JPH0641389Y2 - デジタルフイルタ - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 ＜産業上の利用分野＞ この考案は、時系列データに演算を施してフィルタ機能
を行う装置に関し、特にFFT（Fast Fourier Transfor
m）アナライザの周波数分解能を拡大させる周波数軸拡
大機構に用いて好適なデジタルフィルタに関するもので
ある。

＜従来の技術＞ 近年、時系列データにデジタル演算を施して処理するデ
ジタルフィルタが多く用いられるようになった。このよ
うなデジタルフィルタの１つとして第３図に示すような
利得特性を有するハーフバンドフィルタがある。すなわ
ち規格化角周波数（＝２πfT,f＝周波数,T＝サンプリン
グ周期）が−π/2〜π/2の範囲でのみ利得をもつ。この
ような理想的な遮断特性を有するハーフバンドフィルタ
を（2N＋１）項のインパルス関数で近似すると、そのイ
ンパルス関数ｈ（ｎ）は、 となる。上記（１）式からｎ≠Ｎになるｎに対してｎ＝
Ｎ−2m（ｍは整数）のときにｈ（ｎ）は０になる。すな
わちｎ＝Ｎの点を除くとｈ（ｎ）は１つおきに０にな
る。時系列データをｘ（ｎ），時刻ｔにおけるハーフバ
ンドフィルタの出力をｙ（ｔ）とすると、 となる。なお第３図ａのような理想的な特性でなく、第
４図のような特性のフィルタに対しても、そのインパル
ス関数ｈ（ｎ）は１つおきに０になることが知られてい
る。FFTアナライザの周波数軸拡大に用いるデジタルフ
ィルタは、このハーフバンドデジタルフィルタの出力の
時系列データを１つおきに間引いてサンプリングする。

このようなデジタルフィルタを実現する手段として第５
図に示す装置が用いられている。第５図において１−０
〜１−2Nはレジスタ、２−０〜２−2Nは乗算器、３は加
算器、４は間引き手段、５は出力端子である。時系列デ
ータはレジスタ１−０〜１−2Nの左側から順番に格納さ
れる。レジスタ１−ｎ（ｎ＝０〜2N）の内容は乗算器２
−ｎに入力され、インパルス関数ｈ（ｎ）と乗算され
る。

尚この従来例はＮが奇数の場合を示している。Ｎが奇数
の場合はｎ＝Ｎを除く奇数のｎに対するインパルス関数
ｈ（ｎ）は０なので、乗算器２はｎ＝Ｎおよび偶数のｎ
番目のレジスタ１−ｎにのみ接続されており、Ｎ＋１個
使用される。Ｎ＋１個の乗算器２−０〜２−2Nの出力は
加算器３に入力され、加算される。これらの演算はサン
プリング周期Ｔ内に行われる。Ｔ時間後にレジスタ１−
０〜１−2Nの内容は右に１つシフトし、レジスタ１−０
には新しいデータが入力され、演算される。従って加算
器３の出力には、演算された時系列データｙ（ｔ）が得
られる。時系列データｙ（ｔ）は間引き手段４により１
つおきの値がサンプリングされ、出力端子５より出力さ
れる。

＜考案が解決しようとする問題点＞ 上記装置には次のような問題点がある。第１にレジスタ
１−０〜１−2Nのデータはサンプリング周期Ｔでシフト
しているので、全ての演算はＴ時間内に終了しなければ
ならない。

第２のレジスタが2N＋１個，乗算器がＮ＋１個必要であ
り、構成が複雑になる。フィルタとしての性能を高くす
るにはＮを大きくしなければならず、数多くのレジスタ
と乗算器を用いなければならない。さらに間引き手段も
必要である。

なお、間引き手段５により１つおきにサンプリングされ
るので、出力端子５に出力されるデータは周期2Tとな
る。従って演算は2T時間内に実行すればよいが、レジス
タ１−０〜１−2Nのデ−タは周期Ｔでシフトしているの
で、演算時間を2Tにするには、乗算器２−０〜２−2Nの
前にＮ＋１個のレジスタが必要になり、構成がさらに複
雑になる。

