JPH0691420B2 - Adaptive Digital Filter - Google Patents

Adaptive Digital Filter

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JPH0691420B2
JPH0691420B2 JP29018685A JP29018685A JPH0691420B2 JP H0691420 B2 JPH0691420 B2 JP H0691420B2 JP 29018685 A JP29018685 A JP 29018685A JP 29018685 A JP29018685 A JP 29018685A JP H0691420 B2 JPH0691420 B2 JP H0691420B2
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良生 伊藤
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Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は、適応制御(adaptive control)を行う適応型
ディジタルフイルタに関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an adaptive digital filter that performs adaptive control.

(従来の技術) 最近、ディジタル信号処理技術の急速な進歩により、適
応型ディジタルフイルタ(adaptive digital filter 、
以下ADFという)がその適用範囲の広さから注目を集め
ている。このADFは、例えば遅延素子、加算器及び乗算
器で構成され、その代表的な応用例としてシステム同定
への適用がある。ここで、システム同定とは、ある特性
の知られていない未知システムの入出力データを基にし
てその未知システムの特性を決定するパラメータを推定
することである。
(Prior Art) Recently, due to rapid progress of digital signal processing technology, an adaptive digital filter (adaptive digital filter)
(Hereinafter referred to as ADF) is attracting attention because of its wide range of application. This ADF is composed of, for example, a delay element, an adder, and a multiplier, and its typical application is application to system identification. Here, the system identification is to estimate a parameter that determines the characteristic of the unknown system based on the input / output data of the unknown system whose characteristic is unknown.

従来、このような分野の技術としては、昭和60年度電子
通信学会総合全国大会講演論文集[9](昭60−3−
5)「2038ディジタルフイルタの一構成」P.28等に記載
されるものがあった。以下、それらの構成を図を用いて
説明する。
Conventionally, as a technology in such a field, a collection of lecture papers of the IEICE General Conference in 1985 [9] (Sho 60-3-
5) There was something described in "2038 Digital Filter Configuration" P.28. Hereinafter, those configurations will be described with reference to the drawings.

第2図はADFを用いた未知システムの同定を説明するた
めの一般的な説明図である。
FIG. 2 is a general explanatory diagram for explaining identification of an unknown system using ADF.

第2図において、1は を持つADF、2は伝達関数H(Z)を持つ未知システム
である。時刻kにおける入力X(k)がADF1及び未知シ
ステム2に与えられると、ADF1は時刻kにおける を送出すると共に、未知システム2は同じ時刻kにおけ
る出力y(k)を送出する。前者の負の と後者の正の出力y(k)とが加算器3で加算され、そ
の加算器3から、時刻kにおける推定誤差E(k)が送
出される。
In FIG. 2, 1 is With ADF, 2 is an unknown system with transfer function H (Z). When the input X (k) at time k is given to ADF1 and unknown system 2, ADF1 becomes And the unknown system 2 sends the output y (k) at the same time k. The former negative And the latter positive output y (k) are added by the adder 3, and the estimation error E (k) at time k is sent from the adder 3.

第2図で例えば、評価関数J={E(k)} を用いることもある。−は時間平均化操作を示す。)が
0となれば、未知システム2の伝達関数H(Z)とADF1
が等しいとみなすことができる。すなわち、未知システ
ム2のパラメータがADF1により正しく推定されていると
考えられる。
In FIG. 2, for example, the evaluation function J = {E (k)} 2 May be used. − Indicates a time averaging operation. ) Is 0, the transfer function H (Z) of the unknown system 2 and ADF1
of Can be considered equal. That is, it is considered that the parameters of the unknown system 2 are correctly estimated by ADF1.

ADF1のシステム同定への具体的な応用例として、エコー
キャンセラがある。最近注目されている電子会議システ
ムは、例えば第3図に示すように、一対のADF1及び加算
器3と、スピーカ及びマイクロホンを有する一対の未知
システム2とが、伝送路4,4で結合された構成をしてい
る。なお、ADF1及び加算器3と未知システム2との間、
およびADF1及び加算器3と伝送路4,4との間には、それ
ぞれ複数個のアナログ・ディジタル変換器(A/D)5及
びディジタル・アナログ変換器(D/A)6が接続されて
いる。
An echo canceller is a specific application example of ADF1 for system identification. As shown in FIG. 3, for example, as shown in FIG. 3, an electronic conferencing system, which has recently received attention, has a pair of ADF 1 and an adder 3 and a pair of unknown system 2 having a speaker and a microphone, which are connected by transmission lines 4 and 4. Have a composition. In addition, between ADF1 and adder 3 and unknown system 2,
A plurality of analog / digital converters (A / D) 5 and digital / analog converters (D / A) 6 are connected between the ADF 1 and the adder 3 and the transmission lines 4 and 4, respectively. .

この種の電子会議システムでは、未知システム2におけ
るスピーカとマイクロホンの音響的結合によりハウリン
グが発生し、通話が困難になることがある。そのため、
エコーキャンセラのADF1はスピーカとマイクロホン間の
音響結合路の同定を行い、ハウリングを防止するように
働く。
In this type of electronic conference system, howling may occur due to acoustic coupling between the speaker and the microphone in the unknown system 2, which may make communication difficult. for that reason,
The echo canceller ADF1 functions to identify the acoustic coupling path between the speaker and microphone and prevent howling.

エコーキャンセラのADFとして従来より検討されている
代表的なものを第4図〜第6図に示す。
Typical ADFs for echo cancellers that have been conventionally studied are shown in FIGS. 4 to 6.

