JPH03263276A - デイジタル信号フイルタ回路 - 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、一連のデータ標本を合成するディジタル信号
フィルタ回路に関し、さらに詳しくいえば乗算／累算演
算が合成核及びデータ標本の大きさに無関係になってい
るフィルタ装置に関するものである。

〔従来の技術〕

映像処理又は音声処理などの信号処理応用面において、
例えば１乗算／累算演算の数は、合成核の大きさによっ
て決定される。例えば、１２７ｘ１２７係数の合成核を
用いる１０２４ｘ１０２４のデータ標本又は画素のマト
ツクスによって構成された像を合成するときには直交分
解技術を用いる１６．９ｘｌＯ又は０．２６ｘｌＯを超
える演算がある。両方の場合に、合成処理を遠戚するた
めにかなうの処理装置の容量と時間を必要とする。

〔発明が解決しようとする課題〕

したがって、本発明の目的は改良した従来より簡単で、
安くかつ高速の信号フィルタ回路を提供することである
。

本発明のそのほかの目的は、必要とする乗算／累算演算
が従来の信号処理装置より遥かに少ない上記のような信
号フィルタ回路を提供することである。

本発明のそのほかの目的は、台底核の大きさに無関係な
乗算／累算演算数を有する上記のような信号フィルタ回
路を提供することである。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は、係数の核の包結線が、ｑを多項式の次数とし
たとき、３（ｑ＋１）乗算／累算演算しか用いない多項
式であれば、真によう簡単で、高速で有効な信号フィル
タ回路を精密に達成できるという理解から生ずる。

本発明は、一連のデータ標本を係数が包絡線としてｑ次
の多項式関数をもっているｎ係数の核で合成するディジ
タル信号フィルタ回路を特徴とする。（ｑ＋１）隣接デ
ータ標本の第１の組を抽出する第１の手段がある。（ｑ
＋ｉ）隣接データ標本の組に続くｎ（ｑ−１）中間デー
タ標本を記憶する手段がある。第２の手段が前記一連の
標本から前記中間データ標本に続く（ｑ＋１）隣接デー
タ標本の第２の組抽出する。第１及び第２の組のデータ
標本を多項式の係数の関数である加重値で１次結合して
、２項係数をもった（ｑ＋２）逐次合成標本の１次結合
を得る手段がある。前記合成標本の少なくとも一つを（
ｑ＋２）逐次合成標本の１次結合から再帰的に選択する
手段がある。

好筐しい実施例にしいて、第１及び第２の抽出手段は、
ラッチ手段を備え、記憶手段は遅延線を備えている。結
合手段はデータ標本に加重値を掛ける手段を備えていて
もよい。結合手段は筐た、データ標本と加重値の乗算の
積を合計する手段を備えていてもよい。選択手段は、（
ｑ＋１）合成データ標本を与える（ｑ＋１）直列ラッチ
、前記ラッチからの合成データ標本に２項係数を掛ける
（ｑ＋１）乗算器、及び前記乗算器の出力と前記一連の
ラッチの中の第１のラッチに選択された合成標本を与え
る前記第１の合計手段の出力とを結合する第２の合計手
段を備えていてもよい。

その他の目的、特徴及び利点は、好ましい実施例及び添
付図面の簡単な説明から当業者に思い出されるであろう
。

〔実施例〕

第１図にはＰ５、Ｐ、＋□、ＰＪ＋ｚ・・・・・・・・
・Ｐ、＋。。

ＰＪ＋ｎ＋１．　　ＰＪ＋□、＋□、・・・・・・・・
・としるされた複数のデータ標本１画素又は音声標本１
２からなるデータ１０の流れが示されている。データス
トリーム又はデータ列ｌＯを、核１４がｎ個の係数をも
っているとして、Ｋ、に、、Ｋ２．・・・・・・、Ｋｎ
−１としるされた係数１６の核１４（第２図）で合成で
きる。

