JPH0831776B2 - デジタルフイルタ - Google Patents

デジタルフイルタ

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JPH0831776B2
JPH0831776B2 JP62140151A JP14015187A JPH0831776B2 JP H0831776 B2 JPH0831776 B2 JP H0831776B2 JP 62140151 A JP62140151 A JP 62140151A JP 14015187 A JP14015187 A JP 14015187A JP H0831776 B2 JPH0831776 B2 JP H0831776B2
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JP
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filter
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JP62140151A
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ベルトールド・ヘツク
ヨアヒム・シユパイデル
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エヌ・ヴエ−・フイリツプス・グリユイランペンフアブリ−ケン
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    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03HIMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
    • H03H17/00Networks using digital techniques
    • H03H17/02Frequency selective networks
    • H03H17/06Non-recursive filters
    • GPHYSICS
    • G06COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06FELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F7/00Methods or arrangements for processing data by operating upon the order or content of the data handled
    • G06F7/38Methods or arrangements for performing computations using exclusively denominational number representation, e.g. using binary, ternary, decimal representation
    • G06F7/48Methods or arrangements for performing computations using exclusively denominational number representation, e.g. using binary, ternary, decimal representation using non-contact-making devices, e.g. tube, solid state device; using unspecified devices
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    • GPHYSICS
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    • H03H17/02Frequency selective networks
    • H03H17/0223Computation saving measures; Accelerating measures
    • H03H17/0227Measures concerning the coefficients
    • H03H17/023Measures concerning the coefficients reducing the wordlength, the possible values of coefficients
    • H03H2017/0232Canonical signed digit [CSD] or power of 2 coefficients

