生成する。
また、間引きフィルタは、第2計数手段によって、第1計数手段で生成された計数値に基づき、隣接する2つの出力標本点を選択すると共に、選択した2つの出力標本点間を区分として、この区分内の整数値を標本点位置として順次生成し、さらに、この標本点位置を時間方向に正規化して正規化座標を生成する。
According to such a configuration, the thinning filter generates a count value for sequentially selecting a plurality of output sample points existing near the output sample point of interest by the first counting unit.
The decimation filter selects two adjacent output sample points based on the count value generated by the first counting unit by the second counting unit, and classifies the selected two output sample points as a section. The integer values in the section are sequentially generated as sample point positions, and the sample point positions are normalized in the time direction to generate normalized coordinates.

さらに、間引きフィルタは、関数値生成手段によって、第2係数手段で生成された正規化座標を、等間隔でのサブサンプリングに用いられるインパルス応答波形に代入し、関数値を生成する。なお、等間隔でのサブサンプリングとは、例えば、入力信号の一定区間であるフレームを複数のブロックに分割してブロックごとに同一の標本化間隔でサブサンプリングを行うものであってもよい。   Further, the thinning filter generates a function value by substituting the normalized coordinates generated by the second coefficient unit into the impulse response waveform used for sub-sampling at equal intervals by the function value generating unit. Note that sub-sampling at equal intervals may be, for example, dividing a frame, which is a fixed section of an input signal, into a plurality of blocks and performing sub-sampling at the same sampling interval for each block.

そして、間引きフィルタは、区分タップ係数生成手段によって、区分に応じて関数値生成手段で生成された関数値に2つの出力標本点間の距離の逆数を乗算して区分ごとのタップ係数を生成する。つまり、等間隔のサブサンプリングに用いられるインパルス応答波形を、区分ごとに、隣接する出力標本点間の間隔に対応させて伸縮させることで、区分ごとの間隔が異なる場合であっても、それぞれの間隔に応じた適正なタップ係数を生成することができる。   The decimation filter generates a tap coefficient for each section by multiplying the function value generated by the function value generation means according to the section by the reciprocal of the distance between the two output sample points by the section tap coefficient generation means. . In other words, the impulse response waveform used for equally spaced sub-sampling can be expanded and contracted for each segment corresponding to the interval between adjacent output sample points, so that even if the interval for each segment differs, An appropriate tap coefficient corresponding to the interval can be generated.

そして、間引きフィルタは、タップ係数生成手段によって、順次生成される標本点位置の時系列にしたがって、区分ごとのタップ係数を整列させて接続したタップ係数リストを生成する。これにより、標本化の間隔が等間隔および不等間隔のいずれの場合であっても、タップ係数リストに基づいてサブサンプリング装置でサブサンプリングを行うことができる。   Then, the thinning filter generates a tap coefficient list in which tap coefficients for each section are arranged and connected in accordance with a time series of sample point positions sequentially generated by the tap coefficient generation means. Thereby, subsampling can be performed by the subsampling device based on the tap coefficient list regardless of whether the sampling interval is equal or unequal.

また、請求項2に記載の間引きフィルタは、入力信号の標本点である入力標本点をサブサンプリングするために用いられる標本点位置となる隣接する出力標本点間を区分として、この区分ごとに、等間隔のサブサンプリングに用いられるインパルス応答波形を、前記隣接する出力標本点間の間隔に応じてスケーリングを行い、前記区分ごとに、当該スケーリングされたインパルス応答波形に対応したタップ係数を生成するスケーリング手段と、前記区分ごとのタップ係数を接続することで、前記入力標本点に対するタップ係数を生成するタップ係数生成手段と、を備えることを特徴とする。   In addition, the thinning filter according to claim 2 divides between adjacent output sampling points as sampling point positions used for sub-sampling the input sampling points that are sampling points of the input signal, Scaling the impulse response waveform used for equally spaced subsampling according to the interval between the adjacent output sample points, and generating a tap coefficient corresponding to the scaled impulse response waveform for each section And a tap coefficient generating means for generating a tap coefficient for the input sample point by connecting the tap coefficients for each of the sections.

かかる構成によれば、間引きフィルタは、入力信号の標本点である入力標本点をサブサンプリングするために用いられる標本点位置となる隣接する出力標本点間を区分として、この区分ごとに、等間隔のサブサンプリングに用いられるインパルス応答波形を、隣接する出力標本点間の間隔に応じてスケーリングを行うことで、インパルス応答波形を区分ごとに出力標本点間の間隔に対応させることができる。   According to such a configuration, the thinning filter divides the adjacent output sample points that are the sample point positions used for sub-sampling the input sample points that are the sample points of the input signal into segments, and is equally spaced for each segment. By scaling the impulse response waveform used for sub-sampling according to the interval between adjacent output sample points, the impulse response waveform can correspond to the interval between output sample points for each section.

これによれば、等間隔でサブサンプリングを行う場合、従来と同様の間引きフィルタとしての動作を得ることができ、一方、不等間隔でサブサンプリングを行う場合、標本点の粗密に応じた加重を行うことができる。   According to this, when sub-sampling is performed at equal intervals, it is possible to obtain the same operation as a decimation filter as in the conventional case. It can be carried out.

また、請求項3に係る間引きフィルタは、請求項1または請求項2に記載の間引きフィルタにおいて、前記インパルス応答波形として、sinc関数または定義域を限ったsinc関数を用いることを特徴とする。
かかる構成によれば、間引きフィルタは、等間隔のサブサンプリングを行う場合、入力信号のナイキスト周波数を超える周波数成分の折り返しを抑制することができる。さらに、間引きフィルタは、不等間隔のサブサンプリングを行う場合、近似的な折り返しを抑制することができる。
According to a third aspect of the present invention, in the thinning filter according to the first or second aspect, a sinc function or a sinc function having a limited domain is used as the impulse response waveform.
According to such a configuration, the thinning filter can suppress aliasing of frequency components exceeding the Nyquist frequency of the input signal when performing subsampling at equal intervals. Further, the thinning filter can suppress approximate aliasing when performing non-uniformly spaced subsampling.

また、請求項4に係る間引きフィルタは、請求項1または請求項2に記載の間引きフィルタにおいて、前記インパルス応答波形として、2つのsinc関数の積または定義域を限った2つのsinc関数の積を用いることを特徴とする。
かかる構成によれば、間引きフィルタは、等間隔のサブサンプリングを行う場合、入力信号のナイキスト周波数を超える周波数成分の折り返しを抑制することができる。さらに、間引きフィルタは、不等間隔のサブサンプリングを行う場合、近似的な折り返しを抑制することができる。
The thinning filter according to claim 4 is the thinning filter according to claim 1 or 2, wherein the impulse response waveform is a product of two sinc functions or a product of two sinc functions with a limited domain. It is characterized by using.
According to such a configuration, the thinning filter can suppress aliasing of frequency components exceeding the Nyquist frequency of the input signal when performing subsampling at equal intervals. Further, the thinning filter can suppress approximate aliasing when performing non-uniformly spaced subsampling.

また、請求項5に記載の間引きプログラムは、入力信号の標本点である入力標本点をサブサンプリングするために用いられる標本点位置を示す予め定められた出力標本点位置のリストである出力標本点リストと、前記出力標本点リスト中の注目する出力標本点を識別する注目インデックスと、に基づいて、前記入力標本点に対するタップ係数を生成するために、コンピュータを、関数値生成手段、第1計数手段、第2計数手段、区分タップ係数生成手段、タップ係数生成手段、として機能させる構成とした。   The thinning-out program according to claim 5 is an output sample point that is a list of predetermined output sample point positions indicating sample point positions used for sub-sampling an input sample point that is a sample point of an input signal. In order to generate a tap coefficient for the input sample point based on the list and an attention index for identifying an output sample point of interest in the output sample point list, a computer is provided with a function value generation means, a first count Means, second counting means, section tap coefficient generation means, and tap coefficient generation means.

かかる構成によれば、間引きプログラムは、第1計数手段によって、注目する出力標本点近傍に存在する複数の出力標本点を順次選択するための計数値を生成する。
また、間引きプログラムは、第2計数手段によって、第1計数手段で生成された計数値に基づき、隣接する2つの出力標本点を選択すると共に、選択した2つの出力標本点間を区分として、この区分内の整数値を標本点位置として順次生成し、さらに、この標本点位置を時間方向に正規化して正規化座標を生成する。
According to such a configuration, the thinning-out program generates a count value for sequentially selecting a plurality of output sample points existing in the vicinity of the output sample point of interest by the first counting unit.
Further, the thinning program selects two adjacent output sample points based on the count value generated by the first count unit by the second count unit, and classifies the selected two output sample points as a section. The integer values in the section are sequentially generated as sample point positions, and the sample point positions are normalized in the time direction to generate normalized coordinates.

