JP3559599B2 - Signal processing device - Google Patents
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Description
【0001】
【産業上の利用分野】
本発明は信号処理装置に関し、特に周波数特性を改善したデジタルフィルタ等の信号処理装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
オーディオ装置のフィルタ回路、TVカメラやVTR分野等で使用されるFIR型フィルタとIIR型フィルタ等の帯域制限用のフィルタ回路としては、現在、デジタルフィルタが広く採用されている。
【0003】
図11には、N次FIR型デジタルフィルタの一例が示されている。サンプリングされた離散入力データX(nT)は、遅延器101,102,……,103でそれぞれ1サンプル時間(T)だけ遅延される。入力データ、遅延器101,102,……,103の各出力は、それぞれ乗算器111,112,113,……,114で所定の乗算係数h(0T),h(1T),h(2T),……,h((N−1)T)と乗算され、乗算器111と112の出力が加算器121で加算され、更に、加算結果が乗算器113の出力と加算器122で加算される。そして、乗算器114の出力は、一つ前段の加算器の出力と加算されて出力y(nT)が得られる。乗算器の乗算係数を変えることによりデジタルフィルタの周波数特性を変化させることができる。
【0004】
図12には、N次IIR型デジタルフィルタの一例が示されている。離散入力データX(nT)は、遅延器201,202,……,203で、それぞれ1サンプリング時間ずつ遅延され、入力データ及び各遅延器201,202,……,203の出力は、乗算器211,212,213,……214でそれぞれ所定の乗算係数と乗算された後、加算器221で加算されて、加算器222の一入力端子に出力される。加算器222の出力は、遅延器231,232,……,233で、1サンプリング時間ずつ遅延され、各遅延出力は、乗算器241,242,……,243において、それぞれ所定の乗算係数と乗算された後、加算器222の他入力端子に出力される。こうして、加算器222の出力がデジタルフィルタ出力y(nT)として得られる。
【0005】
上述の従来のデジタルフィルタの目標とする性能項目としては、(1)ゲイン特性:阻止域の減衰率を大きくし、通過域や阻止域のアプローチを急峻にする(遷移域の幅を狭くする)、(2)位相特性:通過帯域の周波数毎の遅延時間差を少なくする、(3)リンギング特性:入力信号の周波数遷移点において発生するリンギング(偽信号)のレベルと収束時間を小さくする、という項目がある。
【0006】
一般に、デジタルフィルタでは、理想的なゲイン特性を求めるほど、入力信号の微分成分を加味する必要があり、所望周波数に相当する離散時間位置の係数を比較的大きな負の値にするため、信号不連続点においてリンギングレベルが大きくなるという欠点がある。例えば、図13に示す入力信号に対するデジタルフィルタの出力信号例が図14に示されている。
【0007】
図13の入力信号は、000H〜FFFHの12ビットのデジタルデータで表現され、一定時間経過毎に周波数を変化させている。例えば、或る一定時間fs/2の周波数の信号を入力した後、中間レベル800Hの信号を入力し、続いて、Fs/3の若干低い信号を入力する。同様に、Fs/4,Fs/6,Fs/8の周波数の信号を、各周波数の間に中間レベル800Hの信号を挿入した信号を入力する。図13において、Fs/8の周波数で000HのレベルL1,300HのレベルL2,800HのレベルL4,D00HのレベルL6,FFFHのレベルL7という離散的レベルを順番に出力しており、それがFs/8の周波数で繰り返し入力されている。周波数Fs/6では、000HのレベルL1,500HのレベルL3,A00HのレベルL5,FFFHのレベルL7という順番にFs/6で決まる繰り返し周波数で変化する。
【0008】
図13に示す入力信号をデジタルフィルタに入力したとき得られる出力が図14に示されている。図14から明らかなように、周波数の変化ポイント、例えばFs/8からFs/6への変化途中に挿入されている中間値(800H)の前後において出力レベルが大幅に変化する、いわゆる暴れが生じている。この暴れがリンギングと称されている。同様に、Fs/8とFs/6の間、Fs/6とFs/4の間においても、同様なリンギングが生じている。
【0009】
図15には、従来のFIRフィルタの周波数特性(ゲイン特性と遅延特性)の一例が示されている。帯域臨界周波数f0の近傍でゲインと遅延量が急激に低下している。図16には、また、図15に示すフィルタのステップ応答特性例が示されている。このステップ応答特性は、レベル0からレベル1に変化し、その後、レベル1で継続される信号を入力したときの出力信号の変化を示すものである。
