JPH1079644A - デジタルフィルタ - Google Patents

デジタルフィルタ

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JPH1079644A
JPH1079644A JP8254012A JP25401296A JPH1079644A JP H1079644 A JPH1079644 A JP H1079644A JP 8254012 A JP8254012 A JP 8254012A JP 25401296 A JP25401296 A JP 25401296A JP H1079644 A JPH1079644 A JP H1079644A
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JP
Japan
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filter
word length
digital filter
coefficient
dsp
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Pending
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JP8254012A
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English (en)
Inventor
Koichi Chiba
公一 千葉
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New Japan Radio Co Ltd
Original Assignee
New Japan Radio Co Ltd
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Publication date
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Publication of JPH1079644A publication Critical patent/JPH1079644A/ja
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 精度を向上させたデジタルフィルタを実現す
る。 【解決手段】 乗算部9〜11、13、14において乗
算すべきフィルタ係数を、所望のフィルタ特性を得るた
めのフィルタ係数に所定の実数を乗算した値とし、且つ
前記乗算部で得られた乗算値を前記実数で除算する手段
12、15を設け、さらに再帰部21における演算をD
SPの語長の2倍の語長で実行する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明はデジタル化された入
力信号に対して予め設定したフィルタ係数に基づき演算
を実行し、所望のフィルタリング特性を得るようにした
固定小数点型のDSPからなるデジタルフィルタに関す
るものである。
【0002】
【従来の技術】従来の固定小数点型DSP(Digital Si
gnal Processor)構成のIIR型のデジタルフィルタの
信号流れ線図を図4に示す。31は信号入力部、32は
信号出力部、33〜36は1サンプルタイム遅延部、3
7〜41はフィルタ係数をセットした乗算部、42は加
算部、43は非再帰部(非巡回部)、44は出力データ
をフィードバック演算する再帰部(巡回部)である。
【0003】ここで、nサンプルタイムでの入力信号を
X(n)、出力信号をY(n)とすると、出力信号Y
(n)を示す差分方程式は、 Y(n)=a0・X(n)+a1・X(n-1)+a2・X(n-2) −b1・Y(n-1)−b2・Y(n-1) ・・・(1) となる。ただし、a0 、a1 、a2 、b1 、b2 は乗算
部37〜41に設定したフィルタ係数である。このデジ
タルフィルタにより、2次特性をもつLPF、HPF、
BPF、BRF等のフィルタ特性を実現することができ
る。
【0004】このフィルタ特性はフィルタ係数a0 、a
1 、a2 、b1 、b2 に依存する。ここで、低域のカッ
トオフ周波数fc=50HzのLPFの例を示すと、そ
のフィルタ係数a0 、a1 、a2 、b1 、b2 は図5の
(a)に示す通りとなり、帯域中心周波数fo=30H
zのBPFの場合は図5の(b)に示す通りとなる。こ
の図5の(a)、(b)から明らかなように、フィルタ
係数a0 、a1 、a2は零(0)に近づき、b1 は1に
近づき、b2 は−0.5に近づく。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】図5の(c)は図5の
(a)のLPFのフィルタ係数a0 、a1 、a2
1、b2 を、固定小数点型DSPの係数語長である1
6ビットに変換したときの係数値、図5の(d)は図5
の(b)のBPFのフィルタ係数a0 、a1 、a2 、b
1 、b2 を同様に16ビットに変換したときの係数値で
ある。
【0006】図5の(c)のLPFの係数をみると明ら
かなように、入力信号と乗算されるべきフィルタ係数a
0 、a1 、a2 が0になっているため、フィルタ出力は
得られない。よって、LPFの機能はもたないことにな
る。このように係数値が0になる現象は、実数値で計算
された係数を16ビットの有限語長の係数に変換する際
に生じる丸め誤差によるものである。同様の理由から、
BPFでも係数値に誤差を含んでいる。また、固定小数
点型DSPの内部で行われるフィルタ演算においても、
このような有限語長誤差を含んだ状態で演算が行われて
いる。
【0007】以上の問題点は、設計されたフィルタ係数
を量子化する際、および演算を行う際に、必要充分な語
長を有していないことに起因している。しかし、この係
数語長や演算語長はハードウアの仕様により決る。一般
的に用いられる廉価なDSPは係数語長および演算語長
が16ビットの固定小数点であるため、前記したように
所望のフィルタ特性を実現することができないのであ
る。
【0008】そこで、改善策として、DSPのハードウ
エアアーキテクチャを浮動小数点型にするとか、固定小
数点型DSPであってもより演算語長の長い24ビット
型や32ビット型にすることが考えられるが、この方法
はハードウエアの価格がかなり高価なものとなるので、
あまり実用的とはいい難い。
【0009】本発明は以上のような点に鑑みてなされた
もので、その目的は、ハードウエアのアーキテクチャを
変更することなく、精度を向上させたデジタルフィルタ
を実現することである。
【0010】
【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に第1の発明は、1又は複数の係数乗算手段、1又は複
数の加算手段および1又は複数の1サンプルタイム遅延
手段による演算を組み合せ実現される固定小数点型のD
SPからなるデジタルフィルタにおいて、前記係数乗算
