200533064 九、發明說明： 技術領域 本發明係有關於-種自輸入之數位資料中分離出直流 成分及直流成分财卜之鮮成分之鮮成分濾波器、方2 及程式。 /
t ^tr U 背景技術 10 15 20 最近，常用藉數位處理之方法進行各種之訊號處理， 且已藉由數位濾波器實現具有所希望頻率特性之高通濾波 器等各種之渡波器（例如，參考專利文獻1)。 第3圖係顯示以往藉由數位據波器所實現之高通據波 器之構造之圖。第3圖所顯示之高通據波器，係非巡迴型之 FIR濾波器，其構造包含複數延遲元件6h〜6丨〇、〜 62η、複數係數乘算器63、64a〜64n、65a〜65n、及加^各 係數乘算器之輸出之加算器等。藉由將各係數乘算器之係 數設定為左右對稱，可使相位特性成為線性。另外，藉“ 增加延遲兀件之數量(結點(ta祕），可得到急劇之特性。 第4圖係顯示高通濾波器之結點數與頻率特性之擇^ 之圖。第4圖所示之特性係將取樣頻率f設定為5〇k^，、、,,係 改變結點數來計算頻率特性。A、B、c係分示2係$ 數為4097時之頻率特性，結點數為2〇49時之頻率特性，… 結點數為1025時之頻率特性。而且，令結點數 及 設定對應巾紅結狀餘乘算器63之倾牡謂，= 5 200533064 之係數乘算器64a〜64η、65a〜65η之各係數為_i/N。如第4 圖所示，藉由增加結點數，可實現只除去直流成分附近之 成分且在振幅不變之狀態下使大於它之頻率成分通過之高 通濾、波器。另外，由於當結點數為4097時之截止頻率為 5 f/N=5〇000/4097=12.2Hz，故可藉由使用這種高通瀘波器， 可自混合電路之輸出訊號除去直流成分，且取出12 2氏以 上之聲音成分。 另外’由FIR遽波器構成之低通濾波器，亦具有與第3 圖所示之高通濾波器同樣之基本構造(例如，參考專利文獻 10 2)。 自輸入資料分離直流成分及直流成分以外之成分時， 使該輸入訊號通過具有大致相同截止頻率之高通濾波器與 低通濾波器，即可分別擷取低頻成分(直流成分)及低頻成分 以外之成分。 15 【專利文獻1】特開平5-90898號公報（第3頁、第9圖） 【專利文獻2】特開平5-152891號公報（第2頁、第5圖） I：發明内容3 發明之揭示 發明所欲解決之課題 20 然而，具有前述專利文獻1所揭示之構成之高通滤波 器’除N-1個延遲元件之外，必須有N個係數乘算器及加算 器（考慮2輸入之加算器時為N-1個），有電路規模變大之問 題。尤其’若欲實現低截止頻率及平坦之傳輸頻帶特性， 必須令結點數為非常大之值（前述取樣頻率為5〇Kfjz之例中 6 200533064 為4000左右）’更增大電路之規模。另外，雖然亦可藉由廣 等之處理器的運算處理來實現具有如此構成之高通渡波器 之處理，然因必須進行N次之乘算處理，故有處理内容複雜 化之問題。 5 另外，自輸入資料分離直流成分及直流成分以外之成 分時’使錢人訊號通過具有相同之截止頻率之高通滤波 器與低通渡波H。然而，以FI赠波輯成之高通濾波器與 低通遽波器，雖具有相同之基本構造，卻因係數乘算器之 _ 隸相異而不能通用，必須具有不同之零件，有使電路規 1〇 模更大之問題。 本發明係有鑑於如此問題點而創作者，其目的係提供 一種可削減電路規難使處朗容簡單化之分離頻率成分 濾波器、方法及程式。 解決課題之手段 15 練決前述課題，本伽之分離頻率成分纽器，包 含有：移動平均運料置，侧輸人資料，計算就個數N 參 t移動平均者；及減算裝置，係由成為前述移動平均之計 算對象之前述狀個數N之輸人資料之中，取出中央或其附 近之輸入資料，自該輪入資料之值，減去以前述移動平均 20運算裝f所計算出之移動平均值者，且該分離頻率成分滤 波器以前述移動平均運算裝置之計算結果為第i輸出，前述 減算裝置之計算結果為第2輸出來取出。 