【0010】
図16において、信号レベルの変化するタイミングの前後で変動している部分がリンギングである。このリンギングの大きさは、ピークトゥピーク(peak to peak)で表現される。本例でのリンギングは、ハイからロウのピークについて3サンプリング間隔で発生している。
【0011】
図17には、従来のFIRフィルタを構成する31個の乗算器のそれぞれに設定されている乗算係数H(0)〜H(30)の一例が示されている。H(0)が入力端における乗算係数を、H(15)がセンターの乗算係数を、H(30)が出力端の乗算係数を示している。図17に示すように、センターの乗算係数は正の値であるが、そこから4つのサンプリング時間離れた位置を中心とする3つの乗算係数は負の値が設定されており、帯域変調するとともにリンギング発生の原因となっている。
【0012】
次にIIR型フィルタの設計例について説明する。IIRフィルタは、一般に、FIRフィルタに比べて少ないタップ数、低次構成で良好なゲイン特性を得ることができる。図18と図19には、図15と図16と同様なIIRフィルタの周波数特性(ゲイン特性と遅延特性)とステップ応答特性が示されている。
【0013】
【発明が解決しようとする課題】
図18に示すように、IIR型フィルタでは、ゲイン特性を良好にすると、遅延特性に対して周波数毎に変化が生ずるという遅延特性の暴れが発生する。かかる暴れが図19に示すようなリンギング発生の原因となっている。IIR型フィルタでは、リンギングが発生し、収束するまでの時間が基本的に無限に続くという問題がある。すなわち、リンギングの収束時間が長くなるという問題がある。
【0014】
一方、FIR型フィルタは、IIR型フィルタと比較して高次の構成となるため、つまり、タップ数が増すので、微分係数も他タップに渡って配置され、結果としてリンギングの収束時間が長くなるという同様の欠点がある。
【0015】
逆に、リンギング特性を重視すると、ゲイン特性が劣化するため、回路規模を大きくしても、この2つの特性を両方理想に近付けることに矛盾が生じ、両者のバランスを適当に設定するのがフィルタ設計の現状である。
【0016】
そこで、本発明の目的は、リンギングレベルを抑圧するとともに、リンギング変動が収束する収束時間を短縮化して周波数特性を改善した信号処理装置を提供することにある。
【0017】
【課題を解決するための手段】
前述の課題を解決するため、本発明による信号処理装置は、以下のような特徴的な構成を採用している。
(1)入力デジタル信号に対してフィルタリング処理を施すデジタルフィルタ手段と、このデジタルフィルタ手段の出力信号の変化の緩急の程度を検出するための検出手段と、この検出手段の出力に基づいて上記デジタルフィルタ手段の出力に対して適応的に乗数を変化させて乗算処理を施して同デジタルフィルタ手段の出力に関するリンギングを抑圧するようになされたリンギング抑圧手段と、を備えて成る信号処理装置。
(2)上記検出手段は、上記デジタルフィルタ手段の出力信号の異なる時点での信号レベルの変化の程度に基づいて被検出信号の変化の緩急の程度を検出するようになされたものである上記(1)の信号処理装置。
(3)入力デジタル信号に対してフィルタリング処理を施すデジタルフィルタ手段と、このデジタルフィルタ手段の出力信号の周波数が抑圧したいリンギングの周波数に相当するか否かを検出するための検出手段と、この検出手段の出力に基づいて上記デジタルフィルタ手段の出力に対して適応的に乗数を変化させて乗算処理を施して同デジタルフィルタ手段の出力に関するリンギングを抑圧するようになされたリンギング抑圧手段と、を備えて成る信号処理装置。
(4)入力デジタル信号に対してフィルタリング処理を施すデジタルフィルタ手段と、このデジタルフィルタ手段の出力信号の異なる時点での信号レベルの変化の程度を検出するための第1検出手段と、上記デジタルフィルタ手段の出力信号の周波数が抑圧したいリンギングの周波数に相当するか否かを検出するための第2検出手段と、上記第1検出手段、及び上記第2検出手段の出力に基づいて上記デジタルフィルタ手段の出力に対して適応的に乗数を変化させて乗算処理を施して同デジタルフィルタ手段の出力に関するリンギングを抑圧するようになされたリンギング抑圧手段と、を備えて成る信号処理装置。
【0019】
【作用】
本発明では、デジタルフィルタの出力信号の変化の緩急を検出し、この検出結果に基づいて上記デジタルフィルタの出力に対して適応的に乗数を変化させて乗算処理を施すことにより、リンギングを抑圧している。
【0020】
【実施例】
次に、本発明の実施例について図面を参照しながら説明する。
図1は本発明の第1の実施例による信号処理装置の構成ブロック図である。
【0021】
