JPS6337969B2 - - Google Patents

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JPS6337969B2
JPS6337969B2 JP7600880A JP7600880A JPS6337969B2 JP S6337969 B2 JPS6337969 B2 JP S6337969B2 JP 7600880 A JP7600880 A JP 7600880A JP 7600880 A JP7600880 A JP 7600880A JP S6337969 B2 JPS6337969 B2 JP S6337969B2
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JP
Japan
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digital filter
switching
filter device
clock signal
logic means
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JP7600880A
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Shigenori Sano
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Casio Computer Co Ltd
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Casio Computer Co Ltd
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Publication date
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    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03HIMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
    • H03H17/00Networks using digital techniques
    • H03H17/02Frequency selective networks
    • H03H17/0294Variable filters; Programmable filters
    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03HIMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
    • H03H17/00Networks using digital techniques
    • H03H17/02Frequency selective networks
    • H03H17/04Recursive filters
    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03HIMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
    • H03H17/00Networks using digital techniques
    • H03H17/02Frequency selective networks
    • H03H17/0294Variable filters; Programmable filters
    • H03H2017/0295Changing between two filter characteristics

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Mathematical Physics (AREA)
  • Complex Calculations (AREA)
  • Electrophonic Musical Instruments (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は伝達関数の係数を予め記憶し、該係数
の切換により特性を可変としたデイジタルフイル
タ装置に関する。
近年、トランジスタ、抵抗、コンデンサ、コイ
ルあるいは演算増幅器を用いて実現出来るアナロ
グフイルタに代り、乗算器、加算器、遅延回路等
で構成されるデイジタルフイルタが注目されてい
る。このデイジタルフイルタの大きな特徴は、同
一の回路で、多くの特性をもつフイルタが容易に
構成出来ることにある。
第1図は、伝達関数が H(Z)=K・1+a1Z -1+a2Z -2/1+b1Z -1+b2Z -2
式(1) で表わされるIIR(無限応答)デイジタルフイル
タでカツトオフ周波数可変のローパスフイルタ
(あるいはハイパスフイルタ)が示されている。
第1図に於て、1は入力信号が供給される加算
器、この加算器1出力が供給される加算器2、上
記加算器1出力が単位時間遅延回路3を介して与
えられる乗算器4,5を有する。この乗算器4に
はROM6に与えられるカツトオフ周波数データ