また、間引きプログラムは、関数値生成手段によって、第2係数手段で生成された正規化座標を、等間隔でのサブサンプリングに用いられるインパルス応答波形に代入し、関数値を生成する。
そして、間引きプログラムは、区分タップ係数生成手段によって、区分に応じて関数値生成手段で生成された関数値に2つの出力標本点間の距離の逆数を乗算して区分ごとのタップ係数を生成する。
Further, the thinning program generates a function value by substituting the normalized coordinate generated by the second coefficient unit into the impulse response waveform used for sub-sampling at equal intervals by the function value generating unit.
The thinning-out program generates a tap coefficient for each section by multiplying the function value generated by the function value generating means according to the section by the reciprocal of the distance between the two output sample points by the section tap coefficient generating means. .

そして、間引きプログラムは、タップ係数生成手段によって、順次生成される標本点位置の時系列にしたがって、区分ごとのタップ係数を整列させて接続したタップ係数リストを生成することで、入力標本点に対するタップ係数を生成する。   Then, the thinning-out program generates a tap coefficient list in which tap coefficients for each section are aligned and connected according to a time series of sample point positions that are sequentially generated by the tap coefficient generation unit, so that taps for input sample points are generated. Generate coefficients.

請求項1、2および5に記載の発明によれば、サブサンプリングの間隔が不均一の場合でもこれに応じた適正なタップ係数を得ることが可能となるので、その後サブサンプリングを行ったときの信号の品質の劣化を防止することができる。さらに、区分ごとに生成したタップ係数を、順次生成される標本点位置の時系列にしたがって整列させて接続するという簡素な手法により、サブサンプリングの間隔が等間隔および不等間隔のいずれの場合であっても入力標本点に応じた適正なタップ係数の生成を実現することができるので、構成が簡素となり、安価となる。   According to the first, second, and fifth aspects of the invention, it is possible to obtain an appropriate tap coefficient corresponding to the subsampling interval even when the subsampling interval is not uniform. Deterioration of signal quality can be prevented. Furthermore, with a simple method of connecting the tap coefficients generated for each section in accordance with the time series of the sample point positions that are sequentially generated, the sub-sampling intervals are either equal or unequal. Even if it exists, since the production | generation of the appropriate tap coefficient according to an input sample point is realizable, a structure becomes simple and it becomes cheap.

請求項3および4に記載の発明によれば、サブサンプリングの間隔が等間隔および不等間隔のいずれの場合であっても、折り返しを抑制することが可能となり、その後サブサンプリングを行ったときの信号の品質の劣化を防止することができる。   According to the third and fourth aspects of the present invention, it is possible to suppress aliasing even when the sub-sampling interval is equal or unequal, and when sub-sampling is performed thereafter. Deterioration of signal quality can be prevented.

本発明の実施形態に係る間引きフィルタの概要を説明するための図であり、(a)は、等間隔でサブサンプリングを行うときの間引きフィルタのインパルス応答波形を模式的に示すものであり、(b)は、不等間隔でサブサンプリングを行うときの間引きフィルタのインパルス応答波形を模式的に示すものである。It is a figure for demonstrating the outline | summary of the thinning filter which concerns on embodiment of this invention, (a) shows typically the impulse response waveform of a thinning filter when performing subsampling at equal intervals, ( b) schematically shows an impulse response waveform of the thinning filter when sub-sampling is performed at unequal intervals. 本発明の実施形態に係る間引きフィルタの構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the thinning filter which concerns on embodiment of this invention. (a)は、本発明の実施形態に係る間引きフィルタの正規化座標演算手段で標本点位置を正規化する様子を説明するための概念図、(b)は、標本点位置生成手段で、標本点位置を生成する様子を説明するための概念図である。(A) is a conceptual diagram for explaining how the sample point position is normalized by the normalized coordinate calculation means of the thinning filter according to the embodiment of the present invention, and (b) is the sample point position generation means, It is a conceptual diagram for demonstrating a mode that a point position is produced | generated. 本発明の実施形態に係る間引きフィルタで入力標本点に対応するタップ係数を生成する様子を説明する図であり、(a)は、タップ係数を生成するときに用いる基本関数、(b)は、等間隔のサブサンプリングを行うときに間引きフィルタで生成されるタップ係数、(c)は、等間隔のサブサンプリングを行うときに間引きフィルタで生成されるタップ係数を示すものである。It is a figure explaining a mode that the tap coefficient corresponding to an input sample point is generated with the thinning filter concerning the embodiment of the present invention, (a) is a basic function used when generating a tap coefficient, and (b) is Tap coefficients generated by the decimation filter when performing equal interval sub-sampling, and (c) indicate tap coefficients generated by the decimation filter when performing equal interval sub-sampling. 本発明の実施形態に係る間引きフィルタの動作を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows operation | movement of the thinning filter which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施形態に係る間引きフィルタを適用した任意間隔のサブサンプリング装置の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the subsampling apparatus of the arbitrary intervals to which the thinning filter which concerns on embodiment of this invention is applied. サブサンプリング装置の動作を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows operation | movement of a subsampling apparatus.

[間引きフィルタの概要]
以下、本発明の実施形態について説明する。
間引きフィルタは、例えば図6に示すサブサンプリング装置Sに適用され、すでに標本化された入力信号zに対し、さらに標本化(サブサンプリング)を施す際に、このサブサンプリング前に適用されるものである。なお、サブサンプリング装置Sについては後記する。
[Outline of decimation filter]
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described.
The decimation filter is applied to, for example, the sub-sampling device S shown in FIG. 6, and is applied before sub-sampling when further sampling (sub-sampling) is performed on the input signal z that has already been sampled. is there. The sub-sampling device S will be described later.

次に、図1を参照して本実施形態に係る間引きフィルタの概要を説明する。
本実施形態に係る間引きフィルタ1は、図1(a)、(b)に示すように、入力信号の標本点である入力標本点をサブサンプリングするために用いられる標本点位置を示す予め定められた標本点位置群を示す(yi=0,1,…,N−1(Nは自然数。以下、「出力標本点リスト」という。)のうち、注目するn番目(nは0以上N−1以下の整数。)の出力標本点Pのタップ係数を求めたい場合、複数の出力標本点のうち、n番目の出力標本点の近傍の出力標本点をインデックスkに基づいて順次選択し、隣接する2つの出力標本点を区分として、この区分ごとに入力信号をサンプリングしてタップ係数を求め、区分ごとに求めたタップ係数を整列させて接続することで、間引きフィルタ1のタップ係数としている。なお、図1(a)、(b)では、インパルス応答波形の一部と2つの隣接する標本点による区分とを分かりやすくするために、一部を破線で示した。
Next, an outline of the thinning filter according to the present embodiment will be described with reference to FIG.
As shown in FIGS. 1A and 1B, the thinning filter 1 according to the present embodiment has a predetermined sample point position used for subsampling an input sample point that is a sample point of an input signal. (Y i ) i = 0, 1,..., N−1 (N is a natural number; hereinafter referred to as “output sample point list”) to be noted (n is 0 or more) If you want to find the tap coefficients output sample point P 1 of the n-1 an integer.), sequentially selected based of the plurality of output sample points, the output sampling point in the vicinity of the n-th output sample point index k Then, the tap coefficients of the thinning filter 1 are obtained by classifying two adjacent output sample points as a section, sampling the input signal for each section to obtain a tap coefficient, and aligning and connecting the tap coefficients obtained for each section. It is said. In FIGS. 1A and 1B, a part of the impulse response waveform and a part by two adjacent sample points are shown by broken lines for easy understanding.