入力は、負の数も表現するため2の補数で表現される12ビットのデジタルデータで表現され、この入力は、前述構成のデジタルフィルタ1に入力される。デジタルフィルタ1を構成する乗算器に設定される乗算係数は、係数設定回路2から供給される。タイミングコントローラ3は、デジタルフィルタ1の離散時間軸や基準タイミングを設定するためのクロックfckをデジタルフィルタ1の他、後述する乗算回路5、乗数デコーダ6及びレベル差検出回路7等に供給する。
【0022】
デジタルフィルタ1の出力は、遅延回路4とレベル差検出回路7に送出される。レベル差検出回路7は、1サンプリング時間毎に異なった時間のレベルの差分を検出し、発生するリンギングの周波数に相当するサンプリング間隔毎のレベル差を検出する。レベル差検出回路7は、また、検出したレベル差がリンギングの発生する最大値(リンギングレベルの最大値)以下の場合は、所望の抑圧レベルにするためにレベル差を検出したとするレベル差コードを乗数デコーダ6に出力して乗数(定数)を乗算回路5に出力せしめる。例えば、抑圧したいリンギングレベルを約1/2に抑圧する場合には、乗数デコーダ6から出力される定数は0.5となる。ここで、検出の際、レベル差が最大値以下としているのは、最大値以上であると、リンギング周波数より低い周波数において本来の信号成分を抑圧してしまう恐れがあるからである。
【0023】
デジタルフィルタ1からの出力は、遅延回路4でレベル差検出回路7における処理時間に相当する時間だけ遅延されて乗算回路5に送出される。乗算回路5は、遅延回路4で遅延された信号と、乗数デコーダ6からの乗数を乗算してリンギング部のレベル差が抑圧された信号をデジタル信号として出力する。
【0024】
次に、本発明による信号処理装置の第2の実施例を図2を参照しながら説明する。以後に参照する図において図1と同一符号が付与されている構成部は同様な機能を有する構成部である。
【0025】
図1に示す実施例においては、抑圧程度の基準としてレベル差検出回路7によりレベル差を検出しているのに対して、本実施例では、周波数検出回路8により変化する周波数を検出している。より具体的には、周波数検出回路8は、デジタルフィルタ1から出力される信号の変化する周波数を検出するため、入力信号の変化しているピークからピークに対するクロック数をカウントし、カウントしたクロック数を周波数を表すコードとする。周波数検出回路8は、また、検出した周波数が抑圧したいリンギングの周波数と同じ場合に、乗数デコーダ6に出力を生ずる。乗数デコーダ6は、周波数検出回路8からの出力を受け、乗算回路5に対して乗数(例えば1/2に抑圧した場合には0.5)を供給する。乗数デコーダ6は、また、周波数検出回路8からの出力を受けていない場合には、定数(例えば1.0)を供給する。
【0026】
本発明による信号処理装置の第3の実施例を図3を参照しながら説明する。本実施例では、上述第1と第2の実施例におけるレベル差検出回路7と周波数検出回路8の両検出機能をもつ周波数&レベル差検出回路9が設けられている。周波数&レベル差検出回路9は、入力信号の変化が抑圧したいリンギングのレベルの最大値以下であるか否か、抑圧したいリンギングの周波数に相当しているか否かを検出して乗数デコーダ6にそのための結果を供給する。
【0027】
次に、図1に示すレベル差検出回路7と乗数デコーダ6の具体的構成例を図4を参照して説明する。
【0028】
デジタルフィルタ1からの出力は、縦属接続されているDフリツプフロップ31と32で、基準クロックfckに応答して1サンプリング時間間隔ずつラッチされる。減算回路33は、Dフリップフロップ31と32からの出力を時間的に隣り合う1クロックずれたデータとして両データを減算する。これは抑圧したいリンギングの周波数が1画素毎に生ずる場合を想定している。減算回路33からは減算出力の絶対値が出力されて、基準クロックに応答してDフリツプフロップ34でサンプルホールドされて、乗数デコーダ6に相当するROM35に供給される。ROM35には、レベル差のデータがリンギングの最大値を越えるものであるかどうか、リンギングのレベル以下であるかどうかという各々のそのレベル差のデータに対する抑圧のデータがコード化されて記録されている。ROM35から読み出された抑圧レベルの乗算回路5に供給されるべき乗数データは、再度、Dフリツプフロップ36で基準クロックfckに応答してサンプルホールドされた後、乗算デジタルデータとして出力される。
【0029】
図2における周波数検出回路8及び乗算回路5の具体的構成ブロック図が図5に示されている。図5におけるDフリップフロップ41、42及び46は、図4のDフリップフロップ31、32及び36と同様機能を有する。
【0030】
