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JPH0728197B2 - Octave multiple filter - Google Patents
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JPH0728197B2 - Octave multiple filter - Google Patents

Octave multiple filter

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JPH0728197B2
JPH0728197B2 JP1438486A JP1438486A JPH0728197B2 JP H0728197 B2 JPH0728197 B2 JP H0728197B2 JP 1438486 A JP1438486 A JP 1438486A JP 1438486 A JP1438486 A JP 1438486A JP H0728197 B2 JPH0728197 B2 JP H0728197B2
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JP
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filter
stage
input
signal
frequency
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重喜 武田
浩男 上符
昭裕 高橋
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は規則的にハイパスあるいはバンドパス特性のデ
イジタルフイルタ、加算器あるいは減算器を組合せて各
フイルタ段を構成したオクターブ多重フイルタに関す
る。
Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to an octave multiple filter in which each filter stage is configured by regularly combining a digital filter having a high-pass or band-pass characteristic, an adder or a subtracter.

〔発明の概要〕[Outline of Invention]

ハイパス特性あるいはバンドパス特性を有するデイジタ
ルフイルタ(FIR型フイルタ)から成るフイルタ段を複
数段所定の規則に従つて入出力間に並設し、夫々の段の
フイルタの出力を加算するようにしたオクターブ多重フ
イルタで、周波数領域で広範囲にわたり、対数的に均一
な精度の周波数特性を有する。
An octave in which filter stages consisting of digital filters (FIR type filters) having high-pass characteristics or band-pass characteristics are arranged in parallel between the input and output according to a predetermined rule and the outputs of the filters of each stage are added. It is a multi-filter and has a frequency characteristic of logarithmically uniform accuracy over a wide range in the frequency domain.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

従来のデイジタルフイルタは等時間間隔の離散的なサン
プル値を処理するため、所定クロツク周波数で動作する
ようになつているので、周波数領域での特性の指定は等
周波数間隔で行われていた。
Since the conventional digital filter processes discrete sample values at equal time intervals and operates at a predetermined clock frequency, the characteristics are specified in the frequency domain at equal frequency intervals.

このため広帯域にわたり対数的間隔で特性を指定する従
来のフイルタとしては、複数のアナログフイルタを組合
せて実現しているに過ぎなかつた。
For this reason, a conventional filter for designating characteristics at logarithmic intervals over a wide band is realized only by combining a plurality of analog filters.

〔発明が解決しようとする問題点〕[Problems to be solved by the invention]

前者のデイジタルフイルタは上述したように等周波数間
隔での特性指定方式をとるため、低域の分解能が粗過ぎ
る一方、高域の分解能が必要以上に細か過ぎ、広帯域化
は非常に困難である。
Since the former digital filter adopts the characteristic designating method at equal frequency intervals as described above, the low frequency resolution is too coarse, while the high frequency resolution is too fine, and it is very difficult to widen the band.

一般にオーデイオ機器の特性の評価あるいは指定は周波
数領域で対数間隔で行われるため、従来のデイジタルフ
イルタ、例えばFIR型(有限インパルス応答型)フイル
タを用いる場合、上述した理由で低域では精度の良い特
性を指定できず、高域では逆に必要以上の高精度の特性
指定となつてしまい、回路実現上、非常に能率が悪かつ
た。特に従来のFIR型フイルタでグラフイツクイコライ
ザのような複雑な周波数特性のものを実現しようとする
場合、かかる制約は免れ得ず、実際にもFIR型フイルタ
を用いたグラフイツクイコライザはまだ実用化されてい
ない。
Generally, the characteristics of audio equipment are evaluated or specified at logarithmic intervals in the frequency domain, so when using a conventional digital filter, such as a FIR type (finite impulse response type) filter, the characteristics are accurate in the low range for the reasons described above. However, it was not possible to specify, and on the other hand, in the high range, it became a characteristic specification with higher precision than necessary, which was extremely inefficient in realizing the circuit. Especially when trying to realize a complicated frequency characteristic like a graph equalizer with a conventional FIR filter, such a constraint cannot be avoided, and a graph equalizer using a FIR filter has not yet been put into practical use. Not not.