図1(a)は、出力標本点の間隔が均一(等間隔)な場合に間引きフィルタ1で生成されるタップ係数を示しており、(b)は、出力標本点の間隔が不均一な場合に間引きフィルタ1で生成されるタップ係数を示している。つまり、本実施形態に係る間引きフィルタ1は、隣接する出力標本点間を区分とし、この区分ごとにタップ係数を求めるようになっているので、出力標本点の間隔が均一な場合のみならず、不均一な場合も、それぞれの間隔に応じた適正なタップ係数を求めることができる。このように、本実施形態に係る間引きフィルタ1は、入力信号の性質に合わせて、適正なサブサンプリングを行うことを可能としている。なお、従来の間引きフィルタは、出力標本点の間隔が等間隔の場合(図1(a)に示す状態)しか、注目する出力標本点のタップ係数を生成することができなかった。   FIG. 1A shows tap coefficients generated by the thinning filter 1 when the intervals between the output sample points are uniform (equal intervals), and FIG. 1B shows the case where the intervals between the output sample points are not uniform. The tap coefficients generated by the thinning filter 1 are shown in FIG. That is, the thinning filter 1 according to the present embodiment classifies adjacent output sampling points and obtains a tap coefficient for each classification. Therefore, not only when the interval between the output sampling points is uniform, Even in the case of non-uniformity, an appropriate tap coefficient corresponding to each interval can be obtained. Thus, the thinning filter 1 according to the present embodiment can perform appropriate subsampling in accordance with the nature of the input signal. Note that the conventional thinning filter can generate tap coefficients of the output sample points of interest only when the intervals between the output sample points are equal (the state shown in FIG. 1A).

[間引きフィルタの構成]
次に、本実施形態に係る間引きフィルタ1の構成について図2を参照して説明する。
間引きフィルタ1は、図2に示すように、第1計数手段10と、第2計数手段20と、関数値生成手段30と、区分タップ係数生成手段40と、タップ係数生成手段50と、を備えている。
[Thinning filter configuration]
Next, the configuration of the thinning filter 1 according to the present embodiment will be described with reference to FIG.
As shown in FIG. 2, the decimation filter 1 includes first counting means 10, second counting means 20, function value generation means 30, piecewise tap coefficient generation means 40, and tap coefficient generation means 50. ing.

第1計数手段10(スケーリング手段)は、−W以上W−1以下の整数を順次昇順あるいは降順としたインデックスk(計数値)を生成するものである。このインデックスkは、注目する出力標本点Pの近傍の出力標本点のうち、注目する出力標本点Pのタップ係数を求めるのに使用する出力標本点の範囲を定めるものである。ここで、Wは、間引きフィルタ1の基本関数の定義域を決定する自然数であり、Wが大きいほどフィルタ特性は向上するが、演算量は増大することになる。言い換えれば、Wは、注目する出力標本点P1のタップ係数を求めるときに、その前後の出力標本点をいくつ用いるかという範囲を定めるものである。ここでは、第1計数手段10が予め設定された定義域を持っていることとし、W=3として説明する。 The first counting means 10 (scaling means) generates an index k (count value) in which integers from −W to W−1 are sequentially increased or decreased. The index k, of the output sampling point in the vicinity of the output sample point P 1 of interest, is intended to define the scope of the output sampling point used to determine the tap coefficient of the output sample point P 1 of interest. Here, W is a natural number that determines the domain of the basic function of the thinning filter 1, and the larger the W, the better the filter characteristics, but the more the calculation amount. In other words, W defines the range of how many output sample points before and after the tap coefficient of the output sample point P1 of interest is used. Here, it is assumed that the first counting means 10 has a preset definition area and W = 3.

したがって、間引きフィルタ1は、注目する出力標本点Pをn番目の出力標本点yとしたときに、n−3番目の出力標本点yn−3、n−2番目の出力標本点yn−2、n−1番目の出力標本点yn−1、n番目の出力標本点y、n+1番目の出力標本点yn+1、n+2番目の出力標本点yn+2を用いて、n番目の出力標本点yのタップ係数を求めることになる。第1計数手段10によって生成されたインデックスkは、第2計数手段20に出力される。 Accordingly, decimation filter 1, when an output sample point P 1 of interest is n-th output sample point y n, n-3-th output sample point y n-3, n-2-th output sample point y Using the (n−2) , (n−1) th output sample point y n−1 , the nth output sample point y n , the (n + 1) th output sample point y n + 1 , and the (n + 2) th output sample point y n + 2 , the n th thereby obtaining the tap coefficients of the output sample point y n. The index k generated by the first counting means 10 is output to the second counting means 20.

第2計数手段20(スケーリング手段)は、第1計数手段10で生成されたインデックスkに基づき、隣接する2つの出力標本点を選択すると共に、選択した2つの出力標本点間を区分として、この区分内の整数値を標本点位置として順次生成し、さらに、この標本点位置を時間方向に正規化して正規化座標を生成するものである。第2計数手段20は、出力標本点選択手段21と、標本点位置生成手段22と、正規化座標計算手段23と、正規化係数計算手段24と、を備えている。   The second counting means 20 (scaling means) selects two adjacent output sample points based on the index k generated by the first counting means 10 and classifies the selected two output sample points as a section. The integer values in the sections are sequentially generated as sample point positions, and the sample point positions are normalized in the time direction to generate normalized coordinates. The second counting unit 20 includes an output sample point selection unit 21, a sample point position generation unit 22, a normalized coordinate calculation unit 23, and a normalization coefficient calculation unit 24.

出力標本点選択手段21は、タップ係数h(x)を生成する区分を決定するものである。出力標本点選択手段21は、第1計数手段10で生成されたインデックスkが入力されると、外部から入力された出力標本点リスト(yi=0,1,…,N−1の中から、注目するn+k番目の出力標本点yn+kおよび出力標本点yn+kに隣接するn+k+1番目の出力標本点yn+k+1を選択するようになっている。この出力標本点yn+kおよび出力標本点yn+k+1間を区分とする。
出力標本点選択手段21は、選択した出力標本点yn+kおよびyn+k+1を標本点位置生成手段22に出力する。
The output sample point selection means 21 determines the division for generating the tap coefficient h (x). When the index k generated by the first counting unit 10 is input, the output sample point selection unit 21 receives an output sample point list (y i ) i = 0, 1,. during from and to select the n + k + 1 th output sample point y n + k + 1 adjacent to the target to n + k-th output sample point y n + k and the output sampling point y n + k. This output sample point y n + k and the output sample point y n + k + 1 are defined as a segment.
The output sample point selection unit 21 outputs the selected output sample points y n + k and y n + k + 1 to the sample point position generation unit 22.

標本点位置生成手段22は、出力標本点選択手段21によって選択された区分内で、yn+k<x≦yn+k+1を満たす整数値を標本点位置xとして順次生成するものである。 The sample point position generation unit 22 sequentially generates an integer value satisfying y n + k <x ≦ y n + k + 1 as the sample point position x in the section selected by the output sample point selection unit 21.

標本点位置生成手段22によって生成された標本点位置xは、正規化座標計算手段23とタップ係数生成手段50に順次出力される。なお、区分は、yn+k<x≦yn+k+1に代えて、yn+k≦x<yn+k+1としてもよいし、基本関数fが各区分kの両端において値0をとる場合、yn+k<x<yn+k+1としてもよい。 The sample point position x generated by the sample point position generation unit 22 is sequentially output to the normalized coordinate calculation unit 23 and the tap coefficient generation unit 50. The section may be replaced by y n + k ≦ x <y n + k + 1 instead of y n + k <x ≦ y n + k + 1. When the basic function f takes a value of 0 at both ends of each section k, y n + k <x <y It may be n + k + 1 .

正規化座標計算手段23は、基本関数f(x)を時間方向に伸縮させる基準となる正規化座標vを演算するものである。正規化座標計算手段23は、区分ごとに標本点位置生成手段22によって順次生成される標本点位置xを、次に示す(1)式で変換することで、標本点位置xを、図3(a)に示すように、2つの出力標本点yn+kおよびyn+k+1間の間隔に合わせてk〜k+1の間で正規化する演算を行い、正規化座標vを得る。 The normalized coordinate calculation means 23 calculates a normalized coordinate v that serves as a reference for expanding and contracting the basic function f (x) in the time direction. The normalized coordinate calculation means 23 converts the sample point position x sequentially generated by the sample point position generation means 22 for each section according to the following equation (1), thereby converting the sample point position x into FIG. As shown in a), a normalization coordinate v is obtained by performing an operation of normalizing between k and k + 1 in accordance with the interval between the two output sample points y n + k and y n + k + 1 .

Figure 2011228993
Figure 2011228993

正規化座標計算手段23によって演算された正規化座標vは、関数値生成手段30に出力される。   The normalized coordinate v calculated by the normalized coordinate calculation unit 23 is output to the function value generation unit 30.

