專利名稱：數(shù)字濾波裝置及其濾波處理方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及數(shù)字濾波裝置及其濾波處理方法。
背景技術(shù)：
數(shù)字濾波裝置是將在每個(gè)規(guī)定的采樣周期所輸入的量子化位數(shù)份的數(shù)字信號(hào)作為對象，通過對應(yīng)于規(guī)定的濾波系數(shù)及濾波次數(shù)的濾波處理，進(jìn)行除去/抽取數(shù)字信號(hào)所包含的特定的頻率成分。例如，作為數(shù)字濾波裝置，由FIR(Finite Impulse Responce)濾波器或IIR(Infinite ImpulseResponce)構(gòu)成。
然而，數(shù)字濾波裝置的傳遞函數(shù)H(Z)，用“H(Z)＝h(1)·Z^(-1)+h(2)·Z^(-2)+…h(huán)(n)·Z^(-n)”等的濾波系數(shù)h(1)～h(n)和延遲信號(hào)Z^(-1)～Z^(-n)的乘積和運(yùn)算來表示。因此，數(shù)字濾波裝置多由可進(jìn)行高速乘積和運(yùn)算處理的DSP(Digital SignalProcessor)來實(shí)施。(例如，參照以下所示的專利文獻(xiàn)1)。
圖12為由DSP實(shí)施的n次IIR濾波器的框圖。如圖12所示，IIR濾波器由系數(shù)寄存器90、93、延遲寄存器91、94、乘法器92、95、加法器96構(gòu)成。
系數(shù)寄存器90是存儲(chǔ)濾波系數(shù)a0～an的寄存器；系數(shù)寄存器93是存儲(chǔ)濾波系數(shù)b1～bn的寄存器。延遲寄存器91是用于使數(shù)字輸入信號(hào)X(Z)延遲1個(gè)采樣周期的寄存器；延遲寄存器94是用于使數(shù)字輸入信號(hào)Y(Z)延遲1個(gè)采樣周期的寄存器。
乘法器92對數(shù)字輸入信號(hào)X(Z)及由延遲寄存器91延遲的信號(hào)，分別乘以存儲(chǔ)在系數(shù)寄存器90中的濾波系數(shù)a0～an；乘法器95對由延遲寄存器94延遲的信號(hào)，分別乘以存儲(chǔ)在系數(shù)寄存器93中的濾波系數(shù)b1～bn。加法器96對在乘法器92、95中乘法運(yùn)算的結(jié)果進(jìn)行加法運(yùn)算，并輸出數(shù)字輸出信號(hào)Y(Z)。
根據(jù)以上構(gòu)成，圖12所示的IIR濾波器的傳遞函數(shù)H(Z)表示為“H(Z)＝{a0+a(1)·Z^(-1)+…+a(n)·Z^(-n)}/{1+b1·Z^(-1)+…+bn·Z^(-n)}”。而且，n次FIR濾波器在圖12所示的構(gòu)成中可表示為不包含涉及數(shù)字輸出信號(hào)Y(Z)的遞歸部涉及的系數(shù)寄存器93、延遲寄存器94、乘法器95的情況。
專利文獻(xiàn)1特開2003-179466號(hào)公報(bào)。
然而，由DSP構(gòu)成圖12所示的現(xiàn)有的數(shù)字濾波裝置時(shí)，在DSP整個(gè)電路規(guī)模中，有時(shí)乘法器的占有率約為50％等，乘法器的電路規(guī)模與其它電路元件之比極大。例如，在一般的乘法器的情況下，由用于生成被乘數(shù)數(shù)據(jù)和乘數(shù)數(shù)據(jù)的部分積的部分積生成電路；和用于累加部分積的加法器實(shí)現(xiàn)。在此，由于部分積生成電路及加法器成為對應(yīng)于被乘數(shù)數(shù)據(jù)及乘數(shù)數(shù)據(jù)的位數(shù)的電路規(guī)模，故當(dāng)增加被乘數(shù)數(shù)據(jù)及乘數(shù)數(shù)據(jù)的位數(shù)時(shí)，部分積的數(shù)也當(dāng)然增加，其結(jié)果是，DSP整個(gè)電路規(guī)模飛躍性地變大。即，現(xiàn)有的數(shù)字濾波裝置因乘法器電路規(guī)模的影響，向DSP等的集成化困難。
此外，在DSP中，多采用重視可適當(dāng)變更存儲(chǔ)在圖12所示的系數(shù)寄存器90、93中的濾波系數(shù)等、通用性的構(gòu)成。但是，在面向特定用途的數(shù)字濾波裝置等中，由于大多基本限定所要求的濾波特性，故缺乏重視通用性的必然性。即，在現(xiàn)有的數(shù)字濾波裝置中，存在成為不必要的冗余構(gòu)成的可能性。

發(fā)明內(nèi)容
主要用于解決上述課題的本發(fā)明，是一種數(shù)字濾波裝置，其中在每個(gè)規(guī)定周期輸入多位的數(shù)字輸入信號(hào)，輸出作為對上述數(shù)字輸入信號(hào)輸出執(zhí)行對應(yīng)于規(guī)定的濾波系數(shù)及濾波次數(shù)的濾波處理結(jié)果的數(shù)字輸出信號(hào)，其具有用于將上述數(shù)字輸入信號(hào)及/或上述數(shù)字輸出信號(hào)根據(jù)上述濾波次數(shù)，按上述每個(gè)周期依次延遲的延遲處理部；在上述二進(jìn)制記數(shù)的情況下，使上述數(shù)字輸入信號(hào)及在上述延遲處理部進(jìn)行處理后的信號(hào)下移成為有限小數(shù)的上述濾波系數(shù)的小數(shù)部中、表示“1”位指數(shù)的絕對值份的濾波系數(shù)處理部；和對在上述濾波系數(shù)處理部進(jìn)行處理后的信號(hào)作加法運(yùn)算，并輸出上述數(shù)字輸出信號(hào)的加法處理部。