本回路では、比較回路43において時間的に隣り合う1クロックずれたデータが比較され、両データの減算結果の符号に基づいてデータ変化の傾きが正か負かを判別し、どちらのデータが大きいか、つまり、レベルが同じ方向に変化しているか否かが判断される。比較回路43は、この減算結果としての符号(フラグ)の変化を見ており、フラグ変化信号をカウンタのリセット信号として変化クロックカウンタ44に送出する。変化クロックカウンタ44は、比較回路43からの出力に基づいて、傾きが正から負、負から正に変化した時点から、次に傾きが正から負、負から正に変化する時点までのクロック数を、つまり、ピークからピークまでの期間のクロック数をカウントする。
【0031】
変化クロックカウンタ44からの出力は、何クロックで変化したかという周波数の情報(カウンタの出力の変化するクロック数だが、時間間隔を示す。)であり、この情報はROM45に供給される。ROM45には、予め抑圧すべき周波数を入力アドレスとし、データとして抑圧すべき乗数デジタルデータが格納されている。ROM45においては、周波数情報を入力とし、その周波数が抑圧したいリンギングの周波数に相当するか否かが判断され、その周波数に対応している場合は、抑圧したい周波数、リンギング周波数である場合については、乗算回路5に供給する乗数をデジタルデータを抑圧する方向の係数として発生する。
【0032】
図3におけるレベル差&周波数検出回路9及び乗数デコーダ6の具体的構成ブロック図が図6に示されている。図6において、Dフリップフロップ51、52及び58は図4のDフリップフロップ31、32及び36と同様機能を有する。
【0033】
Dフリップフロップ51と52から出力される1クロック分ずれた隣り合うデータは、減算回路53と比較回路&変化クロックカウンタ54に入力される。減算回路53は、図4の減算回路33と同様な機能を有し、得られたレベル差データがDフリップフロップ55で基準クロックfckに応答してサンプルホールドされ、ROM57に供給される。比較回路&変化クロックカウンタ54は、図5に示す比較回路43と変化クロックカウンタ44の機能を併せ持ち、得られた周波数の情報が、同様に、Dフリップフロップ56でサンプルホールドされてROM57に供給される。Dフリップフロップ55と56から供給されるレベル差データと周波数の情報を入力としたROM57からは、リンギングを抑圧すべき乗数デジタルデータがDフリップフロップ58を介して出力される。
【0034】
以上の実施例によるリンギング抑圧効果を以下説明する。
入力信号として、図7に示すように、入力信号のフルレンジを100%としたときにリンギングレベルのピークトウピークを10%と想定し、時間経過に伴い、一定の変化の開始レベルがあり、その後、リンギングが図示のように変化し、最後はリンギングのレベルを越えて高いレベルに向かって立ち上がる信号を考える。
【0035】
図8には、図1に示す実施例によるリンギング抑圧後の出力信号の時間的変化が示されている。乗数デコーダ6での設定抑圧レベルを50%(1/2)に設定したとすると、入力信号のリンギングレベルが10%なので、出力されるリンギングレベルとしては5%になる。
【0036】
図2に示す実施例によるリンギング抑圧後の出力信号の例が図9に示されている。図8と同様に、リンギングレベルが半分に抑圧され、5%になっている。
【0037】
図10には、図3の実施例によるリンギング抑圧効果を説明するためのゲイン特性が示されている。図中、Aが図3の実施例により得られるゲイン特性、Bがレベル検波をしない周波数情報だけを用いた場合のリンギング検波周波数におけるゲイン特性を示す。また、リンギングレベルをフィルタ設計のみで同様に抑圧するときは、リンギング特性優先のゲイン特性Cに示すように、低周波からレベルダウンが始まる。
【0038】
上述実施例の要旨構成のもつ効果を従来との比較のもとで以下列挙する。
【0039】
(1)入力デジタル信号に対してフィルタリング処理を施すデジタルフィルタ手段(FIR型フィルタやIIR型フィルタ)と、このデジタルフィルタ手段の出力信号の変化の緩急の程度を検出するための検出手段(周波数、レベル差、周波数&レベル差検出手段)と、この検出手段の出力に基づいて上記デジタルフィルタ手段の出力に対して適応的に乗数を変化させて乗算処理を施して同デジタルフィルタ手段の出力に関するリンギングを抑圧するようになされたリンギング抑圧手段と、を備えて成る信号処理装置。
従来のデジタルフィルタ回路では、理想的なゲイン特性を求める程、入力信号の微分成分を加味する必要があり、信号の不連続点においてリンギングレベルが大きくなり、また、リンギングの収束時間が長くなるという問題があったが、本構成によれば、リンギングレベルを小さく抑え、リンギングの収束時間を短くできるとともに、リンギング成分以外の信号レベル変化に影響を与える度合が非常に小さいため良好なゲイン特性を得ることができる。
【0040】
(2)上記検出手段は、上記デジタルフィルタ手段の出力信号の異なる時点での信号レベルの変化の程度に基づいて被検出信号の変化の緩急の程度を検出するようになされたものである(1)の信号処理装置。