第4図はFIR型ADFと呼ばれるもので、直列接続された複
数個の単位遅延素子101〜10nと、パラメータA0〜Anを有
する複数個の乗算器111〜11nと、加算器12とで構成され
ている。
FIG. 4 shows what is called a FIR type ADF, which comprises a plurality of unit delay elements 10 1 to 10 n connected in series, a plurality of multipliers 11 1 to 11 n having parameters A 0 to An, and an adder 12. It is composed of.

このFIR型ADFでは、未知システムの伝達関数H(Z)を
該ADFの伝達関数 のパラメータi(i=0,1,…,n)を適応的に調整して
推定する。
In this FIR type ADF, the transfer function H (Z) of the unknown system is set to the transfer function of the ADF. Parameter i (i = 0, 1, ..., N) is adaptively adjusted and estimated.

ところが、前記のような電子会議システムにFIR型構成
を適用する場合、所要パラメータ数P=n+1は103〜1
04オーダ個になるため、回路規模や消費電力が非常に大
きくなり、実用的ではない。そこで、少ないパラメータ
数で未知システムの伝達関係H(Z)が推定できる第5
図および第6図のようなIIR型ADFの適用が検討されてい
る。
However, when applying the FIR type configuration to the electronic conference system as described above, the required parameter number P = n + 1 is 10 3 to 1
Since it is on the order of 0 4 , the circuit scale and power consumption become very large, which is not practical. Therefore, the fifth relationship, which can estimate the transfer relationship H (Z) of the unknown system with a small number of parameters
The application of IIR type ADF as shown in Fig. 6 and Fig. 6 is being studied.

第5図のIIR型ADFでは、前段の単位ADFと、フィールド
バック系を構成する後段の単位ADFとを備えている。前
段の単位ADFは、直列接続された複数個の単位遅延素子2
01〜20nと、パラメータ〜nを有する複数個の乗
算器211〜21nと、加算器22とで構成されている。同様
に、前段の単位ADFに縦続接続された後段の単位ADFは、
直列接続された複数個の単位遅延素子301〜30mと、パラ
メータ を有する複数個の乗算器311〜31mと、加算器32とで構成
されている。
The IIR type ADF shown in FIG. 5 is provided with a unit ADF in the front stage and a unit ADF in the rear stage which constitutes a fieldback system. The unit ADF in the previous stage is composed of multiple unit delay elements 2 connected in series.
0 1 to 20n, a plurality of multipliers 21 1 to 21n having parameters 0 to n, and an adder 22. Similarly, the unit ADF in the subsequent stage, which is cascade-connected to the unit ADF in the previous stage,
Multiple unit delay elements 30 1 to 30 m connected in series and parameters It is composed of a plurality of multipliers 31 1 to 31 m each having the above and an adder 32.

このADFの伝達関数は、 となる。The transfer function of this ADF is Becomes

第6図のIIR型ADFは、第5図における前段の単位ADF
と、これに縦続される複数個kの2次巡回型ディジタル
フイルタ401〜40kとで構成されている。各ディジタフイ
ルタ401〜40kは、単位遅延素子11,4112〜41k1,41k2、パ
ラメータ を有する乗算器4211,4212〜42k1,42k2、及び加算器4
311,4312〜43k1,43k2でそれぞれ構成されている。
The IIR type ADF in Fig. 6 is the unit ADF in the previous stage in Fig. 5.
And a plurality of k second-order cyclic digital filters 40 1 to 40 k that are connected in series. Each digital filter 40 1 to 40 k is a unit delay element 11 , 41 12 to 41k 1 , 41k 2 , and a parameter. 42 11 , 42 12 to 42k 1 , 42k 2 and adder 4 having
It is composed of 3 11 , 43 12 to 43k 1 and 43k 2 .

このADFの伝達関数は、 である。The transfer function of this ADF is Is.

第5図のADFではパラメータi(i=0,1,…,n), を、第6図のADFではパラメータi(i=0,1,…,
n), を、それぞれ適応的に調整しH(Z)を推定する。
In the ADF of FIG. 5, the parameter i (i = 0,1, ..., n), In the ADF of FIG. 6, the parameter i (i = 0, 1, ...,
n), Are adaptively adjusted to estimate H (Z).

IIR型構成は、(2),(3)式から明らかなように、
その分母多項式の根 がZ平面上の単位円Гの外に存在する場合、ADFが不安
定な状態になる。このような状態を回避し、常にADFを
安定に動作させるためには、安定性判別のための演算が
必要となる。第5図の構成では、安定性判別は(2)式
からわかるようにm次の代数方程式の根を求めることで
あり、mが大きくなると、処理時間および演算回路規模
の点で実現困難である。そのため、通常は安定性判別の
容易な第6図の構成が用いられている。この構成では
(3)式からわかるように、縦続接続されたK個の2次
巡回型ディジタルフイルタ(2次区間)401〜40kについ
て各々その分母の2次方程式の根がZ平面上の単位円Г
内に存在しているかどうかを判別することになる。その
ため、第4図のFIR型ADFに比べて所要ハード規模の削除
を計ることが可能となる。
The IIR type configuration is, as is clear from the equations (2) and (3),
The root of the denominator polynomial If exists outside the unit circle Γ on Z plane, ADF becomes unstable. In order to avoid such a state and always operate the ADF stably, a calculation for stability determination is necessary. In the configuration of FIG. 5, the stability determination is to find the root of an m-th order algebraic equation as can be seen from the equation (2), and when m becomes large, it is difficult to realize in terms of processing time and arithmetic circuit scale. . Therefore, the structure shown in FIG. 6 is usually used because the stability can be easily determined. In this configuration, as can be seen from the equation (3), the roots of the quadratic equations of the denominator of the K quadratic cyclic digital filters (quadratic sections) 40 1 to 40 k connected in cascade are the units on the Z plane. Circle Г
It will be determined whether it exists in. Therefore, it is possible to reduce the required hardware scale as compared with the FIR ADF shown in FIG.