＜考案の目的＞ この考案の目的は、簡単な構成でかつ低速の演算器で実
現できる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＞ 本考案は上記従来技術の欠点に鑑みてなされたもので、
その構成上の特徴は、Ｎ個のレジスタを直列接続した第
１のレジスタ群と、2N個のレジスタを直列接続した第２
のレジスタ群と、前記時系列データを１つおきに前記第
１のレジスタ群の１番目のレジスタ及び第２のレジスタ
群の１番目のレジスタに交互に出力するマルチプレクサ
と、前記第１のレジスタ群のＮ番目のレジスタに格納さ
れているデータ及び前記第２のレジスタ群の１〜2N番目
のレジスタに格納されているデータに所定の値をそれぞ
れ乗算する複数の乗算器と、この複数の乗算器の出力を
加算する加算器とを具備したものである。

＜作用＞ 間引き手段により１つおきの時系列データをサンプリン
グすることに着目し、レジスタを２つの群に分割し、マ
ルチプレクサによりこの２つの群に交互に時系列データ
を与えることによって、時系列データのシフトの時間を
サンプリング周期Ｔの２倍とし、演算時間を長くし、か
つ構成を簡単にする。

＜実施例＞ このデジタルフィルタでは、時系列データｘ（ｎ）に前
記（２）式の演算を施し、その演算結果の時系列データ
を間引き手段により１つおきにサンプリングしている。
従って時刻2tでの出力端子５の出力をｙ（2t）とする
と、 となる。ハーフバンドフィルタの特徴として、ｈ（１）
＝ｈ（３）＝………＝ｈ（Ｎ−２）＝ｈ（Ｎ＋２）＝…
…ｈ（2N−１）＝０となることが知られている。従って
（３）式は となる。（４）式の第１項は、時系列データｘ（ｎ）を
時刻（2t−2N）から１つおきに（Ｎ＋１）個取り出し
て、それぞれにインパルス応答ｈ（ｎ）を乗算したもの
を表わす。従って、（４）式の演算をそれぞれ行う２つ
のレジスタ群に交互に出力すれば、時系列データのシフ
ト周期を２倍にでき、かつ構成が簡単になる。

以下本考案の実施例を図面に基いて説明する。なお、こ
の実施例はＮが奇数の場合を示す。従ってｎ＝Ｎを除く
奇数のｎに対してｈ（ｎ）＝０となる。

第１図は本考案に係るデジタルフィルタの一実施例を示
すブロック図である。第１図において６はマルチプレク
サ、７はこのマルチプレクサの出力が入力される第１の
レジスタ群、71−１〜71−Ｎはこの第１のレジスタ群を
構成するレジスタ、８は上記マルチプレクサ６の出力が
入力される第２のレジスタ群、81−０〜81−2Nはこの第
２のレジスタ群を構成するレジスタ、２−０〜２−2Nは
前記レジスタ71−N,81−０〜81−2Nの出力が入力される
乗算器、３はこの乗算器２−０〜２−2Nの出力が入力さ
れる加算器、５はこの加算器３の出力端子である。

次にこの実施例の動作を説明する。時系列データｘ
（ｎ）はマルチプレクサ６に入力される。マルチプレク
サ６は時系列データｘ（ｎ）を交互に第１のレジスタ群
７と第２のレジスタ群８に出力する。ここで第１のレジ
スタ群７には奇数番目の時系列データすなわちそのイン
パルス関数ｈ（ｎ）がｎ＝Ｎを除いて０になる時系列デ
ータを入れる。第1,第２のレジスタ群7,8には、それぞ
れ 個のレジスタ71−１〜71−ＮおよびＮ＋１個のレジスタ
81−０〜81−2Nがあり、右方向にデータがシフトされ
る。シフトの周期は、時系列データｘ（ｎ）のサンプリ
ング周期をＴとすると2Tとなる。Ｎ番目の時系列データ
が入っているレジスタ71−Ｎには乗算器２−Ｎが接続さ
れ、前記（３）式のｈ（ｎ）・ｘ（2t−Ｎ）が演算され
る。なお第１のレジスタ群７には、そのインパルス関数
ｈ（ｎ）が０のデータが入っているので、レジスタ71−
Ｎ以外のレジスタには乗算器は接続されていない。また
第１のレジスタ群７に入力される時系列データで、ｘ
（2t−Ｎ）以前のデータは保持しておく必要がないの
で、71−Ｎ以降のレジスタは接続されていない。第２の
レジスタ群８のＮ＋１個のレジスタ81−０〜81−2Nに
は、それぞれ乗算器２−０〜２−2Nが接続され、前記
（３）式の項ｈ（2K）・ｘ（2t−2K）が演算される。Ｎ
＋２個の乗算器の出力は加算器３で加算され、出力端子
５から出力される。