リンギングレベルは、フィルタのリンギング特性で決まり、リンギングレベルを小さく抑えようとするとゲイン特性が劣化してしまうが、本構成によれば、リンギングの検出回路が簡単な構成で実現でき、フィルタで発生するリンギングの最大レベル以上の信号レベル変化には影響しないため、ゲイン特性の劣化が小さい。
【0041】
(3)入力デジタル信号に対してフィルタリング処理を施すデジタルフィルタ手段と、このデジタルフィルタ手段の出力信号の周波数が抑圧したいリンギングの周波数に相当するか否かを検出するための検出手段と、この検出手段の出力に基づいて上記デジタルフィルタ手段の出力に対して適応的に乗数を変化させて乗算処理を施して同デジタルフィルタ手段の出力に関するリンギングを抑圧するようになされたリンギング抑圧手段と、を備えて成る信号処理装置。
(2)と同様であり、また、リンギングの発生する周波数成分のうちレベルの大きな周波数についてのみ選択的に抑圧できるので、ゲイン特性の劣化する周波数が限定され、影響度が小さい。
【0042】
(4)入力デジタル信号に対してフィルタリング処理を施すデジタルフィルタ手段と、このデジタルフィルタ手段の出力信号の異なる時点での信号レベルの変化の程度を検出するための第1検出手段と、上記デジタルフィルタ手段の出力信号の周波数が抑圧したいリンギングの周波数の相当するか否かを検出するための第2検出手段と、上記第1検出手段、及び上記第2検出手段の出力に基づいて上記デジタルフィルタ手段の出力に対して適応的に乗数を変化させて乗算処理を施して同デジタルフィルタ手段の出力に関するリンギングを抑圧するようになされたリンギング抑圧手段と、を備えて成る信号処理装置。
(2)と同様であり、また、リンギングの発生する周波数と最大レベルを検出回路で特定できるので、リンギングの確実な抑圧が可能である。更に、ゲイン特性の劣化する周波数が限定され、且つリンギングの最大レベル以上の信号レベルには影響を与えないため、ゲイン特性の劣化がきわめて小さい。
【0043】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の信号処理装置によれば、リンギングレベルを抑圧するとともに、リンギング変動が収束する収束時間を短縮化して周波数特性を改善することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施例による信号処理装置の構成ブロック図である。
【図2】本発明の第2の実施例による信号処理装置の構成ブロック図である。
【図3】本発明の第3の実施例による信号処理装置の構成ブロック図である。
【図4】図1に示すレベル差検出回路7と乗数デコーダ6の具体的構成ブロック図である。
【図5】図2に示す周波数検出回路8及び乗数デコーダ6の具体的構成ブロック図である。
【図6】図3におけるレベル差&周波数検出回路9及び乗数デコーダ6の具体的構成ブロック図である。
【図7】本発明の実施例によるリンギング抑圧効果を説明するための入力信号を示す図である。
【図8】図1に示す実施例によるリンギング抑圧後の出力信号の時間的変化を示す図である。
【図9】図2に示す実施例によるリンギング抑圧後の出力信号の時間的変化を示す図である。
【図10】図3の実施例によるリンギング抑圧効果を説明するためのゲイン特性を示す図である。
【図11】N次FIR型デジタルフィルタの一例を示す図である。
【図12】N次IIR型デジタルフィルタの一例を示す図である。
【図13】従来の問題点を説明するための入力信号例を示す図である。
【図14】図13に示す入力信号に対するデジタルフィルタの出力信号例を示す図である。
【図15】従来のFIRフィルタの周波数特性(ゲイン特性と遅延特性)の一例を示す図である。
【図16】図15に示すフィルタのステップ応答特性例を示す図である。
【図17】従来のFIRフィルタを構成する31個の乗算器のそれぞれに設定されている乗算係数H(0)〜H(30)の一例を示す図である。
【図18】図15と同様なIIRフィルタの周波数特性(ゲイン特性と遅延特性)を示す図である。
【図19】図16と同様なIIRフィルタのステップ応答特性例を示す図である。
【符号の説明】
1 デジタルフィルタ
2 係数設定回路
3 タイミングコントローラ
4 遅延回路
5 乗算回路
6 乗数デコーダ
7 レベル差検出回路
8 周波数検出回路
9 周波数&レベル差検出回路[0001]
[Industrial applications]
The present invention relates to a signal processing device, and more particularly to a signal processing device such as a digital filter with improved frequency characteristics.
