JPH10308650A - Filter design method and digital filter - Google Patents

Filter design method and digital filter

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JPH10308650A
JPH10308650A JP11773397A JP11773397A JPH10308650A JP H10308650 A JPH10308650 A JP H10308650A JP 11773397 A JP11773397 A JP 11773397A JP 11773397 A JP11773397 A JP 11773397A JP H10308650 A JPH10308650 A JP H10308650A
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JP
Japan
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transfer function
filter
group delay
iir
coefficient
Prior art date
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JP11773397A
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Japanese (ja)
Inventor
Atsushi Kikuchi
敦 菊池
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Sony Corp
Original Assignee
Sony Corp
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To realize an IIR filter which flattens the group delay of a pass area with a small number of taps. SOLUTION: In a CPU 1, a transmission function Hi(z) which makes group delay most flat and has only a pole is obtained. The transfer function Hs(z) or Hp(z) corresponding to the inhibition area or the pass area of the IIR filter is obtained by making an equation so that the inhibition area or the pass area of the IIR filter becomes a Chebyshev characteristic and solving it. The tap coefficient of the IIR filter is obtained based on the transfer function shown by an expression H(z)=Hi(z)Hs(z)Hp(z).

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、フィルタ設計方法
およびディジタルフィルタに関し、特に、IIR型のデ
ィジタルフィルタにおける通過域の群遅延を、少ないタ
ップ数で平坦にすることができるようにするフィルタ設
計方法およびディジタルフィルタに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a filter design method and a digital filter, and more particularly, to a filter design method capable of flattening a group delay in a pass band in an IIR type digital filter with a small number of taps. And digital filters.

【0002】[0002]

【従来の技術】ディジタルフィルタは、そのインパルス
応答によりFIR(Finite Impulse Response)型とI
IR(Infinite Impulse Response)型とに分類され
る。FIRフィルタ(FIR型のディジタルフィルタ)
は、有限長のインパルス応答を有し、IIRフィルタ
(IIR型のディジタルフィルタ)は、無限長のインパ
ルス応答を有する。
2. Description of the Related Art A digital filter employs an FIR (Finite Impulse Response) type and an IIR based on its impulse response.
It is classified into IR (Infinite Impulse Response) type. FIR filter (FIR type digital filter)
Has an impulse response of finite length, and an IIR filter (IIR type digital filter) has an impulse response of infinite length.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】ところで、FIRフィ
ルタによれば、群遅延(group delay)を全帯域にわた
って一定にすることが可能であるが、例えば、その通過
域が狭い場合には、即ち、阻止域が広い場合には、その
広い阻止域にわたってゼロ点を設ける必要があるため、
フィルタのタップ数が非常に多くなる。
By the way, according to the FIR filter, it is possible to make the group delay constant over the whole band. For example, when the pass band is narrow, If the stopband is wide, it is necessary to set a zero point over the wide stopband.
The number of taps of the filter becomes very large.

【0004】一方、IIRフィルタでは、狭い通過域
を、少ないタップ数で実現することができるが、群遅延
を全帯域にわたって一定にすることは困難である。
On the other hand, with an IIR filter, a narrow pass band can be realized with a small number of taps, but it is difficult to make the group delay constant over the entire band.

【0005】ここで、群遅延は、全帯域にわたって一定
でなくても、通過域で平坦になっていれば、一般に充分
である。
Here, even if the group delay is not constant over the entire band, it is generally sufficient if the group delay is flat in the pass band.

【0006】本発明は、このような状況に鑑みてなされ
たものであり、通過域の群遅延を平坦にするIIR型の
ディジタルフィルタを、少ないタップ数で実現すること
ができるようにするものである。
The present invention has been made in view of such a situation, and is intended to realize an IIR digital filter for flattening a group delay in a passband with a small number of taps. is there.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】請求項1に記載のフィル
タ設計方法は、群遅延を最大平坦にする、極だけを有す
る第1の伝達関数を求め、IIRフィルタの阻止域また
は通過域にそれぞれ対応する第2または第3の伝達関数
を、IIRフィルタの阻止域または通過域がチェビシェ
フ特性となるように方程式をたてて解くことにより求
め、第1乃至第3の伝達関数に基づいて、IIRフィル
タのタップ係数を求めることを特徴とする。
According to a first aspect of the present invention, there is provided a filter design method comprising: obtaining a first transfer function having only a pole which maximizes a group delay to a maximum value; The corresponding second or third transfer function is determined by solving an equation so that the stopband or passband of the IIR filter has Chebyshev characteristics, and based on the first to third transfer functions, IIR It is characterized in that tap coefficients of a filter are obtained.

【0008】請求項2に記載のディジタルフィルタは、
請求項1に記載のフィルタ設計方法によりタップ係数が
求められたものであることを特徴とする。
[0008] The digital filter according to claim 2 is
A tap coefficient is obtained by the filter design method according to claim 1.

【0009】請求項1に記載のフィルタ設計方法におい
ては、群遅延を最大平坦にする、極だけを有する第1の
伝達関数を求め、IIRフィルタの阻止域または通過域
にそれぞれ対応する第2または第3の伝達関数を、II
Rフィルタの阻止域または通過域がチェビシェフ特性と
なるように方程式をたてて解くことにより求め、第1乃
至第3の伝達関数に基づいて、IIRフィルタのタップ
係数を求めるようになされている。
In the filter design method according to the first aspect, a first transfer function having only a pole and maximizing the group delay is determined, and a second transfer function corresponding to a stop band or a pass band of the IIR filter is obtained. The third transfer function is given by II
A tap coefficient of the IIR filter is obtained based on the first to third transfer functions by obtaining and solving an equation so that the stop band or the pass band of the R filter has Chebyshev characteristics.