ＫＪ＝Ｆ（ｄ＋Ｊｊ）　　　　　　　（１）で、Ｆ　（
Ｘ）が２次、すなわちｑ＝２、の多項式ならば、適当な
２項係数、この場合には＋１゜−３，＋３及び−１，を
もった４項の結合が零に等しいことが真である。

＋ＩＫＪ−３ＫＪ−□＋３ＫＪ−２−ＩＫＪ−３＝Ｏ（
２）したがって、データ列１０を核１４で合成すると。

結果として生ずる展開式２０は、データ標本又は画素１
２の各々が核１４全体で合成されて合成データ標本ＰＰ
　　　Ｐ”　　Ｐ＊　　・・・・・・・・・を表わＪ、
　　Ｊ＋１．　　Ｊ＋２、　Ｊ＋３、す式を作っている
第３図にしげるようになる。２２としるされた対角線の
各々は、４項を含み、各項は、等式（２）に従って、同
一標本に隣接核係数を掛けた積なので、対角列に第３図
のチャート２０の左側に示された適当な２項係数を掛け
れば、これらの項は零にな９１列の始めにある対角列２
４゜２６及び２８と終９にある対角列３０．３２及び３
４に会げる式だけを演算するために残す。この演算の各
結果は、等式（３）で示すことができ、最初の３項２４
ａ１２４ｂ、２４ｃ及び最後の３項３０ａ、３０ｂ、３
０ｃは保持されるが、すべての中間環は、それらが零な
ので消える。

＋Ｐ、＋３（Ｋ３−３に２＋３に１−Ｋ。）十・・・・
・十”Ｊｏｎ−１（Ｋｎ−１−駅。−２＋Ｊり。−３水
。−４）この実現から、用いるハードウェアを最小限に
し、なか、高速で有効であり、核の大きさに無関係で、
核係数の包絡線を表わす多項式の次数にだけ関係する若
干の演算を必要とする真に簡単で精密な具現装置を作る
ことができる。

本発明による上記のようなディジタル信号フィルタ回路
４０（第４図）は、ｑ＋１隣接データ標本の第１の列を
抽出する何らかの手段を備えている。ｑ＝２である特定
の例に訃いて、第４図に重ねられたデータ標本列ｌＯに
示されたように、データ標本は、Ｐ　　Ｐ　　　及びＰ
、＋２である。そのＪ、　　　Ｊ＋１ 場合に、抽出手段は、二つのラッチ４２と４４及びディ
ジタル遅延線４６の出力である。ディジタル遅延線４６
として示されている第１の組に続くｎ−（ｑ−１）中間
データ標本を記憶する何かの手段があシ、また中間デー
タ標本に続くｑ十１隣接データ標本の第２の組の一連の
データ標本を抽出する手段がある。第２の組は、Ｐ、＋
。、　ＰＪ＋ｎ＋□、ＰＪ＋ｎ＋□で表わされ、それら
はラッチ４８と５０を用いて抽出され、入υ標本Ｐ　　
　を直接に処Ｊ＋ｎ＋２ 理する。次に、これら六つのデータ標本は１乗算器５２
．５４．５６．５８．６０及び６２において等式（３）
の中の項２４ａ、ｂ、ｃ及び３０ｃ％ｂ。

Ｃで表わされた係数に、に１−３に、に２−３に１＋３
Ｋ　　　３Ｋ　　　＋３Ｋ　　　−Ｋ　　　　＋３Ｋ　
　　−ＫＯ，ｎ−Ｉ　　　　　ｎ−２１ｌ−３１１ｎ　
−１ｎ−２及び−Ｋ　　を掛けられる。乗算器５２〜６
２に−１ かげるデータ標本の核係数によるこの加重の後に。

積は合計器６４において加算される。合計器６４の出力
は。

＊（４） Σ・”ＰＪ−”ＰＪ＋１＋３ＰＪ＋２−ＰＪ＋３信号Σ
１は再帰的算術回路又は再帰的フィルタ６５へ送られ、
該算術回路は選択された合成データ標本Ｐ＊　を Ｊ−）３ ＰＪ＋３＝”Ｊ　　”Ｊ＋１＋３ＰＪ＋２−Σ、　　　
　　（５）の形で解く。

