[其他]內插/分數(shù)濾波器結構及數(shù)字濾波器

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 86105452
• 申請日: 1986-08-26
• 公開（公告）號: CN86105452A
• 公開（公告）日: 1987-05-27
• 發(fā)明（設計）人: 奈杰爾·保羅·戴爾
• 申請（專利權）人: 普列斯海外有限公司
• 主分類號: H03H17/02
• 分類號: H03H17/02
• 代理公司: 中國專利代理有限公司
• 代理人: 肖春京

本發(fā)明涉及改進或關于裝有插入遞歸數(shù)字濾波器類型的內插和分數(shù)（decimator）濾波結構。本發(fā)明還涉及相同類型的數(shù)字濾波器的改進設計。

近來在文獻里曾經敘述過新穎的內插/分數(shù)濾波器的結構。特別要提到的二篇文章是：R.A.瓦蘭朱拉和A.G.康斯坦丁德斯于1983年12月在（英國）電氣工程師學會會報第130卷第6期第225-234頁報導過的“用于高效內插法和分數(shù)法的數(shù)字信號處理方案“（Digital????Signal????Processing????Schemes????for????efficient????Interpolation????and????Decimation）以及R.安塞瑞和B.盧易于1983年12月在（美國）電氣與電子工程師協(xié)會聲學會刊語言信號會報卷ASSP-31第6期第1366-1373頁報導過的“使用遞歸無限脈沖響應（IIR）數(shù)字濾波器的高效抽樣率交替”（Efficient????Sampling????Rate????alternation????using????Recursive（IIR）Digital????Filters）。

所說的結構能夠在二個內因子N相聯(lián)系（N是一個整數(shù)）的抽樣率之間進行內插或進行分數(shù)。當N為2時，證明是最有效的，因此，以后要進一步考慮的也就按此情況進行，要注意的是：相差為二的倍數(shù)的抽樣率之間的內插和分數(shù)，可以用相同濾波器的級聯(lián)較易地實現(xiàn)，其中每一濾波器的頻率改變?yōu)槎谋稊?shù)。

這些內插和分數(shù)濾波器結構的重要性質如下：

ⅰ）重復使用簡單的全通網絡（APN_S）以建立濾波器結構，簡化實現(xiàn)方法，

ⅱ）多數(shù)的信號處理是在較低的兩個抽樣頻率下進行的，通過減少每單位時間所需進行的乘法和加法次數(shù)，以便達到與選擇另一種濾波結構相比的給出特性要求。

ⅲ）良好的噪聲性能，

ⅳ）濾波器對系數(shù)值靈敏度低這一性能導致字長的系數(shù)短，

ⅴ）要求減少系數(shù)數(shù)字，實現(xiàn)與另一種常規(guī)濾波器結構相比具有已知性能的濾波器。

然而，現(xiàn)在在文獻里所說的濾波器結構存在一些限制。其中一個限制就是：在信號帶外衰減增加到3分貝的那個頻率是固定在一半的最低抽樣頻率處。這就是說，抽樣率由16KHz倍縮到8KHz的濾波器只能在4KHz處提供3分貝的信號衰減。有許多應用，要求濾波器的3分貝點是在其它頻率上，所以，上述性能是一個嚴重的限制。

本發(fā)明的意圖是要解決上述問題。裝入的內插和分數(shù)濾波器結構的3分貝衰減點頻率偏離一米的較低抽樣率，使之能得到較好的帶外信號衰減。

按本發(fā)明提供的內插或分數(shù)濾波器的結構可以在高低抽樣率之間操作，該結構包括一對信號處理支路，每一支路由相應的抽樣開關分成低頻部分和高頻部分，其中的一個支路的高頻部分包括一個嵌套的全通網絡遞歸數(shù)字濾波器，這種數(shù)字濾波器主要包括第一遞歸濾波器，它包含有第一系數(shù)乘法器;以及包括第二遞歸濾波器，它包含有第二系數(shù)乘法器，這個第二濾波器被嵌套在第一遞歸濾波器里，第二系數(shù)乘法器的系數(shù)值是預先規(guī)定的，以使3分貝的衰減出現(xiàn)在偏離一半的低抽樣率的某一頻率處。

這里采用的解決方法是引進一套嵌套的全通網絡濾波器，此濾波器在濾波器結構的其中一個支路里在高頻下工作。預選第二乘法器的系數(shù)可以使3分貝點偏離一半的低頻抽樣率。這系數(shù)如果是負值就相應于偏離低頻;如果是正值則相應于偏離高頻。

此外，根據(jù)本發(fā)明，備有一個遞歸數(shù)字濾波器使用于內插或分數(shù)濾波器結構，其中的數(shù)字濾波器可以用一個變換函數(shù)表征，其形式由下列公式表達：

其中，式中A（Z）項是一個變換函數(shù)，其形式由表達式

給出，式中K₁和K₂項是第一和第二非零倍乘系數(shù)，而Z^-1是單位延遲變換算子，屬于嵌套結構的濾波器包括第一濾波器，它包含有用以倍乘第一系數(shù)K₁的第一系數(shù)乘法器;以及嵌套在這個第一濾波器里的第二濾波器，它包含有用以倍乘第二系數(shù)K₂的第二系數(shù)乘法器。

附隨本說明書的圖有：

圖1是一熟知的遞歸數(shù)字濾波器的線路圖;

圖2是按本發(fā)明的改進的遞歸數(shù)字濾波器的線路圖;

圖3和4分別是分數(shù)濾波器結構和內插濾波器結構的線路圖，每種都加入上述圖2中的濾波器;以及

圖5是本濾波器的增益的頻率響應圖。

下面將敘述本發(fā)明的實施例，通過實例參照上述附圖給以說明。