專利名稱：數(shù)字濾波器組結(jié)構(gòu)及其實施方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是關(guān)于一種數(shù)字濾波器組結(jié)構(gòu)及其實施方法，特別是關(guān)于一種將間隔取樣多重速率系統(tǒng)(Decimation in Multi-Rate Sys-tem)及分布式算術(shù)算法(Distributed Arithmatic Algorithm)二者相結(jié)合，來實現(xiàn)減小尺寸面積的數(shù)字濾波器組結(jié)構(gòu)及其實施方法。
一般語音(speech)、樂音(audio)和圖像(video)處理經(jīng)常會使用濾波器組(filter bank)，以便將一個外界輸入信號分割成數(shù)個窄頻帶的信號組群。這些窄頻帶的信號組群按照不同的應(yīng)用，如樂音的壓縮、合成、或語音識別等，而有各種不同的算法(Algorithm)相對應(yīng)。這些窄頻帶信號組群的產(chǎn)生，需要由相對應(yīng)個數(shù)的濾波器來完成，因此窄頻帶的信號個數(shù)愈多，這些以硬件實現(xiàn)的濾波器個數(shù)也愈多，所以按照這種現(xiàn)有結(jié)構(gòu)所需占用的尺寸面積也隨窄頻帶的信號個數(shù)呈線性增加，或者只有使用昂貴數(shù)字信號處理器芯片(DSP Chip)以固件(firmware)實現(xiàn)它們。
此外，一般現(xiàn)有數(shù)字濾波器的硬件實現(xiàn)不外乎乘法器、加法器以及寄存器三種元件組合而成，而其中乘法器的硬件結(jié)構(gòu)則比加法器以及寄存器復(fù)雜的多。
現(xiàn)有的濾波器組(filter bank)硬件結(jié)構(gòu)，如

圖1所示，由數(shù)個頻帶不重疊或少量重疊的濾波器如N個組合而成，N為自然數(shù)，其中濾波器可為模擬濾波器或數(shù)字濾波器，用以將一輸入的頻帶信號分成N個次(窄)頻帶信號輸出，故它在接受該輸入信號后，將產(chǎn)生輸出信號1～輸出信號N。數(shù)字濾波器則按不同的規(guī)格要求而有有限脈沖響應(yīng)(FIR)，如圖2；及無限脈沖響應(yīng)(IIR)兩種形式，無限脈沖響應(yīng)則又有直接型I(Direct form I)，如圖3，及直接型II(Directform II)，如圖4等不同的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，其理論在一般教科書上都有所記載，在這里用一簡短說明配合上述圖示來描述。
如圖2、3、4所示，h0～hM、a1～aN-1、c0～cN-1為數(shù)字濾波器組系數(shù)，用來與一對應(yīng)節(jié)點上的信號相乘，再累加到下一節(jié)點上，Z-1則為延遲函數(shù)，用以延遲前一節(jié)點上的信號至下一節(jié)點。以圖3為例，假設(shè)當(dāng)前時間為n，同時每一往前順延的時間單位為1～(N-1)，并且各時間單位具有一對應(yīng)的信號，即當(dāng)前外界輸入信號X(n)、當(dāng)前極點(pole)輸入信號W(n)、及當(dāng)前輸出信號Y(n)，其關(guān)系式為W(n)＝b0*X(n)+b1*X(n-1)+b2*X(n-2)+…+bN-1*X(n-(N-1))Y(n)＝W(n)+a1*Y(n-1)+a2*Y(n-2)+…+aN-1*Y(n-(N-1))而以圖4為例，W(n)也為當(dāng)前極點輸入信號，Y(n)為當(dāng)前輸出信號，其關(guān)系式則為W(n)＝X(n)+a1*W(n-1)+a2*W(n-2)+…+aN-1*W(n-(N-1))Y(n)＝c0*W(n)+c1*W(n-1)+c2*W(n-2)+…+cN-1*W(n-(N-1))其中，由上述關(guān)系式知，若單純以硬件實現(xiàn)其乘積項與加法的展開，該結(jié)構(gòu)勢必需要許多乘法器、加法器和移位寄存器，而且其數(shù)量將隨數(shù)字濾波器階數(shù)(order)的增加而線性增加，當(dāng)把這些數(shù)字濾波器組合成數(shù)字濾波器組(digital filter bank)并應(yīng)用在語音、樂音及影像的處理上時，一旦濾波器組(filter bank)內(nèi)濾波器個數(shù)要求增加，即分割的頻譜數(shù)要求增加，則將會產(chǎn)生數(shù)量極多的乘法器、加法器和移位寄存器，如此龐大的硬件以集成電路的觀點來看，相當(dāng)不經(jīng)濟。
有鑒于此，本發(fā)明的目的在于，通過將間隔取樣多重速率系統(tǒng)(Decimation in Multi-Rate System)及分布式算術(shù)算法(Distri-buted Arithmatic Algorithm)二者相結(jié)合來實現(xiàn)減小尺寸面積的數(shù)字濾波器組硬件結(jié)構(gòu)及其電路。
本發(fā)明采用的間隔取樣多重速率系統(tǒng)有多重階段狀態(tài)，每階段狀態(tài)操作在不同的速率，并重復(fù)使用少數(shù)的幾個濾波器，可將一外界輸入信號濾波出多個不同頻帶的信號組群，并根據(jù)不同應(yīng)用領(lǐng)域用不同的算法作處理。
本發(fā)明利用分布式算術(shù)算法來處理乘積項和(sum of product)的運算，可應(yīng)用在數(shù)字濾波器上。
本發(fā)明的間隔取樣多重速率系統(tǒng)是采用間隔取樣(Decimation)原理，并用樹狀結(jié)構(gòu)、時間多路復(fù)用、循環(huán)反饋(recursive feed-back)來完成數(shù)字濾波器組結(jié)構(gòu)的硬件實現(xiàn)。
本發(fā)明的間隔取樣(Decimation)原理是將一取樣后的輸入信號經(jīng)一組數(shù)字濾波器濾波后，選擇特定頻帶信號，如低通信號的輸出，并每隔M個取樣點取出一點，使信號的傳送速率經(jīng)間隔取樣后降為原來的1/M，稱之為M分法間隔取樣(M-fold Decimation)。
在本發(fā)明中，在Q個數(shù)字濾波器組的樹狀結(jié)構(gòu)中，將可定義出Q個階段狀態(tài)，Q為自然數(shù)，而根據(jù)M分法間隔取樣原理，前一階段狀態(tài)的信號群操作速率為后一階段狀態(tài)的信號群操作速率的M倍。
在本發(fā)明中，以時間多路復(fù)用方式規(guī)劃數(shù)字濾波器組的樹狀結(jié)構(gòu)中各個階段狀態(tài)的時序。
本發(fā)明的數(shù)字濾波器組結(jié)構(gòu)的硬件實現(xiàn)，可配合循環(huán)反饋的方式而重復(fù)使用少數(shù)幾個數(shù)字濾波器。
本發(fā)明的數(shù)字濾波器組結(jié)構(gòu)由三個單元組成，包括輸入信號選擇單元，頻帶選擇單元，及濾波器組單元。
