JPH0695628B2 - デジタルフイルタ - Google Patents

デジタルフイルタ

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JPH0695628B2
JPH0695628B2 JP62036397A JP3639787A JPH0695628B2 JP H0695628 B2 JPH0695628 B2 JP H0695628B2 JP 62036397 A JP62036397 A JP 62036397A JP 3639787 A JP3639787 A JP 3639787A JP H0695628 B2 JPH0695628 B2 JP H0695628B2
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吉田  隆
彰 一瀬
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Yokogawa Electric Corp
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Yokogawa Electric Corp
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Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 この発明はフィルタリングと間引き処理を行うデジタル
フィルタに関し、特にFFT(fast fourier transform)
アナライザのズーミング装置に用いて好適なデジタルフ
ィルタに関するものである。
〈従来技術〉 FFTアナライザは時系列データにフーリエ演算処理を施
してこの時系列データのスペクトルを求めるものであ
り、より詳細なスペクトルを求めるために周波数軸を拡
大するズーミング装置が必要になる。この様なズーミン
グ装置は高ズーミング率とズーミング率の可変性が必要
であり、時系列データの間引きとフィルタリングを行う
デジタルフィルタが用いられている。第6図にこの様な
デジタルフィルタの構成を示す。第6図において、1は
IIR(infinite impluse filter)形フィルタであり、時
系列データが入力され、フィルタ演算が施される。この
IIR形フィルタ1の出力はその一部が間引かれ、再びIIR
形フィルタ1に帰還されフィルタ演算が施される。必要
な回数だけ演算が施されるとFFTアナライザ2に出力さ
れ、フーリエ演算が行なわれる。すなわちIIR形フィル
タはマルチステージで使用される。この様なデジタルフ
ィルタにおいて、間引き率をm、演算回数をnとすると
mnのスーミング率が得られる。m、nを可変することに
よってズーミング率を可変することができる。
次にIIR形フィルタについて説明する。IIR形フィルタは
時系列入力データをx(n)、時系列出力データをy
(n)とすると、 で表わされる。すなわち出力が入力に帰還する再帰型の
フィルタである。この様な演算を実行する装置の構成を
第7図に示す。第7図において、時系列データx(n)
は加算器3に入力される。加算器3の出力はレジスタ4
に入力され、シフトされる。このレジスタ4の出力は乗
算器5に入力され、前記(1)式の係数であるa1〜aN-1
との積がとられて加算器3に入力され、それらの和がと
られる。レジスタ4の出力はまた乗算器6で係数b1〜b
N-1との積がとられ、加算器7に入力されて加算され
る。また加算器3の出力は乗算器8で係数b0との積が演
算され、加算器7に入力される。加算器7の出力がフィ
ルタ演算結果になる。この様にして前記(1)式の演算
が実行される。なお、デジタルフィルタとしては前記の
IIR形の外にFIR(finite impluse filter)形がある。
しかしながら乗算回数およびデータの保存の点で不利で
あり、あまり使用されていない。
〈発明が解決すべき問題点〉 しかしながら、この様なデジタルフィルタには次のよう
な問題点がある。前記(1)式からわかるようにIIR形
フィルタはその出力が入力に再帰される構成のため、そ
の出力の一部を捨てる間引きを行うにもかかわらず、す
べての時系列データについてフィルタ演算を実行しなけ
ればならない。
また1つのフィルタをマルチステージで使用しているの
で、時系列データのサンプリング周波数を倍にするとフ
ィルタの動作速度も倍にしなければならない。そのため
ハードウェアが大きくなる。
さらに第7図からわかるように、IIR形フィルタは構成
が複雑であるという欠点もある。
〈発明の目的〉 この発明の目的は、構成が簡単でかつ高速化が可能なデ
ジタルフィルタを提供することにある。
〈問題点を解決するための手段〉 前記問題点を解決するために、本発明では時系列データ
にデジタル演算処理を施しこの時系列データのサンプリ
ングレートを下げるデジタルフィルタにおいて、 前記時系列データが入力される第1のFIR形フィルタ
と、 第1のマルチプレクサの出力が入力される第2のFIR形
フィルタと、 第2のマルチプレクサの出力が入力される第3のFIR形
フィルタと、 前記第1及び前記第2のFIR形フィルタの出力が入力さ
れる前記第1のマルチプレクサと、 前記時系列データ、前記第1及び前記第2のFIR形フィ
ルタの出力が入力される前記第2のマルチプレクサと を具備したことを特徴とするものである。
また、前記第2のFIR形フィルタと前記第3のFIR形フィ
ルタを共用することを特徴とするものである。