cに従つて選択出力されるデータb1が更に供給さ
れ、入力信号がb1倍されて加算器1に与えられ
る。なお、この入力信号は加算器1に対して、減
算を指示するようになつている。また、上記乗算
器5には、更にROM6から選択出力されるデー
タa1が供給され、入力信号がa1倍して加算器2に
与えられる。そして、上記遅延回路3出力は更に
単位時間遅延回路7を介し、乗算器8,9に与え
られる。上記乗算器8,9にはそれぞれROM6
から供給されるデータb2、a2が更に供給され、入
力信号がb2倍、a2倍されて、加算器1,2に与え
られる。なお、加算器1に与えられる信号は減算
を指示するようになつている。そして、上記加算
器1出力、乗算器5,9出力が供給され、それ等
を加算する加算器2の出力は、カツトオフ周波数
cによつて選択されるROM6の出力Kが供給さ
れる乗算器10に与えられ、K倍されて出力信号
となる。
然るに、カツトオフ周波数cの変更により今
“A”なる特性をもつフイルタから、“B”という
特性をもつフイルタに変化せしめた際、同様機能
を有するアナログフイルタの場合は、なめらかな
変化として現われるが、デイジタルフイルタの場
合は、特性“A”から特性“B”へ各係数を切換
えるため、その出力は連続とならないものであ
る。従つて、特性の切換の際、なめらかな変化を
させるには、特性間を近くする必要があり、大き
く特性を異ならせる場合は、除々に特性を異なら
せなめらかな変化となるようにする必要があり、
大容量のROMが必要となる。更に、このような
デイジタルフイルタ装置を電子楽器や各種音響機
器に適用した場合、人間の聴覚は周波数について
はかなり細かな単位まで聞き分けられると言われ
ており、従つて、特性の切換を細かい間隔で行つ
たとしても、例えばその切換がデイジタルフイル
タ装置内の信号の1周期内で終了すると位相の変
化がわかる等、一層問題は顕著となる。
この発明は上記事情に鑑みてなされたもので、
予め伝達関数の係数を記憶し、この係数の切換に
より特性を可変としたデイジタルフイルタ装置に
おいて、特性が切換えられた際に、デイジタルフ
イルタ装置内の信号の周期と同期して切換前の係
数から切換後の係数へなめらかに変化するように
補間を行うことが可能なデイジタルフイルタ装置
を提供することを目的とする。
以下、本発明の一実施例を図面を参照して詳細
に説明する。
第2図は本実施例の回路構成を示すものである
が、説明の簡略化の為第1図と同一箇所には同一
符号を付してその説明を省略する。即ち、第2図
中ROM6の係数出力a1,a2,b1,b2,Kは各々
補間回路11〜15にて補間されて乗算器5,
9,4,8,10に各々供給される。この補間回
路11〜15はクロツク信号発生器16により生
成されるクロツク信号12に応じて動作する。
補間回路11〜15は全て同一構成となるので、補
間回路15について次に説明する。第3図は、補
間回路15の詳細を示す図で、図中17はROM
6から係数K(図中K)が与えられ、クロツク
2のタイミングにてラツチするレジスタであり、
このレジスタ17出力は減算器18のA入力端子
に与えられ、入力端子Bから与えられるレジスタ
19の出力、即ち乗算器10に供給される係数K
(図中KO)が減算される。そして、その減算結
果は出力端子A−Bより出力されシフト回路20
に供給される。このシフト回路20は入力データ
をnビツト、例えば2ビツト右へシフトすること
により、データを1/2n、例えば1/4倍する回路であ る。そして、このシフト回路20の出力はレジス
タ21にクロツク2のタイミングにてラツチさ
れ、更に加算器22の入力端子Aに供給される。
そしてこの加算器22の入力端子Bには、上記レ
ジスタ19出力が供給され、その加算結果は出力
端子A+Bを介してレジスタ19にクロツク1
タイミングにてラツチされる。
第4図は、上記クロツク信号発生器16の詳細
を示すもので、デイジタルフイルタ装置に対する
入力が供給される。そしてその最上位ビツト(符
号ビツト)はインバータ23にて反転されてアン
ド回路24に供給されると共に、入力信号の第2
ビツト以下最下位ビツトは直接上記アンド回路2
4に供給される。この入力信号は第5図aに示す
如きのこぎり波(図中一部省略)である為、アン
ド回路24出力、即ちクロツクパルス1は第5図
bの如く1周期毎に出力されることになる。ま
た、上記アンド回路24の出力は4進カウンタ2
5に供給され、クロツク2となる。第5図cはそ
の様子を示すものである。
次に、本実施例の動作について説明する。今、
式(1)で表わされる伝達関数の各係数を所定値に選
択することにより特性“A”のデイジタルフイル
タを構成した場合、その伝達関数を説明の便宜上
次式(2)の如く記載する。
HA(z)=KA・1+a1AZ-1+a2AZ-2/1+b1AZ-1+b2
A
Z-2…式(2) 即ち、各係数a1,a2,b1,b2,Kは、カツトオ
フ周波数cAによつて、a1A,a2A,b1A,b2A,KA
の値がROM6から読出されることになる。
そして、この係数a1A,a2A,b1A,b2A,KA
各々乗算器5,9,4,8,10に供給されてい
るとする。そしてこの状態からカツトオフ周波数
cBに変更することにより、伝達関数を次式(3)
の如く変更して、特性“B”のデイジタルフイル
タを構成した場合、 HB(Z)=KB・1+a1BZ-1+a2BZ-2/1+b1BZ-1+b2