本發(fā)明的數(shù)字濾波器組結(jié)構(gòu)的濾波器組單元，包括高通、低通及N個帶通濾波器，它用分布式算術(shù)算法完成硬件實現(xiàn)，N為正整數(shù)。
在本發(fā)明中，利用分布式算術(shù)算法的數(shù)字濾波器組單元，其每一濾波器的電路，共有八個單元，即第一選擇器，第二選擇器，極點處理單元，并行轉(zhuǎn)串行傳送單元，移位寄存器，第一存儲器，第二存儲器，及零點處理單元。
本發(fā)明的數(shù)字濾波器應(yīng)用的分布式算術(shù)算法，是利用查表法配合存儲器來進行硬件實現(xiàn)的。
為實現(xiàn)本發(fā)明的上述目的與特點，本發(fā)明提供一種數(shù)字濾波器組結(jié)構(gòu)，包括一輸入信號選擇單元，用于選擇一外界輸入信號或多個階段低通信號中之一并輸出；一濾波器組單元，根據(jù)至少一個階段狀態(tài)控制信號來定義本單元的階段狀態(tài)，用以在接受來自該信號選擇單元的輸出后，進行濾波而輸出各階段高通、帶通、和低通信號，并且該階段低通信號將循環(huán)反饋至上述輸入信號選擇單元；及一頻帶選擇單元，用以接受來自該濾波器組單元的各階段狀態(tài)的高通信號、帶通信號及最后階段的低通信號，并確定一頻帶信號作為輸出。
本發(fā)明還提供一種數(shù)字濾波器組結(jié)構(gòu)的實施方法，包括下列步驟a.使用間隔取樣多重速率系統(tǒng)，使該數(shù)字濾波器組具有多重階段狀態(tài)；b.按時間多路復(fù)用方式規(guī)劃所述各階段狀態(tài)的時序，使每個階段狀態(tài)操作在不同速率；c.借助該數(shù)字濾波器組對一輸入信號進行濾波，以產(chǎn)生多個不相重疊或少量重疊的頻帶信號群；及d.選擇上述頻帶信號群的一部分，對該數(shù)字濾波器組進行循環(huán)反饋，以產(chǎn)生具有多重階段狀態(tài)的頻帶信號群。
采用本發(fā)明的上述數(shù)字濾波器組結(jié)構(gòu)及其實施方法，可以減少所需的濾波器組內(nèi)濾波器個數(shù)，從而實現(xiàn)減小尺寸面積的數(shù)字濾波器組結(jié)構(gòu)，更為經(jīng)濟。
圖1示出了現(xiàn)有的濾波器組(filer bank)硬件結(jié)構(gòu)方框圖；圖2示出一有限脈沖響應(yīng)(FIR)數(shù)字濾波器的方框圖；圖3示出另一無限脈沖響應(yīng)(IIR)直接型I(Direct form I)的數(shù)字濾波器的方框圖；圖4示出另一無限脈沖響應(yīng)(IIR)直接型II(Direct form II)的數(shù)字濾波器的方框圖；圖5示出本發(fā)明的采用間隔取樣原理的數(shù)字濾波器組的樹狀結(jié)構(gòu)；圖6示出本發(fā)明中根據(jù)時間多路復(fù)用方式規(guī)劃各階段狀態(tài)的時序；
圖7示出了本發(fā)明具有循環(huán)反饋的數(shù)字濾波器組結(jié)構(gòu)10的硬件實施方式；圖8示出本發(fā)明中采用分布式算術(shù)算法的數(shù)字濾波器組單元的電路；圖9a、9b示出了本發(fā)明中的輸入信號選擇單元的電路；圖10示出了本發(fā)明的頻帶選擇單元電路的電路；圖11、12分別示出了本發(fā)明中的選擇器的電路及其時序圖；圖13、14分別示出了本發(fā)明的選擇器的電路及其時序圖；圖15、16分別示出了本發(fā)明的極點處理單元電路及其時序圖；圖17、18分別示出了本發(fā)明的并行轉(zhuǎn)串行傳送單元電路及其時序圖；圖19、20分別示出了本發(fā)明的移位寄存器電路及其時序圖；及圖21、22示出了本發(fā)明的零點處理單元電路及其時序圖；為使本發(fā)明的上述目的和優(yōu)點更為清楚，以下結(jié)合附圖對本發(fā)明的優(yōu)選實施例進行詳細的說明。
首先參見圖5至圖10，對按照本發(fā)明的優(yōu)選實施例的數(shù)字濾波器組結(jié)構(gòu)及其實施方法依次進行說明。
本發(fā)明的工作原理為，將間隔取樣多重速率系統(tǒng)(Decimationin Multi-Rate System)及分布式算術(shù)算法(Distributed Arithm-atic Algorithm)二者結(jié)合來實現(xiàn)減小尺寸面積的數(shù)字濾波器組硬件結(jié)構(gòu)及其電路。間隔取樣多重速率系統(tǒng)有多重階段狀態(tài)，每個階段狀態(tài)操作在不同的速率，且重復(fù)使用少數(shù)幾個濾波器，它可將一外界輸入信號濾出多個不同頻帶的信號組群，并根據(jù)不同應(yīng)用領(lǐng)域采用不同的算法作處理。而分布式算術(shù)算法則用來處理乘積項和(sum of product)的運算，可應(yīng)用在數(shù)字濾波器上。
其中間隔取樣多重速率系統(tǒng)采用間隔取樣(Decimation)原理，并采用樹狀結(jié)構(gòu)、時間多路復(fù)用、循環(huán)反饋(recursive feedback)來完成數(shù)字濾波器組結(jié)構(gòu)的硬件實現(xiàn)。采用間隔取樣原理的數(shù)字濾波器組的樹狀結(jié)構(gòu)-圖5參見圖5，間隔取樣(Decimation)原理是將一取樣后的輸入信號經(jīng)一組數(shù)字濾波器濾波后，取特定頻帶信號如低通信號的輸出，并每隔M個取樣點取出一點，使信號的傳送速率經(jīng)間隔取樣后降為原來的1/M，稱之為M分法間隔取樣(M-fold Decimation)。
以五個數(shù)字濾波器組bank0-bank4為例，當(dāng)外界輸入信號通過第一個數(shù)字濾波器組bank0時，會由一高通濾波器HPF、一低通濾波器LPF及N個帶通濾波器BPF-1～BPF-N，來濾波出N+2個不相重疊或少量重疊的信號群，將此時的狀態(tài)定義為第一階段狀態(tài)。濾波出的信號群分別定義為第一階段高通信號、第一階段低通信號、第一階段帶通信號1、…、及第一階段帶通信號N，其中第一階段高通信號由高通濾波器HPF輸出，第一階段低通信號由低通濾波器LPF輸出，第一階段帶通信號1由帶通濾波器BPF-1輸、…、而第一階段帶通信號N由帶通濾波器BPF-N輸出。
此時選擇第一階段低通信號作M分法間隔取樣，再將此M分法間隔取樣后的信號輸出至下一級的第二個數(shù)字濾波器組bank1，以濾出N+2個信號群。將此時狀態(tài)定義為第二階段狀態(tài)，而濾出的信號則定義為第二階段高通信號、第二階段低通信號、第二階段帶通信號1、…、及第二階段帶通信號N。同樣地，第二階段高通信號由高通濾波器HPF輸出，第二階段低通信號由低通濾波器LPF輸出，第二階段帶通信號1由帶通濾波器BPF-1輸出，…，及第二階段帶通信號N由帶通濾波器BPF-N輸出。