(発明が解決しようとする問題点) しかしながら、第6図のIIR型ADFでは、適応的に調整す
べき各パラメータ〜n、 への入力信号間に強い相関が存在するため、各パラメー
タが最適値に収束しない場合がある。また、各パラメー
〜n、 を演算、制御するための図示しない適応制御回路は、FI
R型ADFに比べて複雑となり、結局、FIR型ADFと比較して
十分にハード(回路)規模が削減されず、IIR構成の特
徴が十分に生かされていないという問題点があった。
(Problems to be Solved by the Invention) However, in the IIR type ADF of FIG. 6, each parameter 0 to n to be adaptively adjusted, Since there is a strong correlation between the input signals to, each parameter may not converge to the optimum value. In addition, each parameter 0 to n, An adaptive control circuit (not shown) for calculating and controlling
It became more complicated than the R-type ADF, and in the end, compared to the FIR-type ADF, the hardware (circuit) scale was not sufficiently reduced, and the IIR configuration characteristics were not fully utilized.

この問題点を除去するために、本願発明者はいわゆる直
交関数型ディジタルフイルタを提案し、それを前記文献
に掲載した。
In order to eliminate this problem, the inventor of the present application proposed a so-called orthogonal function type digital filter and published it in the above-mentioned document.

この直交関数型ディジタルフイルタでは、2次巡回型デ
ィジタルフイルタと、その極のZ平面上単位円に関する
鏡像の位置に零点を有する2次非巡回型ディジタルフイ
ルタと、縦続接続して基本区間を構成し、この基本区間
を複数個縦続接続し、さらにその最終段に2次巡回型デ
ィジタルフイルタだけよりなる基本区間を縦続接続す
る。さらに、各基本区間における2次巡回側ディジタル
フイルタの出力側にそれぞれ1次非巡回型ディジタルフ
イルタを接続し、この1次非巡回型ディジタルフイルタ
と前記基本区間とで複数個の基本ブロックを構成し、こ
れら各基本ブロック内の1次非巡回型ディジタルフイル
タの出力和を出力とする回路構成である。
In this orthogonal function type digital filter, a quadratic recursive digital filter and a quadratic acyclic digital filter having a zero at the mirror image position on the Z-plane unit circle of its pole are cascaded to form a basic section. A plurality of the basic sections are cascade-connected, and a basic section including only the secondary cyclic digital filter is cascade-connected to the final stage. Further, a primary acyclic digital filter is connected to the output side of the secondary cyclic digital filter in each basic section, and a plurality of basic blocks are formed by the primary acyclic digital filter and the basic section. The circuit configuration is such that the output sum of the primary acyclic digital filters in each of these basic blocks is output.

このような直交関数型ディジタルフイルタを用いて適応
制御を行えば、推定精度を向上させることが可能となる
反面、適応制御回路の複雑化とそれに伴う回路規模の大
型化という問題点が解決されておらず、今だ不十分な点
があった。
If adaptive control is performed using such an orthogonal function type digital filter, it is possible to improve the estimation accuracy, but on the other hand, the problem that the adaptive control circuit becomes complicated and the circuit scale becomes larger is solved. No, there were still inadequacies.

本発明は、前記直交関数型ディジタルフイルタが持って
いた問題点のうち、推定精度と回路規模の小型化の点に
ついて解決した直交関数型ADFを提供するものである。
The present invention provides an orthogonal function ADF that solves the problems of the estimation accuracy and the miniaturization of the circuit scale among the problems that the orthogonal function digital filter has.

(問題点を解決するための手段) 本発明は前記問題点を解決するために、従来の直交関数
型ディジタルフイルタに、複数個の第1の演算回路82i
(i=1,2,…,K)、微係数検出回路80i及び第2の演算
回路81iで構成される適応制御回路を付加したものであ
る。
(Means for Solving Problems) In order to solve the above problems, the present invention provides a conventional orthogonal function type digital filter with a plurality of first arithmetic circuits 82i.
(I = 1, 2, ..., K), an adaptive control circuit including a differential coefficient detection circuit 80i and a second arithmetic circuit 81i is added.

ここで、複数個の第1の演算回路82iは、従来の直交関
数型ディジタルフイルタに設けられた各基本区間におけ
る2次巡回型ディジタルフイルタ50iの出力側にそれぞ
れ接続され、該ディジタルフイルタ50iの出力と、未知
システム71の出力y(k)より前記直交関数型ディジタ
ルフイルタの を減じた値E(K)とに基づき、該直交関数型ディジタ
ルフイルタが実現する有理関数における分子多項式を決
定する第1のパラメータ を求める回路である。複数個の微係数検出回路80iは、
前記各基本ブロックにおける1次非巡回型ディジタルフ
イルタ52iの出力側にそれぞれ接続され、前記有理関数
における分母多項式を決定する各基本区間の第2のパラ
メータ に対する微係数を求める回路である。また、複数個の第
2の演算回路81iは、前記値E(K)と前記各微係数と
に基づき、それぞれ前記第2のパラメータ を求める回路である。
Here, the plurality of first arithmetic circuits 82i are respectively connected to the output side of the secondary cyclic digital filter 50i in each basic section provided in the conventional orthogonal function digital filter, and the output of the digital filter 50i. From the output y (k) of the unknown system 71, the orthogonal function type digital filter The first parameter for determining the numerator polynomial in the rational function realized by the orthogonal function type digital filter based on the value E (K) Is a circuit for The plurality of differential coefficient detection circuits 80i are
A second parameter of each basic section which is connected to the output side of the first-order acyclic digital filter 52i in each basic block and determines the denominator polynomial in the rational function. This is a circuit for obtaining a differential coefficient for. Further, the plurality of second arithmetic circuits 81i are respectively configured to output the second parameter based on the value E (K) and the differential coefficients. Is a circuit for