[0002]
[Prior art]
At present, digital filters are widely used as filter circuits for audio devices, and band-limiting filter circuits such as FIR filters and IIR filters used in the field of TV cameras and VTRs.
[0003]
FIG. 11 shows an example of an N-order FIR digital filter. The sampled discrete input data X (nT) is delayed by one sample time (T) in each of the
[0004]
FIG. 12 shows an example of an Nth-order IIR digital filter. The discrete input data X (nT) is delayed by one sampling time in each of the
[0005]
The target performance items of the above-mentioned conventional digital filter include: (1) gain characteristics: increase the attenuation rate of a stop band, and steepen the approach of a pass band or a stop band (narrow the width of a transition band). (2) phase characteristics: reducing delay time difference between frequencies in a pass band; and (3) ringing characteristics: reducing the level and convergence time of ringing (false signal) generated at a frequency transition point of an input signal. There is.
[0006]
Generally, in a digital filter, it is necessary to add a differential component of an input signal to obtain an ideal gain characteristic, and a coefficient at a discrete time position corresponding to a desired frequency is set to a relatively large negative value. There is a disadvantage that the ringing level becomes large at the continuous points. For example, FIG. 14 shows an example of an output signal of a digital filter for the input signal shown in FIG.
[0007]
The input signal in FIG. 13 is represented by 12-bit digital data of 000H to FFFH, and the frequency is changed every predetermined time. For example, after a signal having a frequency of fs / 2 for a certain period of time is inputted, a signal of an
[0008]
FIG. 14 shows an output obtained when the input signal shown in FIG. 13 is input to the digital filter. As is apparent from FIG. 14, a so-called rampage occurs in which the output level largely changes around a frequency change point, for example, an intermediate value (800H) inserted during the change from Fs / 8 to Fs / 6. ing. This rampage is called ringing. Similarly, similar ringing occurs between Fs / 8 and Fs / 6 and between Fs / 6 and Fs / 4.
[0009]
FIG. 15 shows an example of frequency characteristics (gain characteristics and delay characteristics) of a conventional FIR filter. In the vicinity of the band critical frequency f0, the gain and the delay amount sharply decrease. FIG. 16 also shows an example of the step response characteristic of the filter shown in FIG. This step response characteristic indicates a change in an output signal when a signal that changes from
[0010]
In FIG. 16, the portion that fluctuates before and after the timing at which the signal level changes is ringing. The magnitude of this ringing is expressed as a peak-to-peak. In this example, the ringing occurs at three sampling intervals for a peak from high to low.
[0011]
FIG. 17 shows an example of the multiplication coefficients H (0) to H (30) set in each of the 31 multipliers constituting the conventional FIR filter. H (0) indicates the multiplication coefficient at the input end, H (15) indicates the center multiplication coefficient, and H (30) indicates the multiplication coefficient at the output end. As shown in FIG. 17, the center multiplication coefficient has a positive value, but the three multiplication coefficients centered on positions four sampling times away therefrom are set to negative values. It causes ringing.
[0012]
Next, a design example of the IIR filter will be described. In general, an IIR filter can obtain good gain characteristics with a smaller number of taps and a lower-order configuration than an FIR filter. FIGS. 18 and 19 show frequency characteristics (gain characteristics and delay characteristics) and step response characteristics of the IIR filter similar to FIGS. 15 and 16.
[0013]
[Problems to be solved by the invention]
As shown in FIG. 18, in the IIR type filter, when the gain characteristic is improved, the delay characteristic is changed in a manner that the delay characteristic changes at every frequency. Such rampage causes ringing as shown in FIG. The IIR filter has a problem that ringing occurs and the time until convergence basically lasts indefinitely. That is, there is a problem that the convergence time of the ringing becomes long.
[0014]
On the other hand, since the FIR filter has a higher-order configuration than the IIR filter, that is, the number of taps increases, the differential coefficients are also arranged over other taps, and as a result, the convergence time of ringing becomes longer. There is a similar drawback.
