KR20110042197A - 하나 이상의 디지털 필터들을 포함하는 프로세싱 시스템에서의 프로세서 동작의 최적화 - Google Patents

하나 이상의 디지털 필터들을 포함하는 프로세싱 시스템에서의 프로세서 동작의 최적화 Download PDF

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Abstract

본 발명에 따라 하나 이상의 필터들을 포함하는 프로세싱 시스템에서 프로세서 동작을 최적화시키기 위한 방법이 제공된다. 방법은 프로세싱 시스템의 하나 이상의 디지털 필터들에 대한 초기 필터 계수들을 생성하는 단계, 하나 이상의 디지털 필터들 중 적어도 하나의 디지털 필터에 대해 드롭핑될 수 있는 하나 이상의 초기 필터 계수들을 결정하는 단계, 및 하나 이상의 초기 필터 계수들을 드롭핑하는 단계를 포함한다. 하나 이상의 초기 필터 계수들의 드롭핑은 프로세싱 시스템에 의해 이용될 필터 계수들의 전체 수를 감소시킨다.

Description

하나 이상의 디지털 필터들을 포함하는 프로세싱 시스템에서의 프로세서 동작의 최적화{OPTIMIZING PROCESSOR OPERATION IN A PROCESSING SYSTEM INCLUDING ONE OR MORE DIGITAL FILTERS}
본 발명은 프로세싱 시스템에 관한 것으로, 보다 특정하게는 하나 이상의 디지털 필터들을 포함하는 프로세싱 시스템에서 프로세서 동작을 최적화시키는 것에 관한 것이다.
통상적으로 진동 유량계(vibratory flowmeter)는 흐름관(flowtube) 어셈블리를 진동시키고, 응답하여 픽-오프(pick-off) 센서 신호들을 수신하고, 픽-오프 센서 응답 신호들을 처리하고, 외부 디바이스들과 통신하도록 구동기(driver)를 동작시키는 프로세싱 시스템을 포함한다. 프로세싱 시스템은 하나 이상의 측정치들, 이를 테면 하나 이상의 흐름 특성들(flow characteristics)을 생성하도록 픽-오프 센서 응답 신호들을 처리한다. 하나 이상의 흐름 특성들은 진동 주파수, 흐름관 또는 흐름관들의 리딩부(leading portion)와 래깅부(lagging portion) 사이에서의 위상차 또는 시간차, 질량 유량(mass flow rate), 밀도, 점도, 압력 및 다른 것들을 포함할 수 있다.
프로세싱 시스템은 아날로그 입력들을 수신하고 디지털화할 수 있다. 디지털화는 아날로그 신호(들)의 샘플링을 요구할 수 있다. 프로세싱 시스템은 고정된 클록 레이트(clock rate)에서 동작(run)하며 고정된 샘플링 레이트(sampling rate)로 픽-오프 센서 응답 신호들을 샘플링한다. 나이퀴스트 정리(Nyquist Theorem)에 따라, 샘플링 레이트는 샘플링될 주파수의 적어도 2배이어야 한다.
하나의 프로세싱 시스템 애플리케이션으로는 유량계, 이를 테면 진동 유량계가 있으며, 여기서 프로세싱 시스템은 아날로그 진동 신호들을 수신하고 특히 진동 신호들의 주파수 및 위상 특성들을 결정한다. 과거에, 샘플링 레이트는 낮은 주파수 유량계들 및 높은 주파수 유량계들을 포함하는 유량계들에 대한 다양한 모델들을 수용하도록 충분히 높은 주파수로 설정되었다. 이는 유량계 전자장치에 대한 다수의 모델들의 제조 및 추적의 방지와 같이, 경제상의 이유들로 수행될 수 있었다. 통상적으로, 샘플링 레이트는 2,000 Hertz (즉, 2kHz)로 설정되었으며, 여기서 대부분의(most) 진동 유량계들은 1 kHz 보다 상당히 낮은(well below) 주파수들에서 동작한다.
종래 기술에서, 일반적으로 프로세싱 시스템 속도는 관심대상이 아니었다. 종래의 프로세싱 시스템은 통상적으로 내구성(durability) 및 용량성(capacity)에 대해 선택되었다. 프로세싱 시스템이 충분히 높은 클록 속도를 갖는 경우, 프로세싱 시스템은 하나 이상의 흐름 특성들을 생성하기 위해 2kHz 샘플들을 적절하게 처리할 수 있다(그리고 추가의 프로세싱 및 통신 및 제어 기능들을 수행할 수 있다). 유량계 전자장치의 샘플링 레이팅 및 클록 속도는 일반적으로 광범위한 적용가능성(wide applicability)에 대해 구성되며, 따라서 유량계 진동 레이트들이 상당히 초과되게 선택되었다. 프로세싱 시스템 전력 소모는 종래 기술에서 관심대상이 아니었으며, 따라서 일반적 샘플링 레이트를 설정하는 것이 허용가능하게 실행되었다.
높은 샘플링 레이트의 이용에서의 단점은 높은 샘플링 레이트가 높은 프로세싱 시스템 클록 레이트를 요구한다는 것이다. 결국, 높은 클록 레이트는 전력 소모가 높아지게 한다.
일부 애플리케이션들에서, 가능한 낮게 전력 소모를 유지하는 것이 바람직하다. 결과적으로, 프로세싱 시스템에 의한 높은 전력 소모는 문제시된다.
본 발명의 일 양상에서, 하나 이상의 디지털 필터들을 포함하는 프로세싱 시스템에서 프로세스 동작을 최적화시키기 위한 방법은,
하나 이상의 디지털 필터들에 대한 초기 필터 계수들을 생성하는 단계;
하나 이상의 디지털 필터들 중 적어도 하나의 디지털 필터에 대해 드롭핑(dropped)될 수 있는 하나 이상의 초기 필터 계수들을 결정하는 단계; 및
하나 이상의 초기 필터 계수들을 드롭핑(dropping)하는 단계
를 포함하며, 상기 하나 이상의 초기 필터 계수들의 드롭핑은 프로세싱 시스템에 의해 이용될 필터 계수들의 전체 수를 감소시킨다.