手段にて乗算すべきフィルタ係数を、所望のフィルタ特
性を得るためのフィルタ係数に所定の実数を乗算した値
とし、且つ前記係数乗算手段で得られた乗算値を前記実
数で除算する手段を設けて構成した。
【0011】第2の発明は、第1の発明において、前記
デジタルフィルタを再帰部を有するIIR型デジタルフ
ィルタとし、該再帰部における演算を前記DSPの語長
の2倍の語長で実行するよう構成した。
【0012】第3の発明は、1又は複数の係数乗算手
段、1又は複数の加算手段および1又は複数の1サンプ
ルタイム遅延手段による演算を組み合せ実現される固定
小数点型のDSPからなるデジタルフィルタにおいて、
再帰部を設け、該再帰部における演算を前記DSPの語
長の2倍の語長で実行するよう構成した。
【0013】
【発明の実施の形態】前記したように、デジタルフィル
タによりLPFやBPFを実現するとき、そのフィルタ
係数の語長や内部演算の演算語長が短いことにより、誤
差が大きくなるという問題が発生していた。そこで、本
発明では、ファームウエア的に語長を長くしてやること
により、これらを改善する。
【0014】一般的な2次IIRデジタルフィルタの差
分方程式は前記した式(1)に示したが、本実施の形態
では、係数語長および演算語長を長くし、その2次II
Rデジタルフィルタの差分方程式を次の式(2)に示す
ように変換し、これを演算するデジタルフィルタを構成
する。 Y(n)=[A・a0・X(n)+ A・a1・X(n-1)+ A・a2・X(n-2)]/A +Y(n-1)− 0.5・Y(n-2) −[B・( b1+1)・Y(n-1)− B・(b2-0.5)・Y(n-2)]/B ・・・(2)
【0015】この式(2)に示した差分方程式により実
現された2次IIRデジタルフィルタの信号流れ線図を
図1に示した。ここでは、フィルタ係数の語長を見かけ
上長くすることと、フィードハックデータの演算語長を
長くすることを行っている。1はデータ入力部、2はデ
ータ出力部、3〜8は1サンプルタイム遅延部、9〜1
6は乗算部、17〜19は加算部、20は非再帰部、2
1は再帰部である。
【0016】まず、フィルタ係数の語長を長くする点に
ついて説明する。本実施の形態では、上下に3段で表し
た式(2)の最上段にあるように、フィルタ係数a0
1、a2 に乗数Aを乗じているため、その乗数Aによ
って見かけ上の係数語長を長くすることができる。入力
信号と乗算されるフィルタ係数の語長は、乗数Aにより
可変でき、A=2N (Nは整数)とした場合、従来の語
長よりもNビット長くした状態で、畳み込み演算を行う
ことができる。ここでは、例えばA=256(=28
とすることにより、見かけ上の係数語長は8ビットだけ
長くなったことになる。
【0017】同様の理由によって、式(2)の終段の部
分においても、フィルタ係数b1 、b2 に乗数Bを乗じ
ている。なお、ここでb1 から1を引いたり、b2
0.5を加えているのは、Bを乗じたフィルタ係数の値
が1.0を超えないようにする(使用するDSPにおい
て係数が−1〜+1の範囲に限定される)ためである。
ここでは、B=32=(25 )とすることにより、見か
け上の係数語長が5ビット分長くなったことになる。
【0018】次に、演算語長について説明する。一般に
DSPの内部の乗算部では、乗数、被乗数の語長をCビ
ットとすると、その乗算結果は2Cビットとなるる。し
かし、従来方式のフィルタ演算では、その上位ワード
(上位のCビット分)のデータのみを使用している。と
ころが、IIRデジタルフィルタの場合、式(2)の中
段および終段の部分で示されるフィードバック演算項
(再帰部21で実行する)の演算結果は、無限回の演算
に影響を与える。換言すれば、フィードバック演算項に
生じた誤差は、無限回蓄積されることになる。
【0019】したがって、これもフィルタ演算の誤差要
因であると考えられるので、乗算部の出力の2Cビット
(2Cワード)そのままのデータを使用して演算し、出
力信号Y(n)を求めるときに、上位ワード(Cビッ
ト)のみを取り出すようにする。この演算では1演算は
Cビット単位で行われるが、既に演算した結果をメモリ
に一時的に保管しながら、上位Cビット、下位Cビット
について個々にその処理を行い下位Cビットから上位C
ビットへの桁上げ等も行う。この方法によって、フィー
ドバック演算を行う場合の演算語長は従来の2倍の語長
になり、その精度が2倍になる。
【0020】
【実施例】ここでは、16ビット固定小数点型DSPを
使用した結果を示す。すなわち、その係数語長、データ
語長、内部データバス幅等がすべて16ビットであるD
SPを使用し、前記の図1に示した構成の二次元IIR
型のデジタルフィルタにおいて、A=256、B=64
とする。また、フィードバックデータの演算語長は2倍
の32ビットで行った。なお設計仕様を、LPFのfc
を100Hz、BPFのfoを30Hzとした。
【0021】図2はLPFの周波数特性を示す図であっ
て、(a)に示す本実施例によれば、100Hzまでは
ほぼゲインが0dBであって、それ以上において−12
dB/octで低下するロールオフ特性を示し、設計仕
様に沿った特性を示しているが、(b)に示す従来例に
よれば、100Hzまではゲインが0dBより低下して
設計仕様を逸脱しており、また約100Hz付近から−
12dB/octで低下するものの大きなリップルを含
んだ特性となっている。
【0022】図3はBPFの周波数特性を示す図であっ
て、(a)に示す本実施例によれば、30Hzでほぼゲ
インが0dBのピーク値を示し、また−6dB/oct
で低下するロールオフ特性を示し、設計仕様に沿った特
性を示しているが、(b)に示す従来例によれば、ピー
ク値は80Hzであり、設計仕様から大きく逸脱した特
性となっている。また、大きなリップルを含んだ特性と
なっている。
【0023】
【発明の効果】以上のように本発明によれば、廉価な例
えば16ビット語長の固定小数点型DSPを使用する場
合であっても、乗算部に設定するフィルタ乗数を所定実
数倍し、またフィードバックデータの演算語長を長くし
た処理を行うので、丸めによる誤差を補償することがで
き、所望のフィルタ特性を得ることができるという利点
がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の1つの実施の形態のIIRデジタル
フィルタの信号流れ線図である。
【図2】 (a)は図1のIIRデジタルフィルタをL
PFに適用した場合のフィルタ特性図、(b)は従来の
IIRデジタルフィルタをLPFに適用した場合のフィ
ルタ特性図である。
【図3】 (a)は図1のIIRデジタルフィルタをB
PFに適用した場合のフィルタ特性図、(b)は従来の
IIRデジタルフィルタをBPFに適用した場合のフィ
ルタ特性図である。
【図4】 従来のIIRデジタルフィルタの信号流れ線
図である。
【図5】 図4のIIRデジタルフィルタに適用するフ
ィルタ係数の説明図である。
【符号の説明】
1:データ入力部、2:データ出力部、3〜8:1サン
プルタイム遅延部、9〜16:乗算部、17〜19:加
算部、20:非再帰部、21:再帰部。