(作 用) 本発明によれば、以上のように直交関数型ADFを構成し
たので、第1の演算回路82iは、通常用いられる最急降
下法等により、ある一定期間、第1のパラメータ を求めて有理関数の分子多項式を決定する該第1のパラ
メータ を逐次適応制御するように働く。微係数検出回路81i
は、前記有理関数における分母多項式を決定する第2の
パラメータ に対する微係数を求めて第2の演算回路81iに与える。
第2の演算回路81iは、未知システム71の出力y(k)
より前記直交関数型ディジタルフイルタの を減じた値E(K)と、前記微係数とに基づき、前記第
2のパラメータ を求めてある一定期間、該第2のパラメータ を適応制御するように働く。これら第1のパラメータ の適応制御と、第2のパラメータ の適応制御とを、ある一定期間毎に交互に繰り返してパ
ラメータ の適応制御を行う。これにより、構造簡単にして高精度
なパラメータの推定が行える。従って、前記問題点を除
去できるのである。
(Operation) According to the present invention, since the orthogonal function type ADF is configured as described above, the first arithmetic circuit 82i uses the normally used steepest descent method or the like for the first parameter for a certain period of time. The first parameter for determining the numerator polynomial of the rational function Works so as to be adaptively controlled. Differential coefficient detection circuit 81i
Is the second parameter that determines the denominator polynomial in the rational function The differential coefficient for is calculated and given to the second arithmetic circuit 81i.
The second arithmetic circuit 81i outputs the output y (k) of the unknown system 71.
Of the orthogonal function type digital filter The second parameter based on the value E (K) For a certain period of time, the second parameter To act as an adaptive control. These first parameters Adaptive control of the second parameter And the adaptive control of are alternately repeated at regular intervals to set parameters. Adaptive control of. As a result, the structure can be simplified and highly accurate parameter estimation can be performed. Therefore, the above problems can be eliminated.

(実施例) 第1図は本発明の実施例を示す直交関数型ADFの構成ブ
ロック図、第7図は第1図の基礎となる直交関数型ディ
ジタルフイルタの基本構成ブロック図である。
(Embodiment) FIG. 1 is a configuration block diagram of an orthogonal function type ADF showing an embodiment of the present invention, and FIG. 7 is a basic configuration block diagram of an orthogonal function type digital filter which is the basis of FIG.

先ず、第7図の直交関数型ディジタルフイルタは、複数
個の2次巡回型ディジタルフイルタ を有し、これら各ディジタルフイルタのうち、501〜50k
-1の後段に、該ディジタルフイルタ501〜50k-1の極に対
しZ平面上の単位円Гに関して鏡像となる位置に零点を
有する複数個の2次非巡回型ディジタルフイルタ511〜5
1k-1が、それぞれ縦続接続され、これら各一対のディジ
タルフイルタ501,511〜50k-1,51k-1が順次縦続接続され
てそれぞれ基本区間を構成している。但し、最終段の基
本区間は2次巡回型ディジタルフイルタ50kのみで構成
される。さらに、各基本区間における2次巡回型ディジ
タルフイルタ501〜50k-1と2次非巡回型ディジタルフイ
ルタ511〜51k-1との間にそれぞれ1次非巡回型ディジタ
ルフイルタ521〜52k-1が接続されると共に、最終段の基
本区間における2次巡回型ディジタルフイルタ50kに1
次非巡回型ディジタルフイルタ52kが接続され、これら
各基本区間とそれに接続される1次非巡回型ディジタル
フイルタ とで複数個の基本ブロックが構成される。ここで、各2
次巡回型ディジタルフイ 各2次非巡回型ディジタルフイル511〜51k-1は、係数 を有する乗算器6311〜63(k-1)1、係数〜k-1を有
する乗算器6312〜63(k-1)2、及び加算器6411,6412〜64(
k-1)1,64(k-1)2で構成される。また、1次非巡回型ディ
ジタルフイルタ521 66kとで構成されている。
First, the orthogonal function type digital filter of FIG. 7 is composed of a plurality of quadratic cyclic type digital filters. Among these digital filters, 50 1 to 50k
-1 in the subsequent stage, a plurality of secondary acyclic digital filters 51 1 to 5 1 having zeros at positions that are mirror images of the unit circle Γ on the Z plane with respect to the poles of the digital filters 50 1 to 50 k -1.
1k -1 it is connected in cascade, respectively, each of these pair of digital filters 50 1, 51 1 ~50k -1, are respectively constituting the basic period 51k -1 are successively cascaded. However, the basic section at the final stage is composed of only the secondary cyclic digital filter 50k. Further, between the secondary recursive digital filters 50 1 to 50 k -1 and the secondary acyclic digital filters 51 1 to 51 k -1 in each basic section, the primary acyclic digital filters 52 1 to 52 k -1 are respectively provided. Is connected to the 2nd cyclic digital filter 50k in the basic section of the final stage.
A secondary acyclic digital filter 52k is connected to each of these basic sections and a primary acyclic digital filter connected thereto. And form a plurality of basic blocks. Where each 2
Next cyclic digital filter Each second-order acyclic digital file 51 1 to 51 k -1 has a coefficient Multiplier 63 11-63 having the (k -1) 1, the multiplier 63 12 ~63 (k -1) 2 with coefficients 1 to k -1, and the adder 64 11, 64 12 to 64 (
It is composed of k -1) 1 and 64 ( k -1) 2 . In addition, the primary acyclic digital filter 52 1 It consists of 66k.

