JPH02284513A - ディジタルローパスフィルタ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、ディジタルローパスフィルタに関するもので
ある。

〔従来の技術〕

以下の説明では、ディジタル撮像信号処理を行う撮像装
置にディジタルローパスフィルタを構成する場合につい
て説明するが、本発明は他にも、ディジタルサーボ装置
や音声信号処理装置などにも用いることができる。

ディジタル撮像信号処理装置は、例えば３板式ビデオカ
メラの場合第２図のように構成されている。

レンズ２０１を通して撮映された光学像は、グイクロイ
ックミラー２０３，２０４を用いてＲ，Ｇ、　　Ｂの各
色成分に分離され、撮像素子２０２．２０５．２０６の
上に結像される。撮像素子によって光学情報は電気信号
へ変換され、これらは更に図示していない適当なタイミ
ングジェネレータで例えばインタレース読み出しされる
。次に、これらの電気信号は各々Ａ／Ｄ変換器２０７．
２０８．２０９でＡ／Ｄ変換され、ディジタル信号とな
る。前処理部２ｌ０において、クランプ、ブランキング
、ホワイトバランス、γ変換等必要な映像信号処理が行
なわれた後、Ｒ，Ｇ、　Ｂの信号は輝度２色差マトリク
ス部２ｌ１で輝度信号Ｙと２つの色差信号Ｔ、　Ｑへ変
換される。

次に、これらに対して標準テレビ信号（ＮＴＳＣ）の規
格に従って帯域制限を行なうため、ローパスフィルタ２
］、２．　２ｌ３で帯域制限を行なう。２ｌ．２の帯域
は例えば４．ＭＨｚ、２ｌ３は例えば０　、５〜Ｉ　Ｍ
　Ｈｚになるように設計する。その後、これらのＹ、　
　Ｉ。

Ｑ信号は標準テレビ信号発生器２ｌ４で標準テレビ信号
へ変換された後、Ａ／Ｄ変換器２ｌ５でＡ／Ｄ変換され
る。

この中でも、色差信号ローパスフィルタ２ｌ３では、標
準テレビ信号における色差信号の帯域が輝度信号に比し
て極めて狭いので、ここに用いるディジタルフィルタは
通過帯域の狭い特性のものが必要である。このことは、
タップ数の増加を意味し、ハードウェア規模の増大をも
たらした。また、このフィルタの遮断特性をあまりシャ
ープにすると、いわゆるリンギング現象が生じてしまう
ので、ある程度なめらかなものが望ましい。

このような要求を満たずものとしては、例えば第３図ａ
）のように（２Ｎ＋１）個のインパルス応答が対称な三
角形の２Ｎ−１−１タツプのＦＩＲフィルタや、第３図
ｂ）のように（２Ｎ＋Ｍ＋１）個のインパルス応答が対
称な台形の（２Ｎ　＋　Ｍ　＋　１　）個のＦ　Ｉ　Ｒ
フィルタが考えられている。

即ち、２Ｎ＋１個の対称な三角形のインパルス応答とは
、第１番目のインパルス応答ｈｉ　（ｉ＝ｏ、・・・２
Ｎ）は、 で与えられる。

また、２　Ｎ　＋　Ｍ　＋１個の対称な台形のインパル
ス応答とは、第１番目のインパルス応答ｈｉ（ｉ＝０゜
２Ｎ十Ｍ）は、 で与えられる。

一般にＮタップのＦＩＲフィルタの周波数特性Ｈ（ω）
は で与えられる。

これにより、Ｎ＝３の場合の（１）の周波数特性を第９
図ａ）に、Ｎ＝２及びＭ＝１の場合の（２）の周波数特
性を計算した例を第９図ｂ）に示す。

このように、三角型または台形型のインパルス応答のＦ
ＩＲフィルタは、インパルス応答が滑らかに変化してい
るので遮断特性が適度にゆるやかであり、リンキングの
発生もない。

また、Ｎを増加させれば、これに応じて簡単に必要な狭
帯域が得られ設計も容易である。

また、インパルス応答を対称にすることで、第４図のよ
うに構成できるので、例えば（２Ｎ＋１）タップの三角
型フィルタの場合、Ｎ　＋１個の乗算器と２Ｎ個の加算
器で構成でき、乗算器の数を半分にできるという特長も
有している。

