JP5068373B2 - 信号処理回路 - Google Patents
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Description
図3にIIRフィルタ、図4にFIRフィルタのそれぞれにおける信号処理のアルゴリズムがシグナルフロー図として示されている。
これに対し、FIRフィルタは、図4に示されるように、FIRフィルタの伝達関数に対応したフィルタ係数を出力するFIR係数出力器40、加算器41、乗算器42〜44、遅延器45、46とで構成されている。そして、各信号に対してフィルタ1係数あたり乗算と加算が各1回のみで完結するため、誤差の蓄積がなく、したがって高精度な演算精度を提供するが、周波数特性のある部分だけを変更する等の調整は困難であり調整性が悪いという特徴を持つ。
また、多項式の数値演算、あるいは離散的逆フーリエ変換等の複雑な演算を行うことなく、IIRフィルタのインパルス応答を測定することでFIRフィルタ係数を求める設計方法も知られている(例えば、特許文献2参照)。
しかしながら、上記したハイブリッドFIR/IIRフィルタは、FIRフィルタとIIRフィルタとを切り替えて使用するものではなく、したがって、IIRフィルタが持つ調整容易性と、FIRフィルタが持つ演算誤差の少ない高精度性とを両立させて持つものではない。
更に、ここで得られるFIRフィルタは、IIRフィルタ2乗の振幅特性になるため、このFIRフィルタを用いて周波数補正を行うと過剰な補正になってしまい、調整容易性が損なわれるという課題もある。例えば、IIRフィルタで6dB補正すると、FIRフィルタでは12dBも補正することになる。
前記IIRフィルタのIIRフィルタ係数から前記IIRフィルタ係数と同じ伝達関数を有するFIRフィルタ係数を生成するフィルタ係数変換部と、前記IIRフィルタと前記FIRフィルタのいずれを有効として動作させるかを決定する制御部を備え、前記制御部は、前記伝達関数の調整時、前記IIRフィルタを有効とし、前記フィルタ係数変換部を制御して前記IIRフィルタ係数と同じ伝達関数を有するFIRフィルタ係数を生成させるとともに、前記調整が完了した段階もしくは信号処理時、前記フィルタ係数変換部を制御して生成したFIRフィルタ係数にしたがいデジタル信号を処理するFIRフィルタを有効とすることを特徴とするものである。
実施の形態1.
図1は、この発明の実施の形態1に係る信号処理回路の内部構成を示すブロック図である。
図1に示されるように、この発明の実施の形態1に係る信号処理回路は、制御部10と、IIRフィルタ11と、FIRフィルタ12と、IIRフィルタ係数格納部13と、FIRフィルタ係数格納部14と、フィルタ係数変換部15と、切替え部16と、で構成されている。
IIRフィルタ11ならびにFIRフィルタ12は、いずれも伝達関数に対応して設定されるフィルタ係数にしたがいデジタル信号を処理するものであり、例えば、DSP(Digital Signal Processor)に実装される。
フィルタ係数変換部15は、制御部10による制御の下で、IIRフィルタ係数格納部13に格納されたIIRフィルタ係数からIIRフィルタ係数と同じ伝達関数を有するFIRフィルタ係数を生成する。フィルタ係数変換部15は、制御部10による制御の下で計測されるインパルス応答により、あるいは逆フーリエ変換等の演算によりIIRフィルタ係数からIIRフィルタ係数と同じ伝達関数を有するFIRフィルタ係数を生成する。
すなわち、制御部10は、伝達関数の調整時(調整モード)、ユーザによる選択操作にしたがい切替え部16を介してIIRフィルタ11を有効とし、フィルタ係数変換部15を制御してIIRフィルタ係数と同じ伝達関数を有するFIRフィルタ係数を生成させる。また、制御部10は、信号処理時(信号処理モード)もしくは調整が完了した段階でユーザによる選択操作にしたがい切替え部16を介してFIRフィルタ12を有効にする。
このとき、メモリには、IIRフィルタ係数格納部13と、FIRフィルタ係数格納部14とが割り付けられ記憶される。なお、メモリは外付けされても構わない。
以下、図2のフローチャートを参照しながら、図1に示すこの発明の実施の形態1に係る信号処理回路の動作について詳細に説明する。