바람직하게, 방법은 프로세싱 시스템에 필터 계수들을 프로그래밍하는 후속 단계를 더 포함한다.
바람직하게, 드롭핑하는 단계는 하나 이상의 미리결정된 디지털 필터들로부터 하나 이상의 초기 필터 계수들을 드롭핑하는 단계를 더 포함한다.
바람직하게, 하나 이상의 디지털 필터들 중 하나의 디지털 필터는 비-대칭(non-symmetric) 필터 계수들을 포함한다.
바람직하게, 하나 이상의 디지털 필터들 중 하나의 디지털 필터는 대칭 필터 계수들을 포함한다.
바람직하게, 하나 이상의 디지털 필터들 중 하나의 디지털 필터는 대칭 필터 계수들을 포함하며 대칭 필터 계수들은 단독으로(singly) 또는 쌍들로(in pairs) 드롭핑된다.
바람직하게, 방법은 동작 동안 하나 이상의 프로세싱 시스템 측정치들을 미리결정된 전력 사용 임계치와 비교하는 단계, 하나 이상의 프로세싱 시스템 측정치들이 미리결정된 전력 사용 임계치를 초과하면, 하나 이상의 디지털 필터들 중 적어도 하나의 디지털 필터에 대해 드롭핑될 수 있는 하나 이상의 동작 필터 계수들을 결정하는 단계, 및 하나 이상의 동작 필터 계수들을 드롭핑하는 단계를 더 포함하며, 하나 이상의 동작 필터 계수들의 드롭핑은 적어도 현재의 메인 루프 프로세싱 반복 동안 프로세싱 시스템에 의해 이용될 동작 필터 계수들의 전체 수를 감소시킨다.
본 발명의 일 양상에서, 하나 이상의 디지털 필터들을 포함하는 프로세싱 시스템에서 프로세싱 동작을 적응가능하게 최적화시키기 위한 방법은,
동작 동안 하나 이상의 프로세싱 시스템 측정치들을 미리결정된 전력 이용 임계치와 비교하는 단계;
하나 이상의 프로세싱 시스템 파라미터들이 미리결정된 전력 이용 임계치를 초과하면, 하나 이상의 디지털 필터들 중 적어도 하나의 디지털 필터에 대해 드롭핑될 수 있는 하나 이상의 필터 계수들을 결정하는 단계; 및
하나 이상의 필터 계수들을 드롭핑하는 단계
를 포함하며, 상기 하나 이상의 필터 계수들의 드롭핑하는 단계는 프로세싱 시스템에 의해 사용될 필터 계수들의 전체 수를 감소시킨다.
바람직하게, 드롭핑하는 단계는 하나 이상의 미리결정된 디지털 필터들로부터 하나 이상의 필터 계수들을 드롭핑하는 단계를 더 포함한다.
바람직하게, 방법은 비교하는 단계, 결정하는 단계 및 처리하는 단계를 반복적으로 수행하는 단계를 더 포함한다.
바람직하게, 하나 이상의 디지털 필터들 중 하나의 디지털 필터는 비-대칭 필터 계수들을 포함한다.
바람직하게, 하나 이상의 디지털 필터들 중 하나의 디지털 필터는 대칭 필터 계수들을 포함한다.
바람직하게, 하나 이상의 디지털 필터들 중 하나의 디지털 필터는 대칭 필터 계수들을 포함하며, 대칭 필터 계수들은 단독으로 또는 쌍들로 드롭핑된다.
바람직하게, 방법은 하나 이상의 프로세싱 시스템 측정치들이 미리결정된 전력 사용 임계치를 초과하는 양에 기초하여 드롭핑될 동작 필터 계수들의 수를 결정하는 단계를 포함한다.
바람직하게, 방법은 하나 이상의 디지털 필터들에 대한 초기 필터 계수들을 생성하는 단계, 하나 이상의 디지털 필터들 중 적어도 하나의 디지털 필터에 대해 드롭핑될 수 있는 하나 이상의 초기 필터 계수들을 결정하는 단계, 및 하나 이상의 초기 필터 계수들을 드롭핑하는 단계의 예비 단계들을 포함하며, 하나 이상의 초기 필터 계수들을 드롭핑하는 단계는 프로세싱 시스템에 의해 이용될 필터 계수들의 전체 수를 감소시킨다.
일 양상에서, 하나 이상의 디지털 필터들을 포함하는 프로세싱 시스템에서 프로세서 동작을 최적화시키기 위한 방법은,
하나 이상의 디지털 필터들에 대한 필터 계수들을 생성하는 단계;
하나 이상의 디지털 필터들 중 적어도 하나의 디지털 필터에 대해 드롭핑될 수 있는 하나 이상의 초기 필터 계수들 및 하나 이상의 동작 필터 계수들을 결정하는 단계;
하나 이상의 초기 필터 계수들을 드롭핑하는 단계 ―상기 드롭핑하는 단계는 프로세싱 시스템에 의해 사용될 필터 계수들의 전체 수를 감소시킴―;
프로세싱 시스템에 필터 계수들을 프로그래밍하는 단계;
동작 동안, 하나 이상의 프로세싱 시스템 측정치들은 미리결정된 전력 사용 임계치와 비교하는 단계; 및
하나 이상의 프로세싱 시스템 측정치들이 미리결정된 전력 사용 임계치를 초과하면, 하나 이상의 동작 필터 계수들을 드롭핑하는 단계
를 포함하며, 상기 하나 이상의 필터 계수들을 드롭핑하는 단계는 프로세싱 시스템에 의해 사용될 필터 계수들의 전체 수를 추가로 감소시킨다.
바람직하게, 드롭핑하는 단계는 하나 이상의 미리결정된 디지털 필터들로부터 하나 이상의 초기 필터 계수들을 드롭핑하는 단계를 더 포함한다.
바람직하게, 하나 이상의 디지털 필터들 중 하나의 디지털 필터는 비-대칭 필터 계수들을 포함한다.