各1次非巡回型ディジタルフイルタ の出力側には、加算器701〜70k-1が接続され、これらの
加算器701〜70k-1で加算された が加算器701から送出される。この負の と、伝達関数H(Z)で推定するための未知システム71
の正の出力y(k)とが、加算器72で加算され、該加算
器72から推定誤差E(k)が送出される。
Each first-order acyclic digital filter The adders 70 1 to 70 k -1 are connected to the output side of and are added by these adders 70 1 to 70 k -1 . There is sent from the adder 70 1. This negative And an unknown system 71 for estimating the transfer function H (Z).
And the positive output y (k) are added by the adder 72, and the estimation error E (k) is sent from the adder 72.

以上の構成において、この直交関数型ディジタルフイル
タの となる。ここで、Ψi(Z)は、 である。Ψi(Z)の逆Z変換をΨi(k)とすると、
前記文献より、 が成立する。すなわち、第i基本ブロック中のパ 入力は、他の基本ブロックにおいて対応する各入力と互
いに直交している。この直交関数型ディジタルフイルタ
の入力X(k)に対する は、 である。これをADFとして用いる場合には、 を可変パラメータとする。出力がy(k)である未知シ
ステム71に対する推定誤差E(k)は、 で表わされる。
In the above configuration, this orthogonal function type digital filter Becomes Where Ψi (Z) is Is. If the inverse Z transformation of Ψi (Z) is Ψi (k),
From the above literature, Is established. That is, the pattern in the i-th basic block The inputs are orthogonal to the corresponding inputs in the other basic blocks. For the input X (k) of this orthogonal function type digital filter Is Is. When using this as an ADF, Is a variable parameter. The estimation error E (k) for an unknown system 71 whose output is y (k) is It is represented by.

次に、各基本ブロックにおけるパラメータの適応制御方
法について述べる。
Next, an adaptive control method of parameters in each basic block will be described.

未知システム71の伝達関数H(Z)は、次式のような有
理関数で与えられるものとする。
The transfer function H (Z) of the unknown system 71 is given by a rational function such as the following equation.

(8)式は(2k−1)次/(2k)次の有理関数となって
いる。αi,βi及びkは未知システム71の特性により決
定される。従って(8)式は未知システム71における伝
達特性の一般的な表現である。
Equation (8) is a rational function of (2k-1) th order / (2k) th order. αi, βi and k are determined by the characteristics of the unknown system 71. Therefore, the expression (8) is a general expression of the transfer characteristic in the unknown system 71.

伝達特性が(8)式で表わされる未知システム71を、第
7図のような直交関数型ディジタルフイルタのパラメー
を適応制御することにより推定する。
The unknown system 71 whose transfer characteristic is expressed by equation (8) is used as a parameter of the orthogonal function type digital filter as shown in FIG. Is estimated by adaptive control.

先ず、基本区間におけるパラメータ の適応制御法について考える。適応制御アルゴリズムと
しては、次式で示されるアルゴリズムを用いる。
First, the parameters in the basic section Consider the adaptive control method of. The algorithm shown by the following equation is used as the adaptive control algorithm.

ここで、 の1回の修正量を表わしており、次式で計算される。 here, Represents the amount of correction once, and is calculated by the following equation.

でもよい。 But it's okay.

(9a),(9b)式で は第m基本ブロックのパラメータ のν回更新後の値を示している。また、(10a)〜(10
d)式中の を計算すると、次のようになる。
In equations (9a) and (9b) Is the parameter of the mth basic block The value after ν times is updated. Also, (10a) ~ (10
d) in the formula When is calculated, it becomes as follows.

第1図は(9a),(9b)式の適応制御アルゴリズムを用
いた直交関数型ADFの構成図である。
FIG. 1 is a block diagram of an orthogonal function type ADF using the adaptive control algorithm of equations (9a) and (9b).

この直交関数型ADFは、第7図の直交関数型ディジタル
フイルタに、微係数検出回路である2次巡回型ディジタ
ルフイルタ801〜80k、第2の演算回路811〜81k、及び第
1の演算回路821〜82kを設けたものである。
This orthogonal function type ADF is the same as the orthogonal function type digital filter shown in FIG. 7, except that it is a differential coefficient detection circuit of a quadratic cyclic digital filter 80 1 to 80 k, second arithmetic circuits 81 1 to 81 k, and a first arithmetic circuit. Circuits 82 1 to 82k are provided.

各2次巡回型ディジタルフイルタ801〜80kは、基本ブロ
ックの出力側に接続され、各基本ブロックの を入力して各基本区間に属するパラメータ〜k, に対する微係数を求める回路であり、単位遅延素子9011
〜90k1、単位遅延素子9012〜90k2、係数〜kを有
する乗算器9111〜91k1、係数 を有する乗算器9012〜91k2、及び加算器9211,9212〜92k
1,92k2で構成される。
Each secondary cyclic digital filter 80 1 ~80k is connected to the output side of the basic blocks, each basic block By inputting parameters 1 to k, which belong to each basic interval, Is a circuit for obtaining the differential coefficient for the unit delay element 90 11
˜90k 1 , unit delay elements 90 12 to 90k 2 , multipliers 91 11 to 91k 1 having coefficients 1 to k, coefficients 90 12 to 91k 2 and an adder 92 11 , 92 12 to 92k
1, and a 92k 2.