如此重復(fù)工作下去而有第三個數(shù)字濾波器組bank2的第三階段狀態(tài)，包括第三階段信號高通信號、第三階段低通信號、第三階段帶通信號1、…、及第三階段帶通信號N，…直至第五個數(shù)字濾波器組bank4的第五階段狀態(tài)，包括第五階段信號高通信號，第五階段低通信號、第五階段帶通信號1、…、及第五階段帶通信號N等。
而由上述可知，在Q個數(shù)字濾波器組的樹狀結(jié)構(gòu)中，將可定義出Q個階段狀態(tài)，而根據(jù)M分法間隔取樣原理，第一階段狀態(tài)的信號群操作速率為第二階段狀態(tài)的信號群操作速率的M倍；第二階段狀態(tài)的信號群操作速率為第三階段狀態(tài)的信號群操作速率的M倍；依此類推，第Q-2階段狀態(tài)的信號群操作速率為第Q-1階段狀態(tài)的信號群操作速率的M倍。按照時間多路復(fù)用方式規(guī)劃各階段狀態(tài)的時序-圖6參見圖6，它是以時間多路復(fù)用方式規(guī)劃圖5的數(shù)字濾波器組的樹狀結(jié)構(gòu)中各個階段狀態(tài)的時序。如圖6所示，配合圖5，以五階段狀態(tài)、2分法間隔取樣(2-fold Decimation)的時序規(guī)劃為例，其中時間可分割成多個時隙(time slot)，如時隙0，時隙1，…，及時隙23等等，該樹狀結(jié)構(gòu)采用圖6的階段狀態(tài)控制信號列L[1]～L[5]，并依據(jù)該控制信號的大小(邏輯0或1脈沖)，來判斷每一時隙屬于哪一階段狀態(tài)，以據(jù)此執(zhí)行該階段狀態(tài)的動作。
其中這些階段狀態(tài)控制信號L[1]～L[5]不相重疊，L[q]為邏輯1時，代表數(shù)字濾波器組的樹狀結(jié)構(gòu)處于第q階段狀態(tài)，q＝1，…，5，例如時隙0時的L[1]＝1，可知時隙0屬于第一階段狀態(tài)；時隙1時的L[2]＝1，可知時隙屬于第二階段狀態(tài)；時隙2時的L[1]＝1，可知時隙2屬于第一階段狀態(tài)；依此類推，時隙15時的L[5]＝1，可知時隙15屬于第五階段狀態(tài)。
由上述可知，根據(jù)時間多路復(fù)用方式的規(guī)劃，在時隙0，2，4…22時為第一階段狀態(tài)，時隙1，5，9，…21時為第二階段狀態(tài)，時隙3，11，19時為第三階段狀態(tài)，時隙7，23時為第四階段狀態(tài)，而時隙15時則為第五階段狀態(tài)。具有循環(huán)反饋的數(shù)字濾波器組結(jié)構(gòu)10的硬件實施方式-圖7參見圖7，數(shù)字濾波器組結(jié)構(gòu)10包括一輸入信號選擇單元20，一頻帶選擇單元40，及一濾波器組單元30，該濾波器組單元30的功能，是等效于圖5數(shù)字濾波器組的樹狀結(jié)構(gòu)中的五個數(shù)字濾波器組bank0～bank4，而圖6的階段狀態(tài)控制信號列L[1]～L[5]的大小，則可用來判斷每一時隙下的濾波器組單元30屬于哪一階段狀態(tài)。這里分別敘述如下a.輸入信號選擇單元20輸入信號選擇單元20選擇外界輸入信號21、第一階段低通信號331，第二階段低通信號332，…及第五階段低通信號335中之一信號進入濾波器組單元30。其中上述外界輸入信號21可為一外界模擬信號的經(jīng)取樣后的數(shù)字信號，而經(jīng)選擇的階段低通信號331～335，則由該選擇單元20執(zhí)行間隔取樣后再輸出至濾波器組單元30。b.濾波器組單元30濾波器組單元30內(nèi)有多個數(shù)字濾波器，如一高通濾波器(HPF)31、一低通濾波器(LPF)35及N個帶通濾波器(BPF)33，可分別標(biāo)示為BPF-1～BPF-N，N為自然數(shù)，其中帶通濾波器為可選擇元件。
輸入信號選擇單元20的輸出信號23，同時送至所述單元30內(nèi)的上述所有的數(shù)字濾波器，并根據(jù)狀態(tài)控制信號L[q]來定義該單元30的階段狀態(tài)。
此時由各數(shù)字濾波器進行濾波，并輸出至頻帶選擇單元40或反饋至輸入信號選擇單元20。其中高通、帶通濾波器31、33的輸出371～375，381～385送至頻帶選擇單元40，低通濾波器35的輸出(各階段低通信號331～335之一)則循環(huán)反饋至輸入信號選擇單元20。c.頻帶選擇單元40。
頻帶選擇單元40接受來自濾波器組單元30的高通、帶通濾波器31、33的輸出信號371～375，381～385，如各階段狀態(tài)的高通信號及帶通信號(1-N)，包括最后階段的低通信號，并確定一頻帶信號作為輸出41。
如以2分法間隔取樣(2-fold Decimation)為例，輸入信號選擇單元20選擇外界輸入信號21而得到輸出信號23，經(jīng)第一階段濾波器組單元(bank0)的低通濾波器35而輸出第一階段低通信號331，該第一階段低通信號331，則再借助輸入信號選擇單元20而取每2個信號，反饋1個信號給定義為第二階段狀態(tài)的濾波器組單元(bank1)。同理，第二階段低通信號332的借助輸入信號選擇單元20而再取每2個信號，反饋1個信號給定義為第三階段狀態(tài)的濾波器組單元(bank3)，依此類推。另由上述可知，第一階段狀態(tài)的信號群操作速率為第二階段狀態(tài)的信號群操作速率的2倍；第二階段狀態(tài)的信號群操作速率為第三階段狀態(tài)的信號群操作速率的2倍。
此外頻帶選擇單元40，根據(jù)上述外界輸入信號或各階段低通信號331～335之一，及通過輸入信號選擇單元20而循環(huán)反饋至濾波器組單元30的結(jié)果，而接受來自濾波器組單元30的高通、帶通濾波器31、33的輸出信號371～375、381～385，如各階段狀態(tài)的高通信號及帶通信號(1～N)，包括最后階段的低通信號(如第五階段)，并確定一頻帶信號作為輸出41，其中，階段狀態(tài)控制信號列L[1]～L[5]的大小，可用來判斷每一時隙下的濾波器組單元30屬于那一階段狀態(tài)。配合圖5-圖7，數(shù)字濾波器組結(jié)構(gòu)10的信號流程如下首先將時間分割成多個時隙(time slot)，如時隙0，時隙1，…時隙23等等，并對每個時隙進行說明。時隙0處于第一階段狀態(tài)根據(jù)圖6的階段狀態(tài)控制信號，由時隙0時的L[1]＝1，可知時隙0屬于第一階段狀態(tài)。輸入信號選擇單元20選擇取樣后的外界輸入信號21至濾波器組單元30。
濾波器組單元30輸出第一階段高通信號371、第一階段帶通信號(1～N)381、及第一階段低通信號331。而上述濾波器組單元30的輸出信號會保持至下一個第一階段狀態(tài)，即時隙2。時隙1處于第二階段狀態(tài)根據(jù)圖6的階段狀態(tài)控制信號，由時隙1時的L[2]＝1可知時隙1屬于第二階段狀態(tài)，輸入信號選擇單元20選擇第一階段低通信號331至濾波器組單元30。
濾波器組單元30輸出第二階段高通信號372、第二階段帶通信號(1～N)382、及第二階段低通信號332。而上述濾波器組單元30的輸出信號會保持至下一個第二階段狀態(tài)，如時隙5。時隙2處于第一階段狀態(tài)根據(jù)圖6的階段狀態(tài)控制信號，由時隙2時的L[1]＝1，可知時隙2屬于第一階段狀態(tài)。輸入信號選擇單元20則選擇取樣后的外界輸入信號21至濾波器組單元30。