根據(jù)本發(fā)明，可提供不需要濾波處理涉及的乘法器且適合集成化的數(shù)字濾波裝置及其濾波處理方法。


圖1是說明本發(fā)明一實(shí)施方式涉及的數(shù)字濾波裝置的構(gòu)成方法的圖。
圖2是說明本發(fā)明一實(shí)施方式涉及的簡易模型的框圖。
圖3是本發(fā)明一實(shí)施方式涉及的數(shù)字濾波裝置的框圖。
圖4是說明本發(fā)明一實(shí)施方式涉及的數(shù)字濾波裝置的構(gòu)成方法的圖。
圖5是說明本發(fā)明一實(shí)施方式涉及的數(shù)字濾波裝置的構(gòu)成方法的圖。
圖6是說明本發(fā)明一實(shí)施方式涉及的數(shù)字濾波裝置的現(xiàn)有構(gòu)成的框圖。
圖7是說明本發(fā)明一實(shí)施方式涉及的簡易模型的框圖。
圖8是說明本發(fā)明一實(shí)施方式涉及的數(shù)字濾波裝置的構(gòu)成方法的圖。
圖9是說明本發(fā)明一實(shí)施方式涉及的數(shù)字濾波裝置的構(gòu)成方法的圖。
圖10是本發(fā)明一實(shí)施方式涉及的數(shù)字濾波裝置的框圖。
圖11是包含本發(fā)明一實(shí)施方式涉及的數(shù)字濾波裝置的光盤再生裝置中的伺服控制系統(tǒng)的系統(tǒng)構(gòu)成圖。
圖12是現(xiàn)有的數(shù)字濾波裝置的框圖。
圖中10-光盤，20-光拾器，30-RF放大器，31-伺服控制信號(hào)生成部，40-DSP(Digital Signal Processor)，41-A/D變換器，42-伺服均衡器，43-D/A變換器，44-BPF(Band Pass Filter)，400、402-延遲寄存器，401、403-下移器，404-加法器，440、441-下移器，442、443-延遲寄存器，444-加法器，445-信號(hào)線，446、447-反相器元件，448-信號(hào)線，449-通用寄存器，450-控制寄存器，451-譯碼器，452-濾波系數(shù)切換部，50-伺服驅(qū)動(dòng)器，60-微型計(jì)算機(jī)，70-干擾發(fā)生器，90、93-系數(shù)寄存器，91、94-延遲寄存器，92、95-乘法器，96-加法器，97-信號(hào)線。
具體實(shí)施例方式
＝＝＝數(shù)字濾波裝置(硬件構(gòu)成的情況)＝＝＝<概述>
本發(fā)明一實(shí)施方式涉及的數(shù)字濾波裝置由DSP構(gòu)成IIR濾波器或FIR濾波器的任意一個(gè)。此外，本發(fā)明涉及的數(shù)字濾波裝置，以面向基本限定濾波特性的特定用途濾波器為對象。而且，在后述的說明中，作為本發(fā)明涉及的數(shù)字濾波裝置，由可進(jìn)行固定小數(shù)點(diǎn)運(yùn)算的DSP構(gòu)成IIR濾波器。
另外，本發(fā)明涉及的數(shù)字濾波裝置，將用于進(jìn)行數(shù)字輸入信號(hào)及/或延遲信號(hào)和濾波系數(shù)之間的乘法處理的現(xiàn)有的乘法器，替換為將后述下移器(401、403、441、443)及/或延遲信號(hào)直接反轉(zhuǎn)并傳輸?shù)暮笫鲂盘?hào)線(445、448)。
再者，當(dāng)構(gòu)成本發(fā)明涉及的數(shù)字濾波裝置之時(shí)，為了將數(shù)字輸入信號(hào)及/或延遲信號(hào)和濾波系數(shù)之間的乘法運(yùn)算處理特別替換為下移處理，在數(shù)字濾波裝置中處理的濾波系數(shù)，在二進(jìn)制記數(shù)中必須為有限小數(shù)。
因此，在將濾波系數(shù)用二進(jìn)制記數(shù)為有限小數(shù)的限制條件下，根據(jù)執(zhí)行數(shù)字濾波器設(shè)計(jì)用仿真時(shí)的仿真結(jié)果，決定滿足濾波器特性要求規(guī)范的濾波系數(shù)及濾波次數(shù)。而且，所謂的濾波器特性要求規(guī)范，例如在BPF(BandPass Filter)的情況下，由表示頻率特性的尖峰陡度的Q值、或截止頻率、或中心頻率、衰減特性-6dB/oct等設(shè)定。
以下，根據(jù)預(yù)先決定的濾波系數(shù)及濾波次數(shù)，將用現(xiàn)有的乘法器構(gòu)成的濾波器模型稱之為“簡易模型”。而且，在本發(fā)明中，依據(jù)該簡易模型，實(shí)際構(gòu)成不需要乘法器的數(shù)字濾波裝置。
<向LPF的應(yīng)用例>
《替換為下移處理等》根據(jù)圖1至圖3，作為本發(fā)明一實(shí)施方式涉及的數(shù)字濾波裝置，以由1次IIR濾波器構(gòu)成LPF(Low Pass Filter)的情況為例進(jìn)行說明。而且，作為該LPF的規(guī)范，設(shè)量子化位數(shù)為16位、采樣頻率Fs為22.05Hz、截止頻率為1kHz。