正規化係数計算手段24は、基本関数f(x)の区分ごとの振幅値を、x方向の伸縮比に合わせて正規化するための正規化係数aを演算するものである。正規化係数計算手段24は、次の(2)式に示すように、出力標本点選択手段21によって選択された2つの出力標本点yn+kおよびyn+k+1間の距離、つまり、区分における基本関数f(x)の時間方向の伸縮比(図3(a)に示す幅)の逆数を計算し、基本関数f(x)を振幅方向に伸縮させる基準となる正規化係数aを得る。 The normalization coefficient calculation means 24 calculates a normalization coefficient a for normalizing the amplitude value for each section of the basic function f (x) according to the expansion / contraction ratio in the x direction. The normalization coefficient calculation unit 24 calculates the distance between the two output sample points y n + k and y n + k + 1 selected by the output sample point selection unit 21, that is, the basic function f in the section, as shown in the following equation (2). The reciprocal of the time direction expansion / contraction ratio (width shown in FIG. 3A) of (x) is calculated to obtain a normalization coefficient a that serves as a reference for expanding and contracting the basic function f (x) in the amplitude direction.

Figure 2011228993
Figure 2011228993

正規化係数計算手段24によって計算された正規化係数aは、区分タップ係数生成手段40に出力される。   The normalization coefficient a calculated by the normalization coefficient calculation unit 24 is output to the segment tap coefficient generation unit 40.

なお、仮に、選択した2つの出力標本点yn+kおよびyn+k+1間に、yn−1<x≦yn+1を満たす整数値が存在しない場合、標本点位置生成手段22は、次の(3)式に示す数値を1回だけ正規化座標計算手段23とタップ係数生成手段50に出力する。 If there is no integer value satisfying y n−1 <x ≦ y n + 1 between the two selected output sample points y n + k and y n + k + 1 , the sample point position generation means 22 performs the following (3) The numerical value shown in the equation is output to the normalized coordinate calculation means 23 and the tap coefficient generation means 50 only once.

Figure 2011228993
Figure 2011228993

ここで、関数R(y)は、引数yを整数に丸める演算であり、四捨五入、小数点以下切捨て、小数点以下切り上げなど、任意の丸めによることができる。例えば、図3(b)に示すように、出力標本点選択手段21によって選択された出力標本点yn+kが“10.2”であり、出力標本点yn+k+1が“10.4”であり、区分内に整数値が存在しない場合、区分外で最も近い位置にある整数(ここでは、“10”)を、標本点位置xとして正規化座標計算手段23とタップ係数生成手段50に出力する。 Here, the function R (y) is an operation for rounding the argument y to an integer, and can be performed by arbitrary rounding such as rounding off, rounding down after the decimal point, rounding up after the decimal point. For example, as shown in FIG. 3B, the output sample point y n + k selected by the output sample point selection means 21 is “10.2”, the output sample point y n + k + 1 is “10.4”, If there is no integer value in the section, the closest integer outside the section (here, “10”) is output to the normalized coordinate calculation means 23 and the tap coefficient generation means 50 as the sample point position x.

関数値生成手段30(スケーリング手段)は、正規化座標計算手段23から入力された正規化座標vを基本関数f(x)に代入して関数値f(v)を得るものである。なお、関数値生成手段30は、基本関数f(x)を予め持っていてもよいし、正規化座標計算手段23から正規化座標vが入力された時点で生成してもよい。   The function value generation means 30 (scaling means) obtains a function value f (v) by substituting the normalized coordinates v input from the normalized coordinate calculation means 23 into the basic function f (x). The function value generating unit 30 may have the basic function f (x) in advance, or may be generated when the normalized coordinate v is input from the normalized coordinate calculating unit 23.

ここで、基本関数f(x)とは、出力標本点の間隔が“1”の等間隔標本化を行う際に適用されるべき間引きフィルタのインパルス応答である。基本関数f(x)の設計は任意であるが、例えば次の(4)式に示すようなsinc関数、または、定義域を限ったsinc関数を用いることができる。   Here, the basic function f (x) is an impulse response of a decimation filter to be applied when sampling at equal intervals with the interval between output sampling points being “1”. The design of the basic function f (x) is arbitrary. For example, a sinc function as shown in the following equation (4) or a sinc function with a limited domain can be used.

Figure 2011228993
Figure 2011228993

ここで、sinc関数は、次の(5)式により定義される。   Here, the sinc function is defined by the following equation (5).

Figure 2011228993
Figure 2011228993

前記したように、W=3としているので、図4(a)では、定義域を−3以上3以下に限ったsinc関数を示している。   As described above, since W = 3, FIG. 4A shows a sinc function in which the domain is limited to -3 or more and 3 or less.

また、基本関数f(x)として、例えば次の(6)式に示すように、2つのsinc関数の積、または、定義域を限った2つのsinc関数の積を用いることができる。   As the basic function f (x), for example, as shown in the following equation (6), a product of two sinc functions or a product of two sinc functions with a limited domain can be used.

Figure 2011228993
Figure 2011228993

ここで、Lは0以外の実数の定数である。例えば、L=3とし、定義域を−3以上3以下に限った場合には、等間隔標本化におけるLanczos−3補間に相当する。また例えば、L=4とし、定義域を−4以上4以下に限った場合には、等間隔標本化におけるLanczos−4補間に相当する。   Here, L is a real constant other than zero. For example, when L = 3 and the domain is limited to -3 or more and 3 or less, this corresponds to Lanczos-3 interpolation in equidistant sampling. For example, when L = 4 and the domain is limited to -4 or more and 4 or less, this corresponds to Lanczos-4 interpolation in equidistant sampling.

ここでは、基本関数f(x)を区分[k,k+1)あるいは(k,k+1](kは整数。以下、単に「区分k」という。)に分け、区分kごとに出力標本点間の間隔に合わせてx方向に伸縮し、y方向には、x方向の伸縮比の逆数である正規化係数aを乗算したものを等間隔で標本化を行う場合に適用される間引きフィルタのインパルス応答h(x)としている。
すなわち、関数値生成手段30は、間引きフィルタ1のインパルス応答h(x)を次に示す(7)式により定義する。
Here, the basic function f (x) is divided into sections [k, k + 1) or (k, k + 1) (k is an integer. Hereinafter, simply referred to as “section k”), and the interval between output sample points for each section k. The impulse response h of a decimation filter applied when sampling at equal intervals is performed in the y direction by multiplying by a normalization coefficient a that is the reciprocal of the expansion ratio in the x direction. (X).
That is, the function value generating means 30 defines the impulse response h (x) of the thinning filter 1 by the following equation (7).

Figure 2011228993
Figure 2011228993

このようにして(7)式により求められたインパルス応答波形h(x)を入力信号z(x)に畳み込むことで、間引きフィルタ1としての動作が得られる。   Thus, the operation as the thinning filter 1 is obtained by convolving the impulse response waveform h (x) obtained by the equation (7) with the input signal z (x).

例えば、等間隔のサブサンプリングを行う場合には、図4(b)に示すようなインパルス応答h(x)となる。基本関数f(x)としてsinc関数を用いた場合、インパルス応答h(x)は、係数を途中で打ち切ったsinc関数となるため、等間隔のサブサンプリングを行う場合に用いられる間引きフィルタ1に相当するものとなる。   For example, when sub-sampling at equal intervals is performed, an impulse response h (x) as shown in FIG. When the sinc function is used as the basic function f (x), the impulse response h (x) is a sinc function with the coefficients truncated in the middle, and therefore corresponds to the decimation filter 1 used when performing equal-interval subsampling. To be.

一方、不等間隔のサブサンプリングを行う場合には、図4(c)に示すようなインパルス応答となり、出力標本点間隔の粗い場所ほど、なだらかなインパルス応答が畳み込まれるようになる。つまり、出力標本点間隔が大きければ大きいほど、基本関数f(x)のインパルス応答波形は、時間方向に伸張し、振幅方向に縮小したものとなる。一方、出力標本点間隔が小さければ小さいほど、基本関数f(x)のインパルス応答波形は、時間方向に縮小し、振幅方向に伸張したものとなる。   On the other hand, when sub-sampling at unequal intervals is performed, an impulse response as shown in FIG. 4C is obtained, and a gentle impulse response is convoluted as the output sample point interval is coarser. That is, as the output sample point interval is larger, the impulse response waveform of the basic function f (x) is expanded in the time direction and reduced in the amplitude direction. On the other hand, as the output sample point interval is smaller, the impulse response waveform of the basic function f (x) is reduced in the time direction and expanded in the amplitude direction.