濾波器組單元30輸出第一階段高通信號371、第一階段帶通信號(1～N)381、及第一階段低通信號331，而上述濾波器組單元30的輸出信號會保持至下一個第一階段狀態(tài)，即時隙4。
依此類推，數(shù)字濾波器組結(jié)構(gòu)10，是根據(jù)圖6的階段狀態(tài)控制信號L[1]～L[5]的邏輯，而定義每一時隙所屬的階段狀態(tài)，并按圖7結(jié)構(gòu)的硬件實現(xiàn)執(zhí)行該階段狀態(tài)的工作。
以下分別就數(shù)字濾波器組結(jié)構(gòu)10所包括的輸入信號選擇單元20，頻帶選擇單元40，及濾波器組單元30，對本發(fā)明的優(yōu)選實施例加以說明。輸入信號選擇單元20的電路-圖9a、9b輸入信號選擇單元以5個階段狀態(tài)為例，其電路如圖9a、9b所示，由多個三態(tài)緩沖器90構(gòu)成，其中輸入端包括抽樣后外界輸入信號為XIN
，第一、二、三、四階段低通信號則分別為FB1
、FB2
、FB3
、FB4
，這些輸入端則分別對應(yīng)連接第一至第五個三態(tài)緩沖器組TBUF1
，TBUF2
、TBUF3
、TBUF4
、TBUF5
。其中控制信號LB[1]～LB[5]、分別為階段狀態(tài)控制信號L[1]～L[5]的反相，可用來選擇上述輸入信號或各階段信號之一作輸出信號OUT23
。
而經(jīng)取樣后的外界輸入信號XIN
與第一、二、三、四階段低通信號FB1
、FB2
、FB3
、FB4
是以16位表示的，故
代表0至15，如圖9b所示，外界輸入信號XIN
至XIN[15]分別是輸入第一三態(tài)緩沖器TBUF1
至TBUF1[15]，控制信號LB[1]則同時連接該15個緩沖器的控制端，同理，各階段低通信號如FB1
至FB1[15]及FB4
至FB4[15]等也分別對應(yīng)連接三態(tài)緩沖器TBUF1
至TBUF1[15]及TBUF5
至TBUF5[15]等，控制信號LB[2]至LB[5]則分別同時連接該第二至第五三態(tài)緩沖器組TBUF2～TBUF5的各自的15個緩沖器的控制端，輸出信號OUT23
至OUT23[15]即依據(jù)上述信號來選擇。
當(dāng)LB[1]＝0、且LB[2∶5]＝1時OUT23
＝XIN
；當(dāng)LB[2]＝0、LB[1]＝1、LB[3∶5]＝1時OUT23
＝FB1
；同理可知，可以依據(jù)控制信號LB[1]～LB[5]來選擇各階段狀態(tài)信號FB2
～FB4
之一輸出。
如以2分法間隔取樣(2-fold Decimation)為例，配合圖7循環(huán)反饋的數(shù)字濾波器組結(jié)構(gòu)10，輸入信號選擇單元20選擇外界輸入信號XIN21
而得到輸出信號OUT23
，經(jīng)第一階段濾波器組單元(bank0)的低通濾波器35而輸出第一階段低通信號331(即FB1
)，該第一階段低通信號331，則再根據(jù)輸入信號選擇單元20的控制信號LB[1]～LB[5](LB[2]＝0)來選擇輸出OUT23
，同時取每2個信號，反饋1個信號給定義為第二階段狀態(tài)的濾波器組單元(bank1)。同理，第二階段低通信號332(即FB2
)，根據(jù)輸入信號選擇單元20的控制信號LB[1]～LB[5](LB[3]＝0)來選擇輸出OUT23
，同時取每2個信號，反饋1個信號給定義為第三階段狀態(tài)的濾波器組單元(bank3)，依此類推。
另為簡化敘述，與上述類似的電路結(jié)構(gòu)，在所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員能理解的原則下，在后面的附圖中，如圖10、11、13…等將省略其詳細圖示(如9b)，以方便說明。頻帶選擇單元電路30的電路-圖10頻帶選擇單元以5個階段狀態(tài)、而濾波器組單元30僅包含一高通濾波器、一低通濾波器為例的電路(N個帶通濾波器BPF-1～BPF-N在此省略，以方便說明)，如圖10所示，由多個三態(tài)緩沖器100構(gòu)成，其中輸入端包括第一、二、三、四、五階段高通信號等的頻帶信號分別為BAND1
、BAND2
、BAND3
、BAND4
、BAND5
，而頻帶信號BAND6
則為最后的第五階段低通信號，這些輸入端則分別對應(yīng)地連接第一至第六三態(tài)緩沖器組TBUF1
至TBUF6
。此外CHB[1]～CHB[6]為控制信號，用來選擇上述各階段信號之一作輸出信號OUT41
，如當(dāng)CHB[1]＝0、且CHB[2∶6]＝1時OUT41
＝BAND1
；當(dāng)CHB[2]＝0、CHB[1]＝1、且CHB[3∶6]＝1時OUT41
＝BAND2
；同理可知，可以依據(jù)控制信號CHB[1]～CHB[6]來選擇頻帶信號BAND1
～BAND6
之一輸出。
頻帶選擇單元20的電路，可接受來自濾波器組單元30的高通濾波器31的輸出信號371～375，這些信號分別對應(yīng)各階段狀態(tài)的高通信號BAND1
、BAND2
、BAND3
、BAND4
、BAND5
、(N個帶通濾波器BPF-1～BPF-N的帶通信號1-N在此省略)，并確定一頻帶信號作為輸出OUT41
。采用分布式算術(shù)算法數(shù)字濾波器組單元的電路-圖8在敘述圖8的數(shù)字濾波器組單元30的電路前，在此先說明數(shù)字濾波器所應(yīng)用的分布式算術(shù)算法原理如下高通(HPF)、低通(LPF)或帶通(BPF)數(shù)字濾波器的主要差異在其系數(shù)，乘積項和公式如式(A)。{Cj}為一組數(shù)字濾波器系數(shù)，其中j＝0，1，2，……，N-1。Y(n)為一當(dāng)前的輸出信號，而{W(n-j)}為過去的極點輸入信號，當(dāng)j為0時，{W(n)}代表一當(dāng)前的極點輸入信號。式(A)Y(n)＝c0*W(n)+c1*W(n-1)+c2*W(n-2)+…+cN-1*(n-(N-1))若上述輸入信號以2的補碼、K個位表示為式(B)W(n-j)=(bn-jK-1bn-jK-2...bn-j0)2,]]>其中
，p＝0，1，2…K-1；j＝0，1，…，N-1bn-jK-1為最高有效位MSB符號位(sign bit)；bn-j0為最低有效位LSB。