首先，圖2為預(yù)先求出的1次IIR濾波器的簡易模型。而且，在該簡易模型中，系數(shù)寄存器90、93、延遲寄存器91、94、乘法器92、95、加法器96與圖12所示的現(xiàn)有構(gòu)成的情況相同。并且，該簡易模型的傳遞函數(shù)H(Z)可表示為“H(Z)＝{a0+a(1)·Z^(-1)}/{1+b1·Z^(-1)}”。此外，濾波系數(shù)a0、a1、b1如圖1所示，在用十進(jìn)制記數(shù)時(shí)分別為“0.125”、“0.125”、“0.75”，數(shù)據(jù)長度在用8位的二進(jìn)制記數(shù)時(shí)為有限小數(shù)。
在此，濾波系數(shù)a0、a1數(shù)據(jù)長度用8位的二進(jìn)制記數(shù)為“0.0010000”。因此，數(shù)字輸入信號(hào)X(Z)和濾波系數(shù)a0在乘法器92a中的乘法處理，以及延遲1個(gè)采樣周期的數(shù)字輸入信號(hào)X(Z)和濾波系數(shù)a1在乘法器92b中的乘法處理，可替換為以濾波系數(shù)a0、a1的小數(shù)部中表示“1”的位的“2”為底的指數(shù)“-3”的絕對值“3”的位數(shù)、進(jìn)行下移的處理。
此外，濾波系數(shù)b1數(shù)據(jù)長度用8位的二進(jìn)制記數(shù)為“0.1100000”。因此，延遲1個(gè)采樣周期的數(shù)字輸出信號(hào)Y(Z)和濾波系數(shù)b1在乘法器95中的乘法處理，可替換為以濾波系數(shù)b1的小數(shù)部中表示“1”的位的以“2”為底的指數(shù)“-1”及“-2”的絕對值“1”及“2”的位數(shù)、進(jìn)行下移的處理。即，并行處理1位下移和2位下移。
《硬件構(gòu)成》因此，由本發(fā)明涉及的1次IIR濾波器實(shí)現(xiàn)的LPF成為圖3所示的構(gòu)成。也就是說，1次IIR濾波器由延遲寄存器400、402(“延遲處理部”)；和下移寄存器401、403(“濾波系數(shù)處理部”)；和加法器404(“加法處理部”)構(gòu)成。
延遲寄存器400是用于使數(shù)字輸入信號(hào)X(Z)延遲1個(gè)采樣周期的寄存器；延遲寄存器402是用于使數(shù)字輸出信號(hào)Y(Z)延遲1個(gè)采樣周期的寄存器。加法器404對在下移器401、403中分別進(jìn)行下移處理的信號(hào)作加法運(yùn)算，并將其加法運(yùn)算結(jié)果作為數(shù)字輸出信號(hào)Y(Z)輸出。
下移器401a根據(jù)濾波系數(shù)a0使數(shù)字輸入信號(hào)X(Z)下移3位，下移器401b根據(jù)濾波系數(shù)a1使由延遲寄存器400延遲1個(gè)采樣周期的數(shù)字輸入信號(hào)X(Z)下移3位。另外，下移寄存器403a、b根據(jù)濾波系數(shù)b1將由延遲寄存器402延遲了1個(gè)采樣周期的數(shù)字輸出信號(hào)Y(Z)進(jìn)行下移1位和下移2位的并行處理。
另外，移位寄存器401、403基本上可由16位的移位寄存器構(gòu)成，但對于下移器401b、403a、403b，希望通過從存儲(chǔ)于延遲寄存器400、402中的數(shù)字輸入信號(hào)X(Z)、數(shù)字輸出信號(hào)Y(X)的16位中、最下位的LSB(Least Significant Bit)除去進(jìn)行下移的位數(shù)而進(jìn)行下移。例如，下移寄存器401b通過取得相當(dāng)于存儲(chǔ)于延遲寄存器400的16位數(shù)字輸入信號(hào)X(Z)中、16位和進(jìn)行下移的3位之差的高位13位，而進(jìn)行下移3位。這樣，與由移位寄存器構(gòu)成下移器401b、403a、403b的情況相比，可在抑制電路規(guī)模增大化的同時(shí)實(shí)現(xiàn)下移。
這樣，本發(fā)明涉及的1次IIR濾波器在濾波系數(shù)處理中，采用的不是現(xiàn)有的乘法器，而是下移器401、403。在此，下移器401、403在與現(xiàn)有的乘法器相比較時(shí)，由于不伴隨部分積的累加運(yùn)算等復(fù)雜處理，只進(jìn)行下移處理，故用極小的電路規(guī)模即可。因此，根據(jù)本發(fā)明，可提供適于集成化的上述1次IIR濾波器等的數(shù)字濾波裝置。
<向BPF的應(yīng)用例>
《替換為下移處理等》根據(jù)圖4至圖10，作為本發(fā)明一實(shí)施方式涉及的數(shù)字濾波裝置，以由2次IIR濾波器構(gòu)成BPF的情況為例進(jìn)行說明。而且，作為2次BPF的要求規(guī)范，量子化位數(shù)為16位、采樣頻率Fs為11kHz。此外，BPF的中心頻率在各自以一種意義確定的0.78kHz、1.00kHz、1.20kHz這3個(gè)頻率中，可任選其中之一。
首先，圖6為本發(fā)明涉及的2次IIR濾波器的現(xiàn)有構(gòu)成。而且在圖6所示的現(xiàn)有構(gòu)成中，系數(shù)寄存器90、93、延遲寄存器91、94、乘法器92、95、加法器96當(dāng)然與圖12所示的內(nèi)容相同。并且，該BPF的傳遞函數(shù)H(Z)可表示為“H(Z)＝{a0+a(1)·Z^(-1)+a(2)·Z^(-2)}/{1+b1·Z^(-1)+b2·Z^(-2)}”。此外，中心頻率分別為0.78kHz、1.00kHz、1.20kHz時(shí)的濾波系數(shù)a0、a1、a2、b1、b2及Q，例如為圖4所示的值。
