JPH0117608B2 - - Google Patents

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JPH0117608B2
JPH0117608B2 JP57163726A JP16372682A JPH0117608B2 JP H0117608 B2 JPH0117608 B2 JP H0117608B2 JP 57163726 A JP57163726 A JP 57163726A JP 16372682 A JP16372682 A JP 16372682A JP H0117608 B2 JPH0117608 B2 JP H0117608B2
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JP
Japan
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filter
transversal
filter coefficient
transversal filter
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JP57163726A
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Masao Inaba
Hiroshi Takahashi
Kazuhiko Nosaka
Takahiko Hatsutori
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NEC Home Electronics Ltd
NEC Corp
Original Assignee
NEC Home Electronics Ltd
Nippon Electric Co Ltd
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Publication date
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Priority to GB08324245A priority patent/GB2129638B/en
Priority to US06/531,400 priority patent/US4649507A/en
Priority to NL8303205A priority patent/NL191042C/xx
Priority to DE19833333984 priority patent/DE3333984A1/de
Publication of JPS5952911A publication Critical patent/JPS5952911A/ja
Publication of JPH0117608B2 publication Critical patent/JPH0117608B2/ja
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    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03H—IMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
    • H03H17/00—Networks using digital techniques
    • H03H17/02—Frequency selective networks
    • H03H17/06—Non-recursive filters
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03H—IMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
    • H03H15/00—Transversal filters

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Mathematical Physics (AREA)
  • Filters That Use Time-Delay Elements (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、トランスバーサル・フイルタに関
し、特にデイジタル・オーデイオの信号処理トラ
ンスバーサル・フイルタに関するものである。
一般に、デイジタル・オーデイオの信号処理
は、一定のサンプリング周波数によつて標本化さ
れたデイジタル・オーデイオ信号の周波数特性を
制御することにより行う。
制御する周波数特性は、高周波数帯ほど広帯域