再帰的フィルタ６５は、一連のラッチ６８．７０及び７
２に接続された出力を有する第２の合計器６６を備えて
いる。それらのラッチの出力は１乗算器７４．７６及び
７８にわいてそれぞれ２項係数３、−３及び１を掛けら
れ、合計器６６へ帰還されて、そこで負のＥ１信号と結
合される。このように等式（５）は、具現され、合計器
６６の出力は、有限値ｑに対して、必要なダイナミック
レンジは有限である。

ｑ＝２である特定の例については１乗算器５２〜６２に
かいて用いられる核係数には、式％式％（６） に従゛りて計算される。これは、係数Ｋ。ｋいしに、、
に対して１次式 ％式％（７） ）（８） （９） ） 乗算器７４．７６及び７８にかいて適用される２項係数
は式 を伝搬する。再帰的回路６５に用いられるｍ或要素は、
累積打切υ護差を防止するために中間データの全ダイナ
ミックレンジを取扱うことができなければならない。含
憬れる多項式の次数の任意のに従って計算されてもよく
、この式￥１ｑ＝０ないしｑ＝５に対する２項係数の吹
下の集合を与える。

ｑ＝Ｑのときｌ、−１（＋２） ｑ＝ｌのとき１、−２．＋１　　　　　　　　　　（１
３）ｑ＝２のとき１、−３．　＋３．−１　　　　　　
　（１４）ｑ＝３のとき！、−４，＋６．−４、＋　１
　　　　　（１５）ｑ＝４のとき１．−５、＋１０．−
１０．　＋５．−１　　（１６）ｑ＝５のとき１、−６
、＋１５、−２０．　＋１５．−６．　＋１　（１７）
ここ！では、説明を１次元の合成積（たたみ込みともい
う）の議論に限ってきたが、これは、本発明の必要な限
定ではない。たとえば、２次元合成核を、普通にあるよ
うに、二つの直交１次元合成核に分解できれば、第５図
に示されているように、情報の２次元像又はマトリック
スを、第５図のデータ標本シーケンス１０ａのようにし
て、水平行ごとに送υ込むことができ１次に、データ標
（この場合にはＰＨ＊に等しい）を作るための回路４０
ａによって処理される。これらの合成データ標本は行ご
とに記憶袋［８０に記憶され１次に列（ｃｏｌｕｍｎ）
ごとに読出される。実際には、記憶装置８０は、入う情
報を記憶する第１の記憶装置８２と列ごとに読出される
第２の記憶装置８４を備えていでもよい。記憶装置８０
の出力は、像の水平に合成された列である第２の組のデ
ータス）　ＩＪ　＝ム又はデータ標本シーケンス１０ｂ
を作や、この第２の組は垂直合成積が遂行され回路４０
ａと同様な回路４０ｂにもう一度送られる。ディジタル
信号フィルタ回路４０ｂからの出力は１次に実際には二
つの記憶装置８８．９０を含んでいてもよい第２の記憶
装置８６に送られる。回路４０ｂからの合成データ標本
は合成データ標本ＰＨｖ＊として列ごとに記憶装置８８
に読み込１れる。今や、合成データ標本を垂直及び水平
の両方で、すなわち１行と列によって演算した。次に、
これらは。

