JPH01260913A - Digital filter - Google Patents

Abstract

PURPOSE:To eliminate a transient pulse noise and to store an input waveform by providing shift registers shifting an input signal by a prescribed sampling period sequentially and an intermediate value selector selecting a median of an output signal of each stage of the shift registers. CONSTITUTION:An input signal (x) is given to a shift register SR comprising series connection of k-set of registers RG1-RGk forming a delay element of one sample period. Moreover, an output signal and an input signal (x) of each stage of the SR are fed to an intermediate value selector MVG. The intermediate value selector MVG selects its median of (k+1) sets df signals to be received and outputs its median as a filter output. In case of the value (k) being an even number, the intermediate value selector MVG selects its median. In the case of the value (k) being an odd number, since no median exists, a mean value of k/2-th value from the start and k/2-th value from the end is used as the median. Thus, a transient pulse noise superimposed on the input signal is eliminated by the intermediate value selector and the signal waveform is outputted in a stored state.

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は、デジタルフィルタに関する。[Detailed description of the invention] [Purpose of the invention] (Industrial application field) The present invention relates to a digital filter.

（従来の技術） 工業プラントを制御するプラント制御装置などでは、プ
ラント各部の状態を監視するために、工業プラント各部
の状態を検出するために多数配設されているセンサから
の出力信号をプロセスデータとして入力している。(Prior art) In a plant control device that controls an industrial plant, in order to monitor the status of each part of the plant, output signals from a large number of sensors installed to detect the status of each part of the industrial plant are converted into process data. is entered as .

これらのセンサの出力信号には、ノイズ成分が含まれる
ため、プラント制御装置にプロセスデータを入力する場
合、あらかじめそのノイズを除去する必要があり、かか
る目的としてデジタルフィルタが使用されている。The output signals of these sensors contain noise components, so when inputting process data to a plant control device, it is necessary to remove the noise in advance, and digital filters are used for this purpose.

このデジタルフィルタとしては１例えば、次式（Ｉ）で
定義される特性をもつ移動平均フィルタや、次式（ｎ）
で定義される特性をもつ指数平滑法のフィルタが使用さ
れている。Examples of this digital filter include a moving average filter having characteristics defined by the following formula (I), and a moving average filter having characteristics defined by the following formula (n).
An exponential smoothing filter with characteristics defined by is used.

九＝（ΣＸａ−ｋｉｔ　）　／　ｋ−−−−−−−（■
）ｙｌｌ　：　αｘ口＋（１−α）ｙ、−、＝（ＩＦ）
ここで、式（１）でに＝３としたときのデジタルフィル
タの特性は、 Ｙｎ　”　（Ｘｎ”Ｘ＋−ｔ”ＸＩＩ−Ｊ／３となり、
そのデジタルフィルタの一例を第４図に示す。9=(ΣXa-kit)/k−−−−−−(■
)yll: αxmouth+(1-α)y,-,=(IF)
Here, when = 3 in equation (1), the characteristics of the digital filter are Yn''(Xn''X+-t''XII-J/3,
An example of the digital filter is shown in FIG.

また、式（ＩＩ）でα＝２７３としたときのデジタルフ
ィルタの一例を第５図に示す。Further, FIG. 5 shows an example of a digital filter when α=273 in equation (II).

第４図において、入力信号Ｘは、１サンプル周期の遅延
要素であるレジスタｌおよび加算器２に加えられ、レジ
スタ１の出力信号は加算器２およびレジスタ３に加えら
れ、レジスタ３の出力信号は加算器２に加えられる。In FIG. 4, the input signal It is added to adder 2.

加算器２は、３つの入力信号スゎ１Ｘｆｉ−１ｔＸ１１
−＠を加算し、その結果は、アンプ４により１／３倍さ
れたのちに、フィルタ出力ｙとして出力される。Adder 2 receives three input signals swa1Xfi-1tX11
-@ is added, and the result is multiplied by 1/3 by the amplifier 4 and then output as the filter output y.