で、逆に低周波数帯ほど狭帯域であるような、す
なわち、インパルス応答が高周波数帯ほど短く、
低周波数帯ほど長いような特性となつている。
このような制御をするために、IIR
(INFINITE IMPULSE RESPONSE)デイジ
タル・フイルタ、およびFIR(FINITE
IMPULSE RESPONSE)デイジタル・フイル
タすなわちトランスバーサル・フイルタが一般的
に使用されている。デイジタル・フイルタは、制
御する周波数特性を与えるインパルス応答と入力
されたデイジタル・オーデイオ信号とを畳み込み
演算することによつてフイルタリングするもので
ある。IIRデイジタル・フイルタは、多様な周波
数選択形フイルタが閉じた形の設計公式を用いて
設計でき、また演算に巡回項が含まれるので、単
位時間あたりの演算回数が少なくてすみ、すなわ
ち、フイルタ次数が小さくなる特徴を有する。
しかしながら、IIRデイジタル・フイルタの設
計はフイルタの位相特性を無視している。そのた
め、IIRデイジタル・フイルタは所望の振幅およ
び位相の周波数特性を同時に得ることが困難であ
る。
一方、トランスバーサル・フイルタにおいて
は、所望の振幅および位相の周波数特性を同時に
得ることが容易である。しかし非巡回形構成であ
るため、所望の周波数特性を与えるのに充分な長
さのインパルス応答の分だけのフイルタ係数列〓
を保有しなければなられず、一定のサンプリング
周波数fsの基で特に低周波数帯の特性制御ではイ
ンパルス応答が長くなり、単位時間あたりの演算
回数が多く必要で、その結果、IIRデイジタル・
フイルタに比べ装置規模が大きくなる欠点があつ
た。そこで、この欠点を除去するため、低周波数
帯と高周波数帯(ただしfs/2以下とする。)の
複数の周波数帯に分割(すなわち複数の周波数帯
に応じて、それぞれのフイルタを設ける。)し、
かつ個々のフイルタの周波数特性を合成すること
によつて所望の周波数特性を得、その結果、装置
規模を小さくするという方法も考えられていた。
このような方法を採用することにより装置規模は
縮小されるが、サンプリング周波数fsに比べ低周
波数帯では、サンプリング周波数fsより低いサブ
サンプリング周波数fs′によつてサブサンプルす
るため、各周波数におけるクロスオーバ周波数の
特性を設計することが困難であるという不都合を
生じた。
しかも、任意の周波数特性を実現するにあた
り、フイルタ次数を設計することも困難であると
いう不都合を生じた。
本発明は、上記事情とトランスバーサル・フイ
ルタのフイルタ係数列〓の要素のエネルギーが中
央部に集中することを鑑みて発明されたものであ
り、従来のトランスバーサル・フイルタの一組の
フイルタ係数列〓を低周波数帯の特性のみに寄与
する一端部および他端部と、全周波数帯の特性の
情報を含む中央部とに複数に部分分割(説明を簡
明にするため、ここでは3分割する。)し、分割
したフイルタ係数列の組に対応した複数(3)分のト
ランスバーサル・フイルタ部を設けることによつ
て一個のトランスバーサル・フイルタ部で取扱う
フイルタ係数列の要素の数を少なくするものであ
る。また、上記3個のトランスバーサル・フイル
タの内、第1のトランスバーサル・フイルタ部お
よび第2のトランスバーサル・フイルタ部は、上
記一端部および他端部のフイルタ係数列の要素
を、それぞれサンプリング周波数fsよりも低く、
かつ制御する低周波数帯の特性を充分満足するサ
ブサンプリング周波数fs′に対応する周期(=
1/fs′)のみを残し、他のフイルタ係数列の要
素を間引いたものとし、この間引かれたフイルタ
係数列とそれに対応した入力信号列とを畳み込み
演算するものである。
しかも、間引かれたフイルタ係数列は、間引き
によつて欠落したフイルタ係数列の要素のエネル
ギー分を補償するようにした要素を有するもので
ある。それにより、間引かれたフイルタ係数列の
要素の分だけ演算回数を少なくし、さらにまた、
これらの利点の上で所望の振幅および位相周波数
特性を同時に実現し、かつ、装置規模を小さく
し、しかもクロスオーバー周波数の特性およびフ
イルタ係数を設計することを容易にしたトランス
バーサル・フイルタを提供することを目的とす
る。
以下、本発明を実施例によつて詳細に説明す
る。
第1図は本発明のトランスバーサル・フイルタ
の第1の実施例を示すブロツク回路図である。図
において、1,2,3、および4はそれぞれ第
1、第2、第3、および第4のトランスバーサ
ル・フイルタ部、5は加算器の動作を行なう演算
部である。
第1のトランスバーサル・フイルタ部1と第2
のトランスバーサル・フイルタ部2は、入力信号
列x(n)からfs′/2〔=fs/2(D+1);Dは間
引き点数である。)以上の周波数成分を除去する