水平及び垂直に合成された像を行ごとに読出すことがで
き、したがって最後の結果を与える記憶装置９０を用い
て走査変換される。

第５図の実施例において、四つの別々の記憶装置を用い
る場合、ＩＫ画素ＸＩＫ画素の画素マトリックスに対し
て４メガ画素の記憶装置が必要である。数対の記憶装置
を２ポート付き記憶装置を用いて垂直及び水平手続きで
結合すれば、２メガ画素の記憶装置しか必要でない。記
憶装置の量は２次元台底積プロセスにわいて第６図に示
された実施例を用いることによってさらに少なくするこ
とができた。２次元像の水平行を表わすデータ標本のデ
ータストリーム又はシーケンスは、たとえば、前述のよ
うにディジタル信号フィルタ４０ｄによって逐次に演算
され、次に出力ＰＪ、・・・・・・・・・がｎ　＋３行
の記憶容量を有する多ポート付き記憶装置として、又は
１組のシフトレジスタとして実現されてもよい装置１０
０に送られる。いかなる時点に釦いても、装置１００は
、水平に合成されたｎ＋３の隣接像行；行ｔ１行ｔ＋１
．行ｔ＋２゜・・・・・・・・・１行ｎ＋ｎ、行ｔ＋ｎ
＋１．及び行ｔ　＋　ｎ＋２を記憶する。装置Ｚｏｏは
！た、入力として水平に合成された行ｔ＋ｎ＋２を受け
るが、同時に水平に合成された行ｔ、ｔ＋Ｌ、、ｔ＋２
．Ｌ＋ｎ、　ｔ＋ｎ＋１．ｊ＋ｎ＋２をこれらの行の垂
直に対応する画素が同時に出力されるようにして出力す
る。装置１００によって出力された画素は。

乗算器５２ａ〜６２ａに直接に送られ、次に合計器６４
ａに送られる。合計器６４ａからの出力Σ□ば、次に第
４図の原型回路４０に関するのと同じやり方で第２の合
計器へ送られる。合計器６６ａの出力は、前のように一
連の３ラツチへ送られないで、各々が１像行の記憶容量
を有する一連の３ディジタル遅延線６８ａ、７０ａ及び
７２ａへ送られ１回路６５が、互いにｌ像行間隔を）い
て垂直に整置された像データについて演算し、再帰等式
（５）を実現する。さらに明確にいえば１本発明のこの
代替の実施例において、ディジタル遅延線の出力は、乗
算器７４ａ、７６、及び７８ａＫｋいて第４図における
のと同じ係数を掛けられ、合計器６６ａの入力に送シ返
され、合計器６６ａでは。

負のΣ１信号と結合され、ディジタル遅延線６８ａ、７
０ａ及び７２ａの各々がそれぞれ一連の信号ＰＨｖＰＨ
ｖＰＨｖ 、＋５、ｔ＋２．　　、　　Ｊ＋５．　ｔ＋１、　　、
＋５．２を生ずるようになっている。したがって、記憶
装置ｌｏｏにｎ＋３行を記憶し、回路６５のディジタル
遅延線に３行を記憶しているので、合計でｎ　＋　６像
行の記憶が必要で、第５図に示されたもっと直接的な装
置よジも必要とする記憶装置が著しく減少する。

こ＼！で記載を単一の多項式以外を含１ない核係数包絡
線に関して説明したが、これは、発明の必要な制限では
ない。たとえば、共に次数ｑの二つの異なる多項式関数
Ｆ１及びＦ２を含む第７図の包絡１Ｉｉ１１１０に関し
てはｑ＋１係数が実際の計算にかいて働き始める三つの
領域、すなわち、関数Ｆ０の始めにある点１１２に一つ
、関数Ｆ０と関数Ｆ２の結合部にある点１１４に一つ、
及び関数Ｆ２の終シにある点に第３の一つがある。関数
Ｆ□及びＦ２は、それぞれＮｌｌ抽出間長びＮ２抽出間
隔にわたって定義されているとして例示されている。包
絡線１１０は、第８図の回路４０ｅによって、第２の遅
延線４６　ｅｅ　　と三つの追加の乗算器５８ｅｅ、６
０ｅｅ及び６２ｅｅと協力して追加のラッチ４８　ｅｅ
及び５０ｅｅを加えることによって取扱われる。本質的
には、包絡線を構成する同じ次数の異なる多項式につい
ての演算の数は、３（ｑ＋１）ではなく４（ｑ＋１）に
等しい。

