JPH02113711A - 浮動小数点ディジタルフイルタの出力誤差最小化方法及び装置 - Google Patents

浮動小数点ディジタルフイルタの出力誤差最小化方法及び装置

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JPH02113711A
JPH02113711A JP26783188A JP26783188A JPH02113711A JP H02113711 A JPH02113711 A JP H02113711A JP 26783188 A JP26783188 A JP 26783188A JP 26783188 A JP26783188 A JP 26783188A JP H02113711 A JPH02113711 A JP H02113711A
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徹 村上
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野〕 この発明は、電子情報通信工学の分野で使用されるディ
ジタルフィルタに関する。さらに詳しく述べればカスケ
ード形浮動小数点ディジタルフィルタの出力誤差をでき
るだけ小さくする技術に関する。特に、この技術は、高
次高精度の浮動小数点ディジタルフィルタを構成する際
にを用な技術に係るものである。
〔従来の技術〕
ディジタルフィルタとしては、カスケード形のものが広
く採用されている。この種のディジタルフィルタはつぎ
の(1)弐のように伝達関数の分母と分子とがそれぞれ
Z(Z変換)の2次の多項式である関数(つまり、2次
式)の積で表される。
β、 (Z) ただし、 また、aDは入力のスケーリングファクターであり、N
は2次のカスケード接続のセクション数であり、α、、
α、2.β、1.β、2は第に番目のセクションにおけ
るフィルタ係数である。
ここで、ディジタルフィルタの出力誤差は前記(1)式
で与えられる極(βh (z) lと零点(αk (Z
) lのベアリング・オーダリングに依存する。その理
由はDSP(ディジタルシグナルプロセッサ)内部のレ
ジスタが有III詔長だからである。ここで、オーダリ
ングは(β、 (Z) )または(α、 (Z) )の
並び順を意味し、ベアリングは1組のα、 (Z)、β
、(2)を意味する。
第1図に6次のディジタルフィルタを示す。この第1図
(a)、(b)において両者のディジタルフィルタにお
けるベアリング・オーダリングは異なるので出力に生じ
る誤差も異なる。したがって、この出力誤差が最小とな
るようなベアリング・オーダリングが必要となる。
しかしながら、もし20次のディジタルフィルタの出力
誤差が最小となる構成を見つけようとすると (10!
 )”= 13,168,189,440,000回ベ
アリング・オーダリングを繰り返さなければならず、膨
大な時間が必要となる。
そこで、この出力誤差を最小にする高速な手法が必要と
なった。
現在のところ、この最適化の手法としては固定小数点に
おいてしか用いられておらず、浮動小数1、′、につい
てはまだ発表されていない。
固定小数点についてはランダムにベアリング・オーダリ
ングを複数個定めて、その中で一番小さい出力誤差をも
つオーダリングを採用する方法が使われており、その技
術はたとえばB、Liv aridA、P、Pe1ed
、 ”Heuristic optimization
  of  thecascade realizat
ion of flxed−pornt  digit
alfilters、” IEEE Trans、 A
coust、、5peech、SignalProce
ssing、vol、As5P−23,pp、464−
473.Oct、1975に開示されている。
〔発明が解決しようとする課題〕
この発明は、特定の語長をもつカスケード形浮動小数点
ディジタルフィルタにおいて、その出力誤差を最小にす
るフィルタを実現する。特に高次の狭帯域のディジタル
フィルタを実現した場合、その出力誤差は非常に大きく
なるので、その出力誤差を最小化することを目的とする
〔課題を解決するための手段] 本発明が解決する課題は、次の事柄である。
■零点(αk (Z) lのオーダリングは固定したま
まで極(8w (Z) lのオーダリングのみを行う。
■各セクションが出力に及ぼす誤差の最大値を減少させ
得ることができない極(βh (Z) lのオーダリン
グを省いていくことにより高速に最適な極(βk(z)
lのオーダリングを求める。
■所定の判別式を用いることにより、最適な極(βk 
(Z) lが求められたかどうかを判別し、プログラム
を終了させることにより高速化する。
後に詳述するように、本発明は、従来知られている理論
とは全く異なるアルゴリズムを考案し、高速にカスケー
ド形浮動小数点ディジタルフィルタの出力誤差を最小化
する構成を実現する。
[作用] 本発明による技術手段を前記のLivらによっζ与えら
れた22次のハンドストップフィルタ(B、S、F)に
適用したところ、出力誤差は約70dB(12bit)
 減少し、繰り返し回数も990 (u・0)、89 
(u=3)と大幅に減少し、はぼ最適な極のオーダリン
グを求めることができた。このように本発明は、任意の
次数のカスケード形ディジクルフィルタに対して出力誤
差を最小化できるものである。
(実施例〕 統計的モデルをNECのμpD77230に適用すると
各セクションが出力に及ぼす誤差分散σfkは、下記の
(2)式によって与えられる。
σrk=  2−2b Pk □ Qht−・・−・−
・−(2)ここでbは仮数部のビット数から符号ビット
を除いたビット数であり、 × 2はLxノルムで下β
、 (2)    β、 (2) β、 (2) βh (z) である。
前記(3)式により各セクションが出力に及ぼす誤差の