このように、間引きフィルタ1では、サブサンプリングの標本化間隔が等間隔の場合も不等間隔の場合も、(7)式一つで対応することができる。つまり、間引きフィルタ1は、等間隔でサブサンプリングを行うときに適用されるべき間引きフィルタとの互換性を保ちつつ、不等間隔でサブサンプリングを行うときにも適用可能となっている。関数値生成手段30で生成された関数値f(v)は、区分タップ係数生成手段40に出力される。   As described above, the thinning filter 1 can deal with the case where the sampling intervals of the sub-sampling are equal intervals or unequal intervals with one equation (7). That is, the thinning filter 1 can be applied when subsampling is performed at unequal intervals while maintaining compatibility with a thinning filter that should be applied when subsampling is performed at equal intervals. The function value f (v) generated by the function value generation unit 30 is output to the segment tap coefficient generation unit 40.

区分タップ係数生成手段40(スケーリング手段)は、標本点位置生成手段22によって選択された区分ごとにタップ係数h(x)を生成するものである。
区分タップ係数生成手段40は、次の(8)式に示すように、正規化係数計算手段24から入力された正規化係数aと、関数値生成手段30から入力されたインパルス応答波形(関数値)f(v)とを乗算して区分ごとのタップ係数h(x)を算出する。
The section tap coefficient generation means 40 (scaling means) generates a tap coefficient h (x) for each section selected by the sample point position generation means 22.
As shown in the following equation (8), the section tap coefficient generation unit 40 includes the normalization coefficient a input from the normalization coefficient calculation unit 24 and the impulse response waveform (function value) input from the function value generation unit 30. ) Multiply f (v) to calculate the tap coefficient h (x) for each section.

つまり、関数値生成手段30から入力された区分ごとの関数値f(v)は、基本関数f(x)の対応する区分ごとのx方向(時間方向)の伸縮比が反映された結果であるので、区分タップ係数生成手段40では、正規化係数計算手段24によって計算された基本関数f(x)の対応する区分ごとのy方向(振幅方向)の伸縮比を乗算することで、区分ごとの、基本関数f(x)をx方向およびy方向に伸縮させる基準となるタップ係数h(x)を生成することができる。区分タップ係数生成手段40によって生成されたタップ係数h(x)は、タップ係数生成手段50に順次出力される。   That is, the function value f (v) for each section input from the function value generating means 30 is a result of reflecting the expansion / contraction ratio in the x direction (time direction) for each corresponding section of the basic function f (x). Therefore, the division tap coefficient generation means 40 multiplies the expansion / contraction ratio in the y direction (amplitude direction) for each corresponding section of the basic function f (x) calculated by the normalization coefficient calculation means 24, thereby obtaining In addition, it is possible to generate a tap coefficient h (x) serving as a reference for expanding and contracting the basic function f (x) in the x direction and the y direction. The tap coefficients h (x) generated by the divided tap coefficient generation means 40 are sequentially output to the tap coefficient generation means 50.

Figure 2011228993
Figure 2011228993

タップ係数生成手段50は、順次生成される標本点位置(x)の時系列にしたがって、区分タップ係数生成手段40で生成された区分ごとのタップ係数を整列させて接続したタップ係数リスト([x,h])j=0,1,…,M−1を生成することにより、入力標本点に対するタップ係数h(x)を生成する。このタップ係数h(x)は、後記するサブサンプリング装置において、入力信号と畳み込まれるべき係数となるものである。 The tap coefficient generation means 50 arranges and connects the tap coefficients for each section generated by the section tap coefficient generation means 40 according to the time series of the sample point positions (x) that are sequentially generated ([x j , h j ]) j = 0, 1,..., M−1 to generate a tap coefficient h (x) for the input sample point. This tap coefficient h (x) is a coefficient to be convoluted with the input signal in the sub-sampling device described later.

タップ係数生成手段50は、タップ係数リスト([x,h])j=0,1,…,M−1は、標本点位置生成手段22から順次入力されるM個の標本点位置xと、区分タップ係数生成手段40から順次入力される区分ごとのタップ係数h(x)との対応付けをリスト化することにより、タップ係数リスト([x,h])j=0,1,…,M−1を生成している。
タップ係数生成手段50によって生成されたタップ係数リスト([x,h])j=0,1,…,M−1は、外部に出力される。
The tap coefficient generation means 50 has a tap coefficient list ([x j , h j ]) j = 0, 1,..., M−1 are M sample point positions x sequentially input from the sample point position generation means 22. And the tap coefficient list ([x j , h j ]) j = 0, 1 by listing the correspondence with the tap coefficient h (x) for each section sequentially input from the section tap coefficient generation means 40. ,..., M−1 are generated.
The tap coefficient list ([x j , h j ]) j = 0, 1,..., M−1 generated by the tap coefficient generation means 50 is output to the outside.

また、タップ係数生成手段50は、タップ係数リスト([x,h])j=0,1,…,M−1の出力に先立って、区分タップ係数生成手段40から順次入力される区分ごとのタップ係数h(x)の総和Hを算出し、その係数成分(hj=0,1,…,M−1をHで除することにより正規化してからタップ係数リスト([x,h])j=0,1,…,M−1を出力するようにしてもよい。 Further, the tap coefficient generation unit 50 sequentially inputs the divisions sequentially input from the division tap coefficient generation unit 40 prior to the output of the tap coefficient list ([x j , h j ]) j = 0, 1,..., M−1. Is calculated by dividing the coefficient component (h j ) j = 0, 1,..., M−1 by H and then normalizing the tap coefficient list ([x j , h j ]) j = 0, 1,..., M−1 may be output.

[間引きフィルタの動作]
次に、間引きフィルタ1の動作について図3を参照して説明する。
間引きフィルタ1は、第1計数手段10によって、−W以上W−1以下の整数を順次昇順あるいは降順としたインデックスを生成する。間引きフィルタ1は、第1計数手段10によって、生成したインデックスkを、第2計数手段20に出力する(ステップS101)。
[Thinning filter operation]
Next, the operation of the thinning filter 1 will be described with reference to FIG.
The thinning filter 1 uses the first counting unit 10 to generate an index in which integers from −W to W−1 are sequentially set in ascending or descending order. The thinning filter 1 outputs the index k generated by the first counting unit 10 to the second counting unit 20 (step S101).

間引きフィルタ1は、第2計数手段20の出力標本点選択手段21によって、第1計数手段10から入力されたインデックスkと、外部から入力された出力標本点リスト(yi=0,1,…,N−1に基づき、n+k番目およびn+k+1番目の2つの出力標本点yn+kおよびyn+k+1を選択する(ステップS102)。 The decimation filter 1 includes an index k input from the first counting means 10 and an output sample point list (y i ) i = 0,1 input from the outside by the output sampling point selection means 21 of the second counting means 20. ,..., N−1 , the n + k-th and n + k + 1-th two output sample points y n + k and y n + k + 1 are selected (step S102).

間引きフィルタ1は、第2計数手段20の標本点位置生成手段22によって、出力標本点選択手段21により選択された2つの出力標本点yn+kおよびyn+k+1間に、yn+k<x≦yn+k+1を満たす整数値が存在するか否かを検索する(ステップS103)。間引きフィルタ1は、第2計数手段20の標本点位置生成手段22によって、整数値が存在すると判断した場合(ステップS103においてYes)、整数値を標本点位置xとして正規化座標計算手段23とタップ係数生成手段50に順次出力する(ステップS104)。 The decimation filter 1 sets y n + k <x ≦ y n + k + 1 between the two output sample points y n + k and y n + k + 1 selected by the output sample point selection unit 21 by the sample point position generation unit 22 of the second counting unit 20. It is searched whether there is an integer value that satisfies (step S103). When the sampling point position generation unit 22 of the second counting unit 20 determines that an integer value exists (Yes in step S103), the thinning filter 1 taps the normalized coordinate calculation unit 23 with the integer value as the sample point position x. The data are sequentially output to the coefficient generation means 50 (step S104).

一方、間引きフィルタ1は、第2計数手段20の標本点位置生成手段22によって、区分内に、yn+k<x≦yn+k+1を満たす整数値が存在しないと判断した場合(ステップS103においてNo)、区分外で最も近い位置にある整数値を、標本点位置xとして正規化座標計算手段23とタップ係数生成手段50に1回だけ出力する(ステップS105)。 On the other hand, when the thinning filter 1 determines by the sample point position generation unit 22 of the second counting unit 20 that there is no integer value satisfying y n + k <x ≦ y n + k + 1 in the section (No in step S103), The integer value at the nearest position outside the section is output only once to the normalized coordinate calculation means 23 and the tap coefficient generation means 50 as the sample point position x (step S105).