【0010】請求項2に記載のディジタルフィルタにお
いては、請求項1に記載のフィルタ設計方法によりタッ
プ係数が求められている。
[0010] In the digital filter according to the second aspect, the tap coefficient is obtained by the filter design method according to the first aspect.

【0011】[0011]

【発明の実施の形態】図1は、本発明を適用したフィル
タ設計装置の一実施の形態の構成例を示している。この
フィルタ設計装置は、例えば、コンピュータをベースに
して構成されており、通過域の群遅延を平坦にするII
R型のディジタルフィルタのタップ係数を求めるように
なされている。
FIG. 1 shows an example of the configuration of an embodiment of a filter design apparatus to which the present invention is applied. This filter design apparatus is configured based on, for example, a computer, and flattens the group delay in the passband. II
The tap coefficients of an R-type digital filter are obtained.

【0012】即ち、CPU(Central Processing Uni
t)1は、補助記憶装置6に記憶(記録)されたオペレ
ーティングシステムの制御の下、同じく補助記憶装置6
に記憶されたアプリケーションプログラムを実行するこ
とで、IIRフィルタのタップ係数を求めるフィルタ設
計処理などの所定の処理を行う。ROM(Read Only Me
mory)2は、例えば、IPL(Initial Program Loadin
g)のプログラムなどを記憶している。RAM(Random
Access Memory)3は、CPU1が実行するプログラム
や、CPU1の動作上必要なデータを記憶する。入力部
4は、例えば、キーボードやマウスなどで構成され、所
定のデータやコマンドを入力するときなどに操作され
る。出力部5は、ディスプレイやプリンタなどで構成さ
れ、所定の情報を表示、印刷する。補助記憶装置6は、
例えば、ハードディスクなどで構成され、オペレーティ
ングシステムや、フィルタ設計処理などをCPU1に実
行させるためのアプリケーションプログラムなどを記憶
している。さらに、補助記憶装置6は、CPU1の処理
結果その他の必要なデータなども記憶するようになされ
ている。
That is, a CPU (Central Processing Uniform)
t) 1 is also the auxiliary storage device 6 under the control of the operating system stored (recorded) in the auxiliary storage device 6.
By executing the application program stored in the .RTM., A predetermined process such as a filter design process for obtaining a tap coefficient of the IIR filter is performed. ROM (Read Only Me)
mory) 2 is, for example, an IPL (Initial Program Loadin).
g) programs and so on. RAM (Random
The Access Memory 3 stores programs executed by the CPU 1 and data necessary for the operation of the CPU 1. The input unit 4 includes, for example, a keyboard and a mouse, and is operated when inputting predetermined data and commands. The output unit 5 includes a display, a printer, and the like, and displays and prints predetermined information. The auxiliary storage device 6
For example, it is configured by a hard disk or the like, and stores an operating system, an application program for causing the CPU 1 to execute filter design processing, and the like. Further, the auxiliary storage device 6 is configured to store a processing result of the CPU 1 and other necessary data.

【0013】次に、図2のフローチャートを参照して、
図1のフィルタ設計装置において行われるフィルタ設計
処理について説明する。
Next, referring to the flowchart of FIG.
The filter design processing performed in the filter design device of FIG. 1 will be described.

【0014】まず最初に、ステップS1において、群遅
延を最大平坦にする、極だけを有する伝達関数Hi
(z)の次数ni、および群遅延の大きさτの初期値が
設定される。即ち、ステップS1では、niおよびτを
入力するように促すメッセージが、出力部5で表示さ
れ、これに対応して、ユーザが入力部4を操作すること
により、niおよびτを入力すると、それらが初期値と
して設定される。
First, in step S1, a transfer function Hi having only poles for maximizing the group delay is provided.
Initial values of the order ni of (z) and the magnitude τ of the group delay are set. That is, in step S1, a message prompting the user to input ni and τ is displayed on the output unit 5. In response to this, when the user operates the input unit 4 to input ni and τ, Is set as an initial value.

【0015】ここで、伝達関数Hi(z)は、次式で表
される、分母にのみ係数を有する関数である。
Here, the transfer function Hi (z) is a function represented by the following equation and having a coefficient only in the denominator.

【0016】[0016]

【数1】 ・・・(1)但し、a(k)は、伝達関数Hi(z)の
係数を表し、nは、伝達関数Hi(z)の次数を表す。
従って、ここでは、n=niである。
(Equation 1) (1) where a (k) represents a coefficient of the transfer function Hi (z), and n represents an order of the transfer function Hi (z).
Therefore, here, n = ni.

【0017】その後、ステップS2に進み、CPU1に
おいて、伝達関数Hi(z)の係数a(k)が、例え
ば、式(2)で示される漸化式にしたがって求められ
る。
Thereafter, the process proceeds to step S2, in which the CPU 1 calculates a coefficient a (k) of the transfer function Hi (z) in accordance with, for example, a recurrence formula represented by the formula (2).

【0018】[0018]

【数2】 ・・・(2)(Equation 2) ... (2)

【0019】即ち、CPU1は、例えば、a(0)=1
とし、n(ni)およびτとして、ステップS1で設定
されたものを用いて、式(2)を計算することにより、
係数a(k)を求める。
That is, the CPU 1 determines, for example, that a (0) = 1
By using the values set in step S1 as n (ni) and τ, formula (2) is calculated,
Find the coefficient a (k).