第２図には本考案に係るデジタルフィルタの他の実施例
を示す。なお、第１図と同一要素には同一符号を付して
説明を省略する。前記（１）式からインパルス関数ｈ
（ｎ）はｈ（2N−Ｉ）＝ｈ（Ｉ）の関係がある。従って
対応するレジスタの値を加算してから乗算すると、乗算
器の数を減らすことができる。第２図において９−０〜
９−（Ｎ−１）は加算器である。加算器９−Ｉ（Ｉ＝0,
2,…Ｎ−１）はレジスタ81−Ｉとレジスタ81−（2N−
Ｉ）のデータを加算する。加算器９−Ｉの出力は、乗算
器２−Ｉでインパルス関数ｈ（Ｉ）と乗算される。乗算
器２−０〜２−（Ｎ−１）の出力は加算器３で加算され
る。この実施例では、加算器の数は 個増えるが、乗算器の数を 個少くすることができるので、全体の構成が簡単にな
る。

また、第１のレジスタ群の中で、レジスタ71−Ｎ以外の
レジスタの内容は演算に用いないので、レジスタ71−Ｎ
以外のレジスタに接続する乗算器が不要になり、乗算器
の数を約1/2に減らすことができる。

本考案のデジタルフィルタをFFTアナライザの周波数軸
の拡大機構に用いると、２倍の拡大が行える。さらに拡
大するときは、このデジタルフィルタで複数回処理を行
えばよい。

＜考案の効果＞ 以上実施例と共に具体的に説明したように、本考案によ
れば、デジタルフィルタにおいて、簡単な構成で演算時
間を時系列データのサンプリング時間の２倍にすること
ができるので、低速の演算器を用いることができる。

さらにインパルス関数が１つおきに０になる場合は、第
１のレジスタ群７に入力されるデータのＮ＋２以降のデ
ータは保持しておく必要がないので、レジスタの数を3/
4に減らすことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案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図は本考案に係るデジタルフィルタ
の他の実施例を示すブロック図，第３図，第４図はハー
フバンドフィルタの特性を示す特性曲線図、第５図はデ
ジタルフィルタの従来例を示すブロック図。 71−０〜71−N,81−０〜81−2N…レジスタ、２−０〜２
−2N…乗算器,3,9−０〜９−（Ｎ−１）…加算器、６…
マルチプレクサ、７…第１のレジスタ群、８…第２のレ
ジスタ群。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】時系列データをフィルタ演算し、この演算
   結果を間引いて取り出す構成のデジタルフィルタにおい
   て、 Ｎ個のレジスタを直列接続した第１のレジスタ群と、 2N個のレジスタを直列接続した第２のレジスタ群と、 前記時系列データを１つおきに前記第１のレジスタ群の
   １番目のレジスタ及び第２のレジスタ群の１番目のレジ
   スタに交互に出力するマルチプレクサと、 前記第１のレジスタ群のＮ番目のレジスタに格納されて
   いるデータ及び前記第２のレジスタ群の１〜2N番目のレ
   ジスタに格納されているデータに所定の値をそれぞれ乗
   算する複数の乗算器と、 この複数の乗算器の出力を加算する加算器と を有することを特徴とするデジタルフィルタ。