JPS63204810A - 巡回形デイジタルフイルタ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、標本化されたディジタル信号を処理するのに
用いられる帰還路を有した巡回形ディジタルフィルタに
関するものである。

従来の技術 第７図は従来の巡回形ディジタルフィルタの一例を示す
ブロック図である。１は標本化周期Ｔで標本化されたデ
ィジタル信号を入力する入力端子、２は出力端子である
。３は信号１ｎＴ（ｎは正の整数）の期間遅延する遅延
回路、４は遅延回路３より得た信号に乗数ａを乗じる乗
算回路、６は入力端子１より得た入力信号に乗算回路４
出力を加えて出力端子２および前記遅延回路３に導く加
算回路である。

以上のように構成された従来の巡回形ディジタルフィル
タについてその動作を離散時間システムを表わす２変換
式を用いて説明する。

第７図従来例における伝達関数は２変換式を用いれば次
式のＨｚのようになる。

（１）弐Ｈｚで表わされるような巡回形ディジタルフィ
ルタにおいて、系の安定性は１ａｌ（１で保証される。

つまり第７図構成の乗算回路４が信号に乗する定数ａの
絶対値が１より小さいことで本従来例における巡回形デ
ィジタルフィルタの安定性が保証される。説明を簡単に
するため定数＆を０＜ＩＬ＜１として考える。よって本
従来例の特性は、（１）弐ＨｚよりＤＣゲイン（直流入
力信号に対する出力信号の利得）が１／１−ＩＬであっ
て、高域成分に対してはその振幅を抑圧するような高域
抑圧形フィルタとなる。また巡回形ディジタルフィルタ
の場合問題となるのは、信号を伝送する桁数（ビット数
）である。出力信号が入力側へフィードバックされるた
めに精度的には大きな桁数を必要とするが、回路規模の
点でディジタル信号処理においては、適当な有効桁数を
設けて信号の桁数を制限しなければならない。第３図従
来例では、加算回路５によって入力端子１から得られる
入力信号に加えられる乗算回路４出力、あるいは加算回
路６出力に対してビット制限する。一般には、四捨五入
、切り捨てなどの丸め操作によってピット制限されるが
、これらふたつの手法は、その操作に要する回路規模も
小さくて有効な方法である。

発明が解決しようとする問題点 しかしながら上記のような構成では、乗算回路４のもつ
定数ａがＯ＜ｌ＜１の範囲で設定されて系が安定であっ
ても、信号のビット数を制限する丸め操作で起こる丸め
誤差のためにリミットサイクルが生じる場合がある。こ
れは、直流信号が入力された場合出力信号はＤＣゲイン
１／１−２Ｌの直流信号として収束するが、過去の信号
系列によって遅延回路５のもつ過渡状態の違いにより出
力信号が収束する直流値が常に一定状態とならないとい
う場合がある。

例として乗算回路４のもつ定数ａが０．７５とした場合
で説明する。入力端子１に加えられる入力信号の信号値
が０の直流信号（無人力状態）ならその出力信号もやは
り信号値０の直流信号とならねばならない。しかし、遅
延回路３が過去の信号列のために過渡状態として信号値
１を出力した時、乗算回路４が加算回路５へ加える値は
０．７５である。また、遅延回路３が過渡状態−１を出
力した時には乗算回路４出力は−０，７５となる。これ
らの場合、加算回路６出力信号のビット数を制限するた
めに小数点未満の値を丸める操作が四捨五入。

切り捨て、切り上げによる方法では信号値１または−１
でリミットサイクルが生起する。このため、丸め操作を
絶対値切り捨て等による絶対値操作が必要である。よっ
て、第３図従来例のような巡回形ディジタルフィルタで
は、その前段に直流成分を除去して高域成分のみを取り
出す高域通過形フィルタが構成されていれば絶対値切り
捨てによる丸め操作を加えることでリミットサイクルの
生起を防げる。