但是，圖4所示的濾波系數(shù)a0、a1、a2、b1、b2為十進(jìn)制記數(shù)的值，在變換為二進(jìn)制記數(shù)的情況下，不是有限小數(shù)，而是無限小數(shù)。因此，根據(jù)數(shù)字濾波器設(shè)計(jì)用仿真的執(zhí)行結(jié)果，決定濾波系數(shù)a0、a1、a2、b1、b2在二進(jìn)制記數(shù)時(shí)成為有限小數(shù)的簡易模型。圖7表示其簡易模型的構(gòu)成，圖5表示其簡易模型中的濾波系數(shù)a0、a1、a2、b1、b2。
在此，根據(jù)圖8，在圖7所示的簡易模型中，對濾波系數(shù)a0、a2、b2相關(guān)的乘法處理向下移處理的替換等進(jìn)行說明。而且，因?yàn)闉V波系數(shù)a1是“0”，故不需要信號(hào)線自身，因此省略說明。此外，濾波系數(shù)a0、a2、b2在中心頻率分別為0.78kHz、1.01kHz、1.20kHz時(shí)，具有共同的值。
首先，濾波系數(shù)a0以十進(jìn)制記數(shù)而成為“0.125”，數(shù)據(jù)長度以8位的二進(jìn)制記數(shù)，成為“0.0010000”。由此，對數(shù)字輸入信號(hào)X(Z)和濾波系數(shù)a0在乘法器92a中的乘法運(yùn)算處理，可替換為以濾波系數(shù)a0的小數(shù)部分中、表示“1”位的“2”為底的指數(shù)“-3”的絕對值“3”位數(shù)份進(jìn)行下移的處理。
濾波系數(shù)a2以十進(jìn)制記數(shù)，成為“-0.125”。在此，在用二進(jìn)制記數(shù)以十進(jìn)制記數(shù)而成為負(fù)的數(shù)時(shí)，進(jìn)行2的求反變換。以十進(jìn)制記數(shù)“-0.125”的2的求反變換，是通過將絕對值“0.125”的二進(jìn)制記數(shù)“0.0010000”位反轉(zhuǎn)，并對位反轉(zhuǎn)后的最低位位LSB加“1”二實(shí)現(xiàn)的。因此，“-0.125”的2的補(bǔ)數(shù)為“1.1110000”。
因此，由延遲寄存器91a、b延遲2個(gè)采樣周期的數(shù)字輸入信號(hào)X(Z)和濾波系數(shù)a2在乘法器92c中的乘法處理，可替換為依次執(zhí)行與濾波系數(shù)a0時(shí)相同的3位下移處理、位反轉(zhuǎn)處理和加“1”處理的2的求反變換處理。
或者，根據(jù)“-0.125”的2的補(bǔ)數(shù)“1.1110000”，延遲2個(gè)采樣周期的數(shù)字輸入信號(hào)X(Z)和濾波系數(shù)a2在乘法器92c中的乘法處理，也可替換為相當(dāng)于“-1”的反轉(zhuǎn)處理、1位下移處理、2位下移處理和3位下移處理的并行處理。但是，該情況下，由于增加了必要的下移器數(shù)量，電路規(guī)模增大，故最好采用上述向2的求反變換處理的替換。
由于濾波系數(shù)b2以十進(jìn)制記數(shù)而成為“-0.9375”，故進(jìn)行2的求反變換。以十進(jìn)制記數(shù)“-0.9375”的2的求反變換，是通過使絕對值“0.9375”的二進(jìn)制記數(shù)“0.1111000”位反轉(zhuǎn)，并對位反轉(zhuǎn)后的最低位位LSB加“1”而實(shí)現(xiàn)的。因此，“-0.9375”的2的補(bǔ)數(shù)成為整數(shù)部為“-1”的帶小數(shù)的“1.0001000”。
因此，由延遲寄存器94a、94b延遲2個(gè)采樣周期的數(shù)字輸出信號(hào)Y(Z)和濾波系數(shù)b2在乘法器95b中的乘法處理可替換為下述并行處理相當(dāng)于“-1”的反轉(zhuǎn)處理及2的求反變換用的“1”的加法處理；下移以濾波系數(shù)b2的2的補(bǔ)數(shù)記數(shù)的小數(shù)部分中、表示“1”位的“2”為底的指數(shù)“-4”的絕對值“4”的位數(shù)的處理。
或者，延遲2個(gè)采樣周期的數(shù)字輸出信號(hào)Y(Z)和濾波系數(shù)b2在乘法器95b中的乘法處理，也可替換為依次執(zhí)行下述處理的2的求反變換處理1位下移處理、2位下移處理、3位下移處理、4位下移處理的并行處理；各下移后的位反轉(zhuǎn)處理；和加“1”處理。但是，此時(shí)由于增加了必要的下移器數(shù)量，電路規(guī)模增大，故最好采用向相當(dāng)于上述“-1”的反轉(zhuǎn)處理和4位下移處理的并行處理的替換。
其次，根據(jù)圖9，對圖7所示的簡易模型中向?yàn)V波系數(shù)b1相關(guān)的乘法處理的下移處理等的替換進(jìn)行說明。而且，濾波系數(shù)b1在中心頻率為0.78kHz時(shí)十進(jìn)制記數(shù)為“1.75”，為1.01kHz時(shí)十進(jìn)制記數(shù)為“1.625”，為1.20kHz時(shí)十進(jìn)制記數(shù)為“1.5”，各為不同的值。因此，由于各整數(shù)部為“1”的帶小數(shù)，故在圖7所示的簡易模型中，在延遲寄存器94a中除了進(jìn)行延遲1個(gè)采樣周期的數(shù)字輸出信號(hào)Y(Z)和存儲(chǔ)在系數(shù)寄存器93a的濾波系數(shù)b1的小數(shù)部分的乘法運(yùn)算的乘法器95a以外，在延遲寄存器94a中還有將延遲1個(gè)采樣周期的數(shù)字輸出信號(hào)Y(Z)直接提供給加法器96的信號(hào)線。該信號(hào)線相當(dāng)于濾波系數(shù)b1的整數(shù)部“1”。