另外，本發明之分離頻率成分方法，包含有：第1步驟， 係對輸入貝料’ 4算預定個數N之移動平均；及第2步驟， 200533064 係由成為前述移動平均 入資料之中，取之¥述預定個數N之輸 資料之值，—移_^：^：^料後，自該輸入 驟之計算結果為第.… 5 10 弟2輸出來取出。 罝之汁#、、、。果為 另外，本發明之分離頻率成分 列裝置之功能，鱗υ 錢^具有下 矜入次祖，## 括·移動平均運算裝置，係對 ^成為二if ^預疋個數^移動平均者；及減算裝置，係 =為則《動平均之計算對象之前述預定個數n之輸入 =料之中’取出中央或其附近之輸人資料，並自該輸入資 料之值，減去料㈣料轉裝置所計算出之移動平均 值=，且該分離鮮成分程式以前述移動平均運算裝置之 計算結果為第i輸出，並以前述減算裝置之計算結果為第2 輪出來取出。 15 藉由對輸入資料計算其移動平均，可擷取輸入資料中 所含有之低通成分(直流成分）。另夕卜，藉由自輸入資料減去 該低通成分，可除去輸入資料中所含有之直流成分。藉此， 輪入資料所含有之直流成分及直流成分以外之頻率成分雙 方可同時取出。尤其，只進行移動平均及減算，乘算裝置（或 20步驟)之數量不須要對應移動平均之計算對象，可削減電路 規模及使處理内容簡單化。 另外，前述移動平均運算宜包含有：累積裝置，係累 積前述預定個數N之輸入資料之值者；及係數乘算裝置，係 以1/N為係數對前述累積裝置所累積之值進行乘算者。或前 8 200533064 述第1步驟宜包含有：第3步驟，係累彻述預定個數n之輸 入資料之值；及第4步驟，係對於前述累積裝置所累積之 值，以1/N為係數進行乘算。II此，可防止於計算移動平均 時因累積處理而產生之捨入誤差，可抑制計算精度之低落。 5 另外’丽述累積裝置宜包含有：延遲裝置，係將N-1 個前述輸入資料依輸入順序保持後輸出者；第丨加算裝置， 係對刚述輸入貧料加算累積值者：資料保持裝置，係將前 述第1加异裝置之計算結果，保持相當於前述輸入資料之輸 入間隔之時間後輸出者；及第2加算裳置，係將自前述資料 保持裝置所輸出之資料，減去前述延遲裝置所輸出之資料 之結果，作為w述累積值，分別向前述第丨加算裝置及前述 係數乘算裝置輸出者。或前述第3步驟宜包含有：第5步驟， 係將N-1個月ij述輸入資料依輸入順序保持後輸出；第6步 驟，係對前述輸入資料加算累積值；第7步驟，係將前述第 ^驟中之結果，保持相當於前述輸人資料之輸入間隔 Φ 之才間後輸出，及第8步驟，係將自前述第7步驟中所輸出 之貝料減去第5步驟中所輸出之資料之結果，作為前述累 ^值十算藉此，每當輸入資料輸入時，可使累積值於加 加算新的輸入貝料之同時，減去最舊的輸入資料之部份，進 —積值之更新，以簡單之電路及較少之處理求出平均值。 另外，宜以前述累積裝置、第1加算裝置、資料保持裝 置〜第2加异裝置中之任一者，取代前述第工輸出並取出。 或且乂荊述第3步驟、第6步驟、第7步驟、第8步驟中之任 者中之處理結果，取代前述第1輸出並取出。該等之處理 9 200533064 結果即累積結果本身或相當於累積結果，可藉取出乘算係 數（1/N)前之資料，得到對輸入資料以預定之增益增幅後之 輸出。而且，藉取出低位位元由於乘算係數（1/N)而喪失前 之資料，可提高如S/N比及動態範圍等。 5 另外，前述延遲裝置宜具有將(N-l)/2個前述輸入資料 依輸入順序保持後輸出並序連連接之第1及第2分割延遲裝 置，且由前段之前述第1分割延遲裝置所輸出之資料作為前 述中央或其附近之輸入資料，輸入前述減算裝置。