次に直流成分を含んだ入力信号が入力端子１に加えられ
た場合について説明する。乗算回路４のもつ定数ｆＬ’
ｉｏ、７６としているのでそのＤＣゲインは前述したよ
うに１７１−ａ　＝４となる。入力端子１へ信号値１ｏ
の直流信号が入力された場合を例にとる。過渡状態とし
て遅延回路３が信号値４ｏを出力した時、乗算回路４出
力は３０とな９、加算回路５出力は丸め操作を必要とせ
ず、ＤＣゲイン４倍の直流出力信号値４ｏに定まる。し
かし、遅延回路３が過渡状態として信号値３９を出力し
た時、乗算回路４出力は２９．２５となるので前述の絶
対値切り捨てによる丸め操作を行なえば出力信号は信号
値３９となる。

以上より第３図構成のような巡回形ディジタルフィルタ
では、前記の絶対値切り捨てによる丸め操作を行っても
リミットサイクルが生じてしまう。

また、前記遅延回路３の遅延時間ｎＴにおけるｎが２以
上の場合には、前記ＩＪ　ミツトサイクルがｎ個生じる
可能性があり、そのため時分割的に異った信号値のリミ
ットサイクルとなり、いわゆる発振状態になってしまう
という問題点を有していた。

特に、スキャン方式によって信号が構成されている映像
信号に対して本従来のようなフィルタでは、前記リミッ
トサイクルのために平坦画面における垂直方向に雑音全
生起させ、さらに前記発振のために水平方向にも雑音を
生起させて画像のＳ／Ｎを悪化させるために、非巡回形
ディジタルフィルタに比べて回路規模の小さい巡回形デ
ィジタルフィルタが使えないという問題点を有していた
。

本発明はかかる点に鑑み、過去の信号列または雑音の影
響などによる信号状態の変化にかかわらず、同一信号値
をもつ直流信号に対して常に同一信号値の直流信号を出
力してリミットサイクルまたはリミットサイクルによっ
て生じる発振を生起させないような巡回形ディジタルフ
ィルタを提供することを目的とする。

問題点全解決するための手段 本発明は、信号を時間ｎ’ｒ（ｎは正の整数）遅延して
４倍（０＜２Ｌ＜１　＞する帰還路と、帰還路出力を入
力信号に加えて帰還路入力とする加算回路と、加算回路
出力ｋ（１−ＩＬ）倍する乗算回路とを備え、前記加算
回路出力の有効桁未満の値ε。

がゼロでない時（０くε、＜１）Ｌきい値ｑｃ。

≦ｑ≦１）に対してε、くｑの時切り捨て、ε、≧ｑの
時切り上げる第１の丸め手段と、前記乗算回路出力の有
効桁未満の値ε２がゼロでない時（０くε２く１）前記
しき値ｑに対してε２≦（１−ｑ）の時切り捨て、ε２
＞（１−（１）の時切ジ上げる第２の丸め手段とを施し
た巡回形ディジタルフィルタである。

作用 本発明は前記した構成により、帰還路を有する巡回形デ
ィジタルフィルタに直流成分を持つ信号が入力されても
、帰還路出力が入力信号に加わる時の第１の丸め手段と
、第２の乗算回路で（１−ａ）倍される時の第２の丸め
手段とを設けてそれぞれ異った丸め操作を施すことによ
り、同一信号レベルの入力信号に対して常に一定の信号
レベルに収束するので出力信号にリミットサイクルによ
る発振などを生起しない。