바람직하게, 하나 이상의 디지털 필터들 중 하나의 디지털 필터는 대칭 필터 계수들을 포함한다.
바람직하게, 하나 이상의 디지털 필터들 중 하나의 디지털 필터는 대칭 필터 계수들을 포함하며, 대칭 필터 계수들은 단독으로 또는 쌍들로 드롭핑된다.
바람직하게, 방법은 하나 이상의 동작 필터 계수들에 대해 비교하는 단계 및 드롭핑하는 단계를 반복적으로 수행하는 단계를 더 포함한다.
바람직하게, 방법은 하나 이상의 프로세싱 시스템 측정치들이 미리결정된 전력 사용 임계치를 초과하는 양에 기초하여 드롭핑될 동작 필터 계수들의 수를 결정하는 단계를 더 포함한다.
동일한 참조 부호는 모든 도면에서 동일한 부재를 나타낸다. 도면들이 반드시 비레축소(scale)된 것이 아님을 이해해야 한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 프로세싱 시스템을 도시한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 하나 이상의 디지털 필터들을 포함하는 프로세싱 시스템에서의 프로세서 동작을 최적화시키기 위한 방법에 대한 흐름도이다.
도 3은 150 필터 계수들로 형성된 표준 힐베르트 디지털 필터(standard Hilbert digital filter)에 대한 필터 응답을 도시한다.
도 4는 도 3의 필터를 도시하며, 여기서 필터 계수들의 일부는 본 본 발명의 실시예에 따라 드롭핑되었다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따라 필터 계수들이 드롭핑된 이후의 프로세싱 시스템을 도시한다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따라 하나 이상의 디지털 필터들을 포함하는 프로세싱 시스템에서의 프로세서 동작을 적응가능하게 최적화시키기 위한 방법에 대한 흐름도이다.
도 1-6 및 이하의 설명은 본 발명의 최상의 모드를 구성 및 사용하는 방법을 당업자에게 설명하기 위한 특정 예들을 나타낸다. 진보적 원리들을 설명하기 위한 목적으로, 일부 통상적인 양상들은 간략화되거나 생략되었다. 당업자는 본 발명의 범주 내에 속하는 이러한 예들로부터의 변형예들을 인식할 것이다. 당업자는 이하에서 설명되는 특징들이 본 발명의 다수의 변형예들을 형성하기 위해 다양한 방식들로 조합될 수 있다는 점을 인식할 것이다. 결과적으로, 본 발명은 하기에서 설명되는 특정 예들로 제한되는 것이 아니라 청구범위 및 이의 등가물들에 의해서만 제한된다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 프로세싱 시스템(103)을 도시한다. 프로세싱 시스템(103)은 인터페이스(101)를 포함할 수 있다. 프로세싱 시스템(103)은 소정의 방식으로 센서로부터 센서 신호들을 수신한다. 예를 들어, 일 실시예에서, 센서는 유량계 어셈블리의 진동 응답을 감지하고 해당하는 아날로그 진동 응답 신호들을 생성하는 픽-오프/속도 센서를 포함하는 진동 유량계 어셈블리를 포함한다. 프로세싱 시스템(103)은 하나 이상의 프로세싱 시스템 측정치들, 이를 테면, 예를 들어 유량계 어셈블리를 흐르는 흐름 물질의 흐름 특성들(112)을 얻기 위해 센서 신호들을 처리한다. 결과적으로, 프로세싱 시스템(103)은 예를 들어, 위상차, 주파수, 시간차(△t), 밀도, 질량 유량(mass flow rate), 점도, 및 유량계 어셈블리의 센서 신호들로부터의 체적 유량(volume flow rate) 중 하나 이상을 결정할 수 있다.
프로세싱 시스템(103)은 범용성 컴퓨터, 마이크로프로세싱 시스템, 논리 회로, 또는 다른 범용성 또는 주문형(customized) 프로세싱 디바이스를 포함할 수 있다. 프로세싱 시스템(103)은 다수의 프로세싱 디바이스들 사이에 분배될 수 있다. 프로세싱 시스템(103)은 임의의 방식의 통합형 또는 독립형 전자 저장 매체, 이를 테면 저장 시스템(104)을 포함할 수 있다.
저장 시스템(104)은 파라미터들 및 데이터, 소프트웨어 루틴들, 일정한 값들 및 가변적 값들을 저장할 수 있다. 또한, 저장 시스템(104)은 프로세싱 루틴(110)에 의해 이용되는 하나 이상의 디지털 필터들을 저장할 수 있고, 디지털 필터는 일련의 계수들을 포함한다.
도시된 실시예에서, 저장 시스템(104)은 제 1 디지털 필터 A(120), 제 2 디지털 필터 B(121), 제 3 디지털 필터 C(122), 및 제 4 디지털 필터 D(123)를 저장한다. 도시된 필터 세트들은 단지 예시를 위해 제시된 것이다. 프로세싱 시스템(103)이 임의의 필요한 개수 및 형태의 디지털 필터들을 포함할 수 있다는 것이 이해될 것이다.
디지털 필터들은 유한 임펄스 응답(FIR) 및 무산 임펄스 응답(IIR) 필터들을 포함하는 임의의 방식의 디지털 필터들을 포함할 수 있다. 디지털 필터들은 저역 통과, 대역통과, 또는 고역 필터들을 포함할 수 있다. 디지털 필터들은 특히, 필터링, 위상-편이, 및 윈도잉(windowing) 기능들을 수행할 수 있다. 다른 필터 형태들 및 필터 용도들이 고려되며 이는 상세한 설명부 및 청구항들의 범주내에 포함된다.
디지털 필터는 이를 테면 임의의 다양한 저역 통과, 대역통과, 또는 고역 통과 필터를 이용하여, 해당 주파수 대역폭의 외부에 있는 주파수들을 소거하는데 이용될 수 있다.