首先，濾波系數(shù)b1在中心頻率為0.78kHz時(shí)十進(jìn)制記數(shù)為“1.75”，將小數(shù)部“0.75”進(jìn)行數(shù)據(jù)長度為8位的二進(jìn)制記數(shù)時(shí)為“0.1100000”。因此，延遲1個(gè)采樣周期數(shù)字輸出信號(hào)Y(Z)和濾波系數(shù)b1的小數(shù)部在乘法器95a中的乘法處理，可替換為下移以表示濾波系數(shù)b1的小數(shù)部中、“1”位的“2”為底的指數(shù)“-1”及“-2”的絕對值“1”及“2”的位數(shù)份的處理。即，并行處理1位下移和2位下移。而且，在后述的控制寄存器450中，將該狀態(tài)表示為“11”。
同樣，濾波系數(shù)b1在中心頻率為1.01kHz時(shí)十進(jìn)制記數(shù)為“1.625”，將小數(shù)部“0.625”進(jìn)行數(shù)據(jù)長度為8位的二進(jìn)制記數(shù)時(shí)為“0.1010000”。因此，乘法器95a中的乘法處理，可替換為1位下移和3位下移的并行處理。而且，在后述的控制寄存器450中，將該狀態(tài)表示為“10”。
另外，同樣濾波系數(shù)b1在中心頻率為1.20kHz時(shí)十進(jìn)制記數(shù)為“1.5”，將小數(shù)部“0.5”進(jìn)行數(shù)據(jù)長度為8位的二進(jìn)制記數(shù)時(shí)為“0.1000000”。因此，乘法器95a中的乘法處理，可替換為1位下移。而且，在后述的濾波系數(shù)切換部452的構(gòu)成上，將1位下移替換為2位下移的并列處理。并且，在后述的控制寄存器450中，將該狀態(tài)表示為“01”。
《硬件構(gòu)成》因此，由本發(fā)明涉及的2次IIR濾波器實(shí)現(xiàn)的BPF呈如圖10所示的構(gòu)成。也就是說，2次IIR濾波器由延遲寄存器440、442(“延遲處理部”)、下移器441、443(“濾波系數(shù)處理部”)、加法器444(“加法處理部”)、2的補(bǔ)數(shù)變換處理用反相器元件446、規(guī)定的濾波系數(shù)的整數(shù)部相當(dāng)于“1”時(shí)的信號(hào)線445、規(guī)定的濾波系數(shù)的整數(shù)部相當(dāng)于“-1”時(shí)的反相器元件447及信號(hào)線448、用于同時(shí)進(jìn)行2的補(bǔ)數(shù)變換時(shí)的位反轉(zhuǎn)后的加“1”的通用寄存器449和控制寄存器450、譯碼器451、濾波系數(shù)切換部452構(gòu)成。
延遲寄存器440a是用于使數(shù)字輸入信號(hào)X(Z)延遲1個(gè)采樣周期的寄存器；延遲寄存器440b是用于使在延遲寄存器440a中延遲后的數(shù)字輸入信號(hào)X(Z)進(jìn)一步延遲1個(gè)采樣周期的寄存器。
而且，延遲寄存器442a是用于使數(shù)字輸出信號(hào)Y(Z)延遲1個(gè)采樣周期的寄存器；延遲寄存器442b是用于使在延遲寄存器442a中延遲后的數(shù)字輸出信號(hào)Y(Z)進(jìn)一步延遲1個(gè)采樣周期的寄存器。
下移器441a根據(jù)濾波系數(shù)a0，使數(shù)字輸入信號(hào)X(Z)下移3位；下移器441b根據(jù)濾波系數(shù)a2，使由延遲寄存器440a、440b延遲2個(gè)采樣周期的數(shù)字輸入信號(hào)X(Z)下移3位。
并且，濾波系數(shù)a2的處理如前所述，為了在3位下移后進(jìn)行2的補(bǔ)數(shù)變換，依次執(zhí)行位反轉(zhuǎn)處理和加“1”處理。由此，在下移器441b和加法器444之間的信號(hào)線上，設(shè)有反相器元件446，以用于位反轉(zhuǎn)處理。另外，此時(shí)的2的補(bǔ)數(shù)變換用的加“1”處理，通過從通用寄存器449將邏輯值“2”提供給加法器444而進(jìn)行。
下移器443a、443b、443c使圖9所示的濾波系數(shù)b1相關(guān)的下移進(jìn)行，并提供給濾波系數(shù)切換部452。濾波系數(shù)切換部452具有2個(gè)開關(guān)SW1、SW2，根據(jù)作為BPF的3種中心頻率(0.78kHz、1.01kHz、1.20kHz)，在開關(guān)SW1、SW2的各自中選擇下移器443a、443b、443c其中之一。而且，由開關(guān)SW1、SW2分別選擇的下移處理后的信號(hào)被提供給加法器444。
并且，濾波系數(shù)切換部452中的開關(guān)SW1、SW2的切換控制由控制寄存器450和譯碼器451進(jìn)行。控制寄存器450如圖9所示，被設(shè)定為下述之一BPF的中心頻率為0.78kHz時(shí)的“11”，BPF的中心頻率為1.01kHz時(shí)的“10”、BPF的中心頻率為1.20kHz時(shí)的“01”。而且，譯碼器451通過分析存儲(chǔ)在控制寄存器450中的2位，將開關(guān)SW1、SW2的切換控制用控制信號(hào)提供給濾波系數(shù)切換部452。