[0015]
Conversely, if the ringing characteristic is emphasized, the gain characteristic is degraded. Therefore, even if the circuit scale is increased, it is inconsistent to bring both these characteristics close to ideal, and it is necessary to set a proper balance between the two characteristics. The current state of design.
[0016]
Therefore, an object of the present invention is to provide a signal processing device that suppresses the ringing level and shortens the convergence time during which the ringing fluctuation converges to improve the frequency characteristics.
[0017]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-mentioned problem, the signal processing device according to the present invention employs the following characteristic configuration.
(1) Digital filter means for performing a filtering process on an input digital signal, detection means for detecting the degree of change in the output signal of the digital filter means, and digital processing based on the output of the detection means. A ringing suppression unit configured to adaptively change a multiplier and perform a multiplication process on an output of the filter unit to suppress ringing related to an output of the digital filter unit.
(2) The detection means detects the degree of change in the signal to be detected based on the degree of change in the signal level of the output signal of the digital filter means at different points in time. 1) The signal processing device.
(3) Digital filter means for performing filtering processing on the input digital signal, detection means for detecting whether or not the frequency of the output signal of the digital filter means corresponds to the frequency of ringing to be suppressed, and this detection Ringing suppression means adapted to adaptively change the multiplier to the output of the digital filter means based on the output of the means and to perform a multiplication process to suppress ringing relating to the output of the digital filter means. Signal processing device.
(4) Digital filter means for performing a filtering process on the input digital signal, first detection means for detecting the degree of change in the signal level at different points in the output signal of the digital filter means, and the digital filter Second detection means for detecting whether or not the frequency of the output signal of the means corresponds to the frequency of ringing to be suppressed; and the digital filter means based on the output of the first detection means and the second detection means. A ringing suppressing means adapted to adaptively change the multiplier to perform a multiplication process to suppress ringing relating to the output of the digital filter means.
[0019]
[Action]
According to the present invention, ringing is suppressed by detecting a change in output signal of the digital filter and performing a multiplication process by adaptively changing a multiplier on the output of the digital filter based on the detection result. ing.
[0020]
【Example】
Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a configuration block diagram of a signal processing device according to a first embodiment of the present invention.
[0021]
The input is represented by 12-bit digital data represented by two's complement to represent a negative number, and this input is inputted to the
[0022]
The output of the
[0023]
The output from the
[0024]
Next, a second embodiment of the signal processing device according to the present invention will be described with reference to FIG. In the drawings to be referred to hereinafter, components denoted by the same reference numerals as those in FIG. 1 are components having the same function.
[0025]
In the embodiment shown in FIG. 1, the level difference is detected by the level
[0026]
A third embodiment of the signal processing device according to the present invention will be described with reference to FIG. In this embodiment, a frequency & level
[0027]
Next, a specific configuration example of the level
[0028]
The output from the
[0029]
FIG. 5 shows a specific configuration block diagram of the
[0030]
In this circuit, the data which is temporally adjacent to each other and shifted by one clock is compared in the
[0031]
The output from the
[0032]
FIG. 6 shows a specific configuration block diagram of the level difference &
[0033]
Adjacent data output from the D flip-
[0034]
The ringing suppression effect according to the above embodiment will be described below.
As shown in FIG. 7, when the full range of the input signal is set to 100%, the peak to peak of the ringing level is assumed to be 10% as the input signal. Consider a signal in which the ringing changes as shown and finally rises above the ringing level to a higher level.
[0035]
FIG. 8 shows a temporal change of the output signal after ringing suppression according to the embodiment shown in FIG. Assuming that the set suppression level in the
[0036]
FIG. 9 shows an example of an output signal after ringing suppression according to the embodiment shown in FIG. As in FIG. 8, the ringing level is suppressed by half and becomes 5%.
[0037]
FIG. 10 shows gain characteristics for explaining the ringing suppression effect according to the embodiment of FIG. In the figure, A shows the gain characteristic obtained by the embodiment of FIG. 3, and B shows the gain characteristic at the ringing detection frequency when only the frequency information without level detection is used. Further, when the ringing level is similarly suppressed only by the filter design, the level starts to decrease from a low frequency as indicated by the gain characteristic C in which the ringing characteristic has priority.
[0038]
The effects of the gist configuration of the above-described embodiment will be enumerated below in comparison with the related art.
