TWI686059B

TWI686059B - 雜訊濾除裝置

Info

Publication number: TWI686059B
Application number: TW107138294A
Authority: TW
Inventors: 林冠儀
Original assignee: 林冠儀
Priority date: 2018-10-30
Filing date: 2018-10-30
Publication date: 2020-02-21
Also published as: TW202017328A

Abstract

一種雜訊濾除裝置適用於接收來自一感測器的一感測信號輸出，並對該感測信號輸出進行雜訊濾除，以產生一濾波信號輸出，且該雜訊濾除裝置包含第一及第二運算單元。該第一運算單元根據該感測信號輸出、多個預設權重值及一預設偏差值進行運算，以產生一平行資料流，該第二運算單元根據一激勵活化函數將該平行資料流進行計算，以得到該濾波信號輸出。

Description

雜訊濾除裝置

本發明是有關於一種裝置，特別是指一種雜訊濾除裝置。

現有加速度感測器用於感測一待測物體，以產生一指示該待測物體移動時之加速度的感測信號輸出，並將該感測信號輸出傳輸至一運算處理器。該運算處理器對該感測信號輸出進行積分運算來得到該待測物體的一實際位移量，並藉由紀錄每一時刻點的位置來得到該待測物體的運動軌跡。

然而，該加速度感測器所產生的該感測信號輸出具有白色高斯雜訊，導致該運算處理器根據該感測信號輸出所得到的該待測物體之該實際位移量具有誤差，進而無法獲得該待測物體準確的運動軌跡。因此，如何使該感測信號輸出不具有白色高斯雜訊，以使該運算處理器所運算出的該實際位移量不具有誤差便成為相當重要的課題。

因此，本發明之目的，即在提供一種能夠克服先前技術之缺點的雜訊濾除裝置。

於是，本發明雜訊濾除裝置適用於接收來自一感測器的一感測信號輸出，並對該感測信號輸出進行雜訊濾除，以產生一濾波信號輸出。該雜訊濾除裝置包含一第一運算單元，及一第二運算單元。

該第一運算單元適於電連接該感測器以接收該感測信號輸出，並根據該感測信號輸出、多個預設權重值及一預設偏差值進行運算，以產生一平行資料流。

該第二運算單元電連接該第一運算單元以接收該平行資料流，並根據一激勵活化函數將該平行資料流進行計算，以產生該濾波信號輸出。

本發明之功效在於：藉由該雜訊濾除裝置可濾除該感測信號輸出所具有的白色高斯雜訊以產生不具雜訊的該濾波信號輸出，如此，使得後續相關運算處理器可根據該濾波信號輸出進行較準確的運算。

在本發明被詳細描述之前，應當注意在以下的說明內容中，類似的元件及信號是以相同的編號來表示。

＜第一實施例＞

參閱圖1，本發明雜訊濾除裝置之第一實施例適用於接收來自一感測器11的一感測信號輸出，並對該感測信號輸出進行雜訊濾除（即，濾除白色高斯雜訊），以產生一濾波信號輸出Fout，並將該濾波信號輸出Fout傳輸至一運算處理器12。在此實施例中，該感測器11為一加速度感測器，用來定期地（例如連續地）感測一待測物體（圖未示）的加速度以產生該感測信號輸出，且該感測信號輸出包括多個各自相關於加速度的感測信號I _X、I _Y、I _Z。該運算處理器12對該濾波信號輸出Fout進行積分運算來得到該待測物體的一實際位移量，並藉由紀錄每一時刻點的位置來得到該待測物體的運動軌跡。該雜訊濾除裝置包含第一及第二運算單元2、3。

該第一運算單元2適於電連接該感測器11以接收該多個感測信號I _X、I _Y、I _Z，並根據該多個感測信號I _X、I _Y、I _Z、多個預設權重值及一預設偏差值進行運算，以產生一平行資料流。在此實施例中，舉該第一運算單元2包括多個第一運算電路21、22、23為例，但不限於此。在其他實施例中，該第一運算單元2所包括的第一運算電路的數量可大於三。