第５図において、入力信号Ｘは、アンプ５により２／３
倍されたのちに、加算器６に加えられ、加算器６の出力
は、フィルタ出力ｙとして出力されるとともに、レジス
タ７を介して１サンプル周期遅延され、アンプ８により
１／３倍されたのちに加算器６に加えられている。In FIG. 5, the input signal X is 2/3
After being multiplied, it is added to an adder 6, and the output of the adder 6 is output as a filter output y, delayed by one sample period via a register 7, and multiplied by 1/3 by an amplifier 8. is added to adder 6.

（発明が解決しようとする課題） ところが、このような従来のデジタルフィルタには１次
のような不都合を生じていた。(Problem to be Solved by the Invention) However, such a conventional digital filter has a first-order problem.

例えば、第４図のデジタルフィルタに第６図（ａ）に示
すように、時刻ｔ１で１サンプル周期での単独のノイズ
ＮＺが重畳している信号Ｘが入力されたとき、同図（ｂ
）に示すように、出力ｙには、そのピーク値が１７３に
低減されるものの、このノイズＮＺの成分が時刻ｔ１を
含む３サンプル周期の聞出力される。For example, as shown in FIG. 6(a), when a signal
), the peak value of the output y is reduced to 173, but this noise NZ component is output for three sample periods including time t1.

また、時刻ｔ２でステップ状に立ち上がった信号真の変
化に出力ｙが追従するまで３サンプル周期の時間を要し
ている。Furthermore, it takes three sample periods for the output y to follow the true change in the signal that rises stepwise at time t2.

同様に、第５図のデジタルフィルタに第６図（ａ）に示
すように、時刻ｔ１で１サンプル周期τの単独のノイズ
ＮＺが重畳している信号Ｘが入力されたとき、同図（ｂ
）に示すように、出力ｙにあられれるノイズＮＺの影響
は、順次収束するものの完全に除去されない。Similarly, as shown in FIG. 6(a), when the digital filter in FIG. 5 receives a signal
), the influence of the noise NZ on the output y gradually converges but is not completely removed.

また１時刻ｔ２でステップ状に立ち上がった信号真の変
化に出力ｙが追従するまで長時間を要す。Further, it takes a long time for the output y to follow the change in the true signal that rises stepwise at time t2.

本発明は、このような従来装置の不都合を解消するため
になされたものであり、一過性のパルスノイズを除去で
きるとともに、入力波形を保存できるデジタルフィルタ
を提供することを目的としている。The present invention has been made in order to eliminate such inconveniences of conventional devices, and an object of the present invention is to provide a digital filter that can remove transient pulse noise and preserve input waveforms.

［発明の構成］ （課題を解決するための手段） 本発明は、入力信号を所定のサンプリング周期で順次シ
フトするシフトレジスタと、このシフトレジスタの各段
の出力信号の中央値を選択する中間値選択器を備えたも
のである。[Structure of the Invention] (Means for Solving the Problems) The present invention provides a shift register that sequentially shifts input signals at a predetermined sampling period, and an intermediate value that selects the median value of the output signals of each stage of the shift register. It is equipped with a selector.

（作用） したがって、入力信号に重畳している一過性のパルスノ
イズは中間値選択器により除去され、また、信号波形は
保存された状態で出力される。(Operation) Therefore, the transient pulse noise superimposed on the input signal is removed by the intermediate value selector, and the signal waveform is output in a preserved state.

（実施例） 以下、添付図面を参照しながら、本発明の実施例を詳細
に説明する。(Embodiments) Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

第１図は、本発明の一実施例にかかるデジタルフィルタ
を示している。FIG. 1 shows a digital filter according to an embodiment of the present invention.

同図において、入力信号Ｘは、■サンプル周期の遅延要
素を構成するに個のレジスタＲＧＩ−ＲＧｋを直列接続
して構成したシフトレジスタＳＲに加えられており、こ
のシフトレジスタＳＲの各段の出力信号。In the same figure, the input signal signal.