求め方について、具体的に10次の例を用いて説明する
この場合のセクション数は5である。
A) まず、最初の極のオーダリングは第2図(a)に
示すようにβ1 、β2 、β3 、β4β5 、の並
べ順と定める。
今後 (β、”(Z))のKの並び順は、最小値123
45から最大値54321まで、(βk” (z) )
を並び換えることによって増加していく数値と考える。
B) 第2図(a)のオーダリングでそれぞれのセクシ
ョンが出力に及ぼす誤差のうちで例えば、第2番目のセ
クションが最大値であるとすると、その最大値とオーダ
リングをレジスタに記憶する。
C) 各セクションが出力に及ぼす誤差のうち、第3番
目のセクションの誤差が最大値であるとすると、第3番
目のセクションを移動して、誤差の最大値を減少させ得
ることができない極のオーダリングをスキップするため
に、第1番目のセクションから第3番目のセクションま
でのオーダリングを最小ステップ(1ステツプ)増加し
、 第2図(b)のようになる。
D) このオーダリングにおいて第1番目のセクション
から第5番目のセクションまで1@番に、各セクション
が出力に及ぼす誤差を算出し、レジスタに記憶されてい
る値と比較する。
)第2番目のセクションが出力に及ぼす誤差の値がレジ
スタに記憶されている値より大きかったとすると、第1
番目のセクションから第2番目のセクションまでのオー
ダリングを1ステツプ増加し、第2図(c)のようにな
る。
it )セクションが出力に及ぼす誤差のすべての値が
レジスタの値より小さかったときは、そのオーダリング
において各セクションから出力に生じる誤差の最大値を
検出し、そのオーダリングをメモリに記憶し、あわせて
判別式 で判別し iia)  前記判別式が成立しないときは第1番目の
セクションから各セクションが出力に及ぼす誤差の最大
値を生しるセクションまでを1ステツプ更新するために
前記D)の階段以降を繰り返す。ここで第3番目のセク
ションの値が最大値とすると、オーダリングは第2図(
d)のようになる。
1ib)  前記判別式が成立するときは、そのオーダ
リングがほぼ最適なオーダリングとなり、実行を停止す
る。
なお説明を加えれば、前記判別式は、現在の極のオーダ
リングにおいてカスケード形ディジタルフィルタの出力
に生じる誤差から最適なオーダリングにおける出力誤差
を引いたものと考えることができる。
実用上の要請からは、誤差は1 bit(6dB)以内
にすることが望ましいので、Uを6dB以下の値と定義
することとした。
第2図の(a)、(blからオーダリング(β:123
54)がスキップされ、(b)、(C)から (β:1
2453)(β:12534)(β:12543)がス
キンツブされてし)ることがわかる。このスキップ操作
は高次になればなるほど有効になり、レジスタに記憶さ
れる誤差の値は徐々に小さくなるのでスキップする可能
性はこのアルゴリズムが進むと増加する。そして、高速
にほぼ最適なオーダリングが得られるのである。
〔実施例〕
以下に本発明を、図示する実施例に基づき詳細に説明す
る。
第3図は、本発明に係るカスケード形の浮動小数点ディ
ジタルフィルタの出力誤差を低減するオーダリング決定
の装置ブロック図である。
A)入力されたディジタルフィルタの極のオーダリング
は、初期オーダリング設定手段1によって番号を付され
る。
B)誤差計算手段2によって各セクションが出力に及ぼ
す誤差がそれぞれ計算され、その最大値とオーダリング
がレジスタ3に記憶される。
C) オーダリング設定手段4によって第1番目のセク
ションからその最大値を生じるセクションまでのオーダ
リングを1ステツプ増加する。
D)比較器5により第1番目のセクションからセクショ
ン番号が増加する順に各セクションが出力に及ぼす誤差
とレジスタ3に記憶されている値とを比較する。
1)あるセクションが出力に及ばず誤差がレジスタ3の
記憶値より大きかったとすると、オーダリング設定手段
4に進む。
ii)セクションが出力に及ぼす誤差のすべての値がレ
ジスタ3の値より小さい場合は、そのオーダリングにお
いて各セクションが出力に及ぼす誤差の最大値と、ごの
オーダリングをメモリ3に記憶し、判別器6で判別し、 iia)  判別式が成立しないときはオーダリング設
定手段4に戻る。
1ib)  判別式が成立するときは、そのオーダリン
グをほぼ最適なオーダリングとして実行を停止する。
(発明の効果) 実施例で述べたように本発明では、極のオーダリングに
特に着目して、各セクションから発生する誤差を吟味し
、その最大値を別途記憶して、最大値を小さくするよう
にオーダリングを変更する手順を繰り返し、それを発明
者の創作した所定の判別式により判定される値になるま
で行うこととしたから、カスケード形の浮動小数点ディ
ジタルフィルタの出力誤差を最小にする極のオーダリン
グを高速に求めることができた。
【図面の簡単な説明】
第1図はディジタルフィルタの出力誤差の生ずる機構の
説明図で、(a)と(b)とはベアリング及びオ・−ダ
リングが異なる例を示す。第2図は本発明に係る原理の
作用を説明するための図で、(a)はj番初めの極のオ
ーダリングを示し、ら)は(a)において第3番目のセ
クションが出力に及ばず誤差が最大値となったときの極
のオーダリングを示し、(C)は(b)においてレジス
タに記憶されている値より第2番目のセクションが出力
に及ぼす誤差が大きかった場合の極のオーダリングを示
し、(d)は(b)において第3番目のセクションが出
力に及ばず誤差が最大値となった場合の極のオーダリン
グを示す。第3図は本発明に係る浮動小数点ディジタル
フィルタの出力誤差最小化装置のブロック図を示す。 図において、1は初期オーダリング設定手段、2は誤差
計算手段、3はレジスタ、4はオーダリング設定手段、
5は比較器、6は判別器をそれぞれ示す。 特許出願人   アンリツ株式会社 代理人  弁理士 小 池 龍太部