【0020】ここで、以上のような、群遅延を最大平坦
にする、極だけを有する伝達関数Hi(z)の算出方法
は、シラン(Thiran)の方法と呼ばれる。
Here, the above-described method of calculating the transfer function Hi (z) having only a pole and maximizing the group delay is called the silane (Thiran) method.

【0021】なお、係数a(k)は、その他、例えば、
伝達関数Hi(z)の群遅延がチェビシェフ特性(等リ
プル特性)となるように等リプル近似して求めることも
可能である。
The coefficient a (k) is, for example,
It is also possible to obtain the transfer function Hi (z) by performing equiripple approximation so that the group delay becomes Chebyshev characteristics (equiripple characteristics).

【0022】係数a(k)を求めた後は、ステップS3
に進み、CPU1において、その係数a(k)を有する
伝達関数Hi(z)で表されるフィルタの通過域の群遅
延が平坦かどうかが判定される。ステップS3におい
て、伝達関数Hi(z)で表されるフィルタの通過域の
群遅延が平坦でないと判定された場合、ステップS4に
進み、CPU1は、niまたはτを変更し、ステップS
2に戻る。即ち、伝達関数Hi(z)で表されるフィル
タの通過域の群遅延が平坦にならない場合は、伝達関数
Hi(z)の次数niが増加されるか、または群遅延の
大きさτが減少される。
After obtaining the coefficient a (k), step S3
The CPU 1 determines whether the group delay of the pass band of the filter represented by the transfer function Hi (z) having the coefficient a (k) is flat. If it is determined in step S3 that the group delay of the passband of the filter represented by the transfer function Hi (z) is not flat, the process proceeds to step S4, where the CPU 1 changes ni or τ, and changes the value of ni or τ.
Return to 2. That is, when the group delay in the pass band of the filter represented by the transfer function Hi (z) does not become flat, the order ni of the transfer function Hi (z) is increased or the magnitude τ of the group delay is reduced. Is done.

【0023】また、ステップS3において、伝達関数H
i(z)で表されるフィルタの通過域の群遅延が平坦で
あると判定された場合、ステップS5に進み、求めるべ
きIIRフィルタの阻止域または通過域にそれぞれ対応
する伝達関数のタップ数nsまたはnpが設定される。
即ち、ステップS5では、nsおよびnpを入力するよ
うに促すメッセージが、出力部5で表示され、これに対
応して、ユーザが入力部4を操作することにより、2つ
の値を入力すると、それぞれがnsまたはnpとして設
定される。なお、nsおよびnpは、次式を満たす整数
である必要がある。
In step S3, the transfer function H
If it is determined that the group delay of the pass band of the filter represented by i (z) is flat, the process proceeds to step S5, and the number of taps ns of the transfer function corresponding to the stop band or the pass band of the IIR filter to be obtained. Alternatively, np is set.
That is, in step S5, a message prompting the user to input ns and np is displayed on the output unit 5. In response to this, when the user operates the input unit 4 to input two values, Is set as ns or np. Note that ns and np need to be integers that satisfy the following equation.

【0024】 ns+np<ni,1<ns,np ・・・(3)Ns + np <ni, 1 <ns, np (3)

【0025】その後、ステップS6以下において、求め
るべきIIRフィルタの阻止域または通過域にそれぞれ
対応する伝達関数が求められる。
Thereafter, in step S6 and subsequent steps, transfer functions respectively corresponding to the stopband or passband of the IIR filter to be obtained are obtained.

【0026】即ち、求めるべきIIRフィルタの伝達関
数の阻止域(ストップバンド)または通過域(パスバン
ド)に対応する伝達関数をそれぞれHs(z)またはH
p(z)と表すとき、求めるべきIIRフィルタの伝達
関数H(z)は、例えば、次式で与えられる。
That is, the transfer function corresponding to the stop band (stop band) or pass band (pass band) of the transfer function of the IIR filter to be obtained is Hs (z) or Hs (z), respectively.
When expressed as p (z), the transfer function H (z) of the IIR filter to be obtained is given by, for example, the following equation.

【0027】 H(z)=Hp(z)Hs(z)Hi(z) ・・・(4) 但し、伝達関数Hi(z)は伝達関数H(z)の分母
に、伝達関数Hp(z)およびHs(z)は伝達関数H
(z)の分子に、それぞれ対応する。
H (z) = Hp (z) Hs (z) Hi (z) (4) where the transfer function Hi (z) is the denominator of the transfer function H (z), and the transfer function Hp (z) ) And Hs (z) are transfer functions H
Each corresponds to the molecule of (z).

【0028】ここで、伝達関数Hp(z)およびHs
(z)については、いずれも、群遅延を平坦にするため
に、そのタップ係数が左右対称となるようにする。この
場合、伝達関数Hp(z)およびHs(z)から得られ
る振幅特性は、いずれもコサイン(cosine)の多項式で
表すことができる。
Here, the transfer functions Hp (z) and Hs
Regarding (z), in order to make the group delay flat, the tap coefficients are set to be symmetrical. In this case, the amplitude characteristics obtained from the transfer functions Hp (z) and Hs (z) can be both represented by cosine polynomials.