実施例 第１図は本発明の一実施例における巡回形ディジタルフ
ィルタのブロック図を示すものである。

第１図において、６は標本化周期Ｔでディジタル化され
た信号を入力する入力端子、７は出力端子である。８は
帰還路であって、信号をｎ丁の期間遅延する遅延回路９
と遅延回路９出力に＆倍（０＜２Ｌ＜１　）する乗算回
路１ｏとで構成する。１１は帰還路８出力を入力信号に
加えて帰還路８へ導く加算回路、１２は加算回路１１出
力を（１−ＩＬ）倍して出力端子７へ導く乗算回路であ
る。また、前記加算回路１１において信号の有効桁未満
の値がゼロでない時に信号を有効桁に丸める第１の丸め
手段を施す。この第１の丸め手段は、信号の有効桁が表
わしうる最小識別量を１とした場合に、有効桁未満の値
ε、（０〈ε、〈１）がしきい値ｑ（Ｏ≦ｑ≦１）に対
してε１＜ｑの時切り捨て、ε、≧ｑの時切９ｊげるよ
うにする。第２図に第１の丸め手段によって得られる桁
上げとε、の関係を示す。まｆ？：、第３図に、第２図
桁上げ操作によって信号に加えられる補正量δ、とε、
の関係を示す。

次に、前記乗算回路１２おいて信号の有効桁未満の値が
ゼロでない時に信号を有効桁に丸める第２の丸め手段を
施す。この第２の丸め手段は、信号の有効桁が表わしう
る最小識別量を１として、有効桁未満の値ｔ　２　（０
（ε２く１）が前記しきい値ｑに対してε２≦（１−ｑ
）の時切り捨て、ε２＞（１−ｑ　）の時切り上げるよ
うにする。第４図に第２の丸め手段によって得られる桁
上げとε２の関係を示し、第６図に第４図操上げ操作に
よって信号に加えられる補正量δ２とε２との関係を示
す。

以上のように構成された本実施例の巡回形ディジタルフ
ィルタについて、以下その動作を説明する。

まず２変換式を用いて伝達関数Ｇｚを表わす。

上式より系の安定性はＯ＜Ｊ（１によって保証されてい
る。特性は、ＤＣゲイン１の高域抑圧形フィルタ特性で
ある。

第１図実施例に一定信号レベルの直流信号が入力された
場合の動作全説明する。Ｕｉ直流入力信号の信号レベル
とし、またその時本実施例の巡回形ディジタルフィルタ
の応答が一定状態に収束した時の加算回路１１出力の収
束値２ｖ、出力端子７よシ得られる出力信号の収束値１
ｗとする。次式にｔｙ、ｖ、ｗの関係を示す。

’ｉ　＝　Ｕ　＋　ａＶ＋δ＋　　　　　　　　　　　
−−−−−・（３）Ｗ＝（１−ａ）Ｖ＋δ２・・印・（
４）（３）式を（４）式に代入する。

Ｗ＝Ｕ＋δ、＋δ２　　　　　　　　　　　　　　・・
・・・費句以上の式より、本実施例巡回形ディジタルフ
ィルタのＤＣゲインが１で、かつ同一信号レベルの直流
入力信号に対して常に同一の信号レベルに出力信号に収
束するためには、Ｗ＝Ｕとならねばならないので、上記
（＠式において、 δ、＋δ２＝ｏ　　　　　　　　　　曲−・（６）とな
らねばならない。

ところで、上記（（ロ）式におき、信号の有効桁未満の
値ε、を使ってＵ＋ａＶを、 ｔｔ＋ａｖ＝ｐ＋ε、　　　　　　　　　　・川・・（
７）（ただし、Ｐは有効桁で表わしうる整数である。）
と表わせば、（３）式は１次式のようになる。

ｖ＝ｐ＋ε　＋δ　　　　　　　　　　　・・・・・・
（８）この（８）式において本実施例では第２図および
第３図で示す第１の丸め手段によって補正値δ、全得て
いる。ε、が０〈ε、くｑの範囲にある時には第２図よ
り切り捨て操作を行い、補正値δ、は第３図より、 δ１　＝−ε、、（０＜ε、くｑ　）　　　　　　・・
・・・・（９）である。またε、がｑ≦ε、く１にある
時には切り上げ操作を行い（第２図）、補正値δ１は悌
３図）、 δ、＝１−ε４．（ｑ≦ε、く１）　・・・・・・（１
ｏ）である。