〈実施例〉 第1図に本発明に係るデジタルフィルタの一実施例を示
す。第1図において、10は第1のFIR(finite impluse
filter)形フィルタであり、時系列データが入力され
る。この第1のFIR形フィルタ10の出力はマルチプレク
サ11および12に入力される。13は第2のFIR形フィルタ
であり、マルチプレクサ11の出力が入力され、その出力
はマルチプレクサ11および12に入力される。14は第3の
FIR形フィルタであり、マルチプレクサ12の出力が入力
され、その出力は外部に出力される。マルチプレクサ1
1、12は図示しないコントローラにより制御される。
次にFIR形フィルタについて説明する。FIR形フィルタは
その時系列入力をx(n)、時系列出力をy(n)とす
ると、 で表わされる。すなわち出力が入力に再帰しない非再帰
形フィルタである。第2図にFIR形フィルタの基本構成
を示す。第2図において、16はレジスタであり縦接続さ
れる。時系列データx(n)はこのレジスタ16の端のレ
ジスタに入力され、順にシフトされる。17は乗算器であ
り、レジスタ16の各々に入力される時系列データが入力
され、このデータにインパルス応答関数h(0)〜h
(N−1)を乗算して出力する。18は加算器であり、こ
れら乗算器17の出力が入力され加算される。この加算器
18の出力が時系列出力y(n)となる。このようにして
前記(2)式の演算が実行される。レジスタ16、乗算器
17は基本的にはフィルタの次数Nと同じ個数必要であ
る。
次に第1図実施例の動作を説明する。最初に第1〜第3
のFIR形フィルタ10、13、14のすべてを使用し、かつ各
々のフィルタの間引き率をMとして説明する。M個の時
系列データは先ず第1のFIR形フィルタ10に入力され、
前記(2)式に基づいてフィルタ演算が1度実行されて
1個の出力が出力される。すなわち入力時系列データの
サンプリング周波数をfsとすると、この第1のFIR形フ
ィルタの出力の周波数はfs/Mとなる。このことは第1の
FIR形フィルタがfs/Mの周波数で動作すれば良いことを
示す。この出力データはマルチプレクサ11を介して第2
のFIR形フィルタ13に入力される。このフィルタ13は第
1のFIR形フィルタ10からM個のデータを得てフィルタ
演算および間引き処理を行う。またこのフィルタ13はマ
ルチステージで用いられる。すなわち第2のFIR形フィ
ルタ13の出力はマルチプレクサ11により再度このフィル
タ13に入力され処理される。この処理(ステージ)は必
要な回数だけ繰返される。各ステージは時分割で行なわ
れる。一般にフィルタ演算は間引き率Mより多くの時系
列データを用いてなされるから、このフィルタの内部に
各ステージのデータを保持し、ステージによって保持さ
れたデータを切換える。時系列データのサンプリング周
波数fsは第1のFIR形フィルタ10で1/Mにされるので、第
2のFIR形フィルタの動作周波数はfs/Mであればよい。
また第2のFIR形フィルタのステージ数をnとすると、
このフィルタの出力のサンプリング周波数はfs/(M)n+1
となる。第2のFIR形フィルタ13の出力はマルチプレク
サ12を介して第3のFIR形フィルタ14に入力され、フィ
ルタ演算および間引き処理が行なわれる。このフィルタ
の出力が最終的な出力となる。これによりMn+2のズーミ
ング率が得られる。なお、ズーミング率がM2のときは入
力時系列データを第1のFIR形フィルタ10に通し、この
出力を第3のFIR形フィルタ14でフィルタリング、間引
き処理を行って出力する。また、ズーミング率がMのと
きは第3のFIR形フィルタ14のみを使用する。これらの
選択はマルチプレクサ11、12によって各フィルタに入力
されるデータを切換えることによって行う。さらに第1
のFIR形フィルタ10、第2のFIR形フィルタ13は最終段に
なることはないので、これらのフィルタの特性は緩かで
よい。すなわち次数を高くする必要がないので構成を簡
単にすることができる。
第3図にステージ当たりの間引き率M=2、フィルタ全
体のステージ数を5(第2のFIR形フィルタ13のステー
ジ数=3)の場合の各ステージの動作タイミングを示
す。この図において、(1)は第3図のFIR形フィルタ1
4、(2)〜(4)は第2のFIR形フィルタ13の第3〜第
1ステージ、(5)は第1のFIR形フィルタ10の動作タ
イミングを示す。図中→は動作している時間を示す。
(6)は入力時系列データのサンプリング周期(1/fs
を表わす。各フィルタは入力データが2個得られた段階
で動作される。この図からわかるように、第1のFIR形
フィルタの動作は入力時系列データのサンプリング周期
の2倍(一般的にはM倍)になり、かつ第2、第3のFI
R形フィルタ13、14の動作タイミングが重ならないよう
にできる。
第4図に本発明の他の実施例を示す。なお、第1図と同
じ要素には同一符号を付し、説明を省略する。この図に
おいて、19はメモリであり第1のFIR形フィルタ10の出
力および第2のFIR形フィルタ13の各ステージの出力が
入力され、格納される。各ステージはMワードの格納領
域を有しそのアドレスがあらかじめ決められている。20
はマルチプレクサであり、入力時系列データおよびメモ
リ19に格納されたデータが入力され、選択されて第3の
FIR形フィルタ14に出力する。21はコントローラであ
り、第2のFIR形フィルタ13、メモリ19、マルチプレク
サ20を制御する。動作は第1図実施例と同じなので省略
する。この実施例では各フィルタの出力を1つのメモリ