および、入力信号Ｘは、中間値選択器ＭＶＧに加えられ
ている。And the input signal X is applied to the intermediate value selector MVG.

中間値選択器ＭＶＧは、入力された（ｋ＋１）個の信号
のレベル的に中間の値、すなわち、中央値を選択し、そ
の中央値をフィルタ出力ｙとして出力する。The intermediate value selector MVG selects a level-wise intermediate value of the (k+1) input signals, that is, the median value, and outputs the median value as the filter output y.

ただし、中間値選択器ＭＶＧは、ｋが偶数の場合には、
入力信号が奇数個なので中央値が存在するためその中央
値を選択し、ｋが奇数の場合には、入力信号が偶数個な
ので中央値が存在しないため、上からに／２番目の値と
下からに／２番目の値の平均値を中央値として算出する
。However, the intermediate value selector MVG, when k is an even number,
Since there is an odd number of input signals, there is a median value, so select the median value, and if k is an odd number, there is no median value because there is an even number of input signals, so the top/second value and bottom value are selected. From then on, calculate the average value of the second values as the median value.

これにより、このデジタルフィルタでは、パルス幅が次
式（Ｉ［［）で示されるＴＩまでの単発パルスを完全に
抑制でき、また、ステップ入力に対する追従遅れは次式
（ｒＶ）で示されるＴ２のようになる。As a result, this digital filter can completely suppress single pulses up to TI, whose pulse width is expressed by the following equation (I It becomes like this.

ＴＩ　（［ｋ／２］・τ　　　　・・・・・・（ＩＩＩ
）Ｔ２　＜　［（ｋ＋１）／２］・τ　　・・・・・・
（ＩＶ）ここで、では、ｌサンプリング周期をあられす
。TI ([k/2]・τ ・・・・・・(III
)T2 < [(k+1)/2]・τ ・・・・・・
(IV) Here, let's say l sampling period.

例えば、ｋを２とした場合のデジタルフィルタは、第２
図のように構成される。For example, when k is 2, the digital filter is
It is configured as shown in the figure.

入力信号ｘＩｌは、レジスタＲＧＩ、ＲＧ２によってｊ
＠次遅延され、信号ｘＩ１．レジスタＲＧＩの出力信号
Ｘ、−ｓ。The input signal xIl is j
@Delayed signal xI1. Output signal X, -s of register RGI.

および、レジスタＲＧ２の出力信号Ｘｎ−□は、中間値
選択器ＭＶＧに加えられている。The output signal Xn-□ of the register RG2 is applied to the intermediate value selector MVG.

中間値選択器ＭＶＧは、入力信号ＸＩｌ＃Ｘ１ｌ−１ｔ
ＸＩｌ−ｘの中間値、すなわち、２番目の値を選択し、
その値をフィルタ出力ｙとして出力する。The intermediate value selector MVG receives the input signal XIl#X1l-1t
Select the intermediate value of XIl-x, i.e. the second value,
The value is output as the filter output y.

例えば、第３図（ａ）に示すように、時刻ｔｘｔでステ
ップ状に立ち上がる信号らに１時刻ｔｘｘの６サンプル
周期前の時刻ｔ１２で、パルス幅τの単独パルス状のノ
イズＮＺが重畳されている場合、信号Ｘ、１−ｘｔス、
ｌ−２はそれぞれ同図（ｂ）、（Ｃ）のように変化する
。For example, as shown in FIG. 3(a), a single pulse-like noise NZ with a pulse width τ is superimposed on a signal that rises stepwise at time txt at time t12, which is 6 sample periods before time txx. If so, the signal X, 1-xt,
l-2 changes as shown in (b) and (C) of the figure, respectively.