或前述 第5步驟宜包含有··第9步驟，係將"_1)/2個前述輸入資料 10依輸入順序保持後輸出；及第10步驟，係將前述第9步驟中 輸出之(N-1)/2個前述輸入資料依輸入順序保持後輸出，且 該分離頻率成分方法更包含將前述第9步驟所輸出之資 料，作為前述中央或其附近之輸入資料，並於前述第2步驟 中使用。藉此，可利用為求移動平均而使用之延遲裝置之 15 -部份⑻分割延遲裝置）’藉㈣電路及處理，可再削減 電路規模並使處理内容簡單化。 另外，前述延遲裝置，宜轉導敎憶體形成。藉此， 可輕易地實現規模大之延遲裝置。 9 ，刖刖貝；且對應預定之取樣頻率f之聲立資 加=，朋之值係設定為使f/N之值小於聽力範圍之下时。、 精此’藉設定成為移動平均之計算對象之輸入資料之 N ’可輕㈣使以f_以高通渡心之鼓解 之聽力範圍更高，並可除去聲音資料中所含有之不必^ 直流成分。 10 200533064 另外，前述預定個數之N宜係2之乘冪之數字，且前述 係數乘算裝置係移動位元之位置以進行以1/N為係數之乘 算者。若N=2m，則係數1/:^=1/2〇1之乘算，可以將位元位置 向低位移動m位元之方式進行，且當此係數固定時，可以更 5簡單之配線加工，將取出資料之位元位置向高位侧移動m 位兀以實現。藉此，可構成實際上不使用係數乘算裝置之 分離頻率成分濾波器。 I：實施方式】 實施發明之最佳形態 10 以下，詳細說明適用本發明之一實施形態之分離頻率 成分渡波器。 第1圖係顯示一實施形態之分離頻率成分濾波器構造 之圖。第1圖所示之分離頻率成分濾波器1〇〇,其構造含有2 個延遲電路110、112、3個加算器120、122、124、HS1D正 15反器130、及1個係數乘算器132。該分離頻率成分濾波器100 中，輸入有例如以50KHZ之取樣頻率f取樣之16位元聲音資 料0 其中一延遲電路110，其結點數設定為2K(=2048)，且 將2Κ個輸入於分離頻率成分濾波器1〇〇之16位元數位資料 20 D1依輸入順序保持後輸出。同樣地，另一延遲電路η]，其 結點數設定為2Κ，且將2Κ個由一方之延遲電路11〇輸出之 數位資料D2依輸入順序保持後輸出。前述2個延遲電路 110、112，由於都不具有中間結點，故可使用移動暫存器 或RAM等半導體記憶體來實現。 11 200533064 加异斋120加异輸入於分離頻率成分濾波器1〇〇之資料 D1及後段之加异|§122所輸出之資料D3，而D正反器13〇將 加算器120所輸出之加算結果資料以，保持】時脈後輸出。 又，加算器122自D正反器130所保持之資料D5減去後段之 5延遲電路112所輸出之資料D6後輪出結果。 係數乘算器B2係將係數a設定為1/(4K+1)=l/4〇97，並 將加算器m所輸出之資料m乘以峨後之結果輸出。加算 • 器124則自延遲電路110所輸出之資科rn，減去係數乘算: 132輸出之資料D7。 刀別地，前述延遲電路110、112、加算器12〇、122、〇 =〇二數乘算器132對應於執行第1步驟之操作之移 Μ -運4置’加算器124對應於執行第2步驟之操 減算裝置，延遲電路110、112、加算器120、122、D正反哭 15 20 m對應於執行第3步驟之操作之累積裝置，且係數乘算器。 32對應於執行帛4步狀操作之 ^ 地，延遲電路u。、晴於執行第二 ΐΓΑ’ Μ—延遲電路UG對應於執行第9步驟之操作之 之^作°之延第1 裳置’另一延遲電路112對應於執行第步驟 刀割延遲裝置，加算器12〇對應於執 之操作之第W算褒置，加算器122對應於執行 作之第2加算裝置，且D正反器13晴應於執行^牛步7=之操 作之資料保持裴置。 弟步7驟之操 本只知形態之分離頻率成分濾波器1〇〇 造，接著，說明其操作。 ，、有如此之構 12 200533064 當分離頻率成分濾波器100開始操作時，初始化2個延 遲電路110、112及D正反器130。因此，之後，當分離頻率 成分濾波器100與操作時脈同步開始操作時，至最初之 4K+1(=N)個之資料D1輸入為止，D正反器130所保持之資料 5 D5(=D3)，透過加算器122,加算於輸入加算器120之輸入資 料D1中並累積。 接著，一旦輸入第4K+2個資料D1，與此對應之累積值 由D正反器130所保持，則自後段之延遲電路112於該時點同 步輸出最初之資料D1。因此，加算器122中，從至此為止之 10累積值(4K+2個輸入資料D1之累積值)減去最初之資料，輸 出自第2個輸入資料D1至第4K+2個輸入資料為止之4K+1個 數據之累積值。如此，每輸入1個新的資料，對成為累積運 算之對象之4K+1個之輸入資料D1進行一個個移動之累積 處理。經過該累積處理之資料D3，由係數乘算器132乘以 15 a(=l/4K+l)倍後輸入加算器124之其中一輸入端。 另外，與該累積處理並行地，由延遲電路11〇取出成為 累積運算對象之4K+1個輸入資料之中央之資料〇2。該資料 D2，輸入加算器124之另一輸入端。在加算器124，減去由 係數乘算器132所輸出之資料〇7後輸出。 20 然而，由於輸入加算器124之其中一輸入端之資料D7， 係累積4K+1個輸入資料D1之後乘a(=l/4K+l)倍所取之移動 平均值，故為4K+1個輸入資料D1平均後之數值，並成為自 輸入資料D1擷取之低通成分（直流成分）。因此，在加算器 124中，藉由自D2減去該低通成分，可單獨將去除直流成分 13 200533064 之高通成分作為第2輸出取出。另外，由連接加算器124之 之其中一輸入端之係數乘算器132，可自輸入資料擷取直流 成分並作為第1輸出取出。 實際上，第3圖所示之具有一般構造之F1R濾波器中， 5藉由分別將延遲元件61a等之數設定為4K個，係數乘算器63 之係數設定為（1-1/(4K+1))，係數乘算器64a〜64η之數設定 為2Κ個，係數乘算器65a〜65η之數設定為2Κ個，其係數值 h〜an設定為（_ι/(4Κ+1))，可形成與本實施形態之分離頻率 成分濾波器100相當之構造。由此可知，本實施形態之分離 10頻率成分濾波器，可作為除去直流成分之高通濾波器操 作，且與對稱型之FIR濾波器同樣具有線性之相位特性。 另外，在擷取直流成分之部份(將輸入加算器124之資 料D7作為作為第1輸出取出之部份）方面，於第3圖所示之具 有一般構造之FIR濾波器中，藉由分別將延遲元件6ia等之 15數設定為4K個，係數乘算器63之係數設定為（M/(4K+1))， 係數乘算器64a〜64n之數設定為2K個，係數乘算器65a〜 65ri之數設定為2K個，其係數值a〗〜an設定為（-：ι/(4Κ+1》， 可形成與本實施形態之分離頻率成分濾波器100相當之構 造。由此可知，本實施形態之分離頻率成分濾波器1〇()，可 20 作為擷取直流成分之低通濾波器操作，且與對稱型之FIR濾 波器同樣具有線性之相位特性。 第2圖係顯示模擬分離頻率成分濾波器100之頻率特性 之結果之圖。第2圖中，分別顯示橫軸為頻率，縱軸為振幅 值。如第2圖所示，藉由使用本實施形態之分離頻率成分據 14 200533064 波器爾，可得到除去十數Hz以下之直流成分之⑽ι及， #員取十數扎以下之直流成分之OUT2。 本只知形悲之分離頻率成分濾波器_，可藉由 對資料^算其移動平均，以操取輸入資料所含有之低通成 5 )。另外，可藉由自輸入資料減去該低通成分， 輸人f料所含有之直流成分。藉此，輸人資料所含 有之直流成分與直流成分以外之頻率成分雙方可同時取 ^尤其’只崎移解均及減算，轉裝置(或步驟)之數 要對應移動平均之計算對象，故可削減電路規模及 〕 間化處理内容。