これに対し後者のフイルタはアナログのアクテイブフイ
ルタの加算あるいは乗算方式をとるため、フイルタ間の
干渉があつたり、位相と振幅を独立に指定することが困
難であつた。特にその位相特性は任意に指定することが
非常に困難であつた。
On the other hand, the latter filter adopts the addition or multiplication method of the analog active filter, so that interference between the filters occurs and it is difficult to specify the phase and the amplitude independently. Especially, it is very difficult to arbitrarily specify the phase characteristic.

本発明の目的はこのような従来技術の問題点を解決する
ため、周波数領域で広帯域にわたり対数的に均一な間隔
で特性を指定できるオクターブ多重フイルタを提供する
にある。
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide an octave multiplex filter capable of designating characteristics at logarithmically uniform intervals over a wide band in the frequency domain in order to solve the problems of the prior art.

〔問題点を解決するための手段〕[Means for solving problems]

本発明は上記目的を達成するため、foをサンプリングレ
ートとして 間隔のサンプル値の入力信号を処理するハイパスあるい
はバンドパス特性のデイジタルフイルタから各フイルタ
段が構成され、各フイルタ段は入出力間に並列に設けら
れ、上記各デイジタルフイルタは単位遅延時間が である複数の遅延素子を含んでおり、初段のフイルタに
は直接入力信号が加えられるが、その次段以降のフイル
タの入力には前段の入力信号からその段の出力信号を減
算した信号が加えられるように各フイルタ段は接続さ
れ、各フイルタ段の出力信号が夫々位相及び振幅を制御
されてから加算されて全体の出力信号となるように構成
されたことを特徴とする。
In order to achieve the above object, the present invention uses fo as a sampling rate. Each filter stage is composed of a digital filter having a high-pass or band-pass characteristic for processing an input signal of interval sample values, each filter stage is provided in parallel between input and output, and each digital filter has a unit delay time. The input signal is directly added to the first stage filter, but the signal after subtracting the output signal of that stage from the input signal of the previous stage is added to the input of the filters after the next stage. As described above, the respective filter stages are connected to each other, and the output signals of the respective filter stages are controlled so that the phase and the amplitude are controlled, respectively, and then added to form an overall output signal.

〔作用〕[Action]

上記ハイパス又はバンドパス特性のデイジタルフイルタ
としては、例えばFIR型フイルタが使用され、各段の入
力信号は初段以外は、前段の入力信号からその段の出力
信号を減算したものとなり、各段のフイルタの出力信号
が加算されて全体の出力信号となる。
As the digital filter having the above high-pass or band-pass characteristics, for example, a FIR type filter is used, and the input signal of each stage is the one obtained by subtracting the output signal of that stage from the input signal of the previous stage except the first stage. Output signals are added to form an overall output signal.

〔実施例〕〔Example〕

以下図面に示す実施例を参照して本発明を説明すると、
第1図は本発明によるオクターブ多重フイルタ(4オク
ターブ)の一実施例を示す。同図において、INは入力端
子、OUTは出力端子、A/DはA−D変換器、D/AはD−A
変換器、LPFは通常のアナログのローパスフイルタ、F0
〜F3は夫々例えばFIR型フイルタを用いて成るバンドパ
ス特性を有するデイジタルフイルタ、D0〜D2は加算器、
S0〜S2は符号反転器、B0〜B3は乗算器、ADDは出力加算
器、τ〜τ及び▲τ ▼〜▲τ ▼は遅延素子
である。
The present invention will be described below with reference to the embodiments shown in the drawings.
FIG. 1 shows an embodiment of an octave multiple filter (4 octaves) according to the present invention. In the figure, IN is an input terminal, OUT is an output terminal, A / D is an AD converter, D / A is DA.
Converter, LPF is a normal analog low-pass filter, F 0
~ F 3 are digital filters each having a band pass characteristic formed by using, for example, an FIR type filter, D 0 to D 2 are adders,
S 0 to S 2 are sign inverters, B 0 to B 3 are multipliers, ADD is an output adder, τ 0 to τ 2 and ▲ τ 0 ▼ to ▲ τ 3 ▼ are delay elements.