したがって、ノイズＮＺが、信号ＸＩＩＩＸＩＩ−ｔｙ
ｘｎ−ｚのいずれかにあられれている場合、その他の２
つの信号のレベルが０になっているので、中間値選択器
ＭＶＧは、それらの期間で０を選択する。Therefore, the noise NZ is the signal XIIIXII-ty
If any of xn-z is covered, the other 2
Since the levels of the two signals are 0, the intermediate value selector MVG selects 0 in those periods.

これによって、それらの期間でのフィルタ出力ｙが０に
なり、その結果、フィルタ出力ｙからノイズＮＺが除去
される。As a result, the filter output y in those periods becomes 0, and as a result, the noise NZ is removed from the filter output y.

また、信号ス。の立上りは、１サンプル周期でだけ遅れ
てフィルタ出力ｙにあられれている。Also, signals. The rise of y is delayed by one sample period before reaching the filter output y.

このようにして、このデジタルフィルタでは、パルス幅
が１サンプル周期τまでの単独のノイズを完全に除去で
きる。また、信号ｘｌｌに対するフィルタ出力ｙの遅延
時間は１サンプル周期τのみであるので、応答性が良好
である。In this way, this digital filter can completely remove individual noises whose pulse width is up to one sample period τ. Furthermore, since the delay time of the filter output y with respect to the signal xll is only one sample period τ, the response is good.

［発明の効果］ 以上説明したように、本発明によれば、入力信号を所定
のサンプリング周期で順次シフトするシフトレジスタと
、このシフトレジスタの各段の出力信号の中央値を選択
する中間値選択器を備えたので、入力信号に重畳してい
る一過性のパルスノイズは中間値選択器により除去され
、また、信号波形は、シフトレジスタの段数に応じて遅
延されるものの保存された状態で出力されるという効果
を得る。[Effects of the Invention] As explained above, according to the present invention, there is provided a shift register that sequentially shifts an input signal at a predetermined sampling period, and an intermediate value selection that selects the median value of the output signal of each stage of this shift register. Since the transient pulse noise superimposed on the input signal is removed by the intermediate value selector, the signal waveform is delayed depending on the number of stages of the shift register, but is preserved. Obtain the effect of being output.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第１図は本発明の一実施例にかかるデジタルフィルタを
示すブロック図、第２図は本発明の他の実施例にかかる
デジタルフィルタを示すブロック図、第３図は第２図の
装置の作用を説明するための波形図、第４図はデジタル
フィルタの従来の一例を示すブロック図、第５図はデジ
タルフィルタの従来の他の例を示すブロック図、第６図
は第４図の装置の作用を説明するための波形図、第７図
は第５図の装置の作用を説明するための波形図である。 ＲＧＩ、ＲＧ２．・・・、　ＲＧｋ・・・レジスタ、　
ＳＲ・・・シフトレジスタ、ＭＶＧ・・・中間値選択器
。 第１図 第４図 第５図 第６図 第７図FIG. 1 is a block diagram showing a digital filter according to one embodiment of the present invention, FIG. 2 is a block diagram showing a digital filter according to another embodiment of the present invention, and FIG. 3 is an operation of the device shown in FIG. 2. 4 is a block diagram showing one conventional example of a digital filter, FIG. 5 is a block diagram showing another conventional example of a digital filter, and FIG. 6 is a diagram showing the device of FIG. 4. FIG. 7 is a waveform diagram for explaining the operation of the device shown in FIG. 5. RGI, RG2. ..., RGk... register,
SR: Shift register, MVG: Intermediate value selector. Figure 1 Figure 4 Figure 5 Figure 6 Figure 7

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 入力信号を所定のサンプリング周期で順次シフトするシ
フトレジスタと、このシフトレジスタの各段の出力信号
の中央値を選択する中間値選択器を備えたことを特徴と
するデジタルフィルタ。A digital filter comprising: a shift register that sequentially shifts an input signal at a predetermined sampling period; and an intermediate value selector that selects the median value of the output signals of each stage of the shift register.