【0029】伝達関数Hp(z)またはHs(z)のタ
ップ数npまたはnsが、入力部4を操作することによ
り入力されると、伝達関数Hp(z)またはHs(z)
それぞれから得られる振幅特性を表すコサインの多項式
(以下、適宜、コサイン多項式という)の係数が、例え
ば、次のようにして求められる。
When the tap number np or ns of the transfer function Hp (z) or Hs (z) is input by operating the input unit 4, the transfer function Hp (z) or Hs (z)
A coefficient of a cosine polynomial (hereinafter, appropriately referred to as a cosine polynomial) representing the amplitude characteristic obtained from each of them is obtained as follows, for example.

【0030】即ち、ステップS6において、CPU1
は、まず、伝達関数Hp(z)についてのコサイン多項
式の係数の初期値を求め、さらに、伝達関数Hs(z)
についてのコサイン多項式の係数の初期値を求める。
That is, in step S6, the CPU 1
First finds the initial values of the coefficients of the cosine polynomial for the transfer function Hp (z), and further calculates the transfer function Hs (z)
Find the initial value of the cosine polynomial coefficient for.

【0031】ここで、これらの初期値は、例えば、次の
ようにして求めることができる。
Here, these initial values can be obtained, for example, as follows.

【0032】即ち、求めるべきIIRフィルタの阻止域
の周波数上に、タップ数nsに対応する個数のゼロ点
を、例えば、等間隔で並べ、そのようなゼロ点が得られ
る伝達関数Hs(z)についての係数が、その初期値と
して求められる。次に、コサイン多項式の係数が分かれ
ば、伝達関数のタップ係数を求めることができるので、
伝達関数Hs(z)についての係数の初期値から、その
タップ係数を求め、この伝達関数Hs(z)と、ステッ
プS2で求めた伝達関数Hi(z)を、式(4)に代入
し、その結果得られる伝達関数H(z)の通過域におけ
る振幅特性が、所望の特性となるように、伝達関数Hs
(z)についてのコサイン多項式の係数に関して、方程
式をたてる。なお、伝達関数Hs(z)についてのコサ
イン多項式の係数に関する方程式は、通過域の周波数上
に、タップ数npに対応する個数の点を、例えば、等間
隔でとり、その点における振幅値についてたてる。
That is, zero points of the number corresponding to the number of taps ns are arranged, for example, at equal intervals on the frequency of the stop band of the IIR filter to be obtained, and the transfer function Hs (z) for obtaining such zero points is obtained. Is determined as its initial value. Next, if the coefficients of the cosine polynomial are known, the tap coefficients of the transfer function can be obtained.
From the initial value of the coefficient for the transfer function Hs (z), a tap coefficient is obtained, and the transfer function Hs (z) and the transfer function Hi (z) obtained in step S2 are substituted into the equation (4). The transfer function Hs is selected so that the resulting amplitude characteristic in the passband of the transfer function H (z) becomes a desired characteristic.
An equation is made for the coefficients of the cosine polynomial for (z). Note that the equation relating to the coefficient of the cosine polynomial for the transfer function Hs (z) is obtained by taking, for example, at equal intervals points corresponding to the number of taps np on the frequency of the passband and measuring the amplitude value at that point. Te

【0033】そして、上述の方程式を解くことで、伝達
関数Hs(z)についてのコサイン多項式の係数の初期
値が求められる。
By solving the above equation, the initial value of the coefficient of the cosine polynomial for the transfer function Hs (z) is obtained.

【0034】以上のようにして、伝達関数Hp(z)に
ついてのコサイン多項式の係数の初期値を求め、さら
に、その初期値を用いて、Hs(z)についてのコサイ
ン多項式の係数の初期値を求めた後は、ステップS7に
進み、CPU1は、ステップS6で求められた伝達関数
Hp(z)についての係数の初期値から、そのタップ係
数を求め、この伝達関数Hp(z)と、ステップS2で
求められた伝達関数Hi(z)を、式(4)に代入し、
その結果得られる伝達関数H(z)の阻止域における振
幅特性が、チェビシェフ特性(等リプル特性)となるよ
うに、伝達関数Hs(z)についてのコサイン多項式の
係数に関して、方程式をたてる。
As described above, the initial value of the coefficient of the cosine polynomial for the transfer function Hp (z) is obtained, and the initial value of the coefficient of the cosine polynomial for Hs (z) is calculated using the initial value. After the determination, the process proceeds to step S7, where the CPU 1 determines the tap coefficient from the initial value of the coefficient for the transfer function Hp (z) determined in step S6, and determines the transfer function Hp (z) and step S2. Substituting the transfer function Hi (z) obtained by
An equation is established for the coefficients of the cosine polynomial for the transfer function Hs (z) such that the resulting amplitude characteristic of the transfer function H (z) in the stopband is a Chebyshev characteristic (equiripple characteristic).

【0035】即ち、伝達関数Hp(z)およびHi
(z)を既知とし、伝達関数Hs(z)を未知として、
式Hp(z)Hs(z)Hi(z)で表される伝達関数
H(z)の阻止域において、その振幅特性の極大値およ
び極小値を求め、その極大値または極小値それぞれの、
所望の値からのずれ量(大きさ)が所定値となるように
方程式をたてる。
That is, the transfer functions Hp (z) and Hi
(Z) is known and the transfer function Hs (z) is unknown,
In the stop band of the transfer function H (z) represented by the formula Hp (z) Hs (z) Hi (z), the local maximum value and the local minimum value of the amplitude characteristic are obtained.
An equation is set so that the deviation amount (magnitude) from a desired value becomes a predetermined value.

【0036】そして、その方程式を解くことにより、伝
達関数Hs(z)についてのコサイン多項式の係数が求
められる。
Then, by solving the equation, the coefficient of the cosine polynomial for the transfer function Hs (z) is obtained.