디지털 필터는 데시메이션(decimation)을 위해 이용될 수 있으며, 일부 샘플들은 샘플링 레이트를 감소시키기 위해 소거된다. 데시메이션은 예를 들어 처리될 주파수 대역들의 수를 변화시키는데 이용될 수 있다.
디지털 필터는 이를 테면 힐베르트 변환 또는 힐베르트 필터의 사용을 통해, 디지털 신호 파형의 위상-편이를 위해 이용될 수 있다. 힐베르트 변환 또는 필터는 입력 파형을 예를 들어 90도 위상-편이시킬 수 있다. 위상 편이는 하나 이상의 흐름 특성들을 결정하는데 이용될 수 있다.
디지털 필터는 윈도잉을 위해 이용될 수 있으며, 윈도우 외부의 주파수들은 소거된다. 윈도잉은 이를 테면, 퓨리에 프로세싱에 의해 생성되는 테일들을 절단하기 위해, 프로세싱 스테이지 이후 수행될 수 있다.
일부 실시예들에서, 하나 이상의 수신된 신호들의 위상-편이로 부터 측정치가 유추될 수 있다. 이는 요구되는 프로세싱 시간을 바람직하게 감소시킨다.
디지털 필터는 디지털방식으로 샘플링된 해당 파형에 해당하며 이에 적용되는 계수들의 세트 또는 계수들의 체인을 포함한다. 필터는 입력 파형으로부터 얻어지는 원하는 출력에 기초하여 설계된다. 디지털 입력 파형이 디지털 필터의 계수들을 이용하여 필터링될 때, 필터링 프로세스는 원치않는 주파수들 또는 주파수 대역들을 거절하면서, 해당 주파수 대역들 또는 주파수들의 적어도 일부를 통과한다.
일련의 필터 계수들은 대칭일 수 있다. 예를 들어, 제 1 디지털 필터 A(120)의 제 1 및 마지막 계수들(A1 및 A100)이 동일할 수 있으며, 제 2 및 끝에서 두번째(second-to-last) 계수들(A2 및 A99)이 동일할 수 있는 등 이와 유사한 방식일 수 있다.
일련의 계수들은 비-대칭일 수 있다. 각각의 계수는 제 2 디지털 필터 B(121)에 도시된 것처럼 고유(unique)한 것일 수 있다.
필터 계수들의 수는 다양한 요인들에 따라 좌우될 수 있다. 예를 들어, 필터 계수들의 수는 입력 파형의 주파수 간격(frequency span), 필터링된 결과의 주파수 간격(즉, 필터 전달 함수의 폭), 원하는 형상의 필터 전달 함수, 전달 함수의 선예도(sharpness) 또는 롤-오프(roll-off)에 따라 선택될 수 있다.
필터 성능이 일반적으로 개선될 수 있고/있거나 보다 큰 수의 필터 계수들이 사용될 경우 변환 함수가 보다 복잡한 형상으로 형성될 수 있다. 그러나, 큰 수의 계수들에 의해 요구되는 증가된 수의 곱(multiplication)들(또는 다른 필터링 동작들)은 요구되는 필터링 시간을 증가시킨다. 결과적으로, 요구되는 해상도 및 정확도는 주파수 판별(frequency discrimination) 대 프로세싱 시간 간의 트레이드-오프(trade-off)를 수반한다.
또한, 프로세싱 시스템(103)은 다수의 디지털 필터들을 구현할 수 있다. 1회 반복에서 다수의 디지털 필터들을 통한 입력 파형들의 프로세싱은 상당한 프로세싱 시간을 소모할 수 있다.
높은 샘플링 레이트는 다수의 필터링 동작들을 유도한다. 다수의 필터링 동작들은 순차적으로 원치 않는 긴 루프 시간을 야기시켜 결과적으로 프로세싱 시스템(103)에 의한 느린 응답을 야기시킨다. 그러나, 샘플링 주파수는 진동 주파수를 제공하는 유량계와 같은 기구(instrument)가 프로세싱 시스템(103)에 연결될 경우 제한되어, 샘플링 주파수가 감소되고 또한 나이퀴스트 기준(Nyquist criteria)을 충족시킬 수 있도록 충분히 낮아질 수 있다.
큰 루프 시간은 모든 입력(incoming) 샘플들에 대한 프로세싱을 방지할 수 있다. 또한, 큰 루프 시간은 프로세싱 시스템(103)에 의한 높은 레벨의 전력 소모를 야기시킬 수 있다. 프로세싱 시스템(103)이 메인 루프 반복 당 너무 많은 프로세싱 시간을 소요할 경우, 다른 계산들 및/또는 프로세싱 루틴들에 악영향을 미칠 수 있다. 최종 결과로는 부정확하고 신뢰성없는 결과들이 있을 수 있으며 심지어 프로세싱 시스템(103)의 리셋 또는 중단(shut-down)이 있을 수 있다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따라 하나 이상의 디지털 필터들을 포함하는 프로세싱 시스템에서 프로세서 동작을 최적화시키기 위한 방법에 대한 흐름도(200)이다. 방법은 응답 시간을 최적화시키기 위해 사용될 수 있다. 방법은 전력 소모를 최적화시키기 위해 사용될 수 있다. 단계(201)에서, 초기 필터 계수들을 포함하는 하나 이상의 디지털 필터들이 프로세싱 시스템을 이용하여 생성된다.
단계(202)에서, 적어도 하나의 필터에 대한 하나 이상의 초기 필터 계수들이 드롭가능(droppable)한 것으로 결정된다. 하나 이상의 초기 필터 계수들은 필터링 동작에 허용불가능한 악영향 없이 드롭핑될 수 있다는 것으로 결정된다. 필터 계수들의 드롭핑(dropping)은 필터 출력에서의 잡음 증가를 야기시킬 수 있다. 필터 계수들의 드롭핑은 프로세서 대역폭의 감소를 야기시킬 수 있다. 결과적으로, 계수 드롭핑은 프로세싱 속도와 전력 소모 대 잡음 및 프로세서 대역폭 간의 트레이드-오프(trade-off)이다.