の対応するアドレスに格納することによって構成を簡略
化している。
第5図にさらに他の実施例を示す。なお第4図と同じ要
素には同一符号を付し、説明を省略する。第3図からわ
かるように、第2のFIR形フィルタ13と第3のFIR形フィ
ルタ14の動作タイミングは重複しないようにできる。こ
の実施例は第2のFIR形フィルタ13と第3のFIR形フィル
タ14を共用して構成の簡略化を計ったものである。第5
図において、22はFIR形フィルタであり、第2、第3のF
IR形フィルタ13、14と同様な構成をしている。23、24は
それぞれ第2、第3のFIR形フィルタ用係数格納部であ
り、各フィルタのインパルス応答係数が格納されてい
る。25はマルチプレクサであり、これら第2、第3のFI
R形フィルタ用係数格納部23、24に格納された係数を洗
濯してFIR形フィルタ22に出力する。26はコントローラ
であり、メモリ19、マルチプレクサ20、25、FIR形フィ
ルタ22を制御する。すなわちFIR形フィルタを第2のFIR
形フィルタとして使用するときは第2のFIR形フィルタ
用係数格納部23を選び、第3のFIR形フィルタとして使
用するときは第3のフィルタ用係数格納部24を選択す
る。その他の動作は第4図実施例と同じなので省略す
る。
なお、これらの実施例では第1〜第3のFIR形フィルタ1
0、13、14の間引き率を同じ数としたが異なるようにし
てもよい。
〈発明の効果〉 以上実施例に基づいて具体的に説明したように、この発
明ではフィルタとしてFIR形のフィルタを用い、かつ初
段の第1のFIR形フィルタ、マルチステージで用いる第
2のFIR形フィルタ、最終段の第3のFIR形フィルタにわ
けて構成するようにした。そのため、第1、第2のFIR
形フィルタは最終段にならないので次数を大きくしなく
てもよく、構成を簡単にすることができ、また乗算回数
を減らすことができる。
また第1のFIR形フィルタを別に設け、初段専用とし
た。そのため第2、第3のFIR形フィルタのサンプリン
グ周波数は初段の入力周波数に比べて1/Mになるので、
動作速度の遅いフィルタが使用できる。また、第1のフ
ィルタもFIR形であるため、現実の動作速度は入力周波
数の1/Mになる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明に係るデジタルフィルタの一実施例を示
すブロック図、第2図はFIR形フィルタの構成を示すブ
ロック図、第3図は動作タイミングを示す図、第4図、
第5図は他の実施例を示すブロック図、第6図は従来の
デジタルフィルタの構成を示すブロック図、第7図はII
R形フィルタの構成を示すブロック図である。 10……第1のFIR形フィルタ、11,12,20,25……マルチプ
レクサ、13……第2のFIR形フィルタ、14……第3のFIR
形フィルタ、19……メモリ、21,26……コントローラ。2
2……FIR形フィルタ、23……第2のFIR形フィルタ用係
数格納部、24……第3のFIR形フィルタ用係数格納部。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】時系列データにデジタル演算処理を施しこ
    の時系列データのサンプリングレートを下げるデジタル
    フィルタにおいて、 前記時系列データが入力される第1のFIR形フィルタ
    と、 第1のマルチプレクサの出力が入力される第2のFIR形
    フィルタと、 第2のマルチプレクサの出力が入力される第3のFIR形
    フィルタと、 前記第1及び前記第2のFIR形フィルタの出力が入力さ
    れる前記第1のマルチプレクサと、 前記時系列データ、前記第1及び前記第2のFIR形フィ
    ルタの出力が入力される前記第2のマルチプレクサと を有することを特徴とするデジタルフィルタ。
  2. 【請求項2】前記第2のFIR形フィルタと前記第3のFIR
    形フィルタを共用することを特徴とする特許請求の範囲
    第1項記載のデジタルフィルタ。
JP62036397A 1987-02-19 1987-02-19 デジタルフイルタ Expired - Lifetime JPH0695628B2 (ja)

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JP62036397A JPH0695628B2 (ja) 1987-02-19 1987-02-19 デジタルフイルタ

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JPS63204160A JPS63204160A (ja) 1988-08-23
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Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5847322A (ja) * 1981-09-17 1983-03-19 Nec Corp デジタルフイルタ
JPS61100015A (ja) * 1984-10-22 1986-05-19 Nippon Precision Saakitsutsu Kk 標本化周波数変換用デイジタルフイルタ
JPS61192113A (ja) * 1985-02-20 1986-08-26 Nec Home Electronics Ltd レ−ト変換デイジタル・フイルタ

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