[0039]
(1) Digital filter means (FIR type filter or IIR type filter) for performing a filtering process on an input digital signal, and detection means (frequency, frequency) for detecting the degree of change in the output signal of the digital filter means Level difference, frequency & level difference detecting means), and based on the output of the detecting means, the output of the digital filter means is adaptively changed in multiplier to perform a multiplication process to perform ringing on the output of the digital filter means. And a ringing suppression unit configured to suppress the ringing.
In a conventional digital filter circuit, it is necessary to take into account the differential component of the input signal as the ideal gain characteristic is obtained, so that the ringing level increases at the discontinuous point of the signal, and the convergence time of the ringing increases. Although there was a problem, according to this configuration, the ringing level can be suppressed to a small value, and the convergence time of the ringing can be shortened. In addition, since the degree of affecting the signal level change other than the ringing component is very small, good gain characteristics can be obtained. be able to.
[0040]
(2) The detection means detects the degree of change in the signal to be detected based on the degree of change in the signal level of the output signal of the digital filter means at different points in time. ) Signal processing device.
The ringing level is determined by the ringing characteristic of the filter, and if the ringing level is suppressed to a low level, the gain characteristic deteriorates. However, according to this configuration, the ringing detection circuit can be realized with a simple configuration and is generated by the filter. Since it does not affect a signal level change equal to or more than the maximum level of ringing, deterioration of gain characteristics is small.
[0041]
(3) Digital filter means for performing filtering processing on the input digital signal, detection means for detecting whether or not the frequency of the output signal of the digital filter means corresponds to the frequency of ringing to be suppressed, and this detection Ringing suppression means adapted to adaptively change the multiplier to the output of the digital filter means based on the output of the means and to perform a multiplication process to suppress ringing relating to the output of the digital filter means. Signal processing device.
This is the same as (2), and it is possible to selectively suppress only a high-level frequency among the frequency components in which ringing occurs, so that the frequency at which the gain characteristic is degraded is limited and the degree of influence is small.
[0042]
(4) digital filter means for performing a filtering process on the input digital signal, first detection means for detecting the degree of change in the signal level at different points in the output signal of the digital filter means, and the digital filter Second detecting means for detecting whether or not the frequency of the output signal of the means corresponds to the frequency of the ringing to be suppressed; and the digital filter means based on the output of the first detecting means and the second detecting means. A ringing suppressing means adapted to adaptively change the multiplier to perform a multiplication process to suppress ringing relating to the output of the digital filter means.
This is the same as (2), and since the frequency and the maximum level at which ringing occurs can be specified by the detection circuit, ringing can be suppressed reliably. Furthermore, since the frequency at which the gain characteristic deteriorates is limited and does not affect the signal level higher than the maximum level of ringing, the deterioration of the gain characteristic is extremely small.
[0043]
【The invention's effect】
As described above, according to the signal processing device of the present invention, it is possible to suppress the ringing level, shorten the convergence time during which the ringing fluctuation converges, and improve the frequency characteristics.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a configuration block diagram of a signal processing device according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a configuration block diagram of a signal processing device according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a configuration block diagram of a signal processing device according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a specific configuration block diagram of a level
FIG. 5 is a specific configuration block diagram of a
FIG. 6 is a specific configuration block diagram of a level difference &
FIG. 7 is a diagram illustrating an input signal for explaining a ringing suppression effect according to an embodiment of the present invention.
8 is a diagram showing a temporal change of an output signal after ringing suppression according to the embodiment shown in FIG. 1;
9 is a diagram showing a temporal change of an output signal after ringing suppression according to the embodiment shown in FIG. 2;
FIG. 10 is a diagram showing gain characteristics for explaining a ringing suppression effect according to the embodiment of FIG. 3;
FIG. 11 is a diagram illustrating an example of an N-order FIR digital filter.
FIG. 12 is a diagram illustrating an example of an Nth-order IIR digital filter.
FIG. 13 is a diagram showing an example of an input signal for explaining a conventional problem.
14 is a diagram illustrating an example of an output signal of a digital filter with respect to the input signal illustrated in FIG. 13;
FIG. 15 is a diagram illustrating an example of frequency characteristics (gain characteristics and delay characteristics) of a conventional FIR filter.
16 is a diagram showing an example of a step response characteristic of the filter shown in FIG.
FIG. 17 is a diagram showing an example of multiplication coefficients H (0) to H (30) set in each of 31 multipliers constituting a conventional FIR filter.
18 is a diagram illustrating frequency characteristics (gain characteristics and delay characteristics) of an IIR filter similar to FIG.
FIG. 19 is a diagram illustrating an example of a step response characteristic of an IIR filter similar to FIG. 16;
[Explanation of symbols]
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