第4のトランスバーサル・フイルタ部4から出力
される信号列が与えられる。一方、第3のトラン
スバーサル・フイルタ部3は入力信号列x(n)
がそのまま与えられる。この第3のトランスバー
サル・フイタ部3は一組のフイルタ係数列の要素
のうち、第3図A又はBのロの部分に示すよう
に、(Q)ないし(N−Q−1)のフイルタ係数
列〓3を有するものである。なお、第3図はフイ
ルタ係数列〓を時間軸上に並べたもので、縦軸は
振幅量を表わす。ここで、一組のフイルタ係数列
の要素の数をNとし、その要素の番号をn(0、
1、2………、N−1)とする。また、一端部お
よび他端部のフイルタ係数列の要素の数をともに
Qとし、それぞれの要素の番号をq(0、1、2
………、Q−1)とする。なお、上記説明中、
n、qは任意の整数であり、さらにN>2Qの関
係がある。
第1のトランスバーサル・フイルタ部1は一組
のフイルタ係数列の要素のうち、第3図Aのイの
部分に示すように(O)ないし(Q−1)のフイ
ルタ係数列〓1に対応する部分を受けもち、その
一部を間引き、低周波数帯の特性のエネルギー情
報を保存するために、欠落したフイルタ係数列の
要素のエネルギーをのこつたフイルタ係数列の要
素に加えることによつて間引かれたフイルタ係数
列のエネルギーを補償するように予め設定された
フイルタ係数列〓´1〔第3図Bのイの部分〕を有
するものである。フイルタ係数列のエネルギーの
補償は、第3図CおよびDに示すように、フイル
タ係数列〓1を連続したD点の要素を間引く際に、
残つた要素を中心に窓(例えば第3図Cの点線で
示す三角窓)をかけ、窓に含まれる間引かれた要
素の振幅量すなわちエネルギーの総和を残つた要
素に加えることによつて行う(第3図Dのaの部
分)。第2のトランスバーサル・フイルタ部2は
一組のフイルタ係数列の要素のうち、第3図Aの
ハの部分に示すように(N−Q)ないし(N−
1)のフイルタ係数列〓2に対応する部分を受け
もち、その一部を間引き、欠落したフイルタ係数
列の要素のエネルギーをのこつたフイルタ係数列
の要素に加えることによつて間引かれたフイルタ
係数列のエネルギーを補償するよう予め設定され
たフイルタ係数列〓′2〔第3図Bのハの部分〕を
有するものである。フイルタ係数列のエネルギー
の補償の方法は、フイルタ係数列〓1の場合と同
様である。演算部5は、第1のトランスバーサ
ル・フイルタ部1から出力される出力信号列、第
2のトランスバーサル・フイルタ部2から出力さ
れる出力信号列および第3のトランスバーサル・
フイルタ部3から出力される出力信号列が入力さ
れることによつて出力信号列y(n)を生成する
加算器である。すなわち、一組のフイルタ係数列
を有するトランスバーサル・フイルタを分割構成
したものである。なお、ここでは両端部は同一数
としたが、必ずしも一致させず非対称でもよい。
ただ非対称にする場合、整合等が対称の場合より
困難となる。そして、第1の実施例は、入力をサ
ンプリング周波数fsで標本化された信号列x(n)
とすると、x(n)は第3のトランスバーサル・
フイルタ部3および第4のトランスバーサル・フ
イルタ部4に入力される。第3のトランスバーサ
ル・フイルタ部3は遅延回路31およびトランス
バーサル・フイルタ32から構成されており、入
力信号列x(n)は遅延回路31に入力される。
遅延回路31において入力信号列x(n)は第4
のトランスバーサル・フイルタ部4および第1の
トランスバーサル・フイルタ部1で演算される時
間だけ遅延された信号列、すなわち、遅延信号列
x′(n)となり、トランスバーサル・フイルタ3
2に与えられる。トランスバーサル・フイルタ3
2は入力信号列x(n)のうち(n−Q)ないし
(n−N+Q+1)の信号列に対する出力信号列
y3(n)を生成させるため、第3のフイルタ係数
列〓3が設定される。このため、遅延回路31か
ら得られる遅延信号列x′(n)が与えられること
によつてトランスバーサル・フイルタ32は遅延
信号例x′(n)と、第3のフイルタ係数列〓3とを
たたみ込み演算し、出力信号列y3(n)を生成す
るものである。つまり、第3のトランスバーサ
ル・フイルタ部3の出力である信号列y3(n)が
演算部5に入力されるのである。なお、このフイ
ルタはN−2Q次のフイルタ次数を有するもので
ある。一方、第4のトランスバーサル・フイルタ
部4はL次のフイルタ次数を有するトランスバー
サル・フイルタ41を有しており、入力信号列x
(n)はトランスバーサル・フイルタ41に入力
される。このトランスバーサル・フイルタ41
は、後述の低周波数帯のみをフイルタリンダする
第1のトランスバーサル・フイルタ部1および第
2トランスバーサル・フイルタ部2の、それぞれ
の出力信号列に折り返し雑音が混入しないように
するため、予めfs/2(D+1)(Dは間引き点数