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】1又は複数の係数乗算手段、1又は複数の
    加算手段および1又は複数の1サンプルタイム遅延手段
    による演算を組み合せ実現される固定小数点型のDSP
    からなるデジタルフィルタにおいて、 前記係数乗算手段にて乗算すべきフィルタ係数を、所望
    のフィルタ特性を得るためのフィルタ係数に所定の実数
    を乗算した値とし、且つ前記係数乗算手段で得られた乗
    算値を前記実数で除算する手段を設けたことを特徴とす
    るデジタルフィルタ。
  2. 【請求項2】前記デジタルフィルタを再帰部を有するI
    IR型デジタルフィルタとし、該再帰部における演算を
    前記DSPの語長の2倍の語長で実行することを特徴と
    する請求項1に記載のデジタルフィルタ。
  3. 【請求項3】1又は複数の係数乗算手段、1又は複数の
    加算手段および1又は複数の1サンプルタイム遅延手段
    による演算を組み合せ実現される固定小数点型のDSP
    からなるデジタルフィルタにおいて、 再帰部を設け、該再帰部における演算を前記DSPの語
    長の2倍の語長で実行することを特徴とするデジタルフ
    ィルタ。
JP8254012A 1996-09-05 1996-09-05 デジタルフィルタ Pending JPH1079644A (ja)

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2003047097A1 (fr) * 2001-11-29 2003-06-05 Neuro Solution Corp. Procede de conception d'un filtre numerique, appareil de projet, programme de projet pour la realisation d'un tel filtre, et filtre numerique y relatif
WO2003096534A1 (fr) * 2002-05-09 2003-11-20 Neuro Solution Corp. Procede et dispositif de mise au point d'un dispositif de reglage de la qualite sonore, programme de mise au point d'un dispositif de reglage de la qualite sonore et dispositif de reglage de la qualite sonore
US7400676B2 (en) 2002-05-09 2008-07-15 Neuro Solution Corp. Tone quality adjustment device designing method and designing device, tone quality adjustment device designing program, and tone quality adjustment device
JP2011023927A (ja) * 2009-07-15 2011-02-03 Yamaha Corp デジタルフィルタおよびプログラム

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A131 Notification of reasons for refusal

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Effective date: 20060124

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Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20060606