하나 이상의 초기 필터 계수들은 프로세싱 시스템의 임의의 디지털 필터들에 대한 계수들을 포함할 수 있다. 하나 이상의 초기 필터 계수들은 미리결정된 필터들로부터 목표설정될 수 있다(targeted).
단계(203)에서, 식별된 하나 이상의 초기 필터 계수들은 각각의 필터들로부터 드롭핑된다. 하나 이상의 초기 필터 계수들의 드롭핑은 프로세싱 시스템에 의해 사용될 필터 계수들의 전체 수를 감소시킨다. 따라서 하나 이상의 초기 필터 계수들이 하나 이상의 디지털 필터들로부터 제거된다. 일부 실시예들에서, 드롭핑된 계수들은 디지털 필터를 구성하는 계수들의 스트링들의 한쪽 단부(또는 양쪽)로부터 드롭핑된다. 그러나, 드롭핑된 필터 계수들은 필터 계수들의 스트링에서 어느곳에서든 이루어질 수 있다. 남아있는 초기 필터 계수들은 프로세싱 시스템에 프로그램된다.
도 3은 150의 필터 계수들로 형성된 표준 힐베르트 디지털 필터에 대한 필터 응답을 도시한다. 이 도면에서, 필터 응답은 전체 150 필터 계수들에 의해 형상화되고 결정된다. 계수들의 수 증가는 필터 인벨로프(filter envelope)의 한쪽 단부를 향하는 신호들의 롤-오프 레이트를 증가시킬 수 있고 주파수 응답의 형상을 변화시킬 수 있다. 결과적으로, 필터 계수들의 수 증가는 증가된 프로세싱 시간의 대가로 필터링 결과를 개선시킬 수 있다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따라 필터 계수들의 일부가 드롭핑된 도 3의 필터를 도시한다. 이 예에서, 30 계수들이 드롭핑되었다. 효과는 필터 전달 함수의 좌측 및 우측 엣지들로 제한되며 필터 전달 함수의 중심 영역은 상대적으로 평탄하고 변하지 않았다는 것을 볼 수 있다. 중심 영역에 대한 변화들은 필터링 동작의 최종 결과에 대에 대한 일부 효과들을 포함할 수 있다. 반대로, 필터의 단부들에서 계수들의 드롭핑은 주로 주변부에서 필터 응답에 영향을 미쳐 원하는 신호에 대한 최소 효과를 갖는다.
하나 이상의 필터 계수들은 단일 디지털 필터로부터 드롭핑되는 2개 이상의 계수들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 디지털 필터가 대칭 또는 부분적 대칭 계수들을 포함하는 경우, 한 쌍의 계수들이 드롭핑될 수 있다. 또한, 심지어 디지털 필터가 대칭 계수들을 갖지 않더라도, 이를 테면 필터의 단부에서 인접한 계수들의 수와 같이 다수의 필터 계수들이 드롭핑될 수 있다.
드롭핑 필터 계수에 대한 아래쪽(downside)에는 증가된 잡음으로 인해 필터링된 결과의 재현성(repeatability)에서의 드롭이 있을 수 있다. 그러나 이는 정해진 것이 아니며(not a given), 최소 수가 드롭핑될 경우, 진동 파형의 필터링에는 아무런 영향이 미치지 않는다.
다시 도 2를 참조로, 단계(204)에서, 하나 이상의 디지털 필터들은 적절한 전자장치, 이를 테면 도 1에 도시된 프로세싱 시스템(103)의 디지털 필터들(120-123)에 프로그래밍된다. 예를 들어, 하나 이상의 디지털 필터들은 저장 시스템(104)에 프로그래밍된다. 하나 이상의 디지털 필터들(120-123)은 프로세싱 루틴(110)에 의해 사용된다. 디지털 필터들은 도시된 것처럼 온보드 프로세싱 시스템 메모리에 포함되는 임의의 방식으로 저장될 수 있다는 것이 이해될 것이다. 대안적으로, 디지털 필터들은 프로세싱 시스템(103)에 결합된 임의의 방식의 외부 저장기에 저장될 수 있다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따라 필터 계수들이 드롭핑된 이후 프로세싱 시스템(103)을 도시한다. 도면은 도 1의 프로세싱 시스템(103)과 비교할 때 필터 계수 드롭핑에 대한 몇 가지 예들을 도시한다.
제 1 디지털 필터 A(120)는 변경되지 않았다. 제 2 디지털 필터 B(121)는 필터로부터 드롭핑된 계수 B50의 최종 필터 계수를 가졌다. 제 3 디지털 필터 C(122)는 필터로부터 드롭핑되는 제 1 및 최종 필터 계수들(C1 및 C100)를 갖는다. 제 4 디지털 필터 D(123)는 필터로부터 드롭핑되는 2개의 제 1 계수(D1 및 D2)와 최종 2개의 계수들(D99 및 D100)을 갖는다. 영향을 받은 필터들 각각은 결과적으로 보다 적은 필터링 동작을 요구한다.
도 6은 본 발명에 따라 하나 이상의 디지털 필터들을 포함하는 프로세싱 시스템에서의 프로세서 동작을 적응적으로(adaptively) 최적화시키기 위한 방법에 대한 흐름도(600)이다. 이전에 개시된 것처럼, 필터 계수들은 프로세싱 시스템의 응답 시간을 가속시키기 위해 및/또는 전력 소모를 감소시키기 위해 드롭핑될 수 있다. 단계(601)에서, 하나 이상의 디지털 필터들은 이전에 개시된 것처럼, 프로세싱 시스템에서의 사용을 위해 생성된다.
단계(602)에서, 이전에 개시된 것처럼, 적어도 하나의 디지털 필터에 대한 하나 이상의 필터 계수들이 드롭핑될 수 있다는 것이 결정된다. 드로핑될 필터 계수들은 초기 필터 계수들, 동작 필터 계수들, 또는 초기 필터 계수들 및 동작 필터 계수들 모두를 포함할 수 있다. 초기 필터 계수들은 프로세싱 시스템 프로그래밍 이전에 드롭핑되며 동작 필터 계수들은 프로세싱 시스템의 동작 동안, 일시적으로 또는 영구적으로 드롭핑된다.