であり、正整数で、予め設計者により設定され
る。)以上の周波数成分は除去するようなローパ
ス特性を与える第4のフイルタ係数列〓4が設定
される。このため、入力信号列x(n)が入力さ
れることによつて、トランスバーサル・フイルタ
41は入力信号列x(n)と第4のフイルタ係数
列〓4とを1/fsの時間周期でたたみ込み演算し、
fs/2(D+1)以上の周波数成分を除去する。
つまり、トランスバーサル・フイルタ41におい
て、入力信号列x(n)からfs/2(D+1)以上
の周波数成分の除去された信号列x1(n)が生成
され出力される。そして、この信号列x1(n)が、
第1および第2のトランスバーサル・フイルタ部
1および2に入力される。
第1のトランスバーサル・フイルタ部1は、フ
イルタ次数p(≦Q/(D+1)なる最大の整数)
次のトランスバーサル・フイルタ11を有してお
り、信号列x1(n)の(D+1)間隔の要素とフ
イルタ係数列〓′1との畳み込み演算を1/fsの時
間周期を行い、信号列y1(n)を生成するもので
ある。そして、第1のトランスバーサル・フイル
タ部1の出力である信号列y1(n)が演算部5に
入力される。
第2のトランスバーサル・フイルタ部2は、遅
延回路21およびフイルタ次数p次のトランスバ
ーサル・フイルタ22を有しており、信号列x1
(n)は遅延回路21に入力される。遅延回路2
1は、信号列x1(n)を第1のトランスバーサ
ル・フイルタ部1の出力信号列y1(n)および第
3のトランスバーサル・フイルタ部3の出力信号
列y3(n)と同じ時刻にy2(n)が出力されるよう
な時間分遅延させたx″1(n)を生成し、トランス
バーサル・フイルタ22に入力する。
なお、遅延回路は、トランスバーサル・フイル
タの入力側又は出力側のいずれに挿入してもよ
い。トランスバーサル・フイルタ22は、信号列
x″1(n)の(D+1)間隔の要素とフイルタ係数
列〓′2との畳み込み演算を1/fsの時間周期で行
い、信号列y2(n)を生成するものである。そし
て、第2のトランスバーサル・フイルタ部2の出
力である信号列y2(n)が演算部5に入力される。
上記信号列y1(n)、y2(n)およびy3(n)が演
算部5の有する加算器51に入力されることによ
つて出力信号列y(n)が生成される。
第2図は本発明のトランスバーサル・フイルタ
の第2の実施例を示すブロツク回路図である。図
において、前出のものと同一符号又は同一記号の
ものは同一又は均等のものを示すものとする。
本実施例は、第1の実施例におけるトランスバ
ーサル・フイルタ11および22のたたみ込み演
算の周期を(D+1)/fsとし、単位周期あたり
の演算回数を減少するものである。すなわち、ト
ランスバーサル・フイルタ11および22の前段
に間引きフイルタ42を設ける。この間引きフイ
ルタ42は第4のトランスバーサル・フイルタ部
4にトランスバーサル・フイルタ41と共に設け
られている。
そして、間引きフイルタ42は、トランスバー
サル・フイルタ41から出力されるfsレートの信
号列x1(n)から(D+1)の周期で連続D点の
要素を間引き、この間引きによつて間引かれた
fs′(=fs/(D+1))レートの信号列x2(n)を
生成する。つまり、第4のトランスバーサル・フ
イルタ部4から出力される間引かれた信号列x2
(n)が、第1および第2のトランスバーサル・
フイルタ部1および2に出力される。
このことによつて、トランスバーサル・フイル
タ11および22は、それぞれ第3図Bのイおよ
びハの部分に示すフイルタ係数列〓′1および〓′2
と信号列x2(n)との畳み込み演算を行い、fs′レ
ートの信号列x3(n)およびx4(n)を生成する。
また、トランスバーサル・フイルタ11の次段に
内挿フイルタ12を設け、トランスバーサル・フ
イルタ22の次段に内挿フイルタ23を設ける。
この内挿フイルタ12はトランスバーサル・フイ
ルタ11とともに第1のトランスバーサル・フイ
ルタ部1を構成し、また内挿フイルタ23は遅延
回路21およびトランスバーサル・フイルタ22
とともに第2のトランスバーサル・フイルタ部2
を構成するものである。内挿フイルタ12は(D
+1)/fs周期にある信号列x3(n)から1/fs
周期の信号列y1(n)を生成するためのローパ
ス・フイルタで、第6のフイルタ係数列〓6が予
め設定される。また、内挿フイルタ23は(D+
1)/fs周期にある信号列x4(n)から1/fs周
期の信号列y2(n)を生成するためのローパス・
フイルタで、第7のフイルタ係数列〓7が予め設
定される。
フイルタ係数列〓6および〓7は一般に同一の要
素であり、実現されるフイルタ特性はトランスバ
ーサル・フイルタ41のフイルタ特性と同一であ
るよう設定される。