該多個第一運算電路21、22、23中的每一者具有該多個預設權重值及該預設偏差值，且電連接該感測器11以接收該多個感測信號I _X、I _Y、I _Z。每一第一運算電路21、22、23將該多個感測信號I _X、I _Y、I _Z分別與所對應的該多個預設權重值相乘以得到多個運算值，並將該多個運算值及該預設偏差值相加以得到一運算結果以產生一包括該運算結果的運算信號S1（S2、S3）。該多個第一運算電路21、22、23分別將該多個運算信號S1、S2、S3平行輸出以組合成該平行資料流。需說明的是，每一第一運算電路21、22、23是連續地產生該運算信號S1、S2、S3。該多個預設權重值及該預設偏差值是由一使用者所預先設定或由一外部的預設信號產生器所產生。進一步參閱圖2至圖4，在此實施例中，圖2至圖4構成每一第一運算電路21、22、23的實施態樣。在圖2中，參數ST、Clk、Res分別為一開始觸發信號、一時脈信號，及一重置信號，其皆來自一外部信號產生器（圖未示）。參數iW1、iW2、iW3組合成該多個預設權重值。參數ib為該預設偏差值。在圖2至圖4中，編號211為一除法器，編號212為一用來判斷輸入是否小於一預設值的判斷器，編號213為一DQ正反器，編號214為一加法器，編號215為一多工器，編號216為一乘法器，編號217為一等號器，編號218為一操作在有限個狀態及在這些狀態間轉移和動作等行為的狀態機，編號219為一或邏輯閘，編號210為一選擇器。

該第二運算單元3電連接該第一運算單元2以接收該平行資料流，並根據一激勵活化函數將該平行資料流進行計算，以產生該濾波信號輸出Fout。在此實施例中，該激勵活化函數為一Sigmoid函數，及一線性整流函數（Rectified Linear Unit，ReLU）中的一者，但不限於此。在其他實施例中，該激勵活化函數可為一指數線性函數（Exponential Linear Unit，ELU）、一高斯函數，及一參數化線性整流函數(Parametric Rectified Linear Unit，PReLU) 中的一者。該第二運算單元3包括一第一暫存電路31、一第二運算電路32，及一第二暫存電路33。

該第一暫存電路31接收一運算完成指令組CIS，且電連接該多個第一運算電路21、22、23以接收及暫存該平行資料流，並根據該運算完成指令組CIS將該平行資料流中的該多個運算信號S1、S2、S3依序逐一輸出以產生一第一串列資料流SD1。在此實施例中，該第一暫存電路31所依序逐一輸出的該多個運算信號S1、S2、S3中的每一者還包括一指示一編號的對應識別碼，每一運算信號S1、S2、S3的該對應識別碼所指示的該編號不同。每一當前運算信號S1、S2、S3經該第一暫存電路31輸出後，該第一暫存電路31的內部暫存區即清空並用來暫存下一筆新的運算信號S1、S2、S3。進一步參閱圖5與圖6，在此實施例中，圖5與圖6構成該第一暫存電路31的實施態樣。在圖6中，參數iSS為一用來觸發該第二運算電路32之啟動信號，參數Sv為對應該運算信號（S1或S2或S3）之該運算結果，參數Sn為對應該運算信號（S1或S2或S3）之該對應識別碼。舉例來說，參數Sv、Sn組合成該運算信號S1。

該第二運算電路32電連接該第一暫存電路31以接收該第一串列資料流SD1，並根據該激勵活化函數將該第一串列資料流SD1的該多個運算信號S1、S2、S3依序進行計算，以依序產生及輸出多個分別對應該多個運算信號S1、S2、S3的濾波信號F1、F2、F3，以產生一包括該多個濾波信號F1、F2、F3的第二串列資料流SD2，且產生多個依序逐一輸出且分別對應該多個濾波信號F1、F2、F3的運算完成指令CI1、CI2、CI3。該多個運算完成指令CI1、CI2、CI3的輸出時間點分別對應該多個濾波信號F1、F2、F3的輸出時間點，該多個運算完成指令CI1、CI2、CI3組合成該運算完成指令組CIS。在此實施例中，該第二運算電路32所依序輸出的該多個濾波信號F1、F2、F3中的每一者包括一相關於其所對應之該運算信號之該運算結果的濾波結果，及一其所對應之該運算信號之該對應識別碼。每一濾波結果（例如，該濾波信號F1的該濾波結果）是由該第二運算電路32將其所對應之該運算信號（例如，該運算信號S1）之該運算結果根據該激勵活化函數進行計算而取得。