各演算回路811〜81kは、加算器72の出力側に接続され、
推定誤差E(k)と2次巡回型ディジタル801〜80kで求
めた微係数とに基づいて1回のパラメータ修正量 を求める回路であり、各4個の乗算器9311,9312〜93k1,
93k2、9411,9412〜94k1,94k2で構成される。ここで、乗
算器9311〜93k1は、2次巡回型ディジタルフイルタ801
〜80kにおける単位遅延素子9011〜90k1の出力と、推定
誤差E(k)とを乗算し、その乗算結果を乗算器9411
94k1に与える。乗算器9312〜93k2は、2次巡回型ディジ
タルフイルタ801〜80kにおける遅延素子9012〜90k2の出
力と、推定誤差E(k)とを乗算し、その乗算結果を乗
算器9412〜94k2に与える。乗算器9411〜94k1は、乗算器
9311〜93k1の出力にある定数αを乗じて1回のパラメー
タ修正量 を算出する。また、乗算器9412〜94k2は、乗算器9312
93k2の出力にある定数αを乗じて1回のパラメータ修正
を求める回路である。
The arithmetic circuits 81 1 to 81 k are connected to the output side of the adder 72,
A single parameter correction amount based on the estimation error E (k) and the differential coefficient obtained by the second-order cyclic digital signals 80 1 to 80 k Is a circuit for obtaining four multipliers 93 11 , 93 12 to 93k 1 ,
It is composed of 93k 2 , 94 11 , 94 12 to 94k 1 , 94k 2 . Here, the multipliers 93 11 to 93 k 1 are the second-order cyclic digital filters 80 1
The output of the unit delay elements 90 11 to 90 k 1 at ˜80 k is multiplied by the estimation error E (k), and the multiplication result is multiplied by the multiplier 94 11 ˜.
Give to 94k 1 . Multiplier 93 12 ~93K 2 receives the output of the delay element 90 12 ~90K 2 in the secondary cyclic digital filter 80 1 ~80k, the estimated error E (k) is multiplied, the multiplier 94 12 the multiplication result Give to ~ 94k 2 . Multipliers 94 11 to 94k 1 are multipliers
93 11 〜 93k 1 output multiplied by a constant α, and the amount of parameter modification once To calculate. In addition, the multipliers 94 12 to 94 k 2 are the multipliers 93 12 to 94 k 2.
93k 2 output is multiplied by a constant α and the amount of parameter modification is once Is a circuit for

また、各演算回路821〜82kは、加算器72の出力側に接続
され推定誤差E(k)と2次巡回型ディジタルフイルタ
501〜50kの出力とに基づいて1回のパラメータ修正量 を求める回路であり、各4個の乗算器9511,9512〜95k1,
95k2、9611,9612〜96k1,96k2で構成される。ここで、乗
算器9511〜95k1は、推定誤差E(k)と2次巡回型ディ
ジタルフイルタ501〜50kにおける加算器6211〜62k1の出
力とを乗算する。その乗算結果は乗算器9611〜96k1によ
りある定数βと乗算され、1回のパラメータ修正量 を得る。同様に、乗算器9512〜95k2は、推定誤差E
(k)と2次巡回型ディジタルフイルタ501〜50kにおけ
る単位遅延素子6011〜60k1の出力とを乗算する。その乗
算結果は乗算器9612〜96k2によりある定数βと乗算さ
れ、1回のパラメータ修正量 を得る。
The arithmetic circuits 82 1 to 82 k are connected to the output side of the adder 72 and are connected to the estimation error E (k) and the second-order cyclic digital filter.
One parameter modification amount based on the output of 50 1 to 50k Is a circuit for obtaining four multipliers 95 11 , 95 12 to 95k 1 ,
It is composed of 95k 2 , 96 11 , 96 12 to 96k 1 , 96k 2 . Here, the multiplier 95 11 ~95k 1 multiplies the output of the adder 62 11 ~62k 1 in the estimation error E (k) and a secondary cyclic digital filter 50 1 ~50k. The multiplication result is multiplied by a constant β by the multipliers 96 11 to 96k 1 and the amount of parameter modification is performed once. To get Similarly, the multipliers 95 12 to 95 k 2 have the estimation error E
(K) and multiplies the output of the delay unit 60 11 ~60k 1 in the secondary cyclic digital filter 50 1 ~50k. The multiplication result is multiplied by a constant β by the multipliers 96 12 to 96k 2, and the amount of parameter correction once To get

以上のように構成される直交関数型ADFでは、(9a),
(9b)式の適応制御アルゴリズムを用いた場合、次のよ
うにして基本ブロックのパラメータ が収束時に最適値に設定される。
In the orthogonal function ADF configured as above, (9a),
When the adaptive control algorithm of Eq. (9b) is used, the basic block parameters are as follows. Is set to an optimum value when converges.