B
Z-2…式(3) ROM6から読出される係数a1,a2,b1,b2,K
は各々a1B、a2B,b1B,b2B,KBとなる。
しかして、その場合、係数Kに着目してみる
と、第3図のレジスタ17,19は第6図c,e
に示す如く各々KBのデータとKAのデータが存す
ることになり、その時点ではレジスタ21の内容
は第6図dに示す如く「1/4(KA−KA)=0」の
為「0」であるが、次のクロツク2(第6図b参
照)の入力時に、減算器18を介し、シフト回路
20にて1/4倍したデータ、即ち「1/4(KB−KA
=△K」がラツチされることになる。そして、こ
のデータ△Kはレジスタ21に次のクロツク2
到来時まで保持されることになる。そして、この
データ△Kは加算器22にてレジスタ19出力、
即ちKAと加算され、次のクロツク1(第6図a参
照)のタイミングで、レジスタ19にラツチさ
れ、このデータ「KA+△K」が第6図eに示す
如く係数Kのデータとして乗算器10に供給され
ることになる。第6図fはその出力の様子を示し
たものである。
そして、次のクロツク1のタイミングにて、加
算器22の出力「(KA+△K)+△K=KA+2△
K」がレジスタ19にラツチされ、その結果係数
Kのデータとして「KA+2△K」が第6図e,
fに示す如く出力されることになる。このように
して、次のクロツク1のタイミングでは、係数K
として「KA+3△K」、その次のクロツク1のタ
イミングで「KA+4△K=KB」が供給される。
その結果、係数Kとしては、KAの値から、順次
△Kだけ階段状に補間されて、KBに値になり、
なめらかに変化することになる。
その際、他の補間回路11〜14も同様動作を
する為、他の全ての係数a1,a2,b1,b2も上記係
数Kと同様にa1A,a2A,b1A,b2Aからa1B,a2B
b1B,b2Bに入力信号の周期と同期して階段状に補
間されてなめらかに変化することになる。
そして、係数の切換が終了すると、例えば第3
図に於て、レジスタ21にはデータ「1/4(KB
KB)=0」が記憶される為、補間動作は行われ
ず、従つて係数はその状態を保持することにな
る。
尚、上記実施例では、補間回路11〜15に於
て、係数差を22(=4)等分したデータを作成し、
4段階にわけて補間をしたが、一般には係数差を
2n(n;自然数)等分して、(具体的には係数差を
nビツト右シフトさせることにより行う。)2n
階にわけて補間を行うようにしても良く、また、
この補間回路11〜15に於て、係数差を不均等
に分配する分配手段を備えるようにして、順次不
均等に補間し、切換前から切換後の係数になめら
かに変化させることも出来る。例えば、第3図に
於て、減算器18出力即ち数差を、クロツク1
入力タイミングで、シフト回路20に於て、順次
1ビツトシフト操作することにより、係数差の1/
2、1/4、1/8、……を順次求め、これを加算器2
2にて加算し、レジスタ19にクロツク1にてラ
ツチするようにすれば、特性が切換えられた際
に、切換前の係数から切換後の係数へ対数的な補
間を行うことが出来、係数のなめらかな変化を可
能とすることが出来る(尚、この場合は、レジス
タ17,21のクロツクはクロツク1となり、ク
ロツクパレス2は不要となる)。
更に、上記実施例では、切換前の係数に対し、
係数差を分配した所定データを順次加算して補間
を行うようにしたが、切換後の係数から係数差に
基く制御データを減算する(最初は係数差そのも
の、そして最終的には0を減ずる)ようにして、
補間を行うことも可能である。例えば、切換前の
係数をKA、切換後の係数KB、係数差△Kとし、
制御データを△Kの22(=4)等分した△K/4
として、切換後の係数KBから△Kを減算した値
(=KB−△K=KA)を最初の補間係数K1とし、
KBから△K/4の3倍を減算した値(=KB
△K/4×3)を次の補間係数K2とし、KBから△ K/4の2倍を減算した値(=KB−△K/4×2) を次の補間係数K3とし、KBから△K/4の1倍
を減算した値(=KB−△K/4)を次の補間係数K4 としてもよい。
加えて、上記実施例に於て、クロツク信号発生
器16は、デイジタルフイルタ装置の入力信号に
基き、クロツクパルス12を生成するようにし
たが、デイジタルフイルタ装置の出力信号に基き
クロツクパルス12を生成するようにしても良
く、その他デイジタルフイルタ装置内の信号の周
期と同期してクロツクパルスを生成するものであ
れば良い。また、その構成も、クロツク信号発生
器16の入力信号に応じた構成であれば良く、例
えば、符号ビツトが反転すれば波形の1周期が終
了するものであれば、符号ビツトのみに基きクロ
ツクパルス12を作成すれば良い。また、補間
回路11〜15の構成に応じて、クロツクパルス
の出力タイミングを設定することも出来る。
更にまた、上記実施例は2次/2次のIIRデイ
ジタルフイルタにつき説明したが、高次のデイジ
タルフイルタに本発明を適用することは可能であ
り、また、伝達関数の所定係数を他の係数で近似
する等した場合も、同様に本発明を適用出来るこ
とは勿論であり、その他各種特性を有するデイジ
タルフイルタに本発明を適用することが可能であ
る。
その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々
変形応用可能であることは勿論である。
この発明は、以上詳述した如く、予め伝達関数