次に第２の丸め手段について説明する。まず、前記値ε
、がｏくε１〈ｑの場合について説明する。補正値δ、
は（９）式より一ε１　となるので、出力信号値Ｗは（
四穴より、 となる。乗算回路１２で信号ｅ（１−４’）倍した時に
生じる有効桁未満の値ε２は（１１）式より、ε２＝１
−ε、　　　　　　　　　　　・・・・・・（１２）で
ある。この値ε２は、値ε、がｏくε、＜ｃｔの範囲に
あるので（１−ｑ）＜ε２く１の範囲となる。よって第
４図第２の丸め手段によれば切り上げ操作となり、その
補正値δ２は第６図より、δ２＝１−ε２−ε、、（０
＜ε、くｑ）　・・・・・・（１３）となる。以上（９
）　、　（１３）式よシ、値ε、が０〈ε。

くｑの範囲にある時の第１の丸め手段による補正値δ、
と第２の丸め手段による補正値δ２は前記（６）式の関
係を満足するので出力信号値Ｗは（５）式より、入力信
号値と同一でかつ一定の信号値Ｕになる。

次に値ε、がｑ≦ε、〈１の範囲にある場合について述
べる。第１の丸め手段による補正値δ。

は（１０）式より（１−ε、）となるので、出力信号値
Ｗは（＠式より、 Ｗ＝Ｕ＋（１−ε、）＋δ２　　　　　・山・・（１４
）となる。この（１４）式より有効桁未満の値ε２はε
２＝１−ε、　　　　　　　　　　　・う・・・・（１
５）となる。また値ε、がｑ≦ε、く１の範囲にあるこ
とから値ε２は（１５）式より０くε２≦（１−（１）
の範囲にある。よって第４図第２の丸め手段によれば切
り捨て操作となってその補正値δ２は第５図より、 δ２＝−ε２＝−（１−ε、）、（（！≦ε、く１）・
・・・・・（１６）となる。以上（１０）　、　（１６
）式より、値ε、が、ｑ≦ε、く１の範囲にある時の第
１の丸め手段による補正値δ、と第２の丸め手段による
補正値δ２は前記（６）式の関係を満足するので出力信
号値Ｗは（＠式よシ値ε、がｏくε、くｑにある時と同
じく入力信号値と同一で一定の信号値Ｕになる。

なお、第２図、第３図の第１の丸め手段、および第４図
、第６図の第２の丸め手段におけるしきい値ｑについて
、ｑ＝１に設定した場合は、第２図より第１の丸め手段
は有効桁未満の「切り捨て」操作であり、第２の丸め手
段は第４図より「切り上げ」操作である。ｑ＝ｏの場合
は、同様に第２図、第４図より、第１の丸め手段は「切
り上げ」操作、第２の丸め手段は「切り捨て」操作であ
る。

また、ｑ＝１７２に設定した場合は、第１の丸め手段は
「四捨五入」操作であり、第２の丸め手段は第４図より
、いわゆる「五捨六入」操作である０以上代表的な丸め
方法の例をあげたが、それぞれの場合において出力信号
の収束値が入力信号の信号値と同一、一定となる動作は
かわらない。特長とするのは、第１の丸め手段による補
正値δ、と第２の丸め手段による補正値δ２が前記（６
）式のように互いに打ち消し合うような相異った丸め方
法を設けていることである。

以上説明したように、本実施例のような巡回形ディジタ
ルフィルタに直流成分をもつ次信号を入力しても、信号
の帰還部における第１の丸め手段と出力部における第２
の丸め手段を相異なる丸め操作を施し、それぞれの丸め
手段での補正値全互いに打ち消し合うようにして、入力
信号の信号値および過去の信号列による巡回形ディジタ
ルフィルタ内部の過渡状態にかかわらず、出力信号の収
束値を入力信号の信号値に対して常に同一かつ一定にし
てリミットサイクルを生起しないようにできる。