【0037】その後、ステップS8に進み、CPU1
は、ステップS7で係数が求められた伝達関数Hs
(z)と、ステップS2で求められた伝達関数Hi
(z)を、式(4)に代入し、その結果得られる伝達関
数H(z)の通過域における振幅特性が、チェビシェフ
特性(等リプル特性)となるように、伝達関数Hp
(z)についてのコサイン多項式の係数に関して、方程
式をたてる。
Thereafter, the process proceeds to step S8, where the CPU 1
Is the transfer function Hs whose coefficient has been determined in step S7.
(Z) and the transfer function Hi obtained in step S2.
(Z) is substituted into equation (4), and the transfer function Hp is set so that the amplitude characteristic in the pass band of the transfer function H (z) obtained as a result is a Chebyshev characteristic (equal ripple characteristic).
An equation is made for the coefficients of the cosine polynomial for (z).

【0038】即ち、伝達関数Hs(z)およびHi
(z)を既知とし、伝達関数Hp(z)を未知として、
式Hp(z)Hs(z)Hi(z)で表される伝達関数
H(z)の阻止域において、その振幅特性の極大値およ
び極小値を求め、その極大値または極小値それぞれの、
所望の値からのずれ量(大きさ)が所定値となるように
方程式をたてる。
That is, the transfer functions Hs (z) and Hi
(Z) is known, and the transfer function Hp (z) is unknown,
In the stop band of the transfer function H (z) represented by the formula Hp (z) Hs (z) Hi (z), the local maximum value and the local minimum value of the amplitude characteristic are obtained.
An equation is set so that the deviation amount (magnitude) from a desired value becomes a predetermined value.

【0039】そして、その方程式を解くことにより、伝
達関数Hp(z)についてのコサイン多項式の係数が求
められる。
Then, by solving the equation, the coefficient of the cosine polynomial for the transfer function Hp (z) is obtained.

【0040】その後、ステップS9に進み、CPU1に
おいて、今回求められた伝達関数Hp(z)またはHs
(z)についてのコサイン多項式の係数それぞれと、前
回求められた伝達関数Hp(z)またはHs(z)につ
いてのコサイン多項式の係数それぞれとの変化量が求め
られ、その変化量が所定の閾値以下であるかどうかが判
定される。ステップS9において、変化量が所定の閾値
以下でないと判定された場合、即ち、係数が収束したと
はいえない場合、ステップS7に戻り、同様の処理が繰
り返される。なお、この場合、ステップS7では、ステ
ップS6で求められた伝達関数Hp(z)についてのコ
サイン多項式の係数の初期値ではなく、ステップS8で
求められた係数を用いて、方程式がたてられる。
Thereafter, the process proceeds to step S9, where the CPU 1 determines whether the transfer function Hp (z) or Hs
An amount of change between each coefficient of the cosine polynomial for (z) and each coefficient of the cosine polynomial for the transfer function Hp (z) or Hs (z) obtained last time is obtained, and the amount of change is equal to or less than a predetermined threshold. Is determined. If it is determined in step S9 that the amount of change is not equal to or smaller than the predetermined threshold, that is, if it cannot be said that the coefficients have converged, the process returns to step S7, and the same processing is repeated. In this case, in step S7, an equation is established using the coefficient obtained in step S8 instead of the initial value of the coefficient of the cosine polynomial for the transfer function Hp (z) obtained in step S6.

【0041】また、ステップS9において、変化量が所
定の閾値以下であると判定された場合、即ち、係数が収
束した場合、ステップS10に進み、CPU1におい
て、その収束した係数と、ステップS2で求められた伝
達関数Hi(z)とから、式(4)にしたがって得られ
る伝達関数H(z)の振幅特性が、所望の特性となって
いるかどうかが判定される。ステップS10において、
伝達関数H(z)の振幅特性が、所望の特性となってい
ないと判定された場合、ステップS11に進み、CPU
1において、np,nsを、他の値に変更する余地があ
るかどうかが判定される。
If it is determined in step S9 that the amount of change is equal to or smaller than the predetermined threshold, that is, if the coefficients have converged, the process proceeds to step S10, where the CPU 1 determines the converged coefficients and the values obtained in step S2. From the obtained transfer function Hi (z), it is determined whether or not the amplitude characteristic of the transfer function H (z) obtained according to the equation (4) is a desired characteristic. In step S10,
If it is determined that the amplitude characteristic of the transfer function H (z) is not the desired characteristic, the process proceeds to step S11, where the CPU
At 1, it is determined whether there is room to change np and ns to other values.

【0042】ステップS11において、np,nsを、
他の値に変更する余地があると判定された場合、即ち、
式(3)を満たす、いまだ用いられていないnp,ns
が存在する場合、ステップS12に進み、CPU1は、
np,nsを、そのような値に変更し、ステップS6に
戻る。また、ステップS11において、np,nsを、
他の値に変更する余地がないと判定された場合、即ち、
式(3)を満たす、いまだ用いられていないnp,ns
が存在しない場合、ステップS13に進み、CPU1
は、niおよびτを他の値に変更するように促すメッセ
ージを、出力部5に表示させ、これに対応して、ユーザ
が入力部4を操作することにより、niおよびτが入力
されるのを待って、ステップS2に戻る。
In step S11, np and ns are set as follows:
If it is determined that there is room to change to another value, that is,
Np, ns that have not been used yet satisfying equation (3)
If exists, the process proceeds to step S12, where the CPU 1
Change np and ns to such values, and return to step S6. In step S11, np and ns are set as follows.
If it is determined that there is no room to change to another value, that is,
Np, ns that have not been used yet satisfying equation (3)
Does not exist, the process proceeds to step S13, and the CPU 1
Causes the output unit 5 to display a message prompting the user to change ni and τ to another value. In response to this, the user operates the input unit 4 to input ni and τ. And returns to step S2.