而以{bn-jP}序列表示十進制的W(n)、W(n-j)，其{W(n-j)}的值域介于+1和-1之間，即-1≤{W(n-j)}＜1，j＝0，1，2，…，N-1，則W(n-j)如下式(C)所示式(C)W(n-j)=((-1)bn-jK-1+2-1bn-jK-2+...+2-(K-1)bn-j0)10]]>結(jié)合式(A)、式(C)，可將乘積項和式(A)變?yōu)槭?D)式(D)Y(n)=(-1)(c0bnK-1+c1bn-1K-1+c2bn-2K-1+...)10+]]>(2-1)(c0bnK-2+c1bn-1K-2+c2bn-2K-2+...)10+]]>(2-K+2)(c0bn1+c1bn-11+c2bn-21+...)10+]]>(2-K+1)(c0bn0+c1bn-10+c2bn-20+...)10]]>定義上述各式為式(E)第0階項(c0bn0+c1bn-10+c2bn-20+...)10]]>式(F)第1階項(c0bn1+c1bn-11+c2bn-21+...)10]]>依序式(G)第K-2階項(c0bnK-2+c1bn-1K-2+c2bn-2K-2+...)10]]>式(H)第K-1階項(c0bnK-1+c1bn-1K-1+c2bn-2K-1+...)10]]>第0階項(式(E))，是輸入信號的LSB(第0位，bn0)與過去輸入信號的LSB(第0位，bn-10，bn-20…)與系數(shù){Cj}組合而成。同理，第p階項是輸入信號的第p位(bpn)與過去輸入信號的第p位(bn-1p，bn-2p…)與系數(shù){Cj}組合而成，其中p＝0，1，…，K-1，故共有K個位。
該數(shù)字濾波器應(yīng)用分布式算術(shù)算法的操作程序如下a.定義一累積項，并設(shè)定為0，輸入信號W(n)則依序串行輸入K個位，即第0位、第1位、……、第K-1位。
b.輸入信號串行輸入第0位時，求出第0階項值，并存于累積項，而第0階項值為(c0bn0+c1bn-10+c2bn-20+...)10]]>。
c.累積項除以2存為累積項。
d.輸入信號串行輸入第1位時，求出第1階項值為(c0bn1+c1bn-11+c2bn-21+...)10]]>。
e.步驟d的第1階項值加入累積項，存為累積項。
f.累積項除以2存為累積項。
g.重復(fù)上述步驟，至輸入信號串行輸入第m位時，求出第m階項值，其中m＝2，…，K-2，第m階項值為(c0bnm+c1bn-1m+c2bn-2m+...)10]]>。
h.步驟g的第m階項值加入累積項，存為累積項。
i.累積項除以2存為累積項。
j.輸入信號串行輸入第K-1位時，求出第K-1階項值為(c0bnK-1+c1bn-1K-1+c2bn-2K-1+...)10]]>。
k.步驟j的第K-1階項值加入累積項，存為累積項。
l.當(dāng)最后一個位(第K-1位)輸入后，累積項的值即為Y(n)。
如此即可由分布式算術(shù)算法結(jié)構(gòu)完成一個取樣周期的乘積項和計算。
又?jǐn)?shù)字濾波器應(yīng)用的分布式算術(shù)算法，可利用查表法執(zhí)行第p階項值的硬件實現(xiàn)，其中p＝0，1，……K-1。根據(jù)式(E)～式(H)，每一階項的值域為{cj}的組合，j＝0，1，2，……，N-1，又因為{bpn-j}∈{0，1}，故第p階項值有2N個值域，以(bpnbpn-1bpn-2…)2為地址，將2N個值存在存儲器，如ROM，PAL等。以ROM為例，其大小為2N個字(WORD)，每一個字有K個位。例如N＝2時，j為0，1，ROM地址與值域?qū)?yīng)關(guān)系如下
依據(jù)上述，請參閱第8圖并配合圖7，數(shù)字濾波器組結(jié)構(gòu)10的濾波器組單元30中，高通HBF、低通LBF及N個帶通濾波器(BPF_1～BPF_N)，可以通過分布式算術(shù)算法完成電路的硬件實現(xiàn)。
依照無限脈沖響應(yīng)直接型II(Direct form II)的如圖4結(jié)構(gòu)，利用分布式算術(shù)算法的數(shù)字濾波器組單元30的電路，共有八個單元，即選擇器81，選擇器82，極點處理單元83，并行轉(zhuǎn)串行傳送單元84，移位寄存器85，存儲器91，存儲器92，零點處理單元86，如圖8所示，其中可憑查表法，配合位地址將濾波器組系數(shù)事先存儲在存儲器91及存儲器92，而由圖4的關(guān)系式則為式(A)Y(n)＝c0*W(n)+c1*W(n-1)+c2*W(n-2)+…+cN-1*W(n-(N-1))式(B)W(n)＝X(n)+a1*W(n-1)+a2*W(n-2)+…+aN-1*W(n-(N-1))上述關(guān)系式還可簡化為Y(n)=Σj=0N-1cj*W(n-j)]]>W(n)=X(n)+Σj=0N-1aj*W(n-j)]]>其中依照無限脈沖響應(yīng)直接型II(Direct form II)的如圖4結(jié)構(gòu)，可分為兩大部分，第一部分形成關(guān)系式(A)，其對應(yīng)圖8的移位寄存器85以右的部分，如零點處理單元86，濾波器組系數(shù)c1～cN-1的組合則事先存儲在存儲器92；而第二部分形成關(guān)系式(B)，其對應(yīng)圖8的移位寄存器85以左的部分，如極點處理單元83，濾波器組系數(shù)a1～aN-1的組合則事先存儲在存儲器91。
而應(yīng)用分布式算術(shù)算法及查表法在數(shù)字濾波器組單元30的電路，其硬件結(jié)構(gòu)實現(xiàn)如圖8所示，而各單元所據(jù)以實施的詳細電路及其時序，如圖11-12所示，這里說明其操作順序如下a.將前一次產(chǎn)生的乘積項和
存儲在極點處理單元83內(nèi)的階段寄存器組833(圖15)。
b.控制信號CTRL-1選擇輸入信號XIN(SEL1)，通過選擇器81至極點處理單元83。
c.極點處理單元83將輸入信號XIN(SEL1)與乘積項和
-j)相加為極點信號POLE，并存儲在寄存器831(圖15)。
d.極點處理單元83的寄存器831，輸出該極點信號POLE如W(n)，至選擇器82及并行轉(zhuǎn)串行傳送單元84。
e.并行轉(zhuǎn)串行傳送單元84將上述極點信號POLE如W(n)，存儲在該單元內(nèi)的寄存器842，并由最低有效位(Least SignificantBit)LSB至最高有效位(Most Significant Bit)MSB開始，依序一位一位送出序列信號SERIAL至移位寄存器85。
f.并行轉(zhuǎn)串行傳送單元84輸出W(n)的第0位至移位寄存器85，而移位寄存器85則輸出第0位地址(b0n，b0n-1，b0n-2…)至存儲器91，存儲器92，予以定址。
g.根據(jù)第0位地址(b0n，b0n-1，b0n-2…)，存儲器91解出第0階項值MEM1，存儲器92解出其第0階項值MEM2。
h.控制信號CTRL-2選擇存儲器91所解出的第0階項值MEM1(SEL2)，通過該選擇器82至極點處理單元83，并將第0階項值MEM1存儲在極點處理單元83內(nèi)的寄存器833(圖15)。
i.存儲器92解出其第0階項值MEM2，輸出至零點處理單元86，并存儲在零點處理單元內(nèi)的寄存器213(圖21)，然后再由該寄存器213輸出存儲在零點處理單元的階段寄存器組212。
j.并行轉(zhuǎn)串行傳送單元84輸出未被更新的極點信號值如W(n)的第1位至移位寄存器85，而由移位寄存器85輸出第1位地址(b1n，b1n-1，b1n-2…)至存儲器91，存儲器92。
k.根據(jù)第1位地址(b1n，b1n-1，b1n-2…)，存儲器91解出其第1階項值MEM1，存儲器92解出其第1階項值MEM2。