단계(603)에서, 하나 이상의 디지털 필터들이 프로세싱 시스템에 프로그래밍된다. 드롭핑가능한 동작 필터 계수들은 여전히 디지털 필터들에 포함될 수 있고 동작 동안 또는 미래의 어느 순간에 적응식으로 드롭핑되는 지정 필터 계수들(designation of filter coefficients)을 포함할 수 있다.
대안적으로, 지정된 드롭핑가능한 필터 계수들의 제 1 (초기) 부분은 전자장치의 프로그래밍 이전에 드롭핑될 수 있고, 제 2 (동작) 부분은 동작 동안 적응식으로 드롭핑될 수 있다. 결과적으로, 이러한 흐름도는 본 도면에서의 단계(603) 이전에 도 2의 단계(203)에 포함되도록 변형될 수 있다.
단계(604)에서, 프로세싱 시스템 동작이 개시된다.
단계(605)에서, 동작 조건들은 프로세싱 시스템에 의해 모미터링된다. 하나 이상의 프로세싱 시스템 측정치들에서의 변화와 같은 동작 변화가 있는 경우, 방법은 단계(606)로 진행된다. 그렇지 않고, 동작이 정상 범주(normal bound)(하기 참조) 내에 있는 경우, 방법은 단계(605)로 다시 이동하며(loop) 동작 조건들의 변화에 대해 모니터링한다.
모니터링은 미리결정된 동작 임계치와 하나 이상의 프로세싱 측정치들을 비교하는 것을 포함할 수 있고, 미리결정된 동작 임계치는 원치않는 전력 사용 레벨을 반영하거나 또는 이와 관련된다. 미리결정된 동작 임계치는 고정된 또는 동적 임계치를 포함할 수 있으며 프로세싱 시스템에서 내부 변수들에 의해 제어 또늘 링크될 수 있다.
소정의 진동 유량계 실시예들에서, 미리결정된 동작 임계치는 시간차(△t) 임계치를 포함할 수 있다. 시간차(△t)는 픽-오프 센서들로부터의 신호들에서의 시간차 및 따라서 진동 유량계의 흐름 도관의 리딩 및 래깅 부분들 간의 시간차를 포함할 수 있다. 결과적으로, 시간차(△t)가 너무 커지면, 진동 유량계에 의해 생성될 진동 진폭이 과도해져 높은 레벨의 전력 소모가 요구될 수 있다. 결과적으로, 전력 소모는 순간적으로 또는 정해지지 않은 시간 기간 동안, 필터 계수들의 일부를 드롭핑시킴으로써 다소 감소될 수 있다. 일부 실시예들에서, 미리결정된 동작 임계치는 미리결정된 값으로부터의 시간차(△t)에 대한 표준 편차(standard deviation)를 포함할 수 있다.
일부 진동 유량계 실시예들에서, 미리결정된 동작 임계치는 주파수(f) 임계치를 포함할 수 있다. 주파수(f)는 픽-오프 센서(들)로부터 수신되는 주파수 응답을 포함한다. 결과적으로, 주파수(f)가 예상 또는 정상 범위를 벗어나면, 진동 유량계의 동작은 불규칙(abnormal)해지며 높은 레벨의 전력 소모를 요구할 수 있다. 일부 실시예들에서, 미리결정된 동작 임계치는 미리결정된 값으로부터 주파수(f)의 표준 편차를 포함할 수 있다.
소정의 진동 유량계 실시예들에서, 미리결정된 동작 임계치는 위상차(△θ) 임계치를 포함할 수 있다. 위상차(△θ)는 진동 유량계의 픽-오프 센서들로부터 수신되는 진동 응답 신호들에서의 위상차를 포함한다. 결과적으로, 위상차(△θ)가 예상된 또는 정상 범위를 벗어나면, 진동 유량계의 동작은 불규칙해지며 높은 레벨의 전력 소모를 요구할 수 있다. 일부 실시예들에서, 미리결정된 동작 임계치는 미리결정된 값으로부터의 위상차(△θ)에 대한 표준 편차를 포함할 수 있다.
단계(606)에서, 프로세싱 시스템은 하나 이상의 프로세싱 시스템 측정치들이 정상 동작 범위를 너머 편향되었다는 것을 결정했기 때문에, 이전에 표시된 드롭핑가능 동작 필터 계수들이 드롭핑된다. 드롭핑은 무기한을 포함하여, 임의의 원하는 시간 주기 동안 이루어질 수 있다. 예를 들어, 드롭핑은 프로세싱 시스템의 하나 이상의 메인 루프 반복들에 대해 이루어질 수 있다. 그러나, 상세한 설명부 및 청구항들의 범주내에서 다른 시간 기간들이 고려된다.
단계(607)에서, 방법은 추가의 동작 필터 계수들이 드롭핑되어야 하는지를 추가로 결정할 수 있다(여기서, 일부 동작 필터 계수들은 이미 드롭핑되었음). 방법은 하나 이상의 프로세싱 시스템 측정치들이 미리결정된 전력 사용 임계치를 초과하는 양에 기초하여 드롭핑된 동작 필터 계수들의 수를 결정한다. 이 단계는 엄격한 전력 소모를 수반할 수 있으며 동작 계수 드롭핑에 대한 등급 레벨을 결정할 수 있다. 예를 들어, 이전에 드롭핑된 동작 필터 계수들이 충분한 효과를 갖지 않았다면, 필요에 따라 방법은 추가의 동작 필터 계수들을 드롭핑할 수 있다. 많이 드롭핑되었다면, 방법은 다시 단계(606)로 이동할 수 있으며 추가의 동작 계수들이 드롭핑될 수 있다. 이런 방식으로, 필터링 동작들에 불필요한 영향이 미치는 것을 방지하기 위해, 동작 필터 계수들은 기하급수적 형태로(escalating fashion) 드롭핑될 수 있다. 더 이상 동작 필터 계수들이 드롭핑되지 않는다면, 방법은 다시 단계(605)로 이동하며 동작 변화에 대한 모니터링을 계속한다.