これは、第９図から容易に分る。第９図では。

展開２０（第３図）の図式表現が円で示された加えて零
になる４項と黒点として示された零にならない項の対角
群を示している。ＦｏとＦ２の間の境界を横切る３本の
対角線２３ａば、それらが二つの異なる関数の一部分な
ので、零に等しいが。

必ずしも零でなくでもよいことは明らかである。

しかし、対角線が必ずしも零でなくても、それらはなお
、丁度３回の演算で合計できるので、３回演算が包絡線
内に二つの異なる関数が逐次に現れることによって追加
されるだけである。

本発明は筐た、全体的には多項式できい核係数包絡線に
適用できる。すなわち、二つの核の結合したものである
。一つの核で合成されたデータ標本を一つの核で合成さ
れたデータ標本に他方の核で合成されたデータ標本を加
えたものとして表わすことができる。これは第１Ｏ図に
示されて＞、６、第１０図にかいては、第１ＯＡが一つ
の多項式ではなく、Ｂにかげるように見える多項式１５
２と第１００図に示された単一係数点発生１５４の和と
して処理できる合成板１５０を示している。この処理に
ついては、１２７個の係数を含む１５２にわいて表わさ
れた核を、本発明によって教示された効率的な形で処理
でき、第１００図に例示された単一係数点を丁度単一係
数点と関連した演算の数がかなりのものでない従来のや
υ方で処理できる。

【図面の簡単な説明】

第１図はｆ−夕標本の流れ又は列の略図。 第２図は１合成核係数の列の略図。 第３図は、第２図の合成板によって第１図のデータ標本
列の合成から生ずる展開を示すチャート、第４図は、１
次元合成積のための本発明によるディジタル信号フィル
タ回路の略図。 第５図は、２次元合成積のための本発明によるディジタ
ル信号フィルタ回路の略図、 第６図は、多次元合成積のための本発明による代替のデ
ィジタル信号フィルタ回路の略ブロック図。 第７図は、二つの異なる多項式関数からなる核係数包絡
線の図。 第８図は、被包絡線が二つの異なる多項式関数から構成
されているデータ標本の列を合成する本発明によるディ
ジタル信号フィルタ回路の略ブロック図。 第９図は、核係数包結線が二つの異なる多項式から構成
されている場合に対して第３図に示されたものと同様の
チャートの抽象表現、 第１０Ａ図は、複雑な核係数包絡線、 第１０Ｂ図及び第１０Ｃ図は、第１０Ａ図の包絡線を構
成する多項式データ及び点データを示している。 １０−−データ標本列、　　１２−−データ標本。 ４２．４４．４８．５０−−ラッチ、　５２〜６２−一
乗算器。 ６４．６６一−合計器、　　　６５−一再帰的フィルタ
。 ６８、７０．７２−一ラッチ、７４．７６．７８−一乗
算器。 Ｂ 予項入