また、（２Ｎ＋Ｍ＋１）タップの台形型フィルタの場合
も、例えばＭが２の倍数の時には、同様に（（Ｎ十−＋
１）個の乗算器と（２Ｎ　＋１　）個の加算器で構成で
きる。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかし、より狭帯域のローパスフィルタを得ようとする
と、Ｎ、　Ｍを増加する必要があり、これとともに乗算
器の数が増加してゆくので、より回路規模の小さいロー
パスフィルタが望まれていた。

〔課題を解決するための手段（及び作用）〕本発明は、
（２Ｎ＋１＋Ｍ）個のディレィによって（２Ｎ　＋２　
＋Ｍ　）個のタップを構成し、このうぢ先頭から（２Ｎ
＋１）個のタップ出力と後から（２Ｎ−１−１）個のタ
ップ出力の反転したものとを加算する第１のＦＩＲ型デ
ィジタルフィルタと、入力と出力を−回ディレィさせた
ものを加算するＩＩＲ型ディジタルフィルタをたて型に
接続すると、乗算器を用いずに遮断特性がなめらかで、
帯域の狭いディジタルローパスフィルタが簡単に構成で
きることを見出した結果なされたものである。Ｎ、　　
Ｍは０以上の整数で、特にＭ＝Ｏの場合は（１）式のよ
うな三角型のインパルス応答をもつ場合に対応しており
、Ｍ≠０の場合は（２）式のような台形型のインパルス
応答をもつ場合と対応している。

〔実施例〕

本発明の第１実施例を第１図を用いて示す。

まず入力は（２Ｎ＋Ｍ＋１）個のディレィからなるＦＩ
Ｒ型フィルタ１０１へ入力され、その出力はたて型に接
続されたＩＩＲ型フィルタ１０２へ入力される。ＦＩＲ
型フィルタ１０１の伝達関数をＱ　（Ｚ）、ＩＩＲ型フ
ィルタ１０２の伝達関数をＲ（Ｚ）とする。

ＦＩＲ型フィルタ１０１においては（２Ｎ十Ｍ＋２）個
のタップＴ、　（ｊ＝０．　１、・・・、２Ｎ＋Ｍ＋１
）が形成され、このうち前から（Ｎ＋１）個のタップの
出力Ｔｋ（ｋ＝０．１、・・・、Ｎ）は加算器１０３で
加算され、また後から（Ｎ＋１）個のタップの出力ＴＺ
（ｊｌ！　＝Ｎ十Ｍ＋１、　　Ｎ＋Ｍ＋２．・・・、２
Ｎ＋Ｍ＋１）は加算器１０４で加算された後、反転器１
０５で反転される。加算器１０３の出力と反転器１０５
の出力は加算器１０６で加算されて、これがＦＩＲ型フ
ィルタ１０１の出力となる。

従って、その伝達関数Ｑ　（Ｚ）は Ｑ　（Ｚ）　＝　　（１＋Ｚ−’＋・・・十Ｚ−つ（Ｚ
−（Ｎ＋Ｍ＋＋１　　＋ＺべＮ＋Ｍ＋２）　　＋・・・
＋Ｚ−＋２Ｎ４．Ｎ＋１つ（１＋Ｚ−’＋−＋Ｚ−つ−
Ｚ−（Ｎ＋Ｍ＋＋１　［１＋Ｚ−１＋、・、＋Ｚ−Ｎ］
Ｄ　　ｚ−（Ｎ＋Ｍ＋＋１　］　（１＋Ｚ　’＋・・・
＋Ｚ−Ｎ）　　　　（４）となる。

一方、ＩＩＲ型ディジタルフィルター０２では、入力と
出力を１回ディレィされたものが加算器１０７で加算さ
れて、これが出力となっている。従って、その伝達関数
Ｒ（Ｚ）はよく知られているように従って、１０１と１
０２をたて型に接続した場合の全体の伝達関数Ｆ　（Ｚ
）は、（４）、　　（５）よりＦ　（Ｚ） 「”−２−゛“”’］　（”＋ｚ−’＋°°＋ｚ−１）
　ｘ　、　ｚ−’［１＋Ｚ−’十・・・＋Ｚ−（Ｎ＋Ｍ
ｌ）］　［１＋Ｚ−１＋・・・＋ｚ−Ｎ］となる。