間引きフィルタ1は、第2計数手段20の正規化座標計算手段23によって、第1計数手段10から入力された標本点位置xを、前記した(1)式で変換することで、区分kごとに出力標本点間の間隔に合わせてx方向に伸縮して正規化する演算を行い、正規化座標vを得る。正規化座標計算手段23は、正規化座標vを、関数値生成手段30に出力する(ステップS106)。   The decimation filter 1 converts the sample point position x input from the first counting means 10 by the normalized coordinate calculation means 23 of the second counting means 20 according to the above-described equation (1), so that it is A normalization coordinate v is obtained by performing normalization by expanding and contracting in the x direction according to the interval between the output sample points. The normalized coordinate calculation unit 23 outputs the normalized coordinate v to the function value generation unit 30 (step S106).

間引きフィルタ1は、第2計数手段20の正規化係数計算手段24によって、標本点位置生成手段22により選択された2つの出力標本点yn+kおよびyn+k+1に対し、前記した(2)式により、基本関数f(x)の振幅方向(y方向)にx方向の伸縮比の逆数を計算し、正規化係数aを得る。正規化係数計算手段24は、正規化係数aを区分タップ係数生成手段40に出力する(ステップS107)。 The thinning filter 1 uses the above-described equation (2) for the two output sample points y n + k and y n + k + 1 selected by the sample point position generation unit 22 by the normalization coefficient calculation unit 24 of the second counting unit 20. The reciprocal of the expansion / contraction ratio in the x direction is calculated in the amplitude direction (y direction) of the basic function f (x) to obtain a normalization coefficient a. The normalization coefficient calculation unit 24 outputs the normalization coefficient a to the segment tap coefficient generation unit 40 (step S107).

間引きフィルタ1は、関数値生成手段30によって、第2計数手段20から入力された正規化座標vを基本関数fに代入し、関数値f(v)を生成する。関数値生成手段30は、生成した関数値f(v)を、タップ係数生成手段50に出力する(ステップS108)。   The decimation filter 1 uses the function value generation means 30 to substitute the normalized coordinates v input from the second counting means 20 into the basic function f, and generates a function value f (v). The function value generation unit 30 outputs the generated function value f (v) to the tap coefficient generation unit 50 (step S108).

間引きフィルタ1は、区分タップ係数生成手段40によって、正規化係数計算手段24から入力された正規化係数aと、関数値生成手段30から入力されたインパルス応答波形(関数値)f(v)とを乗算して区分ごとのタップ係数h(x)を算出する。区分タップ係数生成手段40は、算出された区分ごとのタップ係数h(x)を、タップ係数生成手段50に順次出力する(ステップS109)。   The decimation filter 1 includes a normalization coefficient a input from the normalization coefficient calculation means 24 by the piecewise tap coefficient generation means 40, an impulse response waveform (function value) f (v) input from the function value generation means 30, and the like. To calculate a tap coefficient h (x) for each section. The section tap coefficient generation unit 40 sequentially outputs the calculated tap coefficient h (x) for each section to the tap coefficient generation unit 50 (step S109).

間引きフィルタ1は、タップ係数生成手段50によって、標本点位置生成手段22から順次入力されるM個の標本点位置xと、区分タップ係数生成手段40から順次入力される区分ごとのタップ係数h(x)との対応付けをリスト化したタップ係数リスト([x,h])j=0,1,…,M−1を生成する。間引きフィルタ1は、タップ係数生成手段50によって、タップ係数リスト([x,h])j=0,1,…,M−1を、外部に出力する(ステップS110)。 The decimation filter 1 includes M sample point positions x sequentially input from the sample point position generation unit 22 by the tap coefficient generation unit 50 and tap coefficients h (for each section sequentially input from the section tap coefficient generation unit 40. A tap coefficient list ([x j , h j ]) j = 0, 1,..., M−1 is generated by listing the associations with x). The thinning filter 1 outputs the tap coefficient list ([x j , h j ]) j = 0, 1,..., M−1 to the outside by the tap coefficient generation means 50 (step S110).

以上説明した間引きフィルタ1によれば、次のような効果を得ることができる。
間引きフィルタ1によれば、入力信号を区分に分割し、区分ごとにタップ係数を生成し、区分ごとに生成したタップ係数を接続することにより、等間隔のサブサンプリングの場合のみならず、不等間隔のサブサンプリングの場合にも適用可能とすることができる。
According to the thinning filter 1 described above, the following effects can be obtained.
According to the decimation filter 1, by dividing the input signal into sections, generating tap coefficients for each section, and connecting the tap coefficients generated for each section, not only in the case of equally spaced subsampling, but also unequal It can also be applied to the case of interval sub-sampling.

なお、間引きフィルタ1は、コンピュータを、第1計数手段10、第2計数手段20、関数値生成手段30、区分タップ係数生成手段40、タップ係数生成手段50として機能させるための間引きプログラムがCPU(Central Processing Unit)によって実行されることによって、実現されることとしてもよい。   The decimation filter 1 has a decimation program for causing the computer to function as the first counting unit 10, the second counting unit 20, the function value generating unit 30, the segmented tap coefficient generating unit 40, and the tap coefficient generating unit 50. It may be realized by being executed by the Central Processing Unit.

以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は、これに限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で変更することができることはもちろんである。
例えば、前記した実施形態では、基本関数の定義域をW=3と定めたが、これに限定されず、定義域を定めないこととしてもよい。
As mentioned above, although one Embodiment of this invention was described, this invention is not limited to this, Of course, it can change in the range which does not deviate from the meaning of this invention.
For example, in the above-described embodiment, the domain of the basic function is defined as W = 3. However, the domain is not limited to this, and the domain may not be defined.

[サブサンプリング装置の概略]
次に、前記した実施形態で説明した間引きフィルタ1を適用したサブサンプリング装置について図4および図5を参照して説明する。
ここで、サブサンプリング装置Sは、標本化された入力信号をさらに標本化するものである。サブサンプリング装置Sにおける標本化の間隔は、等間隔であってもよいし、不等間隔であってもよい。サブサンプリング装置Sにおける標本化の最小間隔は、入力信号の標本化の間隔よりも狭くないことが好ましい。
[Outline of sub-sampling device]
Next, a subsampling apparatus to which the thinning filter 1 described in the above embodiment is applied will be described with reference to FIGS. 4 and 5. FIG.
Here, the sub-sampling device S further samples the sampled input signal. Sampling intervals in the sub-sampling device S may be equal intervals or unequal intervals. The minimum sampling interval in the sub-sampling device S is preferably not narrower than the sampling interval of the input signal.

[サブサンプリング装置の構成]
サブサンプリング装置Sは、図4に示すように、間引きフィルタ1と、第3計数手段2と、入力バッファ3と、畳み込み手段4と、出力バッファ5と、を備えている。なお、間引きフィルタ1の構成は、前記した実施形態で説明したとおりであるので、ここでは適宜図1を参照し、詳しい説明を省略する。
[Configuration of sub-sampling device]
As shown in FIG. 4, the sub-sampling device S includes a thinning filter 1, a third counting unit 2, an input buffer 3, a convolution unit 4, and an output buffer 5. In addition, since the structure of the thinning filter 1 is as described in the above-described embodiment, the detailed description will be omitted with reference to FIG. 1 as appropriate.

第3計数手段2は、複数の出力標本点のうち、注目する出力標本点を識別するためのインデックスn(注目インデックス)を生成するものである。生成されたインデックスnは、間引きフィルタ1に出力される。   The third counting means 2 generates an index n (index of interest) for identifying an output sample point of interest among a plurality of output sample points. The generated index n is output to the thinning filter 1.

間引きフィルタ1は、ここでは、第3計数手段2で生成されたインデックスnを参照し、タップ係数生成手段50で生成したタップ係数リスト([x,h])j=0,1,…,M−1を、座標成分(xj=0,1,…,M−1と、係数成分(hj=0,1,…,M−1とに分け、座標成分(xj=0,1,…,M−1を入力バッファ3へ、係数成分(hj=0,1,…,M−1を畳み込み手段4へそれぞれ出力する機能を有している。 Here, the decimation filter 1 refers to the index n generated by the third counting unit 2, and the tap coefficient list ([x j , h j ]) generated by the tap coefficient generation unit 50 j = 0, 1,. , M−1 are divided into coordinate components (x j ) j = 0, 1,..., M−1 and coefficient components (h j ) j = 0, 1,. j ) j = 0, 1,..., M−1 are output to the input buffer 3 and coefficient components (h j ) j = 0, 1,..., M−1 are output to the convolution means 4. .