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明はデジタルフイルタに関する。このデジタルフ
イルタは、入力信号のW桁のコード語をビツト並列で処
理し、フイルタのK個の係数をCSDコードによるP桁コ
ード語として使用する。
従来技術 上述のようなフイルタは、例えばW.Ulbrich等による
次の文献から公知である。Ulbrich,U.,Noll,T.und Zehn
er,B.:“MOS-VLSI Pipelined Digital Filters for Vid
eoapplications",Proc.ICASSP84,San Diego,CA,US,Mr
z 1984,S.44.7.1bis44.7.4。
デジタルフイルタを設計するにはいくつかの方法があ
る。非巡回形フイルタを例にとつて1つの方法を簡単に
説明する。時間領域におけるフイルタの特性は次の式で
記述できる。
ここでh(k)(k=0,1,2…K−1)はフイルタの
K個の係数であり、x(n−k)は、整数の変数n−k
によつて簡単に特徴づけられる時点における、入力信号
の標本化値である。y(n)は時点nにおけるフイルタ
の出力変数である。
周波数領域でのフイルタの伝達関数は次式で表わされ
る。
式(1),(2)をいろいろに評価すれば、異なる構
造のフイルタが得られる。式(1)の第1の評価法で
は、順次連続するK個の標本化値を記憶し、各標本化値
を対応するフイルタ係数と乗算し、すべての積を加算す
る。しかし、このような方法ではフイルタ構成素子のコ
ストが高くつく。式(1)を評価する別の方法は、「分
散算法(verteilte Arithmetik)」の名称で公知である
(例えば、Bttner,H.und Schβler,H.−W.:“On S
tructures for the Implementation of the Distribute
d Arithmetic"Nachrichtentech.Z.29(1976),H,6,S.47
2bis477参照)。公知の方法では標本化値がデユアルコ
ードで表わされ、式(1)にはフイルタ係数と2進変数
との積が現われる。この変数は可変アドレスとして示さ
れ、ROMのアドレス入力側に加わるので、ROMの出力デー
タはどの場合でも所望の積を表わす。このような構造を
持つフイルタの欠点は、フイルタ係数の数が増えるに従
つて今日利用可能なROMの記憶容量の限界へ急速に近づ
いていくことである。
式(2)についても2つの異なる評価法がある。1つ
の方法では直接形フイルタ構造と呼ばれるものが構成さ
れ、これは式(1)の直接評価法に対応している。第2
の方法は、形の上ではHornerの方式による多項式H
(z)の評価法と一致し、いわゆる転置形フイルタ構造
が得られる。
直接形に比べて転置形は、2つの理由から処理速度の
非常に大きいフイルタに適している。1つの理由は、必
要なクロツク制御遅延素子が、同時に中間演算結果の一
時記憶にも用いられるからである。このいわゆるパイプ
ライニング(Pipelining)によつて、相互に並列処理さ
れる入力信号の各ビツト間の走行時間差が補償される。
高い処理速度に適した2番目の理由は、この並列時間が
可能なことである。2つの遅延素子の走行時間、または
走行時間差がビツトクロツクの周期より小さければ、上
述のフイルタは支障なく機能する。
発明の解決すべき問題点 転置された直接形フイルタについえは、Ulbrich達が
記述している。前述の文献でUlbrich達は、フイルタ係
数をCSDコード(Canonical Signed Digit Code)で表わ
すことを提案している。CSDコードによれば、デユアル
コードの場合と同じく、数値が2のベキ乗の線形結合と
して表わされる。ただし2のベキ乗の係数は、デユアル
コードと違つて0,1または−1の値しかとらない。CSDコ
ードでは連続する2のベキ乗が両方ともゼロと異なる係
数を持つことは許されないので、CSDコードは可逆的に
一義的である。CSDコードは、他のコードと比べて1つ
の数値を表わすのに必要な1の個数が最も少なくなる。
本発明の課題は、式(1)の評価に立脚しかつ冒頭で
述べた特徴を有するフイルタを、次のように改良するこ
とである。まず、式(1)に基づく従来公知のフイルタ
と違つた新しい構造を有すること。次に非常に高い処理
速度(標本化周波数20MHzまで)で使用できること。最
後に、フイルタ係数の数がかなり多くとも(最低25)、
現用の手段で実現できることである。
問題点を解決するための手段 本発明によれば、この課題は次のようにして解決され
る。すなわち、入力信号のコード語が、K段のシフトレ
ジスタによつて、2進桁でそれぞれW桁までシフトさ
れ、p=0,1,2…P−1,w=0,1,2…W−1である。数値
対p,wの各々に2つのワルラスツリーが配属され、 k=0,1,2…K−1である時、k番目の係数の第p2進
桁が+1であれば、シフトレジスタの第k段の第w2進桁
が第1のワルラスツリーの入力側と接続され、k番目の
係数の第p2進桁が−1である場合は第2のワルラスツリ
ーの入力側と接続され、 wが固定でかつすべてのpに対して設けられた第1の
P個ワルラスツリーの各々に後続して、別のワルラスツ
リーから成る第1のカスケードが接続され、該第1のカ
スケードは、第1のP個ワルラスツリーの出力変数によ
つてP個の2のベキ乗の線形結合として表わされた数値
を、逐次的に2進数に変換し、この変換の最後のステツ
プが2つの2進数用の第1の加熱器によつて行なわれ、 すべての第2のワルラスツリー、第2のカスケードお
よび2つの2進数用の第2の加算器に対して上記と同じ
ことが行なわれ、 W個の第1の加算器に接続して複数のワルラスツリー
から成る第3のカスケードが接続され、該第3のカスケ
ードはW個の第1の加算器の出力変数によつてW個の2
つのベキ乗の線形結合として表わされた数値を、逐次的