従って、Ｆ、（Ｚ）は（Ｚ−１）の（２Ｎ＋Ｍ）次多項
式であるので、ｋ＋　ｌ　＝ｍとおくと、Ｆ　（Ｚ）　
＝ΣａｍＺ” とできる。

ａｍは、 の条件の下で、ｍ＝に＋　１をみたす（ｋ、　　Ａ）の
整数解の組の個数である。

ａｍを具体的に求めるため、Ｍ＝Ｏの場合とＭ≠０の場
合にわけて考える。

［Ｍ＝Ｏ：ｌの場合 ■０≦ｍ≦Ｎの場合 （Ｊ　Ｉり　＝　（ｍ、　Ｏ）、　（ｍ−１，１）−、
（０，ｍ）というようにｍ　＋１個の組があるからａ　
ｍ　＝　ｍ　＋　１　　　　　　　　　　　　　　　（
９）である。

■Ｎ＋ｌ≦ｍ≦２Ｎの時 （ｋ、　Ｉｌ　）　＝　（Ｎ、　ｍ−Ｎ）、　（Ｎ−１
，ｍ−Ｎ＋１）、　−−−、（ｍ−Ｎ、　Ｎ）という（
２Ｎ＋１＝ｍ）組の解があるので、ａｍ＝（２Ｎ＋１　
　ｍ）　　　　　　　　　　（１０）である。

従って、Ｆ　（Ｚ）のインパルス応答例（ａｍ］はＺ変
換の定義により先に述べた（１）と同一であり、Ｆ　（
Ｚ）は、（１）で与えられる三角型ＦＩＲフィルタと同
一であることがわかる。

〔Ｍ≠０の場合〕 ■０≦ｍ≦Ｎの時 Ｍ＝０の場合と同様に ａ　ｍ　”　ｍ　＋１となる。　　　　　　　　　（１
１）■Ｎ＋１≦ｍ≦Ｎ＋Ｍの時 （ｋ、Ａ）＝　（ｍ−Ｎ、Ｎ）、（ｍ−Ｎ＋１、Ｎ−１
）、−、（Ｎ＋Ｍ、Ｏ）とｍによらず（Ｎ＋１）組の解
があるので、ａｍ＝Ｎ＋１となる。　　　　　　　　　
（１２）■Ｎ十Ｍ＋１≦ｍ≦２Ｎの時 （ｋＩり＝　（Ｎ十Ｍ、ｍ−Ｎ−Ｍ）、（Ｎ十Ｍ−］、
］ｍ−Ｎ−Ｍ＋１、−（ｍ　−Ｎ、　Ｎ） と（２Ｎ＋Ｍ＋ｌ−ｍ）組の解があるので、ａｍ＝　（
２Ｎ十Ｍ＋１−ｍ）となる。　　（１３）従って、Ｆ（
Ｚ）のインパルス応答列［ａｍ］は（２）と同一である
ので、Ｆ　（Ｚ）は（２）で与えられる台形型ＦＩＲフ
ィルタと同一であることがわかる。

従って、第１図のように構成すれば、乗算器を一つも用
いることなく三角型や台形型のローパスフィルタを構成
できることがわかる。

第５図は、本発明のＮ＝３．Ｍニ〇の場合の第２実施例
である。符号付８ｂｉｔの入力ディジタルデータは、デ
ィレィ５０１へ入力される。加算器５０９はタップＴ。

とＴ１の出力を加算する９ｂｉｔの符号付加算器である
。加算器５１０．５１１、５１２も同様である。加算器
５１３は加算器５０９と５１０の出力を加算する１０ｂ
ｉｔの符号付加算器である。加算器５１／Ｉも同様であ
る。加算器５１４の出力は、インバータ５１８で２の補
数をとられて１０ｂｉｔの符号例データとなる。加算器
５１５では、加算器５１３とインバータ５１４の出力を
１１　ｂｉｔの符号側加算を行なう。

加算器５１６では、加算器５１５の出力と、自分自身の
ディレィ５０８の出力を１２ｂｉｔの符号付加算を行な
う。

最後に、スケーリング部５１７でデータを１律に右へ４
ｂｉｔ　　５ｈｉｆｔ　Ｌ／、８ｂｉｔの符号付データ
に戻す。この際下位４ｂｉｔは捨てられるので、より精
度の必要な場合は、スケーリング部のシフト段数をへら
せばよい。

本実施例では、 Ｈ（Ｚ）　＝　（１＋２２−’＋３２−２＋４２−３＋
３２−’＋２Ｚ　−５−１−Ｚ　−６）　／１６という
伝達関数のディジタルフィルタを提供している。