例如，在中心頻率實(shí)現(xiàn)0.78kHz的BPF時(shí)，在控制寄存器450中設(shè)定“11”。而且，譯碼器451根據(jù)設(shè)定于控制器450中的“11”，將用于開關(guān)SW1選擇下移器443a、開關(guān)SW2選擇下移器443b的控制信號(hào)提供給濾波系數(shù)切換部452。其結(jié)果，在濾波系數(shù)切換部452中，選擇由下移器443a進(jìn)行過1位下移處理的信號(hào)和由下移器443b進(jìn)行過2位下移處理的信號(hào)，提供給加法器444。
下移器443d根據(jù)濾波系數(shù)b2的小數(shù)部，使由延遲寄存器442a、442b延遲2個(gè)采樣周期的數(shù)字輸出信號(hào)Y(Z)下移4位。此外，反相器元件447根據(jù)濾波系數(shù)b2的整數(shù)部“-1”，使由延遲寄存器442a、442b延遲2個(gè)采樣周期的數(shù)字輸出信號(hào)Y(Z)進(jìn)行反轉(zhuǎn)處理。而且，該反轉(zhuǎn)處理后的信號(hào)通過信號(hào)線448提供給加法器444。再者，該情況下的、用于2的補(bǔ)數(shù)變換的加“1”處理，通過由通用寄存器449將邏輯值“2”提供給加法器444進(jìn)行。
即，濾波系數(shù)b2相關(guān)的處理，通過并行進(jìn)行下移器443d中的4位下移處理和反相器元件447中的反轉(zhuǎn)處理而實(shí)現(xiàn)。
通用寄存器449是為了使濾波系數(shù)a2及b2中的2的補(bǔ)數(shù)變換處理時(shí)進(jìn)行的位反轉(zhuǎn)后的加“1”運(yùn)算在加法器444中匯總進(jìn)行而設(shè)定的寄存器。即，在通用寄存器449中，預(yù)先設(shè)定邏輯值“2”，通過將該邏輯值“2”提供給加法器444，從而可同時(shí)完成濾波系數(shù)a2及b2中的2的補(bǔ)數(shù)變換用的加“1”運(yùn)算。
這樣，本發(fā)明涉及的2次IIR濾波器，在濾波系數(shù)的處理中，不用現(xiàn)有的乘法器，而是采用下移器441、443。在此，下移器441、443與現(xiàn)有的乘法器相比時(shí)，由于不會(huì)帶來部分積的累加運(yùn)算等復(fù)雜的處理，而只進(jìn)行下移處理，故用極小的電路規(guī)模即可。由此，根據(jù)本發(fā)明，可提供適于集成化的、上述2次IIR濾波器等的數(shù)字濾波裝置。
＝＝＝數(shù)字濾波裝置(軟件構(gòu)成的情況)＝＝＝在本發(fā)明涉及的數(shù)字濾波裝置中，可用軟件實(shí)現(xiàn)濾波系數(shù)處理相關(guān)的下移處理及加法處理。
例如，考慮進(jìn)行用十進(jìn)制記數(shù)延遲信號(hào)“-0.5”和用十進(jìn)制記數(shù)濾波系數(shù)“0.6”的乘法運(yùn)算處理“-0.5×0.6＝-0.3”的情況。而且，由于延遲信號(hào)“-0.5”用2的補(bǔ)數(shù)及16進(jìn)制記數(shù)為“C0(h)”，濾波系數(shù)“0.6”用2的補(bǔ)數(shù)及16進(jìn)制記數(shù)為“60(h)”，故乘法運(yùn)算處理“-0.5×0.6＝-0.3”可用2的補(bǔ)數(shù)及16進(jìn)制記數(shù)為“C0(h)×60(h)＝D0(h)”。
在此，濾波系數(shù)“60(h)”由于可用數(shù)據(jù)長度為8位的二進(jìn)制記數(shù)為“0.1100000＝0.1000000+0.0100000”，故濾波系數(shù)“60(h)”的處理可通過并行處理對應(yīng)于“0.1000000”的1位算術(shù)下移和對應(yīng)于“0.0100000”的2位算術(shù)下移來實(shí)現(xiàn)。
由此，由于1位算術(shù)下移后的延遲信號(hào)“C0(h)”為“E0(h)”，2位算術(shù)下移后的延遲信號(hào)“C0(h)”為“F0(h)”，故“C0(h)×60(h)”可由“E0(h)+F0(h)”的加法運(yùn)算來實(shí)現(xiàn)。
這樣，由于以算術(shù)下移+加法處理這一基本的運(yùn)算處理組合可進(jìn)行濾波處理，故不需要能進(jìn)行固定小數(shù)點(diǎn)運(yùn)算的乘法器或DSP等特別的配置，只需利用微型計(jì)算機(jī)具有的通用ALU(Arithmetic Logic Unit)功能就足夠了。在此，在一般的控制系統(tǒng)中，DSP是與微型計(jì)算機(jī)組合構(gòu)成的，但由于通過采用本發(fā)明涉及的濾波處理，而在該控制系統(tǒng)中不需要DSP或可極性固定小數(shù)點(diǎn)運(yùn)算的乘法器，故這樣可降低電路規(guī)模。
＝＝＝伺服控制用濾波器＝＝＝就對于具有光盤再生裝置的伺服控制系統(tǒng)的伺服均衡器或其增益調(diào)整用濾波器適用本發(fā)明涉及的數(shù)字濾波裝置的實(shí)施例進(jìn)行說明。圖11為包含本發(fā)明涉及的數(shù)字濾波裝置的光盤再生裝置中的伺服控制系統(tǒng)的系統(tǒng)構(gòu)成圖。