일부 실시예들에서, 사용자는 드롭핑되는 초기 및/또는 동작 필터 계수들의 선택에 참여할 수 있다. 필터 계수들의 드롭핑은 사용자가 프로세싱 시스템 및 연관된 기구(instrument) 또는 계량기(meter)의 응답 속도를 상당히 증가시킬 수 있게 한다. 예를 들어, 사용자는 드롭핑가능한 동작 필터 계수들을 지정할 수 있다. 연관된 기구는 특정 조건들하에서 정상적으로 동작할 수 있다. 사용자에 의해지정될 수 있는 불리한 또는 비정상 조건들하에서, 프로세싱 시스템은 많은 잡음의 대가로, 미리결정된 필터 계수들의 수를 드롭핑하고 응답 속도를 증가시킬 수 있다. 이는 사용자에게 강화된 제어 및 큰 동작 융통성(flexibility)을 제공한다. 이는 사용자가 최적의 응답 시간 및/또는 전력 대 특정 애플리케이션에 대한 허용가능한 잡음 및/또는 프로세서 대역폭을 결정하게 한다. 이는 프로세싱 시스템 또는 기구내의 다수의 필터들 간의 스위칭 없이 달성될 수 있다.

Claims (22)

  1. 하나 이상의 디지털 필터들을 포함하는 프로세싱 시스템에서 프로세서 동작을 최적화하기 위한 방법으로서,
    상기 하나 이상의 디지털 필터들에 대한 초기 필터 계수들(initial filter coefficients)을 생성하는 단계;
    상기 하나 이상의 디지털 필터들 중 적어도 하나의 디지털 필터에 대해 드롭핑될 수 있는 하나 이상의 초기 필터 계수들을 결정하는 단계; 및
    상기 하나 이상의 초기 필터 계수들을 드롭핑하는 단계
    를 포함하며, 상기 하나 이상의 초기 필터 계수들을 드롭핑하는 단계는 상기 프로세싱 시스템에 의해 이용될 필터 계수들에 대한 전체 수를 감소시키는, 하나 이상의 디지털 필터들을 포함하는 프로세싱 시스템에서 프로세서 동작을 최적화하기 위한 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 프로세싱 시스템에 상기 필터 계수들을 프로그래밍하는 후속 단계를 더 포함하는, 하나 이상의 디지털 필터들을 포함하는 프로세싱 시스템에서 프로세서 동작을 최적화하기 위한 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 드롭핑하는 단계는 하나 이상의 미리결정된 디지털 필터들로부터 상기 하나 이상의 초기 필터 계수들을 드롭핑하는 단계를 더 포함하는, 하나 이상의 디지털 필터들을 포함하는 프로세싱 시스템에서 프로세서 동작을 최적화하기 위한 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 디지털 필터들 중 하나의 디지털 필터는 비-대칭(non-symmetric) 필터 계수들을 포함하는, 하나 이상의 디지털 필터들을 포함하는 프로세싱 시스템에서 프로세서 동작을 최적화하기 위한 방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 디지털 필터들 중 하나의 디지털 필터는 대칭 필터 계수들을 포함하는, 하나 이상의 디지털 필터들을 포함하는 프로세싱 시스템에서 프로세서 동작을 최적화하기 위한 방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 디지털 필터들 중 하나의 디지털 필터는 대칭 필터 계수들을 포함하며, 상기 대칭 필터 계수들은 단독으로(singly) 또는 쌍들로(in pairs) 드롭핑되는, 하나 이상의 디지털 필터들을 포함하는 프로세싱 시스템에서 프로세서 동작을 최적화하기 위한 방법.
  7. 제 1 항에 있어서,
    동작 동안, 하나 이상의 프로세싱 시스템 측정치들(measurements)을 미리결정된 전력 사용 임계치와 비교하는 단계;
    상기 하나 이상의 프로세싱 시스템 측정치들이 상기 미리결정된 전력 사용 임계치를 초과하면, 상기 하나 이상의 디지털 필터들 중 적어도 하나의 디지털 필터에 대해 드롭핑될 수 있는 하나 이상의 동작 필터 계수들을 결정하는 단계; 및
    상기 하나 이상의 동작 필터 계수들을 드롭핑하는 단계
    를 더 포함하며, 상기 하나 이상의 동작 필터 계수들을 드롭핑하는 단계는 적어도 현재의 메인 루프 프로세싱 반복 동안 상기 프로세싱 시스템에 의해 사용될 동작 필터 계수들의 전체 수를 감소시키는, 하나 이상의 디지털 필터들을 포함하는 프로세싱 시스템에서 프로세서 동작을 최적화하기 위한 방법.
  8. 하나 이상의 디지털 필터들을 포함하는 프로세싱 시스템에서 프로세서 동작을 적응식으로(adaptively) 최적화시키기 위한 방법으로서,
    동작 동안, 하나 이상의 프로세싱 시스템 측정치들은 미리결정된 전력 사용 임계치와 비교하는 단계;
    상기 하나 이상의 프로세싱 시스템 측정치들이 상기 미리결정된 전력 사용 임계치를 초과하면, 상기 하나 이상의 디지털 필터들 중 적어도 하나의 디지털 필터에 대해 드롭핑될 수 있는 하나 이상의 필터 계수들을 결정하는 단계; 및
    상기 하나 이상의 필터 계수들을 드롭핑하는 단계
    를 포함하며, 상기 하나 이상의 필터 계수들을 드롭핑하는 단계는 상기 프로세싱 시스템에 의해 이용될 필터 계수들의 전체 수를 감소시키는, 하나 이상의 디지털 필터들을 포함하는 프로세싱 시스템에서 프로세서 동작을 적응식으로 최적화시키기 위한 방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 드롭핑하는 단계는 하나 이상의 미리결정된 디지털 필터들로부터 하나 이상의 필터 계수들을 드롭핑하는 단계를 더 포함하는, 하나 이상의 디지털 필터들을 포함하는 프로세싱 시스템에서 프로세서 동작을 적응식으로 최적화시키기 위한 방법.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 비교하는 단계, 결정하는 단계 및 처리 단계들을 반복적으로 수행하는, 하나 이상의 디지털 필터들을 포함하는 프로세싱 시스템에서 프로세서 동작을 적응식으로 최적화시키기 위한 방법.