【0043】一方、ステップS10において、伝達関数
H(z)の振幅特性が、所望の特性となっていると判定
された場合、ステップS14に進み、CPU1は、収束
したコサイン多項式の係数から、伝達関数Hs(z)お
よびHp(z)を求め、さらに、これらと、ステップS
2で求められた伝達関数Hi(z)とから、式(4)に
したがって伝達関数H(z)を求める。そして、CPU
1は、伝達関数H(z)の係数を、求めるべきIIRフ
ィルタのタップ係数として、例えば、補助記憶装置6に
出力して記憶させ、処理を終了する。
On the other hand, if it is determined in step S10 that the amplitude characteristic of the transfer function H (z) is the desired characteristic, the process proceeds to step S14, where the CPU 1 determines the transfer function from the converged cosine polynomial coefficient. The functions Hs (z) and Hp (z) are obtained, and these and
From the transfer function Hi (z) obtained in step 2, the transfer function H (z) is obtained according to equation (4). And CPU
1 outputs and stores the coefficient of the transfer function H (z) as the tap coefficient of the IIR filter to be obtained, for example, to the auxiliary storage device 6, and ends the processing.

【0044】次に、図3は、本発明を適用したIIRフ
ィルタの一実施の形態の構成例を示している。
FIG. 3 shows a configuration example of an embodiment of an IIR filter to which the present invention is applied.

【0045】演算部11は、例えば、DSP(Digital
Signal Processor)などで構成され、積和演算、その他
のディジタル信号処理を行うようになされている。係数
記憶部12は、図2のフローチャートにしたがって求め
られたタップ係数を記憶している。
The calculation unit 11 is, for example, a DSP (Digital
Signal Processor) and performs product-sum operation and other digital signal processing. The coefficient storage unit 12 stores tap coefficients obtained according to the flowchart of FIG.

【0046】以上のように構成されるIIRフィルタで
は、ディジタル信号が、演算部11に入力されると、演
算部11は、係数記憶部12に記憶されているタップ係
数を用いて積和演算を行うことにより、入力されたディ
ジタル信号をフィルタリングして出力する。
In the IIR filter configured as described above, when a digital signal is input to the operation unit 11, the operation unit 11 performs a product-sum operation using the tap coefficients stored in the coefficient storage unit 12. By doing so, the input digital signal is filtered and output.

【0047】次に、図2で説明したフィルタ設計処理に
よれば、それにより得られるIIRフィルタのタップ数
を、FIRフィルタで実現する場合に比較して非常に少
なくすることができる。どの程度少なくなるかを、例え
ば、周波数fが、0乃至f1、f1乃至f2、またはf
2乃至fs/2の範囲で、ゲインが、それぞれ1,
((cos(π(f−f1)/(f2−f1))+1)
/2)1/2、または0となる振幅特性を有するディジタ
ルフィルタを設計する場合を例に説明する(ゲインが0
とは、ここでは、例えば、−40dB以下をいうものと
する)。
Next, according to the filter design processing described with reference to FIG. 2, the number of taps of the IIR filter obtained thereby can be made very small as compared with a case where the FIR filter is used. For example, how much the frequency f becomes 0 to f1, f1 to f2, or f
In the range of 2 to fs / 2, the gain is 1
((Cos (π (f−f1) / (f2−f1)) + 1)
/ 2) An example in which a digital filter having an amplitude characteristic of 1/2 or 0 is designed (gain is 0)
Means, for example, -40 dB or less here).

【0048】なお、fsはサンプリング周波数を表し、
ここでは、例えば、24.576Hzとする。また、f
1およびf2は、次式で表されるものとする。
Note that fs represents a sampling frequency,
Here, for example, the frequency is 24.576 Hz. Also, f
1 and f2 are represented by the following equations.

【0049】 f1=fd(1−r)/2 f2=fd(1+r)/2 但し、ここでは、fdまたはrは、それぞれ、例えば、
0.64Hzまたは0.3とする。
F1 = fd (1−r) / 2 f2 = fd (1 + r) / 2 where fd and r are, for example,
0.64 Hz or 0.3.

【0050】上述のような振幅特性を有するディジタル
フィルタをFIRフィルタで実現した場合、阻止域(f
2乃至fs/2)のゲインを−40dBとするととも
に、通過域(0乃至f1)におけるリプルを0.50d
Bとするのに、本件発明者によるシミュレーションによ
れば、タップ数は270だけ必要となった。ここで、こ
のFIRフィルタの振幅特性を、図4に示す。
When a digital filter having the above-described amplitude characteristic is realized by an FIR filter, the stop band (f
2 to fs / 2) is set to −40 dB, and the ripple in the pass band (0 to f1) is reduced to 0.50 dB.
According to the simulation by the inventor of the present invention, the number of taps is required to be 270 for B. Here, FIG. 4 shows the amplitude characteristics of the FIR filter.