進一步參閱圖7至圖13，在此實施例中，圖7至圖13構成該第二運算電路32的一實施態樣，圖7至圖13所構成之該第二運算電路32是根據該Sigmoid函數（

，參數t代表時間），將該第一串列資料流SD1的該多個運算信號S1、S2、S3依序進行計算。在圖13中，參數Fv為對應該濾波信號（F1或F2或F3）之該濾波結果，參數Fn為對應該濾波信號（F1或F2或F3）所對應之該對應識別碼。舉例來說，參數Fv、Fn組合成該濾波信號F1。

此外，參閱圖14，圖14為該第二運算電路32的另一實施態樣，圖14所構成之該第二運算電路32是根據該線性整流函數（

，參數t代表時間），將該第一串列資料流SD1的該多個運算信號S1、S2、S3依序進行計算。

該第二暫存電路33電連接該第一暫存電路31、該第二運算電路32，及該運算處理器12。該第二暫存電路33接收來自該第二運算電路32之該第二串列資料流SD2，並根據其所接收到的該第二串列資料流SD2中的該多個濾波信號F1、F2、F3的該多個對應識別碼對每一濾波信號F1、F2、F3進行暫存。該第二暫存電路33根據該多個濾波信號的該多個對應識別碼得知是否接收到所有該多個濾波信號F1、F2、F3，以於接收及暫存到該第二串列資料流SD2中的所有該多個濾波信號F1、F2、F3時，將當前暫存的所有該多個濾波信號F1、F2、F3一起輸出至該運算處理器12作為該濾波信號輸出Fout，同時產生一輸出完成指令OCI並將該輸出完成指令OCI傳輸至該第一暫存電路31。需說明的是，暫存在該第二暫存電路33的所有當前該多個濾波信號F1、F2、F3一旦被輸出，該第二暫存電路33就不會暫存有當前該多個濾波信號F1、F2、F3。此外，在此實施例中，該第二暫存電路33的實施如圖15所示，編號331為一解碼器。

舉例來說，操作時，該第一暫存電路31先將該運算信號S1輸出至該第二運算電路32，接著，該第二運算電路32將該運算信號S1之該運算結果根據該激勵活化函數進行計算，以得到其所對應的該濾波結果，且將該濾波結果及其所對應之該運算信號S1之該對應識別碼作為該濾波信號F1一起輸出並暫存至該第二暫存電路33。該第二運算電路32在輸出該濾波信號F1的同時也產生及輸出該運算完成指令CI1至該第一暫存電路31，以致該第一暫存電路31得知該第二運算電路32的當前運算已完成，並根據該運算完成指令CI1將該運算信號S2輸出至該第二運算電路32。然後，該第二運算電路32將該運算信號S2之該運算結果根據該激勵活化函數進行計算，以得到其所對應的該濾波結果，且將該濾波結果及其所對應之該運算信號S2之該對應識別碼作為該濾波信號F2一起輸出並暫存至該第二暫存電路33，同時，該第二運算電路32也產生及輸出該運算完成指令CI2至該第一暫存電路31，以致該第一暫存電路31得知該第二運算電路32的當前運算已完成，並根據該運算完成指令CI2將該運算信號S3輸出至該第二運算電路32，以重複進行上述操作，以產生該濾波信號F3與該運算完成指令CI3並分別輸出至該第二暫存電路33與該第一暫存電路31。最後，該第二暫存電路33於接收到所有該多個濾波信號F1、F2、F3時將其一起輸出，且還產生及輸出該輸出完成指令OCI至該第一暫存電路31，以致該第一暫存電路31還根據該輸出完成指令OCI將其所新接收及暫存的該多個運算信號S1、S2、S3中的一者輸出，以重複進行上述操作來產生新的該濾波信號輸出Fout。

需說明的是，由於圖2至圖15中具有多個類似的元件，故僅將部分元件進行編號及說明。圖2至圖4組合後如附件一，圖5與圖6組合後如附件二，圖7至圖13組合後如附件三，圖14如附件四，及圖15如附件五。