1.控制信號CTRL-1選擇存儲器91所解出的第1階項值MEM1，通過選擇器81(SEL1)送至極點處理單元83。
m.極點處理單元83內(nèi)的階段寄存器組833將二述步驟h的第0階項值除2后與第1階項值MEM1相加為極點信號POLE，并存儲在極點處理單元83內(nèi)的寄存器831。
n.極點處理單元83內(nèi)的寄存器831輸出步驟II的極點信號POLE至選擇器82的輸入，但不輸出至并行轉(zhuǎn)串行傳送單元84。因此原先存儲在并行轉(zhuǎn)串行傳送單元84的極點信號值如W(n)并不會被更新。
o.存儲器92解出其第1階項值MEM2，輸出至零點處理單元86，步驟i的階段暫存器組212反饋的第0階項值信號，在除以2后與第1階項值MEM2相加存儲在零點處理單元86內(nèi)的寄存器213，再由寄存器213輸出存儲在零點處理單元86的階段寄存器組212。
p.持續(xù)執(zhí)行至最后一個位(MSB)，零點處理單元86內(nèi)的階段寄存器組212的輸出即為Y(n)。
q.其中極點處理單元83內(nèi)的乘積項和
已存儲在階段寄存器組833，而零點處理單元86內(nèi)階段寄存器212的輸出為Y(n)，此時重復(fù)步驟a.。
上述采用分布式算術(shù)算法的數(shù)字濾波器組單元30的電路中，各單元所據(jù)以實施的詳細電路及其時序，均在圖11-22示出，但不應(yīng)用它來限定本發(fā)明，并且由于這已被熟悉電子領(lǐng)域的技術(shù)人員所了解，在此不再詳細描述。這里只與本發(fā)明的主要信號、裝置相關(guān)的內(nèi)容，加以說明如下。選擇器81的電路-圖11參見圖11，該電路由多個三態(tài)緩沖器110組成，其中控制信號CTRL-1的時序則如圖12所示，為一周期信號，該選擇器81的電路，是用來按照控制信號CTRL-1的邏輯來選擇輸入信號XIN
或階項值MEM1
作為輸出SEL1
，當(dāng)前述信號為K位時，時隙可分割成K個子時隙(0～K-1)。選擇器82的電路-圖13參見圖13，該電路由多個三態(tài)緩沖器130組成，其中控制信號CTRL-2的時序如圖14所示，為一周期信號，該選擇器82的電路，是用來按照控制信號CTRL-2的邏輯來選擇極點信號POLE
即W(n)、或階項值MEM1
作為輸出SEL2
。當(dāng)前述信號為K位時，時隙可分割成K個子時隙0～K-1。極點處理單元電路83-圖15參見圖15，其中，CK為系統(tǒng)的工作時鐘，CL[1]～CL[5]分別為第一階段寄存器控制信號～第五階段寄存器控制信號，而控制信號LB[1]～LB[5]則為階段狀態(tài)控制信號L[1]～L[5]的反相，選擇器82按照控制信號CTRL-2選擇極點信號POLE而輸出(SEL2)，并送至極點處理單元83而存于其中的階段寄存器組833，該階段寄存器組833包括第一階段寄存器至第五階段寄存器，選擇信號SEL3則用來決定該輸入至極點處理單元電路83的信號SEL2是否要除以2，工作時序如圖16所示。并行轉(zhuǎn)串行傳送單元電路84-圖17參見圖17，其中CK為系統(tǒng)的工作時鐘，信號HALF可使輸入的極點信號POLE保持一個時隙的時間，并通過寄存器842而輸出位BIT
，當(dāng)載入信號LOAD＝0時，會使位BIT
載入至序列信號SERIAL，工作時序則如圖18所示。移位寄存器電路85-圖19參見圖19，其中，控制信號LB[1]～LB[5]分別為L[1]～L[5]的反相，SHIF[1]～SHIF[5]分別為第一階段寄存器控制信號～第五階段寄存器控制信號，該電路用以接收來自并行轉(zhuǎn)串行傳送單元84輸出的序列信號SERIAL，工作時序則如圖20所示。存儲器91、存儲器92存儲器91電路、存儲器92電路則可由一般常用的只讀存儲器(ROM)、可編程陣列邏輯(PAL)完成，可借助查表法，配合位地址將濾波器組系數(shù)的組合事先存儲在存儲器91及存儲器92。零點處理單元電路-圖21參見圖21，其中，CK為系統(tǒng)的工作時鐘?？刂菩盘朙B[1]～LB[5]分別為L[1]～L[5]的反相，CL[1]～CL[5]分別為第一階段寄存器控制信號～第五階段寄存器控制信號，SEL3決定輸入階項值MEM2
信號是為0或是該階段寄存器輸出后除以2的信號，工作時序如圖22所示。
雖然以上公開了本發(fā)明的一優(yōu)選實施例，然而本發(fā)明并不局限于此。任何本領(lǐng)域技術(shù)人員在不脫離本發(fā)明的精神范圍內(nèi)，能夠進行一些改變或變型。因此本發(fā)明的保護范圍要以所附的權(quán)利要求的界定范圍為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種數(shù)字濾波器組結(jié)構(gòu)，包括一輸入信號選擇單元，用于選擇一外界輸入信號或多個階段低通信號中之一輸出一濾波器組單元，根據(jù)至少一個階段狀態(tài)控制信號來定義本單元的階段狀態(tài)，用以在接收來自該輸入信號選擇單元的輸出后，進行濾波而輸出各階段高通、帶通、和低通信號，并且該階段低通信號將循環(huán)反饋至所述輸入信號選擇單元；及一頻帶選擇單元，用來接受來自該濾波器組單元的各階段狀態(tài)的高通信號、帶通信號及最后階段的低通信號，并確定一頻帶信號作為輸出。
2.如權(quán)利要求1所述的數(shù)字濾波器組結(jié)構(gòu)，其中所述外界輸入信號可為一外界模擬信號的經(jīng)取樣后的數(shù)字信號。
3.如權(quán)利要求1所述的數(shù)字濾波器組結(jié)構(gòu)，其中所述被該輸入信號選擇單元選擇的階段低通信號經(jīng)過間隔取樣后再輸出至該濾波器組單元。
4.如權(quán)利要求1所述的數(shù)字濾波器組結(jié)構(gòu)，其中所述濾波器組單元內(nèi)有多個數(shù)字濾波器，包括一高通濾波器，用以輸出各階段高通信號；至少一帶通濾波器，用來輸出各階段帶通信號，以與所述高通信號一起輸出至頻帶選擇單元；及一低通濾波器，用以輸出各階段低通信號，并反饋至輸入信號選擇單元，并把最后階段的低通信號輸出給該頻帶選擇單元。
5.如權(quán)利要求1所述的數(shù)字濾波器組結(jié)構(gòu)，其中上述輸入信號選擇單元的輸出被同時送至該濾波器組單元內(nèi)所有的數(shù)字濾波器。
6.如權(quán)利要求1所述的數(shù)字濾波器組結(jié)構(gòu)，其中所述輸入信號選擇單元由多個三態(tài)緩沖器構(gòu)成，包括多個并列輸入端，具有一經(jīng)抽樣后的外界輸入信號，和多個階段低通信號；多個并列控制端，具有一與該階段狀態(tài)控制信號對應(yīng)的控制信號，可用來據(jù)此選擇所述輸入信號或各階段信號之一；及一輸出端，用以將所述經(jīng)選擇的信號輸出。
7.如權(quán)利要求6所述的數(shù)字濾波器組結(jié)構(gòu)，其中所述與該階段狀態(tài)控制信號對應(yīng)的多個控制信號，是在其中一控制信號為第二邏輯脈沖，其余為第一邏輯脈沖時，按照所述為第二邏輯脈沖的控制信號來選擇所述輸入信號或各階段信號之一。