【0051】一方、図2で説明したフィルタ設計処理に
よれば、まず、伝達関数Hi(z)の周波数特性は、図
5に示すようになった。なお、ここでは、群遅延の大き
さ(周波数f=0の場合に対する通過域における群遅延
の大きさ)τを67と、タップ数niを10としてあ
る。
On the other hand, according to the filter design processing described with reference to FIG. 2, first, the frequency characteristics of the transfer function Hi (z) are as shown in FIG. Here, the magnitude of the group delay (the magnitude of the group delay in the passband for the frequency f = 0) τ is 67, and the number of taps ni is 10.

【0052】ここで、図5においては、横軸の周波数
を、規格化周波数(周波数をサンプリング周波数fsで
除算した値)で表してある。また、縦軸の群遅延(Grou
p Delay)についても同様に、サンプリング周波数fs
で規格化(除算)した値を示してある。
Here, in FIG. 5, the frequency on the horizontal axis is represented by a normalized frequency (a value obtained by dividing the frequency by the sampling frequency fs). The group delay (Grou
p Delay), the sampling frequency fs
The values normalized (divided) by are shown.

【0053】図5から分かるように、群遅延は、周波数
fが0乃至fd/2(=0.32Hz)(規格化周波数
では、0.013028)の範囲で平坦になっており、
その値は、約2.76(=67/24.76)となって
いる。なお、本件発明者がシミュレーションに用いたプ
ログラムは、ダブルプレジジョンの精度になっているた
め、タップ数niを、10の約2倍の19とするととも
に、群遅延の大きさτを、67の2倍の134とする
と、精度が悪くなる。そこで、シミュレーションでは、
ディジタルフィルタを縦接続して用いることとした。
As can be seen from FIG. 5, the group delay is flat when the frequency f is in the range of 0 to fd / 2 (= 0.32 Hz) (0.013028 in the normalized frequency).
Its value is about 2.76 (= 67 / 24.76). Since the program used by the present inventor for the simulation has the accuracy of double precision, the number of taps ni is set to 19, which is approximately twice as large as 10, and the group delay magnitude τ is set to 67 times. If the value is doubled to 134, the accuracy becomes worse. So, in the simulation,
The digital filters are used in a longitudinal connection.

【0054】次に、図5の特性に対応する伝達関数を用
い、タップ数nsまたはnpを、それぞれ11または8
として、伝達関数Hs(z)およびHp(z)を求めた
ところ、その周波数特性は、図6に示すようになった。
同図に示すように、阻止域のゲインは、−40dB以下
となっている。また、通過域のリプルは、0.48dB
となった。
Next, using the transfer function corresponding to the characteristic of FIG. 5, the number of taps ns or np is set to 11 or 8 respectively.
When the transfer functions Hs (z) and Hp (z) were obtained, the frequency characteristics were as shown in FIG.
As shown in the figure, the gain in the stop band is -40 dB or less. The ripple in the pass band is 0.48 dB.
It became.

【0055】以上のような伝達関数Hi(z),Hs
(z)、およびHp(z)から、式(4)にしたがって
得られる伝達関数H(z)のゼロ点または極は、それぞ
れ17または18個であり、それぞれを、表1または表
2に示す。
The transfer functions Hi (z) and Hs as described above
The transfer function H (z) obtained from (z) and Hp (z) according to the equation (4) has 17 or 18 zero points or 18 poles, respectively, which are shown in Table 1 or Table 2, respectively. .

【0056】[0056]

【表1】 [Table 1]

【表2】 [Table 2]

【0057】また、これらのゼロ点および極を、z平面
上に表したものを、図7に示す。なお、図7において
は、ゼロ点を○印で、極を×印で、それぞれ示してあ
る。
FIG. 7 shows these zero points and poles on the z-plane. In FIG. 7, the zero point is indicated by a circle and the pole is indicated by a cross.

【0058】さらに、伝達関数H(z)に対応するイン
パルス応答を、図8に示す。このインパルス応答に関し
ては、最初の方の時刻(時刻が0に近いところ)におい
て、対称性がわずかに失われているが、この伝達関数H
(z)で表されるディジタルフィルタを縦接続したも
の、即ち、伝達関数H(z)を2乗した伝達関数で表さ
れるディジタルフィルタ(IIRフィルタ)のインパル
ス応答を求めたところ、図9に示すようになった。この
インパルス応答は、同図に示すように、ほぼ対称になっ
ているが、これは、通過域において、群遅延がほぼ平坦
になっているためである。
FIG. 8 shows an impulse response corresponding to the transfer function H (z). Regarding the impulse response, the symmetry is slightly lost at the first time (where the time is close to 0).
The impulse response of a digital filter (IIR filter) represented by a transfer function obtained by cascading a digital filter represented by (z), that is, a transfer function obtained by squaring the transfer function H (z), was obtained. It began to show. The impulse response is almost symmetrical as shown in FIG. 3, because the group delay is almost flat in the pass band.

【0059】以上のように、FIRフィルタにおいて2
70のタップが必要なところ、図2で説明したフィルタ
設計処理によれば、それと同程度の振幅特性を有し、か
つ通過域の群遅延が平坦なディジタルフィルタを、分子
が17次で、分母が18次の伝達関数で表されるIIR
フィルタ、即ち、タップ数の非常に少ないIIRフィル
タで実現することができる。
As described above, in the FIR filter, 2
According to the filter design processing described with reference to FIG. 2, a 70-tap required digital filter having the same amplitude characteristics and a flat passband group delay, a 17th-order numerator and a denominator Is represented by an 18th-order transfer function.
This can be realized by a filter, that is, an IIR filter having a very small number of taps.