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1)伝達関数の分母と分子が、それぞれZ変換の2次の
    多項式である関数の積で表されるディジタルフィルタの
    出力誤差を最小化する極のオーダリングを決定するため
    の浮動小数点ディジタルフィルタの出力誤差最小化方法
    であって、 A)前記極の初期オーダリングに対して2次セクション
    の並び順に合理的初期値を付与する段階と; B)予め順序付けられた各セクションが出力に及ぼす誤
    差の最大値と前記オーダリングとを検出してそれらをレ
    ジスタに記憶する段階と; C)前記最大値が検出されたセクションの極をその位置
    から移動するために第1番目のセクションから該最大値
    が検出されたセクションまでのオーダリングを最小ステ
    ップに変更する段階と;D)前記レジスタに記憶されて
    いる最大値とセクションが出力に及ぼす誤差の値とを第
    1番目のセクションから順に比較して i)該セクションが、出力に及ぼす誤差の値が該レジス
    タに記憶されている値よりも大きいときは、第1番目の
    セクションから最初に該レジスタに記憶されている値よ
    り大きくなった誤差をもつセクションまでのオーダリン
    グを最小ステップに変更する段階と; ii)該セクションが、出力に及ぼすすべての誤差の値
    が該レジスタに記憶されている値よりも小さいときは、
    そのときのオーダリングにおける各セクションが出力に
    及ぼす誤差を、セクションごとに検出し、そのうちの最
    大値を該レジスタに記憶するとともに、そのときのオー
    ダリングを該レジスタに書き込み、併せて所定の判別式
    で判別し iia)該判別式が成立しないときは第1番目のセクシ
    ョンから最大値が検出されたセクションまでのオーダリ
    ングを最小ステップに変更し前記D)の段階以降を繰り
    返す段階と、 iib)該判別式が成立するときは、そのオーダリング
    を採用することを決定する段階と から成る浮動小数点ディジタルフィルタの出力誤差最小
    化方法。 2)前記所定の判別式が、 ▲数式、化学式、表等があります▼ (ただし、Nは各々のカスケード接続されたセククショ
    ン数、σ^2_f_kはk番目のセクションが出力に及
    ぼす誤差の分散値、uは6以下の任意の値)である請求
    項1記載の浮動小数点ディジタルフィルタの出力誤差最
    小化方法。 3)伝達関数の分母と分子が、それぞれZ変換の2次の
    多項式である関数の積で表されるディジタルフィルタの
    出力誤差を最小化する極のオーダリングを決定するため
    の浮動小数点ディジタルフィルタの出力誤差最小化装置
    であって、 前記極の初期オーダリングに対して2次セクションの並
    べ順に合理的初期化を付与する初期オーダリング設定手
    段(1)と; 該付与された初期値に基づいて各セクションが出力に及
    ぼす誤差の最大値を検知する誤差計算手段(2)と; 該検知された誤差の最大値と前記オーダリングを記憶す
    るレジスタ(3)と; 該最大値を生じたセクションの極をその位置から移動す
    るためのオーダリング設定手段(4)と;前記レジスタ
    (3)に記憶されている最大値とセクションが出力に及
    ぼす誤差の値とを第1番目のセクションから順に比較し
    ていく比較器(5)と;該極のオーダリングがほぼ最適
    なオーダリングとなったかどうかを判別する判別器(6
    )とから成る浮動小数点ディジタルフィルタの出力誤差
    最小化装置。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0661792A (ja) * 1992-07-27 1994-03-04 Sony Tektronix Corp デジタル・フィルタ

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JPH0661792A (ja) * 1992-07-27 1994-03-04 Sony Tektronix Corp デジタル・フィルタ

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