一、,、 均運…貝現於累積預定個數N …貝料之值’並且對該累積之值以1/N為係數進行乘 15
20 2 °藉此，可防止於計算移動平均時因累積處理而產生之 捨入縣，可防止計算精料低。域，為 ^雖然轉備有可處理較輸人資料之位錄更多⑵二 ^累積處理之對象之輸入資料之數為4K時)之資料之 ^~益12〇、m、D正反器請及係數乘算器丨32 ,但因此造 成之電路規模之增大，與延遲電路則、112之規模等相比， 可以說是相當地小。 又，糟由以RAM等半導體記憶體構成延遲電路丨…、 112，可以輕易地實現大規模之延遲電路。 、〃再者，輸入本實施形態之分離頻率成分濾波器100之資 ^係對應預定之取樣頻料之聲音㈣，且狀值係設定為使 f/N之值小於聽力範圍之下限值。藉此，可藉設定成為移動平 15 200533064 均之計算對象之輸入資料之個數N，可輕易地使以f/N顯示 之高通濾波器之截止頻率比聲音之聽力範圍更高，並可除 去聲音資料中所含有之不必要之直流成分。 另外，本發明並不受前述實施形態限制，可於本發明 5 要旨之範圍内作種種之變化實施。例如，亦可以DSP或其 他處理器，藉由實行程式（分離頻率成分程式）以實現分離頻 率成分濾波器100之各構成部之機能。 又，前述實施形態中，雖然將係數乘算器132所輸出之 資料D7，作為輸入資料所含有之直流成分取出，然亦可自 10 如第1圖中所示之A(加算器122之輸出）、B(D正反器130之輸 出）、C(加算器120之輸出）中之任一者取出累積資料或與此 相同之資料，取代自係數乘算器132輸出之資料D7。藉取出 乘算係數(1/N)前之資料，可得到對輸入資料以預定之增益 增幅後之輸出。而且，藉取出低位位元因乘算係數（1/N)而 15喪失前之資料，可提高如S/N比及動態範圍等。 另外’前述實施形態中，雖然針對輸入聲音資料時進 行說明，但輸入分離頻率成分濾波器1〇〇之資料，亦可為聲 音以外之數位資料。 再者，前述實施形態中，雖然取出成為移動計算之對 20象之4K+1個資料中位於中央之資料D2並輸入加算器124， 然而此貧料D2,亦可不從中央，而從其附近取出。理論上， 為貫現線性之相位特性，取出4&+1個中之中央之資料較理 想，但實際上即使取出之位置稍微偏離中央，其相位特性 亚不會極端惡化’可大致轉解特性及相位特性。而且， 16 200533064 藉由將别段之延遲電路所保持之資料數與後段之延遲電路 保持之資料數之差設定為1或其他奇數，可使該等之合計值 成為奇數。此時，由於可使係數乘算器132之係數a=1/NiN 之值成為偶數，更可藉將N設為2之乘冪之數字，使係數乘 5异窃132藉簡單之位元移動電路，或更簡單之對配線加工， 使取出位元之位置移動到高位侧來實現。例如，亦可令 N=4096=212，則可不使用低位之12位元之訊號線，而只有 自低位向高位起算第13位元之對應預定位元數之訊號線連 接至加异124之其中一端，藉此進行係數&=1/212之乘算處 10理。因此，可構成實際上不使用係數乘算器之分離頻率成 分濾波器100。 【圖式簡單說^明】 第1圖係顯示一實施形態之分離頻率成分濾波器之構 成之圖。 15 第2圖係顯示分離頻率成分濾波器頻率特性之模擬結 果之圖。 第3圖係顯示以往高通濾波器構造之圖 第4圖係顯示高通濾波器之結點數與頻率特性關係之 圖。 20 【主要元件符號說明】 100…分離頻率成分濾波器 130…D正反器 110、112···延遲電路 132…係數乘算器 120、122、124···加算器 17