光拾器20具有激光元件、光檢測器、物鏡等(均未圖示)，為利用由激光元件經(jīng)物鏡射出的激光進(jìn)行記錄在光盤10上的信息的讀出或?qū)懭氲碾娮恿慵?。而且，從激光元件射出的激光由光盤10的記錄面反射后，可在光檢測器中檢測出。
RF放大器30是通過對由光拾器20的光檢測器檢測出的光檢測信號(hào)以規(guī)定放大倍數(shù)進(jìn)行放大而進(jìn)行RF信號(hào)生成的放大器。該RF信號(hào)通過由DSP40所具有的解碼處理部進(jìn)行譯碼處理，而再生記錄在光盤10上的信息。并且，在RF放大器30中，通常組入用于生成跟蹤錯(cuò)誤信號(hào)或聚焦錯(cuò)誤信號(hào)等伺服控制信號(hào)的伺服控制信號(hào)生成部31。
在此，所謂的跟蹤錯(cuò)誤信號(hào)是在讀出記錄在光盤10上的目標(biāo)磁道上的信息時(shí)，用于使從光拾器20射出的激光追隨目標(biāo)磁道的跟蹤伺服控制中使用的控制信號(hào)。另外，所謂的聚焦錯(cuò)誤信號(hào)是用于使光拾器20的物鏡的聚焦位置對準(zhǔn)光盤10上的記錄面的聚焦伺服控制中使用的控制信號(hào)。
DSP40進(jìn)行數(shù)字伺服功能或編碼/解碼處理功能等這些光盤用數(shù)字信號(hào)處理。而且，DSP40在數(shù)字伺服功能中，特別具有用于將由伺服控制信號(hào)生成部31生成的模擬伺服控制信號(hào)變換為數(shù)字信號(hào)的A/D變換器41；為了實(shí)現(xiàn)伺服控制穩(wěn)定化而進(jìn)行A/D變換后的伺服控制信號(hào)的增益調(diào)整或相位補(bǔ)償?shù)炔ㄐ握蔚乃欧馄?2；和將增益、相位補(bǔ)償后的數(shù)字伺服控制信號(hào)再次變換為模擬信號(hào)的D/A變換器43。
此外，由D/A變換器43變換為模擬信號(hào)的伺服控制信號(hào)，通過提供給伺服驅(qū)動(dòng)器50，從而對光拾器20進(jìn)行跟蹤伺服控制和聚焦伺服控制。而且，微型計(jì)算機(jī)60管理包含圖11所示的伺服控制的整個(gè)光盤再生裝置的控制。
在此，伺服均衡器42在低頻帶，為了吸收伴隨光拾器20自身大的變化的伺服控制信號(hào)的變化部分而設(shè)定高增益；在中頻帶(1kHz附近)，為了除去因光盤10上的損傷而引起的伺服控制信號(hào)的變化部分而設(shè)定低增益；在高頻帶，為了提高對應(yīng)于跟蹤時(shí)的微小變化的跟蹤性而設(shè)定高增益。即，伺服均衡器42成為不讓中頻帶信號(hào)通過的BEF(Band EliminationFilter)形態(tài)。
此外，伺服均衡器42的頻率特性可通過采用干擾發(fā)生器70及BPF44而在設(shè)計(jì)時(shí)預(yù)先確定。例如，干擾發(fā)生器70發(fā)生1kHz的試驗(yàn)用Sin波并提供給A/D變換器41。此時(shí)，A/D變換器41的輸出成為對A/D變換后的伺服控制信號(hào)重疊了相當(dāng)于1kHz的Sin波的數(shù)字信號(hào)的狀態(tài)。BPF44提供該A/D變換器41的輸出，在抽取1kHz的頻率成分的同時(shí)檢測頻率成分的增益。也就是說，伺服均衡器42的頻率特性是根據(jù)由該BPF44檢測出的頻率成分的增益而預(yù)先設(shè)定的。
在此，本發(fā)明涉及的數(shù)字濾波裝置可在作為伺服均衡器42的BEF或伺服均衡器42的增益設(shè)定用BPF44中采用。由此，因在伺服均衡器42或BPF44的濾波系數(shù)的處理中，不需要現(xiàn)有的乘法器，故可抑制DSP40電路規(guī)模的擴(kuò)大化。即，根據(jù)本發(fā)明，可提供適于DSP40等的集成化的數(shù)字濾波裝置。
以上，雖然對本實(shí)施方式進(jìn)行了說明，但上述實(shí)施例是為了易于理解本發(fā)明，而并非用于限定、解釋本發(fā)明。本發(fā)明不脫離其宗旨，在得以變更/改良的同時(shí)，在本發(fā)明中也包含其等價(jià)物。
權(quán)利要求
1.一種數(shù)字濾波裝置，其中在每個(gè)規(guī)定周期輸入多位數(shù)字輸入信號(hào)，輸出作為對所述數(shù)字輸入信號(hào)執(zhí)行規(guī)定的濾波系數(shù)及濾波次數(shù)對應(yīng)的濾波處理的結(jié)果的數(shù)字輸出信號(hào)，其特征在于，具有根據(jù)所述濾波次數(shù)，使所述數(shù)字輸入信號(hào)及/或所述輸出信號(hào)在每個(gè)所述周期依次進(jìn)行延遲的延遲處理部；用于使所述數(shù)字輸入信號(hào)及由所述延遲處理部處理后的信號(hào)下移以二進(jìn)制記數(shù)時(shí)成為有限小數(shù)的所述濾波系數(shù)的小數(shù)部中、表示“1”位指數(shù)的絕對值份的濾波系數(shù)處理部；和對由所述濾波系數(shù)處理部進(jìn)行處理后的信號(hào)作加法運(yùn)算，并將該加法運(yùn)算結(jié)果作為所述數(shù)字輸出信號(hào)而輸出的加法處理部。