に2進数に変換し、この変換の最後のステツプが2つの
2進数用の第3の加算器によつて行なわれ、 W個の第2の加算器、第4のカスケードおよび第4の
加算器に対しても上記と同じことが行なわれ、 第3の加算器および第4の加算器の出力側が2つの2
進数用の減算器の入力側と接続され、該減算器の出力側
にフイルタの出力変換が現れる、ようにするのである。
実施例 次に、図面を参照しながら実施例について本発明を詳
しく説明する。
第1図は本発明の実施例の詳細図、第2図はその原理
的回路図である。
実施例として選んだ非巡回形フイルタは16個の係数を
有している(K=16)。この係数をCSDコードで4桁表
示すると(P=4)次の表のようになる。
入力信号の標本化値はデユアルコードの8桁コード語
から成る(W=8)。
CSDコードのフイルタ係数を次式で表わし、 デユアルコードの標本化値を次式で表わし、 両式を式(1)に代入すると次式のような3重和にな
る。
上式のカツコの関係から評価の順序が分る。まず内側
の2つのカツコについて詳しく考察するが、特にw=0
の場合、つまり順次連続する16個すべての標本化値の、
重みが20であるビツトについて考える。この時、kに
関する和のほとんどの項は、hp(k)=0に基いてゼロ
となる。残りの項はhp(k)=1に対する項とhp(k)
=−1に対する項である。正のhp(k)に関する部分和
をS+ 0,p、負に関する部分和をS- 0,pで表わすと、次の
ことが明らかになる。まず、係数h(k)の第p桁が1
である時は、k番目のフイルタ係数に起因するS+ 0,p
対する寄与はx0(n−k)である。次にすべてのフイル
タ係数の第p桁が1であり、かつk=0,1,2,…15に対す
るすべてのx0(n−k)の値が1である時に、S+ 0,p
最大の値をとる。実際には、表に見るようにすべての係
数の第p桁が1ということはなく、あらゆる桁に対して
1の最大数は4またはそれ以下であり、このことは表の
下から2番目の行に明らかである。従つて、S+ 0,pも4
より大きくはならない。
例えばS+ 0,0を計算するには、第1図に示すように0
番目の係数の第p桁が1であるkに対して、記憶箇所S0
0,S10…S150に記憶されている2進値x0(n−k)を第
1のワルラスツリー(Wallace-Tree)E00の入力側へ導
く(第0桁とは重みが20の桁である)。p=1,2,3およ
び対応するワルラスツリーE01,E02,E03に対しても同じ
ことを行なう。
ワルラスツリーは、その入力側に加わつた複数個の1
を出力側で2進数として表示する素子である(例えばTe
xas Instruments社のSN74LS275)。
pに関する式(5)の和は、その係数がすべて0〜4
の整数値をとるワルラスツリーの線形結合である。この
数値表示を2進数としての表示に変換するために、第1
図で第1のワルラスツリーE0にカスケード接続された別
のワルラスツリーEK0ないしEK00,EK01,EK02,EK03が用い
られる。カスケードEK0は、並列伝送ロジツクを有する
第1の高速加算器EA0(carry look ahead adder)で成
端されている。
以上で述べたのと同じことが、hp(k)=−1の場合
にも行なわれる。この場合に必要な素子は、例えばw=
0の時については、第2図にブロツクで示す第2のワル
ラスツリーZ0,第2のカスケードZK0,および並列伝送ロ
ジツクを有する第2の加算器ZA0である。
w=0の場合について述べたことは、wが他の値の時
でもあてはまる。そのために必要な素子も第2図にブロ
ツクとして示されている。つまり、第1のワルラスツリ
ーに含まれるワルラスツリーE1〜E7,第1のカスケードE
Kに含まれるカスケードEK1〜EK7,第1の加算器EAに属す
る加算器EA1〜EA7,第2のワルラスツリーZWに属するワ
ルラスツリーZ1〜Z7,第2のカスケードZKに含まれるカ
スケードZK1〜ZK7,第2の加算器ZAに含まれる加算器ZA1
〜ZA7である。式(5)において、wを固定とし、hp
(k)=1の時はpに関する和をSU+ w(n)で表わし、
hp(k)=−1の時は−SU- w(n)で表わせば、式
(5)は式のように変形される。
式(6)の2つの項からも分るように、この場合で
も、任意の正整数の係数を有する2のベキ乗の線形結合
が2進数に変換される。この変換は式(6)の2つの部
分和に対して別個に行なわれ、具体的には、第2図に示
す第3ないし第4のワルラスツリーカスケードDK,VKに
よつて行なわれる。これらのカスケードは、並列伝送ロ
ジツクを有する第3ないし第4の加算器DA,VAで成端さ
れている。最後に、2つの部分和値の差Aが高速減算器
SUによつて形成される。差Aから、2進数である出力変
数y(n)が得られる。
処理速度をさらに上昇させるには、一点鎖線ZSで区切
られた個々の段の間にクロツク制御される一時記憶メモ
リを配置すればよい。一時記憶メモリおよび他のすべて
の素子に対するクロツク供給の方法は当業者には周知な
ので、ここでは説明しない。
以上の説明から明らかなように、CSDコード表示され
たフイルタ係数に含まれる1の数が少ないほど、乗算の
回数、従つて素子の必要数が少ない。従つて、伝送特性
のトレランス配分に基づいて得られるフイルタ係数の選
択の自由を利用し、すべての係数ができるだけ多くのゼ
ロを有するようにすると有利である。
発明の効果 本発明のデジタルフイルタは、処理速度が標本周波数
で20MHzと非常に高い場合でも使用できる。また、フイ
ルタ係数が25以上とかなり多い場合でも現用の手段で構
成できる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明によるデジタルフイルタの実施例の詳細
図、第2図はその原理的回路図である。 SR……シフトレジスタ、EW,ZW,E0〜E7,Z0〜Z7……ワル
ラスツリー、EK,ZK,DK,VK……カスケード、EA,ZA,DA,VA
……加算器、SU……減算器。