の係数を記憶し、この係数の切換により特性を可
変としたデイジタルフイルタ装置において、特性
が切換えられた際に、デイジタルフイルタ装置内
の信号の周期と同期して切換前の係数から切換後
の係数へ補間を行うことにより係数のなめらかな
変化を可能とし、特に、デイジタルフイルタ内の
信号の位相変化もなめらかとなるようにした為、
上記係数を記憶する記憶手段、例えばROMの容
量を少ならしめることが可能であり、デイジタル
フイルタ装置を集積化する上で非常に有効とな
り、また、このデイジタルフイルタ装置を電子楽
器あるいは各種音響機器等に適用した場合には、
特性の切換時も聴覚上なめらかに出力音が変化す
ることにより、切換時の不自然さあるいは不快な
雑音の出力が解消されることになる等、非常に有
効である。
【図面の簡単な説明】
第1図は従来のデイジタルフイルタ装置の回路
構成を示す図、第2図は本発明の一実施例を示す
デイジタルフイルタ装置の回路構成図、第3図及
び第4図は第2図の要部構成図、第5図及び第6
図は、本実施例の動作を説明する為の図である。 1,2……加算器、3,7……遅延回路、4,
5,8,9,10……乗算器、6……ROM、1
1〜15……補間回路、16……クロツク信号発
生器、18……減算器、20……シフト回路、2
2……加算器、24……アンド回路、25…4進
カウンタ。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 伝達関数の係数を予め記憶し、所望のカツト
    オフ周波数に応じて上記係数を切換えることによ
    り特性を可変としたデイジタルフイルタ装置に於
    て、 少なくとも上記係数の切換の際、上記デイジタ
    ルフイルタ装置内の信号の周期に同期したクロツ
    ク信号を生成するクロツク信号生成手段と、 上記切換前の係数と切換後の係数の差を算出す
    る第1の演算論理手段と、 該第1の演算論理手段により算出された係数差
    から制御データを算出する第2の演算論理手段
    と、 上記クロツク信号発生手段から上記クロツク信
    号が出力されるタイミングで、上記第2の演算論
    理手段により算出された制御データをもとにし
    て、上記切換前の係数に順次加算処理を行なうか
    あるいは上記切換後の係数に順次減算処理を行な
    うことにより、上記係数の切換の際の過渡的な係
    数を順次算出する第3の演算論理手段とを具備し
    たことを特徴とするデイジタルフイルタ装置。 2 上記第2の演算論理手段はシフト操作するこ
    とにより上記係数差を2n(n;自然数)等分した
    制御データを生成するシフト手段を備え、上記第
    3の演算論理手段において、上記切換前の係数と
    上記シフト手段からの上記制御データとを上記ク
    ロツク信号が出力されるタイミングで順次加算
    し、この加算結果を上記切換の際の過渡的な係数
    としたことを特徴とする特許請求の範囲第1項記
    載のデイジタルフイルタ装置。 3 上記第2の演算論理手段が、上記第1の演算
    論理手段の出力を数値「2」で順次除算して上記
    制御データを作成し、上記第3の演算論理手段に
    於て、上記切換前の係数と上記第2の演算論理手
    段からの上記制御データを上記クロツク信号が出
    力されるタイミングで順次加算し、この加算結果
    を上記切換の際の過渡的な係数としたことを特徴
    とする特許請求の範囲第1項記載のデイジタルフ
    イルタ装置。 4 上記クロツク信号生成手段は、上記デイジタ
    ルフイルタ装置に供給される入力信号の周期に同
    期したクロツク信号を生成し、上記第3の演算論
    理手段に於ける演算タイミングを制御することを
    特徴とする特許請求の範囲第1項乃至第3項のい
    ずれかに記載のデイジタルフイルタ装置。 5 上記クロツク信号生成手段は、上記デイジタ
    ルフイルタ装置から出力される出力信号の周期に
    同期したクロツク信号を生成し、上記第3の演算
    論理手段に於ける演算タイミングを制御すること
    を特徴とする特許請求の範囲第1項乃至第3項の
    いずれかに記載のデイジタルフイルタ装置。 6 上記デイジタルフイルタ装置は上記伝達関数
    の係数の個数に対応して、上記第1乃至第3の演
    算論理手段を複数組備え、この複数組の第1乃至
    第3の演算論理手段は、唯一つの上記クロツク信
    号生成手段より生成される上記クロツク信号に基
    き共通に制御されることを特徴とする特許請求の
    範囲第1項乃至第5項のいずれかに記載のデイジ
    タルフイルタ装置。
JP7600880A 1980-06-05 1980-06-05 Digital filter device Granted JPS572114A (en)

Priority Applications (1)

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JPS572114A JPS572114A (en) 1982-01-07
JPS6337969B2 true JPS6337969B2 (ja) 1988-07-27

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