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、次数ｑの多項式関数を包絡線として有するｎ係数の
   核でデータ標本の列を合成するディジタル信号フィルタ
   回路であり、 データ標本の列から第１の組のｑ＋１隣接 データ標本を抽出する第１の手段と、 前記第１の組のｑ＋１隣接データ標本に続 くｎ−（ｑ−１）中間データ標本を記憶する手段と、 データ標本の前記列から前記中間データ標 本に続く第２の組のｑ＋１隣接データ標本を抽出する第
   ２の手段と、 ２項係数をもつた（ｑ＋２）逐次合成標本 の１次結合を得るために、前記第１及び第２の組の前記
   データ標本を、加重値と１次的に結合する手段と、 （ｑ＋２）逐次合成標本の前記１次結合か ら前記合成標本の少なくとも一つを再帰的に選択する手
   段を備えたディジタル信号フィルタ回路。 ２、前記第１及び第２の抽出する手段がラッチ手段を含
   む請求項１に記載のディジタル信号フィルタ回路。 ３、前記記憶する手段が遅延線を含む請求項１に記載の
   ディジタル信号フィルタ回路。 ４、前記結合する手段が前記データ標本に前記加重値を
   掛ける手段を含む請求項１のディジタル信号フィルタ回
   路。 ５、前記結合する手段が前記データ標本と加重値の乗算
   の積を合計する第１の手段を含む請求項１に記載のディ
   ジタル信号フィルタ回路。 ６、前記選択する手段が（ｑ＋１）合成データ標本を与
   える（ｑ＋１）直列ラッチ、前記ラッチからの合成デー
   タ標本に２項係数を掛ける（ｑ＋１）乗算器、及び選択
   された合成標本を前記直列のラッチの中の第１のラツチ
   へ与えるために前記乗算器と前記第１の合計する手段と
   の出力を結合する第２の合計手段を含む請求項１に記載
   のディジタル信号フィルタ回路。 ７、次数ｑの多項式関数を包絡線として有するｎ係数の
   核でデータ標本の２次元配列を合成するディジタル信号
   フィルタ回路であり、 第１の次元にあるデータ標本の列から第１ の組のｑ＋１隣接データ標本を抽出する第１の手段と、 前記第１の組のｑ＋１隣接データ標本に続 くｎ−（ｑ−１）中間第１次元データ標本を記憶する手
   段と、 第１次元データ標本の前記列から前記中間 データ標本に続く第２の組のｑ＋１隣接データ標本を抽
   出する第２の手段と、 ２項係数をもつた（ｑ＋２）逐次合成標本 の１次結合を得るために、前記第１及び第２の組の前記
   第１次元データ標本を加重値と１次的に結合する第１の
   手段と、 前記第１次元合成積を記憶する手段と、 前記第１次元合成積を記憶する前記手段に 応じて、第２次元にあるデータ標本の列から第１の組の
   ｑ＋１隣接データ標本を抽出する第３の手段と、 前記ｑ＋１隣接データの組に続くｎ−（ｑ−１）中間第
   ２次元データ標本を記憶する第２の手段と、 第２次元データ標本の列から前記中間デー タ標本に続く第２の組のｑ＋１隣接データ標本を抽出す
   る第４の手段と、 （ｑ＋２）逐次合成第２次元標本の２項係 数との１次結合を得るために前記第１及び第２の組の前
   記第２次元データ標本を前記多項式の係数の関数である
   加重値と１次結合する第２の手段と、 前記配列の２次元合成積を得るために、前 記第２次元合成標本を（ｑ＋２）逐次合成標本の前記１
   次結合を再帰的に選択する第２の手段と、 前記再帰的に選択する手段に応じて前記配 列の２次元合成積を得るために前記第２次元合成標本を
   記憶する手段を 備えたディジタル信号フィルタ。 ８、次数ｑの多項式関数を包絡線として有するｎ係数の
   核でデータ標本の２次元配列を合成するディジタル信号
   フィルタ回路であり、 第１の次元にあるデータ標本の列から第１ の組のｑ＋１隣接データ標本を抽出する第１の手段と、 前記第１の組のｑ＋１隣接データ標本に続 くｎ−（ｑ−１）中間第１次元データ標本を記憶する手
   段と、 第１次元データ標本の前記列から前記中間 データ標本に続く第２の組のｑ＋１隣接データ標本を抽
   出する第２の手段と、 ２項係数をもつた（ｑ＋２）逐次合成標本 の１次結合を得るために、前記第１及び第２の組の前記
   第１次元データ標本を加重値と１次的に結合する第１の
   手段と、 再帰的に選択する前記第１の手段に応じて、ｎ＋２ｑ＋
   ２直列の合成第１次元データ標本を記憶する手段と、 ｑ＋２逐次合成第２次元標本の２項係数と の１次結合を得るために前記ｎ＋２ｑ＋２直列の合成第
   １次元データ標本の第２次元データ標本を前記多項式の
   係数の関数である加重値と１次結合する第２の手段と、 １次結合する前記第２の手段に応じて、前 記配列の２次元合成積を得るために前記第２次元合成標
   本を（ｑ＋２）合成標本の前記１次結合する再帰的に選
   択する第２の手段と を備えるディジタル信号フィルタ回路。