そして、調整完了かを判断し(ステップST203)、NOの場合は調整を繰り返し、YESの場合は、制御部10は、フィルタ係数変換部15を制御し、IIRフィルタ係数格納部13に格納されたIIRフィルタ係数に基づき、IIRフィルタ係数と同じ伝達関数を有するFIRフィルタ係数を生成する(ステップST204)。ここで生成されたFIRフィルタ係数は、制御部10によりFIRフィルタ係数格納部14に格納される。
すなわち、制御部10は、一旦、IIRフィルタ11で構成設定された信号処理回路をブラックボックスと見なし、その信号処理回路にインパルス信号を入力してそのインパルス応答を計測する。このインパルス応答は、IIFフィルタ11のフィルタ係数を算出したことと等価であることは周知のとおりであり、この値を係数とするFIRフィルタ12を構成設定すれば、IIRフィルタ11と等価な特性(伝達関数)をFIRフィルタ12で実現することができる。
また、ステップST201のモード判定処理において、信号処理モードと判定された場合(ステップST201“信号処理”)、制御部10は、FIRフィルタ12に構成を設定し(ステップST206)、切替え部16を制御してFIRフィルタ12による信号処理の開始を指示する(ステップST207)。
また、本発明の実施の形態1に係る信号処理回路によれば、リアルタイムで信号伝達が可能なIIRフィルタ11を使用して伝達関数が等価なFIRフィルタ12のフィルタ係数を自動生成するため、短時間でFIRフィルタ係数を生成でき、かつ、信号処理回路の演算負荷が軽減される。
また、インパルス応答が長すぎる場合は、制御部10が、インパルス応答に適切な窓関数による畳み込み演算を行うことで効果的に演算量を削減することも可能である。なお、ここでいう適切な窓関数としては、矩形窓、ガウス窓、ハミング窓等が使用される。
なお、周波数軸場のフィルタ処理は、Overlap-addやOverlap-saveとして周知の演算手法により実現が可能である。
例えば、制御部10が、伝達関数の調整時、IIRフィルタ11を有効とし、フィルタ係数変換部15を制御してIIRフィルタ係数と同じ伝達関数を有するFIRフィルタ係数を生成させるとともに、信号処理時もしくは調整が完了した段階でFIRフィルタ12を有効とするデータ処理は、1または複数のプログラムによりコンピュータ上で実現してもよく、また、その少なくとも一部をハードウェアで実現してもよい。
Claims (5)
- 伝達関数に対応して設定されるフィルタ係数にしたがいデジタル信号を処理するIIRフィルタ、ならびにFIRフィルタと、
前記IIRフィルタのIIRフィルタ係数から前記IIRフィルタ係数と同じ伝達関数を有するFIRフィルタ係数を生成するフィルタ係数変換部と、
前記IIRフィルタと前記FIRフィルタのいずれを有効として動作させるかを決定する制御部を備え、
前記制御部は、前記伝達関数の調整時、前記IIRフィルタを有効とし、前記フィルタ係数変換部を制御して前記IIRフィルタ係数と同じ伝達関数を有するFIRフィルタ係数を生成させるとともに、前記調整が完了した段階もしくは信号処理時、前記フィルタ係数変換部を制御して生成したFIRフィルタ係数にしたがいデジタル信号を処理するFIRフィルタを有効とすることを特徴とする信号処理回路。 - 前記フィルタ係数変換部により生成されるFIRフィルタ係数を格納するFIRフィルタ係数格納部を備え、
前記制御部は、
前記フィルタ係数変換部にインパルス信号を入力し、計測されるインパルス応答を前記IIRフィルタ係数と同じ伝達関数を有するFIRフィルタ係数として前記FIRフィルタ係数格納部に格納することを特徴とする請求項1記載の信号処理回路。 - 前記IIRフィルタのフィルタ係数を格納するIIRフィルタ係数格納部を備え、
前記制御部は、
前記IIRフィルタ係数格納部に格納されたIIRフィルタ係数を該IIRフィルタ係数と同じ伝達関数を有するFIRフィルタ係数に変換することを特徴とする請求項1記載の信号処理回路。 - 前記制御部は、
前記インパルス応答が所定長の時間閾値を超えた場合、前記インパルス応答に所定の窓関数による畳み込み演算を行うことを特徴とする請求項2記載の信号処理回路。 - 前記制御部は、
前記インパルス応答が所定長の時間閾値を超えた場合、入力信号と前記FIRフィルタ係数格納部に格納されたFIRフィルタ係数とを周波数変換し、周波数変換された入力信号とFIRフィルタ係数を乗算することを特徴とする請求項2記載の信号処理回路。
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