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】入力信号のW桁のコード語をビツト並列で
    処理し、フイルタのK個の係数をCSDコードによるP桁
    コード語として使用する、デジタルフイルタにおいて、 入力信号(E)のコード語がK段(SO,S1…S15)のシフ
    トレジスタ(SR)によつて、2進桁でそれぞれW桁まで
    シフトされ、 p=0,1,2…P−1,w=0,1,2…W−1である数値対p,wの
    各々に2つのワルラスツリーが配属され、 k=0,1,2…K−1である時、k番目の係数の第p2進桁
    が+1であれば、シフトレジスタ(SR)の第k段の第w2
    進桁が第1のワルラスツリーの入力側と接続され、k番
    目の係数の第p2進桁が−1である場合は第2のワルラス
    ツリーの入力側と接続され、 wが固定でかつすべてのpに対して設けられた第1のP
    個ワルラスツリー(E0,E1,…E7)の各々に後続して、別
    のワルラスツリーから成る第1のカスケード(EK0,EK1,
    …EK7)が接続され、該第1のカスケードは、第1のP
    個ワルラスツリーの出力変数によつてP個の2のベキ乗
    の線形結合として表わされた数値を、逐次的に2進数に
    変換し、この変換の最後のステツプが2つの2進数用の
    第1の加算器(EA0,EA1,…EA7)によつて行なわれ、 すべての第2のワルラスツリー(Z0,Z1,…Z7)、第2の
    カスケード(ZK0,ZK1,…ZK7)および2つの2進数用の
    第2の加算器(ZA0,ZA1,…ZA7)に対して上記と同じこ
    とが行なわれ、 W個の第1の加算器(EA0,EA1…EA7)に接続して複数の
    ワルラスツリーから成る第3のカスケード(DK)が接続
    され、該第3のカスケードは、W個の第1の加算器(EA
    0,EA1…EA7)の出力変数によつてW個の2つのベキ乗の
    線形結合として表わされた数値を、逐次的に2進数に変
    換し、この変数の最後のステツプが2つの2進数用の第
    3の加算器(DA)によつて行なわれ、 W個の第2の加算器(ZA0,ZA1,…ZA7)、第4のカスケ
    ード(VK)および第4の加算器(VA)に対しても上記と
    同じことが行なわれ、 第3の加算器(DA)および第4の加算器(VA)の出力側
    が2つの2進数用の減算器(SU)の入力側と接続され、
    該減算器の出力側にフイルタの出力変数(A)が現われ
    る、 ことを特徴とするデジタルフイルタ。
  2. 【請求項2】加算器および減算器(SU)が並列伝送ロジ
    ツクを有する素子である特許請求の範囲第1項記載のデ
    ジタルフイルタ。
  3. 【請求項3】各カスケードの間、またはカスケードの個
    個の段の間にクロツク制御される一時記憶メモリ(ZS)
    が接続されている特許請求の範囲第1項または第2項記
    載のデジタルフイルタ。
  4. 【請求項4】フイルタ特性のトレランス配分を決定する
    ためにフイルタ係数を選択する際に自由度があり、この
    自由度を利用して、個々のフイルタ係数がCSDコードで
    できるだけ多くのゼロを有するようにする、特許請求の
    範囲第1項から第3項のいずれか1項記載のデジタルフ
    イルタ。
JP62140151A 1986-06-10 1987-06-05 デジタルフイルタ Expired - Lifetime JPH0831776B2 (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE3619425.5 1986-06-10
DE19863619425 DE3619425A1 (de) 1986-06-10 1986-06-10 Digitales filter

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPS62293810A JPS62293810A (ja) 1987-12-21
JPH0831776B2 true JPH0831776B2 (ja) 1996-03-27

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ID=6302655

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Application Number Title Priority Date Filing Date
JP62140151A Expired - Lifetime JPH0831776B2 (ja) 1986-06-10 1987-06-05 デジタルフイルタ

Country Status (5)

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US (1) US4843582A (ja)
EP (1) EP0249279B1 (ja)
JP (1) JPH0831776B2 (ja)
KR (1) KR960005385B1 (ja)
DE (2) DE3619425A1 (ja)

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