8.如權(quán)利要求7所述的數(shù)字濾波器組結(jié)構(gòu)，其中該第二邏輯脈沖為邏輯0電平，第一邏輯脈沖為邏輯1電平。
9.如權(quán)利要求7所述的數(shù)字濾波器組結(jié)構(gòu)，其中該第二邏輯脈沖為邏輯1電平，第一邏輯脈沖為邏輯0電平。
10.如權(quán)利要求1所述的數(shù)字濾波器組結(jié)構(gòu)，其中所述頻帶選擇單元由多個三態(tài)緩沖器構(gòu)成，包括多個并列輸入端，用來接受來自該濾波器組單元的各階段狀態(tài)的高通信號、帶通信號、和最后階段的低通信號；多個并列控制端，具有一與之對應(yīng)的控制信號，可用來據(jù)此選擇上述各階段信號之一；及一輸出端，用以將所述經(jīng)選擇的信號輸出。
11.如權(quán)利要求10所述的數(shù)字濾波器組結(jié)構(gòu)，其中所述的多個控制信號，是在其中一控制信號為第二邏輯脈沖，其余為第一邏輯脈沖時，按照所述為第二邏輯脈沖的控制信號來選擇上述各階段信號之一。
12.如權(quán)利要求11所述的數(shù)字濾波器組結(jié)構(gòu)，其中該第二邏輯脈沖為邏輯0電平，第一邏輯脈沖為邏輯1電平。
13.如權(quán)利要求11所述的數(shù)字濾波器組結(jié)構(gòu)，其中該第二邏輯脈沖為邏輯1電平，第一邏輯脈沖為邏輯0電平。
14.一種濾波器的操作程序，其中該濾波器包括第一選擇器，第二選擇器，極點處理單元，并行轉(zhuǎn)串行傳送單元，移位寄存器，第一存儲器，第二存儲器，及零點處理單元，其操作程序為a.將前一次產(chǎn)生的乘積項和存儲在該極點處理單元內(nèi)；b.按照第一控制信號選擇外界輸入信號，使通過第一選擇器并輸出第一選擇信號至極點處理單元；c.極點處理單元將該外界輸入信號與該前一次乘積項和相加并儲存，作為極點信號；d.極點處理單元輸出極點信號至第二選擇器及并行轉(zhuǎn)串行傳送單元；e.并行轉(zhuǎn)串行傳送單元將所述極點信號存儲在該傳送單元內(nèi)，并由最低有效位至最高有效位開始，依次一位一位送出一序列信號至移位寄存器；f.移位寄存器輸出第0位地址至第一、第二存儲器，進行定址；g.根據(jù)第0位地址，第一、第二存儲器分別解出第0階項值；h.第二控制信號選擇第一存儲器所解出的第0階項值，通過該第二選擇器而輸出至極點處理單元，該第0階項值并存于極點處理單元內(nèi)；i.第二存儲器解出的第0階項值，輸出至零點處理單元，并存儲于其內(nèi)；j.并行轉(zhuǎn)串行傳送單元輸出未被更新的極點信號值的第1位至移位寄存器，而由移位寄存器輸出第1位地址至第一、第二存儲器；k.根據(jù)第1位地址，第一、第二存儲器分別解出其第1階項值；l.第一控制信號選擇第一存儲器所解出的第1階項值，通過第一選擇器送至極點處理單元；m.極點處理單元將上述步驟h的第0階項值除2后，與第1階項值相加為極點信號，并存儲在極點處理單元83內(nèi)；n.極點處理單元輸出極點信號至第二選擇器的輸入端，但不輸出至并行轉(zhuǎn)串行傳送單元，使得原先存儲在并行轉(zhuǎn)串行傳送單元的極點信號值不會被更新；o.第二存儲器解出的第1階項值，輸出至零點處理單元，使步驟i的第0階項值除2后加入第1階項值，并存儲在零點處理單元內(nèi)；p.按照步驟j至步驟o的處理程序，繼續(xù)執(zhí)行下一位至最后一個位，以得出相對應(yīng)位地址及階項值，并由零點處理單元輸出；及q.其中當(dāng)前乘積項和已存儲在極點處理單元內(nèi)，此時重覆步驟a.。
15.一種數(shù)字濾波器組結(jié)構(gòu)的實施方法，包括下列步驟a.使用間隔取樣多重速率系統(tǒng)，使該數(shù)字濾波器組具有多重階段狀態(tài)；b.按照時間多路復(fù)用方式規(guī)劃所述各階段狀態(tài)的時序，使每個階段狀態(tài)操作在不同速率；c.借助該數(shù)位濾波器組對一外界輸入信號進行濾波，產(chǎn)生多個不相重疊或少量重疊的頻帶信號群；及d.選擇上述頻帶信號群的一部分，循環(huán)反饋該數(shù)字濾波器組，以產(chǎn)生具多重階段狀態(tài)的頻帶信號群。
16.如權(quán)利要求15所述的方法，其中數(shù)字濾波器組結(jié)構(gòu)包括多個數(shù)字濾波器，可以用分布式算術(shù)算法配合查表法完成硬件實現(xiàn)。
17.如權(quán)利要求15所述的方法，其中間隔取樣是將該外界輸入信號，經(jīng)一數(shù)字濾波器組濾波后所得到的特定頻帶信號，每隔M個取出一點，使信號傳送速率降為原來的1/M，M為自然數(shù)。
18.如權(quán)利要求17所述的方法，其中該數(shù)字濾波器組結(jié)構(gòu)中的多重階段狀態(tài)，按照M分法間隔取樣原理，前一階段狀態(tài)的信號群操作速率為后一階段狀態(tài)的信號群操作速率的M倍。
19.如權(quán)利要求15所述的方法，其中，在所述步驟b，定義多個時隙，并依據(jù)多個階段狀態(tài)控制信號列的邏輯，來判斷每一時隙下的階段狀態(tài)。
20.如權(quán)利要求19所述的方法，其中，依據(jù)無限脈沖響應(yīng)的直接型II，每一時隙具有一對應(yīng)的信號，即當(dāng)前外界輸入信號X(n)、當(dāng)前極點輸入信號W(n)、過去極點輸入信號W(n-j)，j＝0，1，2，…，N-1，及當(dāng)前輸出信號Y(n)，而{aj}{cj}為一組數(shù)字濾波器系數(shù)，其中，N為自然數(shù)，其關(guān)系式可由下列N項乘積項和組成W(n)＝X(n)+a1*W(n-1)+a2*W(n-2)+…+aN-1*W(n-(N-1))Y(n)＝c0*W(n)+c1*W(n-1)+c2*W(n-2)+…+cN-1*W(n-(N-1))
21.如權(quán)利要求20所述的方法，其中，數(shù)字濾波器組包括高通、低通、或帶通數(shù)字濾波器，用分布式算術(shù)算法完成硬件實現(xiàn)，該分布式算術(shù)算法定義多個階項值為a.式(A)為當(dāng)前輸出信號Y(n)＝c0*W(n)+c1*W(n-1)+c2*W(n-2)+…+cN-1*W(n-(N-1))b.上述輸入信號以2的補碼、K個位表示為式(B)，其中式(B)為W(n-j)=(bn-jK-1bn-jK-2...bn-j0)2]]>，其中