(1) 先ず、(8)式で示される未知システム71の伝
達関数H(Z)を、直交関数型ADFにおけるパラメータ
の収束値 を用いて表わすと、次式のようになる。
(1) First, the transfer function H (Z) of the unknown system 71 expressed by the equation (8) is set to the convergence value of the parameter in the orthogonal function type ADF. It can be expressed as

(12)式において、 は直交関数型ADFのパラメータの収束値であり、m=k
+1以降の値は任意の値である。(8)式の伝達関数H
(Z)が(12)式のように表現できるのは、H(Z)を
(12)式で示されるように直交関数系で展開しているか
らである。
In equation (12), Is the convergence value of the parameters of the orthogonal function type ADF, and m = k
Values after +1 are arbitrary values. Transfer function H of equation (8)
The reason why (Z) can be expressed as in equation (12) is that H (Z) is expanded in an orthogonal function system as shown in equation (12).

(9a),(9b)式のアルゴリズムの収束時においては、 が成立している。(11a),(11b)式を用いて(13
a),(13b)式をZ領域で表現すると、 となる。ここで、 である。(13a),(13b)式が成立している場合、(14
a)〜(14c)式中の被積分関数は単位円Γ内に極がない
か、あるかは が0であるかのいずれかである。(14a)〜(14c)式よ
り明らかなように、単位円Γ内に極を有しているため、 は0である。以上のようにして未知システム71のパラメ
ータ値と直交関数型ADFのパラメータ値とが一致する。
When the algorithms of equations (9a) and (9b) converge, Has been established. Using equations (11a) and (11b),
Expressing a) and (13b) in the Z domain, Becomes here, Is. If the expressions (13a) and (13b) are satisfied, (14
Whether the integrand in a) to (14c) has no pole in the unit circle Γ is Is zero. As is clear from the equations (14a) to (14c), since the unit circle Γ has poles, Is 0. As described above, the parameter value of the unknown system 71 matches the parameter value of the orthogonal function ADF.

(2) 前記(1)では、パラメータ の適応制御法について述べたが、パラメータ の適応制御は、通常の最急降下法を用いればよい。すな
わち、 である。
(2) In (1) above, parameters The adaptive control method of The normal steepest descent method may be used for the adaptive control of. That is, Is.

(3) 前記(1),(2)を整理すると、パラメータ
の制御手順は次のようになる。
(3) When the above (1) and (2) are arranged, the parameter control procedure is as follows.

(15a),(15b)式を用いてある一定期間パラメー
を更新する。
Parameters for a certain period using Eqs. (15a) and (15b) To update.

次に、ある一定期間パラメータ を更新する。Next, parameters for a certain period To update.

前記にもどり、前記手順を繰り返す。 Return to the above and repeat the above procedure.

このような適応制御を行うため、パラメータの推定精度
が高く、しかも適応制御回路の構成が簡単であるため、
回路規模が小型になる。
Since such adaptive control is performed, the parameter estimation accuracy is high and the configuration of the adaptive control circuit is simple.
The circuit scale becomes smaller.

本発明は、図示の実施例に限定されず、種々の変形が可
能である。その変形例としては、例えば次のようなもの
がある。
The present invention is not limited to the illustrated embodiment, and various modifications can be made. The following are examples of such modifications.

(a) パラメータ修正量 を第1の演算回路821〜82kを用いて最急降下法で求めた
が、該演算回路821〜82kと異なる構成の回路を用いた
り、あるいは最急降下法と異なる方法で、前記パラメー
タ修正量 を求めることも可能である。
(A) Parameter correction amount Was calculated by the steepest descent method using the first arithmetic circuits 82 1 to 82k. However, the parameter correction amount could be obtained by using a circuit having a different configuration from the arithmetic circuits 82 1 to 82k, or by a method different from the steepest descent method. It is also possible to ask

(b) パラメータ修正量 を求める第2の演算回路811〜81kにおいて、各乗算器93
11,9312〜93k1,93k2における乗算結果の時間平均値(相
関演算値)を求めた後、その値を各乗算器9411,9412〜9
4k1,94k2に入力してパラメータ修正量を求めるようにし
ても、上記実施例とほぼ同様の効果が得られる。このよ
うに、第2の演算回路811〜81k、さらには微係数検出回
路等は、他の回路構成に種々変形可能である。
(B) Parameter modification amount In the second arithmetic circuit 81 1 ~81k seeking, each multiplier 93
After obtaining the time average value (correlation calculation value) of the multiplication results in 11 , 93 12 to 93k 1 and 93k 2 , the value is calculated by each multiplier 94 11 , 94 12 to 9
Even if the parameter correction amount is obtained by inputting into 4k 1 and 94k 2 , almost the same effect as in the above embodiment can be obtained. Thus, the second arithmetic circuit 81 1 ~81k, the more differential coefficient detecting circuit or the like, and various modifications may be made to the other circuit configurations.

(発明の効果) 以上詳細に説明したように、本発明によれば、直交関数
型ADFが実現する有理関数の分母多項式を決定する各基
本ブロックのパラメータ を、未知システム71の出力y(k)より該ADFの を減じた値E(K)と、各基本ブロックにおける1次非
巡回型ディジタルフイルタ52iの出力信号の前記パラメ
ータ に対する微係数とを用い、適応制御が行えるため、パラ
メータの推定精度が高く、しかも回路規模の小型化の効
果が期待できる。
(Effect of the Invention) As described in detail above, according to the present invention, the parameters of each basic block that determine the denominator polynomial of a rational function realized by an orthogonal function ADF Of the ADF from the output y (k) of the unknown system 71 And the parameter of the output signal of the first-order acyclic digital filter 52i in each basic block. Since it is possible to perform adaptive control by using the differential coefficient and, it is expected that the parameter estimation accuracy is high and that the circuit scale can be reduced.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