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的數(shù)字濾波裝置，其特征在于，所述濾波系數(shù)處理部在所述濾波系數(shù)是具有“1”或“-1”的整數(shù)部的帶小數(shù)的情況下，在所述整數(shù)部為“1”時(shí)，將所述數(shù)字輸入信號(hào)及/或所述數(shù)字輸出信號(hào)直接提供給所述加法處理部；在所述整數(shù)部為“-1”時(shí)，將所述數(shù)字輸入信號(hào)及/或所述數(shù)字輸出信號(hào)反轉(zhuǎn)并提供給所述加法處理部。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的數(shù)字濾波裝置，其特征在于，所述濾波系數(shù)處理部在所述濾波系數(shù)為負(fù)時(shí)，根據(jù)2的補(bǔ)數(shù)變換前的所述濾波系數(shù)位列或2的補(bǔ)數(shù)變換后的所述濾波系數(shù)的位列中、小數(shù)部中“1”位多的一方進(jìn)行所述下移。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的數(shù)字濾波裝置，其特征在于，所述延遲處理部是在每個(gè)所述周期保持所述數(shù)字輸入信號(hào)及/或所述數(shù)字輸出信號(hào)的寄存器；所述濾波系數(shù)處理部通過在存儲(chǔ)于所述寄存器中的所述數(shù)字輸入信號(hào)及/或所述數(shù)字輸出信號(hào)中，取得相當(dāng)于所述多位和所述指數(shù)的絕對值份的位之差的高位列，而進(jìn)行所述下移。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的數(shù)字濾波裝置，其特征在于，具有在可選擇多個(gè)對應(yīng)于規(guī)定的所述濾波次數(shù)的所述濾波系數(shù)時(shí)，用于切換按每個(gè)所述多個(gè)濾波系數(shù)進(jìn)行設(shè)定的多個(gè)所述濾波系數(shù)處理部的系數(shù)切換部。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的數(shù)字濾波裝置，其特征在于，所述加法處理部對于在對負(fù)的所述濾波系數(shù)進(jìn)行2的補(bǔ)數(shù)變換時(shí)進(jìn)行的位反轉(zhuǎn)后的加“1”運(yùn)算，將所述負(fù)的濾波系數(shù)的數(shù)份的所述加“1”運(yùn)算匯總進(jìn)行。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的數(shù)字濾波裝置，其特征在于，是在光盤再生裝置中進(jìn)行伺服控制信號(hào)的波形整形用的伺服均衡器中采用的濾波器。
8.一種濾波處理方法，其是在每個(gè)規(guī)定周期輸入多位數(shù)字輸入信號(hào)，輸出作為對所述數(shù)字輸入信號(hào)執(zhí)行規(guī)定的濾波系數(shù)及濾波次數(shù)對應(yīng)的濾波處理的結(jié)果的數(shù)字輸出信號(hào)的數(shù)字濾波裝置中的濾波處理方法，其特征在于，具有根據(jù)所述濾波次數(shù)，使所述數(shù)字輸入信號(hào)及/或所述數(shù)字輸出信號(hào)在所述每個(gè)周期依次延遲的工序；使所述數(shù)字輸入信號(hào)及在所述延遲處理部進(jìn)行所述依次處理后的信號(hào)下移以所述二進(jìn)制記數(shù)的情況下成為有限小數(shù)的所述濾波系數(shù)的小數(shù)部中、表示“1”位指數(shù)的絕對值份的工序；和對所述下移后的信號(hào)作加法運(yùn)算，并將該加法運(yùn)算結(jié)果作為所述數(shù)字輸出信號(hào)輸出的工序。
全文摘要
本發(fā)明提供一種適于應(yīng)集成化的數(shù)字濾波裝置。一種數(shù)字濾波裝置，其在每個(gè)規(guī)定周期輸入多位數(shù)字輸入信號(hào)，輸出作為對上述數(shù)字輸入信號(hào)執(zhí)行規(guī)定的濾波系數(shù)及濾波次數(shù)對應(yīng)的濾波處理的結(jié)果的數(shù)字輸出信號(hào)，其中具有根據(jù)上述濾波次數(shù)，使上述數(shù)字輸入信號(hào)及/或上述輸出信號(hào)在每個(gè)上述周期依次進(jìn)行延遲的延遲處理部；用于使上述數(shù)字輸入信號(hào)及由上述延遲處理部處理后的信號(hào)下移以二進(jìn)制記數(shù)時(shí)成為有限小數(shù)的上述濾波系數(shù)的小數(shù)部中、表示“1”位指數(shù)的絕對值份的濾波系數(shù)處理部；和對由上述濾波系數(shù)處理部進(jìn)行處理后的信號(hào)作加法運(yùn)算，并將該加法運(yùn)算結(jié)果作為上述數(shù)字輸出信號(hào)而輸出的加法處理部。
文檔編號(hào)H03H17/02GK1691503SQ20051006734
公開日2005年11月2日 申請日期2005年4月20日 優(yōu)先權(quán)日2004年4月20日
發(fā)明者小暮浩之 申請人:三洋電機(jī)株式會(huì)社