，p＝0，1，2…K-1；j＝0，1，…，N-1，bn-jK-1為最高有效位MSB及符號位，bn-j0為最低有效位LSB；c.而以{bnK}序列表示十進制的W(n)、W(n-j)，其{W(n-j)}的值域介于+1和-1之間，即-1≤{W(n-j)}＜1，j＝0，1，2，…，N-1，則W(n-j)為下式(C)W(n-j)=((-1)bn-jK-1+2-1bn-jK-2+...+2-(K-1)bn-j0)10]]>；及d.結(jié)合式(A)、式(C)，可將乘積項和式(A)變?yōu)槭?D)Y(n)=(-1)(c0bnK-1+c1bn-1K-1+c2bn-2K-1+...)10+]]>(2-1)(c0bnK-2+c1bn-1K-2+c2bn-2K-2+...)10+]]> (2-K+2)(c0bn1+c1bn-11+c2bn-21+...)10+]]>(2-K+1)(c0bn0+c1bn-10+c2bn-20+...)10]]>其中P＝0，1，…，K-1，且可得第0階項(c0bn0+c1bn-10+c2bn-20+...)10,]]>第1階項(c0bn1+c1bn-11+c2bn-21+...)10,]]>依序第K-2階項(c0bnK-2+c1bn-1K-2+c2bn-2K-2+...)10,]]>第K-1階項(c0bnK-1+c1bn-1K-1+c2bn-2K-1+...)10]]>。
22.如權(quán)利要求21所述的方法，其中，該數(shù)字濾波器應(yīng)用分布式算術(shù)算法的操作程序為a.定義一累積項，并設(shè)定為0，輸入信號則依序串行輸入K個位，即第0位、第1位、……、第K-1位；b.輸入信號串行輸入第0位時，求出第0階項值，并存于累積項，而第0階項值為(c0bn0+c1bn-10+c2bn-20+...)10;]]>c.將累積項除以2并存為累積項；d.輸入信號串行輸入第1位時，求出第1階項值為(c0bn1+c1bn-11+c2bn-21+...)10;]]>e.將步驟d的第1階項值加入累積項，存為累積項；f.將累積項除以2并存為累積項；g.重復(fù)上述步驟，到輸入信號串行輸入第m位時，求出第m階項值，其中m＝2，…，K-2，第m階項值為(c0bnm+c1bn-1m+c2bn-2m+...)10;]]>h.將步驟g的第m階項值加入累積項，存為累積項；i.將累積項除以2并存為累積項；j.在輸入信號串行輸入第K-1位時，求出第K-1階項值為(c0bnK-1+c1bn-1K-1+c2bn-2K-1+...)10;]]>k.將步驟j的第K-1階項值加入累積項，存為累積項；及l(fā).當(dāng)最后一個位(第K-1位)輸入后，累積項的值即為Y(n)，完成一個取樣周期的乘積項和計算。
23.如權(quán)利要求22所述的方法，其中，分布式算術(shù)算法，可利用查表法執(zhí)行第p階項值的硬件實現(xiàn)，其包括每一階項的值域為{cj}的組合，j＝0，1，2，…，N-1，且{bn-jp}∈{0，1}，使第P階項值有2N個值域，其以(bnpbn-1pbn-2p…)10為地址，將2N個值存在一存儲器，其大小為2N個字，每一個字有K個位。
24.一種數(shù)字濾波器組結(jié)構(gòu)，包括一輸入信號選擇單元，用于選擇一外界輸入信號或多個階段頻帶信號中之一輸出；一濾波器組單元，根據(jù)至少一階段狀態(tài)控制信號來定義本單元的階段狀態(tài)，用來在接收來自該信號選擇單元的輸出后，進行濾波而輸出所述多個階段頻帶信號，且其中一預(yù)定階段頻帶信號將循環(huán)反饋至所述輸入信號選擇單元；及一頻帶選擇單元，用來接收來自該濾波器組單元的各階段狀態(tài)的頻帶信號，并確定一頻帶信號作為輸出。
25.一種數(shù)字濾波器組結(jié)構(gòu)，包括一輸入信號選擇單元，用于選擇一外界輸入信號或多個階段低通信號中之一輸出；一濾波器組單元，根據(jù)至少一階段狀態(tài)控制信號來定義本單元的階段狀態(tài)，用來在接收來自該信號選擇單元的輸出后，進行濾波而輸出各階段高通、和低通信號，且該階段低通信號將循環(huán)反饋至所述輸入信號選擇單元；及一頻帶選擇單元，用來接收來自該濾波器組單元的各階段狀態(tài)的高通信號及最后階段的低通信號，并由此確定一頻帶信號作為輸出。
26.一種數(shù)字濾波器電路，用來處理一輸入信號及依序反饋的信號，其中該電路包括一第一選擇器，借助一第一控制信號選擇該輸入信號輸出；一極點處理單元，其中已經(jīng)儲存有來自前一次的乘積項和，用于在接收該輸入信號時，與該乘積項和相加為初始極點信號；一并行轉(zhuǎn)串行傳送單元，用以接收該初始極點信號，并由最低有效位至最高有效位序列輸出；一移位寄存器，用以依序接收該并行轉(zhuǎn)串行傳送單元的序列信號，并由第0位開始進行輸出；一第一存儲器，在接收第0位時，定址為第0位地址，并解出極點第0階項值，而在依序接收后續(xù)位時，定址為相對位地址，并解出相對極點階項值，且以該相對極點階項值作為上述反饋信號，從而依序由該第一選擇器經(jīng)第一控制信號選擇輸出；一第二存儲器，在接收第0位時，定址為第0位地址，并解出零點第0階項值；而在依序接收后續(xù)位時，定址為相對位地址，并解出相對零點階項值；一第二選擇器，借助一第二控制信號選擇該極點第0階項值反饋至該極點處理單元，而且并行轉(zhuǎn)串行傳送單元輸出未被更新的極點信號值的第1位至移位寄存器，而由移位寄存器輸出第1位地址至第一、第二存儲器，根據(jù)第1位地址，第一、第二存儲器分別解出其極點第1階項值，再由第一控制信號選擇第一存儲器所解出的極點第1階項值，通過第一選擇器至極點處理單元，極點處理單元將所述極點第0階項值除2后，與極點第1階項值相加為相對極點信號，并存儲在極點處理單元內(nèi)，極點處理單元輸出該相對極點信號至第二選擇器的輸入端，但不輸出至并行轉(zhuǎn)串行傳送單元，使原先存儲在并行轉(zhuǎn)串行傳送單元的初始極點信號值不會被更新，繼續(xù)以上述動作執(zhí)行下一位至最后一個位，以得出相對應(yīng)的位地址及各極點階項值，其中可得到一當(dāng)前乘積項和，該當(dāng)前乘積項和存儲在極點處理單元內(nèi)；及一零點處理單元，用以接收該零點第0階項值，而第二存儲器解出的零點第1階項值，也輸出至零點處理單元，使零點第0階項值，在除以2后與零點第1階項值相加并存儲于零點處理單元內(nèi)，持續(xù)以上述動作執(zhí)行下一位至最后一個位，以得出相對應(yīng)位地址及各零點階項值，并由零點處理單元輸出。
全文摘要
一種數(shù)字濾波器組結(jié)構(gòu)及其實施方法，該數(shù)字濾波器組結(jié)構(gòu)包括輸入信號選擇單元，濾波器組單元和頻帶選擇單元。將間隔取樣多重速率系統(tǒng)及分布式算術(shù)算法二者相結(jié)合。間隔取樣多重速率系統(tǒng)為采用間隔取樣原理，并以樹狀結(jié)構(gòu)、時間多路復(fù)用、循環(huán)反饋來完成可減小尺寸面積的數(shù)字濾波器組結(jié)構(gòu)的硬件實現(xiàn)，其中數(shù)字濾波器可應(yīng)用分布式算術(shù)算法，并用查表法配合存儲器來進行硬件實現(xiàn)。應(yīng)用于語言、樂音和圖像的處理等方面。
文檔編號H03H17/02GK1165434SQ9610741
公開日1997年11月19日 申請日期1996年5月15日 優(yōu)先權(quán)日1996年5月15日
發(fā)明者陳永隆, 戴譙彥, 李桓瑞, 任建葳 申請人:聯(lián)華電子股份有限公司