入力バッファ3は、外部から入力された入力信号zのうち、サブサンプリングに必要な区分を蓄えておく記憶手段である。
入力バッファ3は、間引きフィルタ1から入力されたタップ係数リスト([x,h])j=0,1,…,M−1の座標成分(xj=0,1,…,M−1を参照し、各座標における入力信号値を畳み込み手段4に出力する。入力バッファ3から畳み込み手段4に出力される信号列は、(z(x))j=0,1,…,M−1である。
The input buffer 3 is a storage means for storing a classification necessary for sub-sampling among the input signal z input from the outside.
The input buffer 3 receives the tap coefficient list ([x j , h j ]) j = 0, 1,..., M−1 coordinate components (x j ) j = 0, 1,. The input signal value at each coordinate is output to the convolution means 4 with reference to M-1 . The signal sequence output from the input buffer 3 to the convolution means 4 is (z (x j )) j = 0, 1,..., M−1 .

畳み込み手段4は、入力バッファ3から出力された信号列(z(x))j=0,1,…,M−1に対し、間引きフィルタ1から入力されたタップ係数リスト([x,h])j=0,1,…,M−1の係数成分(hj=0,1,…,M−1を畳み込むものである。 The convolution means 4 applies the tap coefficient list ([x j ,) inputted from the decimation filter 1 to the signal sequence (z (x j )) j = 0, 1,..., M−1 outputted from the input buffer 3. h j ]) j = 0, 1,..., M−1 coefficient components (h j ) j = 0, 1 ,.

なお、間引きフィルタ1により生成される入力標本点に対するタップ係数h(x)は、入力信号zにおけるある閉区分内の標本点位置xに対して定義されるので、つまり、入力信号zに対し、有限のタップ長の畳み込みを行う。以下の説明では、出力されるタップ係数群のタップ長をM(Mは自然数)とし、j番目(jは0以上M−1以下の整数)のタップ位置(標本点位置)をxとし、タップ係数をhとする。 Note that the tap coefficient h (x) for the input sample point generated by the thinning filter 1 is defined for the sample point position x in a certain closed section in the input signal z, that is, for the input signal z, Perform convolution with a finite tap length. In the following description, the tap length of the output tap coefficient group is M (M is a natural number), the j-th tap position (j is an integer not less than 0 and not more than M−1) (sample point position) is x j , Let the tap coefficient be h j .

畳み込み手段4は、タップ係数リスト([x,h])j=0,1,…,M−1の係数成分(hj=0,1,…,M−1が、すでにその総和によって正規化されている場合、次に示す(9)式によって、出力信号値s(n)を正規化する。 The convolution means 4 uses the tap coefficient list ([x j , h j ]) j = 0, 1,..., M−1 coefficient components (h j ) j = 0, 1,. When normalized by the sum, the output signal value s (n) is normalized by the following equation (9).

Figure 2011228993
Figure 2011228993

一方、タップ係数リスト([x,h])j=0,1,…,M−1の係数成分(hj=0,1,…,M−1が正規化されていない場合、畳み込み手段4は、畳み込みに際して、次に示す(10)式によりタップ係数リスト([x,h])j=0,1,…,M−1の係数成分(hj=0,1,…,M−1の総和による正規化を行う。
畳み込み手段4による畳み込みの結果は、出力信号値s(n)として出力バッファ5に出力される。
On the other hand, when tap coefficient list ([x j , h j ]) j = 0, 1,..., M−1 coefficient components (h j ) j = 0, 1,. In the convolution, the convolution means 4 uses the following equation (10) to calculate the coefficient components (h j ) j = 0 of the tap coefficient list ([x j , h j ]) j = 0, 1,. , 1,..., M−1 is normalized by the sum.
The result of the convolution by the convolution means 4 is output to the output buffer 5 as the output signal value s (n).

Figure 2011228993
Figure 2011228993

出力バッファ5は、第3計数手段2で生成されたインデックスnに対応したアドレスに出力信号値s(n)を蓄積して記憶する記憶手段であり、出力すべき信号系列を保持するものである。蓄積された出力信号値s(n)は、出力信号sとして逐次外部に出力される。   The output buffer 5 is storage means for accumulating and storing the output signal value s (n) at an address corresponding to the index n generated by the third counting means 2, and holds a signal series to be output. . The accumulated output signal value s (n) is sequentially output to the outside as the output signal s.

入力バッファ3および出力バッファ5は、例えばRAM(Random Access Memory)、ハードディスク等によって実現される。   The input buffer 3 and the output buffer 5 are realized by, for example, a RAM (Random Access Memory), a hard disk, or the like.

[サブサンプリング装置の動作]
次に、サブサンプリング装置Sの動作について図5を参照して説明する。
ステップS201において、サブサンプリング装置Sは、第3計数手段2によって、外部からの操作指令の入力を受け付けると、サブサンプリング数の出力信号の標本点を走査するためのインデックスnを生成する。そして、サブサンプリング装置Sは、第3計数手段2によって、生成したインデックスnを、間引きフィルタ1に出力する。なお、ステップS201において、サブサンプリング装置Sは、入力バッファ3によって入力信号zが入力されると、第3計数手段2によってインデックスnを生成するようにしてもよい。
[Operation of sub-sampling device]
Next, the operation of the sub-sampling device S will be described with reference to FIG.
In step S201, the sub-sampling device S generates an index n for scanning the sampling points of the output signal of the number of sub-sampling when the third counting unit 2 receives an input of an operation command from the outside. Then, the sub-sampling device S outputs the generated index n to the thinning filter 1 by the third counting unit 2. In step S201, the sub-sampling device S may generate the index n by the third counting means 2 when the input signal z is input by the input buffer 3.

ステップS202において、サブサンプリング装置Sは、間引きフィルタ1によって、外部から出力標本点リスト(yi=0,1,…,N−1の入力を受け付けると、タップ係数リスト([x,h])j=0,1,…,M−1を生成する。 In step S202, when the sub-sampling device S receives the input of the output sample point list (y i ) i = 0, 1,..., N−1 from the outside by the thinning filter 1, the sub-sampling device S ([x j , h j ]) j = 0, 1,..., M−1 .

ステップS203において、サブサンプリング装置Sは、間引きフィルタ1によって、生成したタップ係数リスト([x,h])j=0,1,…,M−1を座標成分(xj=0,1,…,M−1と、係数成分(hj=0,1,…,M−1とに分ける。そして、サブサンプリング装置Sは、間引きフィルタ1によって、座標成分(xj=0,1,…,M−1を入力バッファ3へ出力し、係数成分(hj=0,1,…,M−1を畳み込み手段4へ出力する。 In step S203, the sub-sampling device S uses the thinning filter 1 to generate the tap coefficient list ([x j , h j ]) j = 0, 1,..., M−1 as coordinate components (x j ) j = 0. , 1,..., M−1 and coefficient components (h j ) j = 0, 1 ,. Then, the sub-sampling device S outputs the coordinate components (x j ) j = 0, 1,..., M−1 to the input buffer 3 by the thinning filter 1, and the coefficient components (h j ) j = 0, 1, ..., M-1 is output to the convolution means 4.

ステップS204において、サブサンプリング装置Sは、入力バッファ3によって、間引きフィルタ1から入力された座標成分(xj=0,1,…,M−1に基づき、各座標における入力信号値を畳み込み手段4に出力する。 In step S204, the sub-sampling device S convolves the input signal value at each coordinate with the input buffer 3 based on the coordinate component (x j ) j = 0, 1,..., M−1 input from the decimation filter 1. Output to means 4.

ステップS205において、サブサンプリング装置Sは、畳み込み手段4によって、入力バッファ3から出力された信号列(z(x))j=0,1,…,M−1に対し、間引きフィルタ1から入力された係数成分(hj=0,1,…,M−1を畳み込む。そして、サブサンプリング装置Sは、畳み込み手段4によって、畳み込みの結果として出力信号値s(n)を出力バッファ5に出力する。 In step S205, the sub-sampling device S inputs the signal sequence (z (x j )) j = 0, 1,..., M−1 output from the input buffer 3 from the decimation filter 1 by the convolution means 4. .., M−1 are convolved with the coefficient component (h j ) j = 0, 1 ,. Then, the sub-sampling device S outputs the output signal value s (n) to the output buffer 5 by the convolution means 4 as a result of the convolution.

ステップS206において、サブサンプリング装置Sは、出力バッファ5によって、畳み込み手段4から出力信号値s(n)が入力されると、第3計数手段2から入力された出力標本点のインデックスnを参照し、インデックスnに対応する出力信号sを外部に出力する。   In step S206, when the output signal value s (n) is input from the convolution unit 4 by the output buffer 5, the sub-sampling device S refers to the index n of the output sample point input from the third counting unit 2. The output signal s corresponding to the index n is output to the outside.