【0060】なお、IIRフィルタの阻止域や通過域、
さらには、通過域の群遅延の大きさは、上述したものに
限定されるものではない。但し、通過域が広くなると、
極の数が増加し、その結果、IIRフィルタのタップ数
が増加するから、本発明は、特に、通過域が狭い場合に
有用である。
The stop band and pass band of the IIR filter,
Furthermore, the magnitude of the group delay in the passband is not limited to the above. However, if the pass area is wide,
The present invention is particularly useful when the passband is narrow, since the number of poles increases and consequently the number of taps in the IIR filter increases.

【0061】[0061]

【発明の効果】請求項1に記載のフィルタ設計方法によ
れば、群遅延を最大平坦にする、極だけを有する第1の
伝達関数が求められ、IIRフィルタの阻止域または通
過域にそれぞれ対応する第2または第3の伝達関数が、
IIRフィルタの阻止域または通過域がチェビシェフ特
性となるように方程式をたてて解くことにより求められ
る。そして、それらの第1乃至第3の伝達関数に基づい
て、IIRフィルタのタップ係数が求められる。また、
請求項2に記載のディジタルフィルタによれば、請求項
1に記載のフィルタ設計方法により求められたタップ係
数が用いられている。従って、通過域の群遅延を平坦に
するIIR型のディジタルフィルタを、少ないタップ数
で実現することが可能となる。
According to the filter design method of the present invention, the first transfer function having only a pole and maximizing the group delay is obtained, and corresponds to the stop band or the pass band of the IIR filter. The second or third transfer function is
It is determined by solving an equation so that the stopband or passband of the IIR filter has Chebyshev characteristics. Then, a tap coefficient of the IIR filter is obtained based on the first to third transfer functions. Also,
According to the digital filter of the second aspect, the tap coefficient obtained by the filter design method of the first aspect is used. Therefore, an IIR digital filter for flattening the group delay in the passband can be realized with a small number of taps.

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

【図1】本発明を適用したフィルタ設計装置の一実施の
形態の構成例を示すブロック図である。
FIG. 1 is a block diagram illustrating a configuration example of an embodiment of a filter design apparatus to which the present invention has been applied.

【図2】図1のフィルタ設計装置によるフィルタ設計処
理を説明するためのフローチャートである。
FIG. 2 is a flowchart illustrating a filter design process performed by the filter design device of FIG. 1;

【図3】本発明を適用したIIRフィルタの一実施の形
態の構成例を示すブロック図である。
FIG. 3 is a block diagram illustrating a configuration example of an embodiment of an IIR filter to which the present invention has been applied.

【図4】270タップのFIRフィルタの周波数特性を
示す図である。
FIG. 4 is a diagram illustrating a frequency characteristic of a 270-tap FIR filter.

【図5】伝達関数Hi(z)で表されるフィルタの周波
数特性を示す図である。
FIG. 5 is a diagram illustrating a frequency characteristic of a filter represented by a transfer function Hi (z).

【図6】伝達関数Hs(z)およびHp(z)で表され
るフィルタの周波数特性を示す図である。
FIG. 6 is a diagram illustrating frequency characteristics of a filter represented by transfer functions Hs (z) and Hp (z).

【図7】伝達関数H(z)のゼロ点と極とを配置したz
平面を示す図である。
FIG. 7 is a diagram showing z in which the zero point and the pole of the transfer function H (z) are arranged.
It is a figure showing a plane.

【図8】伝達関数H(z)に対応するインパルス応答を
示す図である。
FIG. 8 is a diagram illustrating an impulse response corresponding to a transfer function H (z).

【図9】伝達関数H(z)を2乗したものに対応するイ
ンパルス応答を示す図である。
FIG. 9 is a diagram showing an impulse response corresponding to a square of the transfer function H (z).

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 CPU, 2 ROM, 3 RAM, 4 入力
部, 5 出力部,6 補助記憶装置, 11 演算
部, 12 係数記憶部
1 CPU, 2 ROM, 3 RAM, 4 input unit, 5 output unit, 6 auxiliary storage device, 11 arithmetic unit, 12 coefficient storage unit

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 通過域の群遅延が平坦なIIR(Infini
te Impulse Response)フィルタのタップ係数を求める
フィルタ設計方法であって、 群遅延を最大平坦にする、極だけを有する第1の伝達関
数を求め、 前記IIRフィルタの阻止域または通過域にそれぞれ対
応する第2または第3の伝達関数を、前記IIRフィル
タの阻止域または通過域がチェビシェフ特性となるよう
に方程式をたてて解くことにより求め、 前記第1乃至第3の伝達関数に基づいて、前記IIRフ
ィルタのタップ係数を求めることを特徴とするフィルタ
設計方法。
An IIR (Infini-band) having a flat group delay in a passband.
te Impulse Response) A filter design method for determining tap coefficients of a filter, wherein a first transfer function having only poles for maximizing a group delay is determined, and corresponds to a stopband or a passband of the IIR filter, respectively. A second or third transfer function is obtained by solving an equation so that a stop band or a pass band of the IIR filter has Chebyshev characteristics, and based on the first to third transfer functions, A filter design method characterized in that a tap coefficient of an IIR filter is obtained.
【請求項2】 通過域の群遅延が平坦なIIR(Infini
te Impulse Response)型のディジタルフィルタであっ
て、 請求項1に記載のフィルタ設計方法によりタップ係数が
求められたものであることを特徴とするディジタルフィ
ルタ。
2. An IIR (Infini-band) having a flat group delay in a passband.
A digital filter, wherein tap coefficients are obtained by the filter design method according to claim 1.
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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