＜第二實施例＞

參閱圖16，本發明雜訊濾除裝置的第二實施例與該第一實施例相似，二者不同之處在於，該第二實施例中以一第二運算單元3’取代該第一實施例中的該第二運算單元3（見圖1），及每一運算信號S1、S2、S3與每一濾波信號F1、F2、F3可不需包括該指示該編號的對應識別碼。在此實施例中，該第二運算單元3’包括多個第二運算電路34、35、36。

該多個第二運算電路34、35、36分別電連接該第一運算單元2之該多個第一運算電路21、22、23以分別接收該多個運算信號S1、S2、S3。該多個第二運算電路34、35、36根據該激勵活化函數分別將該多個運算信號S1、S2、S3進行計算，以分別產生該多個濾波信號F1、F2、F3，該多個濾波信號F1、F2、F3組合成該濾波信號輸出Fout。

需說明的是，在本實施例中，該感測器11及該運算處理器12之間僅電連接一個本發明雜訊濾除裝置，但不限於此。在其他實施例中，該感測器11及該運算處理器12之間可串接多個本發明雜訊濾除裝置以達到多層濾波效果。

綜上所述，藉由本實施例該雜訊濾除裝置可濾除該感測信號輸出所具有的白色高斯雜訊以產生該濾波信號輸出Fout，如此，該運算處理器12根據該濾波信號輸出Fout所運算出的該待測物體之該實際位移量不具有誤差，使得該運算處理器12可據以獲得較準確的該待測物體之運動軌跡。此外，由於該等第一及第二運算單元2、3’各自具有平行運算的能力，因此可提升本實施例該雜訊濾除裝置的運算效率且有利於使用。

惟以上所述者，僅為本發明之實施例而已，當不能以此限定本發明實施之範圍，凡是依本發明申請專利範圍及專利說明書內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。

11‧‧‧感測器

12‧‧‧運算處理器

2‧‧‧第一運算單元

21‧‧‧第一運算電路

210‧‧‧選擇器

211‧‧‧除法器

212‧‧‧判斷器

213‧‧‧DQ正反器

214‧‧‧加法器

215‧‧‧多工器

216‧‧‧乘法器

217‧‧‧等號器

218‧‧‧狀態機

219‧‧‧或邏輯閘

22‧‧‧第一運算電路

23‧‧‧第一運算電路

3、3’‧‧‧第二運算單元

31‧‧‧第一暫存電路

32‧‧‧第二運算電路

33‧‧‧第二暫存電路

331‧‧‧解碼器

34‧‧‧第二運算電路

S2‧‧‧運算信號

S3‧‧‧運算信號

SD1‧‧‧第一串列資料流

SD2‧‧‧第二串列資料流

35‧‧‧第二運算電路

36‧‧‧第二運算電路

Clk‧‧‧時脈信號

CIS‧‧‧運算完成指令組

CI1‧‧‧運算完成指令

CI2‧‧‧運算完成指令

CI3‧‧‧運算完成指令

F1‧‧‧濾波信號

F2‧‧‧濾波信號

F3‧‧‧濾波信號

Fv‧‧‧濾波結果

Fn‧‧‧對應識別碼

Fout‧‧‧濾波信號輸出

ib‧‧‧預設偏差值

iSS‧‧‧啟動信號

iW1~iW3‧‧‧預設權重值

I_X‧‧‧感測信號

I_Y‧‧‧感測信號

I_Z‧‧‧感測信號

OCI‧‧‧輸出完成指令

Res‧‧‧重置信號

S1‧‧‧運算信號

Sn‧‧‧對應識別碼

ST‧‧‧開始觸發信號

Sv‧‧‧運算結果

本發明之其他的特徵及功效，將於參照圖式的實施方式中清楚地呈現，其中：圖1是一方塊圖，說明本發明雜訊濾除裝置之一第一實施例；圖2至圖4是電路圖，說明該實施例之一第一運算電路；圖5與圖6是電路圖，說明該實施例之一第一暫存電路；圖7至圖13是電路圖，說明該實施例之一第二運算電路的一實施態樣；圖14是一電路圖，說明該實施例之該第二運算電路的另一實施態樣；圖15是一電路圖，說明該實施例之一第二暫存電路；及圖16是一方塊圖，說明本發明雜訊濾除裝置之一第二實施例。