サブサンプリング装置Sは、以上のように動作する。
以上説明したサブサンプリング装置Sによれば、任意の標本化間隔で入力信号のサブサンプリングを行うことができる。
The sub-sampling device S operates as described above.
According to the subsampling apparatus S described above, subsampling of the input signal can be performed at an arbitrary sampling interval.

本発明に係る間引きフィルタは、例えば、入力信号の局所的な波形の粗密に応じて、適応的な不等間隔の標本化を行う際に用いることで、折り返し歪みの軽減を図ることができる。また例えば、本発明に係る間引きフィルタを画像の水平および垂直方向に逐次適用することで、画像のワーピングやモーフィングにおける折り返し歪み防止のフィルタとして利用することも可能である。   The thinning filter according to the present invention can reduce aliasing distortion, for example, when adaptive sampling is performed at irregular intervals according to the density of the local waveform of the input signal. Further, for example, by sequentially applying the thinning filter according to the present invention in the horizontal and vertical directions of an image, it can be used as a filter for preventing aliasing distortion in image warping and morphing.

1 間引きフィルタ
10 第1計数手段(スケーリング手段)
20 第2計数手段(スケーリング手段)
30 関数値生成手段(スケーリング手段)
40 区分タップ係数生成手段(スケーリング手段)
50 タップ係数生成手段
S サブサンプリング装置
2 第3計数手段
3 入力バッファ
4 畳み込み手段
5 出力バッファ
1 decimation filter 10 first counting means (scaling means)
20 Second counting means (scaling means)
30 Function value generation means (scaling means)
40 Piecewise tap coefficient generation means (scaling means)
50 Tap coefficient generation means S Sub-sampling device 2 Third counting means 3 Input buffer 4 Convolution means 5 Output buffer

Claims (5)

入力信号の標本点である入力標本点をサブサンプリングするために用いられる標本点位置を示す予め定められた出力標本点位置のリストである出力標本点リストと、前記出力標本点リスト中の注目する出力標本点を識別する注目インデックスと、に基づいて、前記入力標本点に対するタップ係数を生成する間引きフィルタであって、
前記注目する出力標本点近傍に存在する複数の前記出力標本点を順次選択するための計数値を生成する第1計数手段と、
前記第1計数手段で生成された前記計数値に基づき、隣接する2つの出力標本点を選択すると共に、選択した前記2つの出力標本点間を区分として、この区分内の整数値を標本点位置として順次生成し、さらに、この標本点位置を時間方向に正規化して正規化座標を生成する第2計数手段と、
前記第2係数手段で生成された前記正規化座標を、等間隔でのサブサンプリングに用いられるインパルス応答波形に代入し、関数値を生成する関数値生成手段と、
前記区分に応じて前記関数値生成手段で生成された前記関数値に前記2つの出力標本点間の距離の逆数を乗算して前記区分ごとのタップ係数を生成する区分タップ係数生成手段と、
前記順次生成される標本点位置の時系列にしたがって、前記区分ごとのタップ係数を整列させて接続したタップ係数リストを生成することで、前記入力標本点に対するタップ係数を生成するタップ係数生成手段と、
を備えることを特徴とする間引きフィルタ。
An output sample point list that is a list of predetermined output sample point positions indicating sample point positions used for sub-sampling the input sample points that are the sample points of the input signal, and attention in the output sample point list A decimation filter that generates a tap coefficient for the input sample point based on an index of interest identifying an output sample point;
First counting means for generating a count value for sequentially selecting the plurality of output sample points existing in the vicinity of the target output sample point;
Based on the count value generated by the first counting means, two adjacent output sample points are selected, and an interval between the selected two output sample points is set as a section, and an integer value in this section is set as a sample point position. A second counting means for generating the normalized coordinates by further normalizing the sample point positions in the time direction;
A function value generating means for generating a function value by substituting the normalized coordinates generated by the second coefficient means into an impulse response waveform used for sub-sampling at equal intervals;
Section tap coefficient generation means for generating a tap coefficient for each section by multiplying the function value generated by the function value generation means according to the section by the inverse of the distance between the two output sample points;
Tap coefficient generating means for generating a tap coefficient for the input sample point by generating a tap coefficient list in which the tap coefficients for each section are aligned and connected in accordance with the time points of the sequentially generated sample point positions; ,
A thinning filter comprising:
入力信号の標本点である入力標本点をサブサンプリングするために用いられる標本点位置となる隣接する出力標本点間を区分として、この区分ごとに、等間隔のサブサンプリングに用いられるインパルス応答波形を、前記隣接する出力標本点間の間隔に応じてスケーリングを行い、前記区分ごとに、当該スケーリングされたインパルス応答波形に対応したタップ係数を生成するスケーリング手段と、前記区分ごとのタップ係数を接続することで、前記入力標本点に対するタップ係数を生成するタップ係数生成手段と、を備えることを特徴とする間引きフィルタ。   Impulse response waveforms used for subsampling at equal intervals are classified into adjacent output sample points that are sample point positions used for subsampling the input sample points that are the sample points of the input signal. And scaling means for generating a tap coefficient corresponding to the scaled impulse response waveform for each section, performing scaling according to the interval between the adjacent output sample points, and connecting the tap coefficient for each section And a tap coefficient generating means for generating a tap coefficient for the input sample point. 前記インパルス応答波形として、sinc関数または定義域を限ったsinc関数を用いることを特徴とする請求項1または2に記載の間引きフィルタ。   The thinning filter according to claim 1 or 2, wherein a sinc function or a sinc function with a limited domain is used as the impulse response waveform. 前記インパルス応答波形として、2つのsinc関数の積または定義域を限った2つのsinc関数の積を用いることを特徴とする請求項1または2に記載の間引きフィルタ。   The thinning filter according to claim 1 or 2, wherein a product of two sinc functions or a product of two sinc functions with a limited domain is used as the impulse response waveform. 入力信号の標本点である入力標本点をサブサンプリングするために用いられる標本点位置を示す予め定められた出力標本点位置のリストである出力標本点リストと、前記出力標本点リスト中の注目する出力標本点を識別する注目インデックスと、に基づいて、前記入力標本点に対するタップ係数を生成するために、
コンピュータを、
前記注目する出力標本点近傍に存在する複数の前記出力標本点を順次選択するための計数値を生成する第1計数手段、
前記第1計数手段で生成された前記計数値に基づき、隣接する2つの出力標本点を選択すると共に、選択した前記2つの出力標本点間を区分として、この区分内の整数値を標本点位置として順次生成し、さらに、この標本点位置を時間方向に正規化して正規化座標を生成する第2計数手段、
前記第2係数手段で生成された前記正規化座標を、等間隔でのサブサンプリングに用いられるインパルス応答波形に代入し、関数値を生成する関数値生成手段、
前記区分に応じて前記関数値生成手段で生成された前記関数値に前記2つの出力標本点間の距離の逆数を乗算して前記区分ごとのタップ係数を生成する区分タップ係数生成手段と、
前記順次生成される標本点位置の時系列にしたがって、前記区分ごとのタップ係数を整列させて接続したタップ係数リストを生成することで、前記入力標本点に対するタップ係数を生成するタップ係数生成手段、
として機能させるための間引きプログラム。
An output sample point list that is a list of predetermined output sample point positions indicating sample point positions used for sub-sampling the input sample points that are the sample points of the input signal, and attention in the output sample point list In order to generate a tap coefficient for the input sample point based on an index of interest identifying an output sample point,
Computer
First counting means for generating a count value for sequentially selecting the plurality of output sample points existing in the vicinity of the target output sample point;
Based on the count value generated by the first counting means, two adjacent output sample points are selected, and an interval between the selected two output sample points is set as a section, and an integer value in this section is set as a sample point position. A second counting means for generating the normalized coordinates by further normalizing the sample point positions in the time direction,
A function value generating means for generating a function value by substituting the normalized coordinate generated by the second coefficient means into an impulse response waveform used for sub-sampling at equal intervals;
Section tap coefficient generation means for generating a tap coefficient for each section by multiplying the function value generated by the function value generation means according to the section by the inverse of the distance between the two output sample points;
A tap coefficient generation means for generating a tap coefficient for the input sample point by generating a tap coefficient list in which the tap coefficients for each section are arranged and connected according to the time series of the sample point positions generated sequentially,
Thinning program to function as.
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