一般に、入力と出力のデータを同一にするためのスケー
リングは（２Ｎ＋１）タップの三角型ＦＩＲフィルタの
場合は（１）式のインパルス応答の総和が２　（１＋２
＋・・・十Ｎ）−１−（Ｎ＋１）＝　（Ｎ＋１）２とな
るので、これで割って規格化すればよい。Ｎ−３゜７．
１５のように２′−１にするとスケーリングシフトのみ
で行えるので都合がよい。

〔第３の実施例〕 第５図のかわりに第６図のように構成してもよい。

この実施例では、タップＴ４　＋　　Ｔ５　＋　　Ｔ６
　＋　　Ｔ７の出力が、まずインバータ６０５．６０６
．６０７．６０８で反転されてから加算器６０１、６０
２．　６０３．６０４てタップＴ。＋　　Ｔｌ　＋　Ｔ
２＋　Ｔ３の出力と加算されている。

このようにすると、加算器６０１，６０２，６０３゜６
０４の出力は入力データが画像や音声のように強い相関
がある場合は、はぼ０を中心に分布するので、実動作時
の消費電力が低減されるという効果がある。

〔第４の実施例〕 第７図に第４の実施例を示す。

タップ”　３＋　Ｔ４の出力にスイッチ７０１、７０２
がついている他は第２実施例と同様である。

スイッチ７０１、　７０２は連動しており、各々をタッ
プ出力Ｔ３．Ｔ４を選択している時は第２実施例と同一
であるが、相方ともＯを選択している時は、Ｎ＝２．Ｍ
＝２の場合の台形型ＦＩＲフィルタになる。第９図の例
からも明らかなように、全体のタップ数が等しい場合は
台形型フィルタの場合の方が三角型フィルタに比べてや
やカットオフ周波数が低くなるので、その方がよい場合
は、スイッチ７０１，７０２で０を選択するようにすれ
ばよい。

このように全体のタップ数２　Ｎ　十Ｍ　＋２は８であ
るがＮとＭを（Ｎ、　Ｍ）　−（３，ｏ）と（２，１）
あるいは（１，４）と適応的に変化させることで、系全
体の周波数特性を簡単に変化させることができる。

〔第５の実施例〕 もちろん、同様のアルゴリズムを第８図のようなソフト
ウェアで実施してもよい。複雑な乗算を行なう必要がな
いので、演算の高速化が実現できる。

以上の説明では、Ｎ＝３とＭ＝０．２の場合を説明した
が、帯域の狭さに応じてＮ、Ｍを適当に調整すればよく
、どんなＮ、　　Ｍにしても加算器がふえるだけで乗算
器の数は全くふえず、本発明は非常に有効である。

〔発明の効果〕

本発明によれば、狭帯域でリンキングのでない特性のデ
ィジタルローパスフィルタを乗算器を用いずに構成でき
るので、ハードウェア規模やソフトウェア演算量の大巾
な減少を実現できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の第１実施例の構成を示す図、第２図
は、ディジタル撮像装置の例を示す図、第３図は、ディ
ジタルフィルタのインパルス応答を示す図、 第４図は、従来のディジタルフィルタの例を示す図、 第５図、第６図、第７図、第８図は夫々本発明の第２〜
第５実施例を示す図、 第９図は、ローパスフィルタの特性図である。 １０１　：　ＦＩＲ型フィルタ １０２・ＩＩＲ型フィルタ １０３．１０４，１０６，１０７ Ｔｏ：第ｎ番目のタップ Ｄ＝遅延要素 である。 ：加算器 〈Σ

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）Ｎ、Ｍを整数とした時、（２Ｎ＋Ｍ＋１）個のデ
   ィレィと、これから得られる（２Ｎ＋Ｍ＋２）個のタッ
   プをもち、最初の（２Ｎ＋１）個のタップ出力と後半の
   （２Ｎ＋１）個のタップ出力を反転させた出力とを加算
   する第１のフィルタと、入力と出力を１データ遅延させ
   たものを加算して１／（１−Ｚ＾−＾１）の伝達関数を
   得る第２のフィルタをたて型に接続したことを特徴とす
   るディジタルローパスフィルタ。
2. （２）上記Ｍ＝０であることを特徴とする特許請求の範
   囲第（１）項記載のディジタルローパスフィルタ。
3. （３）Ｎ＝２＾ｌ−１、Ｍ＝０であることを特徴とする
   特許請求の範囲第（１）項記載のディジタルローパスフ
   ィルタ。
4. （４）上記Ｎの数をスイッチによって切り換える手段を
   もち、これによって周波数特性を適応的に切り換えるこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第（１）項記載のディジ
   タルローパスフィルタ。