第1図は本発明の実施例に示す直交関数型の適応型ディ
ジタルフイルタ(ADF)の構成図、第2図はADFによる未
知システムの同定説明図、第3図はエコーキャンセラの
構成図、第4図は従来のFIR型ADFの構成図、第5図およ
び第6図は従来のIIR型ADFの構成図、第7図は本発明の
実施例を説明するための直交関数型ディジタルフイルタ
の構成図である。 501〜50k……2次巡回型ディジタルフイルタ、501〜50k
-1……2次非巡回型ディジタルフイルタ、521〜52k……
1次巡回型ディジタルフイルタ、701〜70k-1……加算
器、71……未知システム、72……加算器、801〜80k……
2次巡回型ディジタルフイルタ(微係数検出回路)、81
1〜81k……第2の演算回路、821〜82k……第1の演算回
路、X(k)……入力、 y(k)……未知システムの出力、E(k)……推定誤
差。
FIG. 1 is a block diagram of an orthogonal function type adaptive digital filter (ADF) according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is an explanatory diagram for identifying an unknown system by the ADF, FIG. 3 is a block diagram of an echo canceller, and FIG. FIG. 4 is a configuration diagram of a conventional FIR type ADF, FIGS. 5 and 6 are configuration diagrams of a conventional IIR type ADF, and FIG. 7 is a configuration of an orthogonal function type digital filter for explaining an embodiment of the present invention. It is a figure. 50 1 to 50k …… 2nd recursive digital filter, 50 1 to 50k
-1 …… Secondary acyclic digital filter, 52 1 to 52k ……
First-order cyclic digital filter, 70 1 to 70k -1 …… Adder, 71 …… Unknown system, 72 …… Adder, 80 1 to 80k ……
Second-order cyclic digital filter (differential coefficient detection circuit), 81
1 to 81k ... second arithmetic circuit, 82 1 to 82k ... first arithmetic circuit, X (k) ... input, y (k) ... Output of unknown system, E (k) ... Estimation error.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】2次巡回型ディジタルフイルタ50i(i=
1,2…,K)と、このディジタルフイルタ50iに縦続接続さ
れ該ディジタルフイルタ50iの極のZ平面上単位円に関
する鏡像の位置に零点を有する2次非巡回型ディジタル
フイルタ51j(j=1,2,…,K−1)とで構成される基本
区間が、複数個縦続接続され、さらに2次巡回型ディジ
タルフイルタ50Kで構成される基本区間が前記基本区間
の最終段に縦続接続され、 前記各基本区間における2次巡回型ディジタルフイルタ
50iの出力側にそれぞれ接続され、前記各基本区間とと
もに複数個の基本ブロックを構成する複数個の1次非巡
回型ディジタルフイルタ52iを備え、 パラメータ を適応制御することによって、前記各基本ブロック内の
1次非巡回型ディジタルフイルタ52iの出力和が となる適応型ディジタルフイルタにおいて、 前記各基本区間における2次巡回型ディジタルフイルタ
50iの出力側にそれぞれ接続され、該ディジタルフイル
タ50iの出力と、前記適応型ディジタルフイルタが実現
する有理関数で与えられる伝達関数H(z)で推定する
ための未知システム71の出力y(k)より該適応型ディ
ジタルフイルタの を減じた値E(K)とに基づき、該有理関数における分
子多項式を決定する第1のパラメータ を求める複数個の第1の演算回路82iと、 前記各基本ブロックにおける1次非巡回型ディジタルフ
イルタ52iの出力側にそれぞれ接続され、前記有理関数
における分母多項式を決定する基本区間の第2のパラメ
ータ に対する微係数を求める複数個の微係数検出回路80i
と、 前記未知システム71の出力y(k)より前記適応型ディ
ジタルフイルタの を減じた値E(K)と、前記各微係数とに基づき、それ
ぞれ前記第2のパラメータ を求める複数個の第2の演算回路81iとを、 設けたことを特徴とする適応型ディジタルフイルタ。
1. A second-order cyclic digital filter 50i (i =
, 2, ..., K) and a secondary non-recursive digital filter 51j (j = 1, j) connected in cascade to the digital filter 50i and having a zero at the mirror image position with respect to the unit circle on the Z plane of the poles of the digital filter 50i. , ..., K-1) and a plurality of basic sections connected in cascade, and a basic section composed of a secondary cyclic digital filter 50 K is connected in cascade to the final stage of the basic section. Secondary cyclic digital filter in each of the basic sections
A plurality of primary acyclic digital filters 52i, each of which is connected to the output side of 50i and constitutes a plurality of basic blocks together with each of the basic sections, are provided. By adaptively controlling the output sum of the first-order acyclic digital filter 52i in each of the basic blocks. In the adaptive digital filter, the second-order cyclic digital filter in each of the basic sections is provided.
Output y (k) of the unknown system 71, which is connected to the output side of 50i and is estimated by the output of the digital filter 50i and the transfer function H (z) given by a rational function realized by the adaptive digital filter. Of the adaptive digital filter The first parameter for determining the numerator polynomial in the rational function based on the value E (K) And a plurality of first arithmetic circuits 82i for obtaining the following, and second parameters of the basic section which are respectively connected to the output side of the primary acyclic digital filter 52i in each of the basic blocks and which determine the denominator polynomial in the rational function. A plurality of differential coefficient detection circuits 80i for obtaining differential coefficients for
From the output y (k) of the unknown system 71, the adaptive digital filter On the basis of the value E (K) obtained by subtracting An adaptive digital filter having a plurality of second arithmetic circuits 81i for determining
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