第６図は、本発明の他の実施例であって、第１図実施例
の構成を一部変形したものであり、特性および動作は第
１図実施例と全く同等である。よって、第６図実施例に
おいて、第１図実施例と同じ構成要素には同じ番号を付
しである。まず、第６図において帰還路８の構成は、帰
還路８人力を乗算回路１０で１倍してから遅延回路９で
信号を遅延させる。この帰還路８の構成は、第１図実施
例と比べて遅延回路９と乗算回路１０の構成順序が逆と
なっているが、帰還路８の動作を考える時には全く同じ
動作を行っていることはディジタル信号処理の上では目
明である。次に乗算回路１２は、帰還路８の構成要素で
ある乗算回路１ｏの出力を減算回路１３によって加算回
路１１出力から減じる構成で信号ｅ（１−ＩＬ）倍する
ものであって、帰還路８と乗算回路１２とで乗算回路１
０’ｊｚ共有している。以上のような本実施例について
回路規模の点で第１図実施例と比べると、乗算回路１２
の（１−ａ）倍の乗算器と減算回路１３の減算器の違い
であり、第６図本実施例構成の方が有利である。さらに
第２の丸め手段によって信号に補正値δ２を加えるには
第６図のように減算回路１３を構成している方がその実
現が容易である。

発明の詳細 な説明したように、本発明によれば、過去の信号列また
は雑音の影響などによるフィルタ内の過渡状態の違いに
かかわらず、同一信号値の直流信号に対して常に同一信
号値の直流信号を出力することができ、巡回形ディジタ
ルフィルタで問題となるリミットサイクルを解消し、さ
らにそのリミットサイクルによって生じるような信号の
発振が生起しないような巡回形ディジタルフィルタを実
現できるので非常に有効である０特に映像信号に対して
用いれば、リミットサイクルおよびそのリミットサイク
ルに起因した垂直方向および水平方向の雑音を生起させ
ないフィルタ全、非巡回形ディジタルフィルタに比べ回
路規模の非常に少ない巡回形ディジタルフィルタで構成
できるので、その実用的効果は太きい。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明における一実施例の巡回形ディジタルフ
ィルタのブロック図、第２図および第３図は同実施例に
おける第１の丸め手段の動作を説明するための丸め操作
の関係図、第４図および第５図は同実施例における第２
の丸め手段の動作を説明するための丸め操作の関係図、
第６図は本発明の他の実施例の巡回形ディジタルフィル
タのブロック図、第７図は従来の巡回形ディジタルフィ
ルタのブロック図である。 ８・・・・・・帰還路、１１・・・・・・加算回路、１
２・・・・・・乗算回路。 代理人の氏名　弁理士　中　尾　敏　男　ほか１名第１
図 第４図 第５図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 標本化周期Ｔでディジタル化された信号を入力信号とし
   、信号を時間ｎＴ（ｎは正の整数）遅延してａ倍（０＜
   ａ＜１）する帰還路と、帰還路出力を前記入力信号に加
   えて帰還路入力へ導く加算回路と、加算回路出力を（１
   −ａ）倍する乗算回路とを備え、信号の有効桁が表わし
   うる最小識別量を１とし、前記加算回路出力の有効桁未
   満の値ε＿１がゼロでない時（０＜ε＿１＜１）しきい
   値ｑ（０≦ｑ≦１）に対してε＿１＜ｑの時は切り捨て
   、ε＿１≧ｑの時は切り上げるような第１の丸め手段と
   、前記乗算回路出力の有効桁未満の値ε＿２がゼロでな
   い時（０＜ε＿２＜１）前記しきい値ｑに対してε＿２
   ≦（１−ｑ）の時は切り捨て、ε＿２＞（１−ｑ）の時
   は切り上げるような第２の丸め手段とを施こすことを特
   徴とする巡回形ディジタルフィルタ。