信号列y1(n)、y2(n)およびy3(n)が演算器
5の有する加算器51に入力されることによつて
出力信号列y(n)が生成される。
以上説明したように、本発明によれば、第1お
よび第2のトランスバーサル・フイルタ部のフイ
ルタ係数列を間引くように設定することによつて
この間引く数に応じてフイルタ係数列の数が小さ
くなるため、演算回数が減少しかつ演算丸め誤差
が減少できる利点がある。また、これらの利点に
伴つて演算精度が向上し、かつ装置規模が小さく
なる利点がある。さらに、第1ないし第3のトラ
ンスバーサル・フイルタ部のフイルタ係数列は一
組のフイルタ係数列を基に生成するので、一組の
フイルタ係数を調節することによつて任意の周波
数特性の実現が可能であるため、デイジタル・オ
ーデイオ以外の分野、すなわちPCM通信等の信
号処理用にも応用できる利点がある。
なお、第1のトランスバーサル・フイルタ部1
に内挿フイルタ12としてトランスバーサル・フ
イルタを設け、また第2のトランスバーサル・フ
イルタ部2に内挿フイルタ23であるトランスバ
ーサル・フイルタを設けることによつて、トラン
スバーサル・フイルタ11およびトランスバーサ
ル・フイルタ22は、(D+1)/fsの周期でた
たみ込み演算を行なえばよいので、単位実時間あ
たりの演算回数がさらに減少し、ハードウエア化
において有利となる利点がある。
なお、説明を簡明にするため、フイルタ係数列
〓を3分割した場合で説明したが、本発明は複数
個に分割して、同様の技術思想のもとにトランス
バーサル・フイルタを構成することが可能である
ことは言うまでもないことである。
【図面の簡単な説明】
第1図は、本発明のトランスバーサル・フイル
タの第1の実施例を示したブロツク回路図、第2
図は第2の実施例を示したブロツク回路図、第3
図Aは一組のトランスバーサル・フイルタ係数列
〓を示した図、第3図Bは第3図Aのトランスバ
ーサル・フイルタ係数列〓を3分割し、端係数列
〓1と〓2は間引きしてエネルギー補償した係数列
〓′1と〓2′と中央の部分係数列〓3を示した図、第
3図CおよびDはDを7とした場合の〓1→〓′1
及び〓2→〓′2におけるエネルギー補償の方法例
を示す。 1……第1のトランスバーサル・フイルタ部、
2……第2のトランスバーサル・フイルタ部、3
……第3のトランスバーサル・フイルタ部、4…
…第4のトランスバーサル・フイルタ部、5……
演算部(加算器)、12……内挿フイルタ、23
……内挿フイルタ、42……間引きフイルタ。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1 トランスバーサル・フイルタの一組のフイル
    タ係数列を一端部と中央部と他端部とに分割した
    場合、ローパスフイルタ部と、ローパスフイルタ
    部の出力をうけ上記一端部のブロツク部分のフイ
    ルタ係数列の要素を所定の周期で間引き、この間
    引きによつて欠落した部分フイルタ係数列の要素
    のエネルギーを残つたフイルタ係数列の要素に加
    えることによつて間引かれた一端部のフイルタ係
    数列のエネルギーを補償するように予めフイルタ
    係数列が設定される第1のトランスバーサル・フ
    イルタ部と、ローパスフイルタ部の出力をうけ上
    記他端部のブロツク部分のフイルタ係数列の要素
    を所定の周期で間引き、この間引きによつて欠落
    した部分フイルタ係数列の要素のエネルギーを残
    つたフイルタ係数列の要素に加えることによつて
    間引かれた他端部のフイルタ係数列のエネルギー
    を補償するように予めフイルタ係数列が設定され
    る第2のトランスバーサル・フイルタ部と、上記
    中央部のブロツク部分のフイルタ係数列が設定さ
    れる第3のトランスバーサル・フイルタ部と、上
    記第1、第2、第3の各々のトランスバーサル・
    フイルタ部からの出力信号を同期して加算する演
    算部とを有しており、かつ上記第1、第2のトラ
    ンスバーサル・フイルタ部及びローパスフイルタ
    部は1又は2以上であることを特徴とするトラン
    スバーサル・フイルタ。
JP57163726A 1982-09-20 1982-09-20 トランスバ−サル・フイルタ Granted JPS5952911A (ja)

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US06/531,400 US4649507A (en) 1982-09-20 1983-09-12 Segmented transversal filter
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