  11. 제 8 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 디지털 필터들 중 하나의 디지털 필터는 비-대칭 필터 계수들을 포함하는, 하나 이상의 디지털 필터들을 포함하는 프로세싱 시스템에서 프로세서 동작을 적응식으로 최적화시키기 위한 방법.
  12. 제 8 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 디지털 필터들 중 하나의 디지털 필터는 대칭 필터 계수들을 포함하는, 하나 이상의 디지털 필터들을 포함하는 프로세싱 시스템에서 프로세서 동작을 적응식으로 최적화시키기 위한 방법.
  13. 제 8 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 디지털 필터들 중 하나의 디지털 필터는 대칭 필터 계수들을 포함하며 상기 대칭 필터 계수들은 단독으로 또는 쌍들로 드롭핑되는, 하나 이상의 디지털 필터들을 포함하는 프로세싱 시스템에서 프로세서 동작을 적응식으로 최적화시키기 위한 방법.
  14. 제 8 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 프로세싱 시스템이 상기 미리결정된 전력 사용 임계치를 초과하는 양에 기초하여 드롭핑될 동작 필터 계수들의 수를 결정하는 단계를 더 포함하는, 하나 이상의 디지털 필터들을 포함하는 프로세싱 시스템에서 프로세서 동작을 적응식으로 최적화시키기 위한 방법.
  15. 제 8 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 디지털 필터들에 대한 초기 필터 계수들을 생성하는 단계;
    상기 하나 이상의 디지털 필터들 중 적어도 하나의 디지털 필터에 대해 드롭핑될 수 있는 하나 이상의 초기 필터 계수들을 결정하는 단계; 및
    상기 하나 이상의 초기 필터 계수들을 드롭핑하는 단계―상기 하나 이상의 초기 필터 계수들을 드롭핑하는 단계는 상기 프로세싱 시스템에 의해 이용될 필터 계수들의 전체 수를 감소시킴―
    의 예비(preliminary) 단계들을 더 포함하는, 하나 이상의 디지털 필터들을 포함하는 프로세싱 시스템에서 프로세서 동작을 적응식으로 최적화시키기 위한 방법.
  16. 하나 이상의 디지털 필터들을 포함하는 프로세싱 시스템에서 프로세서 동작을 최적화시키기 위한 방법으로서,
    상기 하나 이상의 디지털 필터들에 대한 필터 계수들을 생성하는 단계;
    상기 하나 이상의 디지털 필터들 중 하나 이상의 디지털 필터들에 대해 드롭핑될 수 있는 하나 이상의 초기 필터 계수들 및 하나 이상의 동작 필터 계수들을 결정하는 단계;
    상기 하나 이상의 초기 필터 계수들을 드롭핑하는 단계 ―상기 하나 이상의 초기 필터 계수들을 드롭핑하는 단계는 상기 프로세싱 시스템에 의해 이용될 필터 계수들의 전체 수를 감소시킴―;
    상기 필터 계수들을 상기 프로세싱 시스템에 프로그래밍하는 단계;
    동작 동안, 하나 이상의 프로세싱 시스템 측정치들을 미리결정된 전력 사용 임계치와 비교하는 단계; 및
    상기 하나 이상의 프로세싱 시스템 측정치들이 상기 미리결정된 전력 사용 임계치를 초과하면, 상기 하나 이상의 동작 필터 계수들을 드롭핑하는 단계 ―상기 하나 이상의 필터 계수들을 드롭핑하는 단계는 상기 프로세싱 시스템에 의해 이용될 필터 계수들의 전체 수를 추가로 감소시킴―
    를 포함하는, 하나 이상의 디지털 필터들을 포함하는 프로세싱 시스템에서 프로세서 동작을 최적화시키기 위한 방법.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 드롭핑하는 단계는 하나 이상의 미리결정된 디지털 필터들로부터 상기 하나 이상의 초기 필터 계수들을 드롭핑하는 단계를 더 포함하는, 하나 이상의 디지털 필터들을 포함하는 프로세싱 시스템에서 프로세서 동작을 최적화시키기 위한 방법.
  18. 제 16 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 디지털 필터들 중 하나의 디지털 필터는 비-대칭 필터 계수들을 포함하는, 하나 이상의 디지털 필터들을 포함하는 프로세싱 시스템에서 프로세서 동작을 최적화시키기 위한 방법.
  19. 제 16 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 디지털 필터들 중 하나의 디지털 필터는 대칭 필터 계수들을 포함하는, 하나 이상의 디지털 필터들을 포함하는 프로세싱 시스템에서 프로세서 동작을 최적화시키기 위한 방법.
  20. 제 16 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 디지털 필터들 중 하나의 디지털 필터는 대칭 필터 계수들을 포함하며 상기 대칭 필터 계수들은 단독으로 또는 쌍들로 드롭핑되는, 하나 이상의 디지털 필터들을 포함하는 프로세싱 시스템에서 프로세서 동작을 최적화시키기 위한 방법.
  21. 제 16 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 동작 필터 계수들에 대해 상기 비교하는 단계 및 드롭핑하는 단계를 반복적으로 수행하는, 하나 이상의 디지털 필터들을 포함하는 프로세싱 시스템에서 프로세서 동작을 최적화시키기 위한 방법.
  22. 제 16 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 프로세싱 시스템 측정치들이 상기 미리결정된 전력 사용 임계치를 초과하는 양에 기초하여 드롭핑될 동작 필터 계수들의 수를 결정하는 단계를 더 포함하는, 하나 이상의 디지털 필터들을 포함하는 프로세싱 시스템에서 프로세서 동작을 최적화시키기 위한 방법.
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