而して上記FIR型フイルタは、第2図に示す如く遅延素
子としてのシフトレジスタSR、係数乗算器ML、加算器AD
から成り、DFT(離散型フーリエ変換)の手法により目
的とする周波数特性が得られるように係数乗算器MLの係
数a-5〜a5を定めてある。
As described above, the FIR type filter has a shift register SR as a delay element, a coefficient multiplier ML, and an adder AD as shown in FIG.
, And the coefficients a -5 to a 5 of the coefficient multiplier ML are determined so that the desired frequency characteristics can be obtained by the DFT (Discrete Fourier Transform) method.

このような構成のバンドパス特性(又はハイパス特性)
を有するデイジタルフイルタから各フイルタ段が構成さ
れ、入出力間に並列に設けられている。
Bandpass characteristics (or highpass characteristics) of such a configuration
Each of the filter stages is composed of a digital filter having the following, and is provided in parallel between the input and the output.

そしてこの各フイルタ段において、上記バンドパス特性
のデイジタルフイルタF0〜F3は上述のように基本的に同
一の構成及び係数を有するが、シフトレジスタ一段当り
の遅延時間Tiのみ異る。即ち、入力信号が 間隔のサンプル値である場合、上記遅延時間は である。これに応じてフイルタFiの特性は夫々の周波数
領域でf02-iHzを周期とする周期関数となり、そのカツ
トオフ特性の部分はナイキストの傾きのロールオフ特性
を有している。
In each of the filter stages, the digital filters F 0 to F 3 having the band pass characteristic have basically the same configuration and coefficient as described above, but differ only in the delay time Ti per shift register stage. That is, the input signal is If it is a sample value of the interval, the delay time is Is. Characteristics of the filter Fi is f 0 2 in the frequency domain of the respective accordingly - becomes a periodic function having a period of IHZ, part of the cut-off characteristics has roll-off characteristics of the Nyquist slope.

更に各フイルタ段は加算器D0〜D3及び符号反転器S0〜S3
を介して図示の如く結合されている。即ち、各フイルタ
段はより短い遅延時間で動作するシフトレジスタを有す
るバンドパス特性(あるいはハイパス特性)のデイジタ
ルフイルタの段が上位の段と(F0〜F3の順)と定義する
と、初段のフイルタF0には直接入力信号が加えられる
が、次段以降のフイルタの入力には、加算器D0〜D3及び
符号反転器S0〜S3により前段の入力信号からその段の出
力信号を減算した信号が加えられるように接続されてい
る。
Further, each filter stage has adders D 0 to D 3 and sign inverters S 0 to S 3
Are connected as shown in the drawing. That is, each filter stage has a band-pass characteristic (or high-pass characteristic) digital filter stage having a shift register that operates with a shorter delay time. If the digital filter stages are defined as the upper stage (in the order of F 0 to F 3 ), Although the input signal is directly applied to the filter F 0 , the adder D 0 to D 3 and the sign inverters S 0 to S 3 add the input signal of the previous stage to the output signal of that stage to the input of the filter after the next stage. Is connected so that a signal obtained by subtracting is added.

さて、上述した構成のオクターブ多重フイルタにおい
て、入力端子INに与えられた入力信号はA−D変換器A/
Dによりサンプリング周波数 でA−D変換され、バンドパス特性のデイジタルフイル
タF0に加えられる。
Now, in the octave multiplex filter having the above-mentioned configuration, the input signal given to the input terminal IN is A / D converter A /
Sampling frequency by D Is AD converted and added to the digital filter F 0 having the band pass characteristic.

第3図(a)〜(d)は各フイルタF0〜F3の周波数特性
を示し、第4図(a)〜(h)は各フイルタに対する入
出力信号の周波スペクトラムを示す。
FIGS. 3 (a) to 3 (d) show the frequency characteristics of the filters F 0 to F 3 , and FIGS. 4 (a) to 4 (h) show the frequency spectrum of the input / output signals for each filter.

初段フイルタF0の入力信号は第4図(a)に示す周波数
スペクトラムを有しており、F0の周波数特性は第3図
(a)に示す形をしているので、F0の出力信号は第4図
(b)に示すように一番上のオクターブの成立をとり出
したものとなる。F0の入力信号よりその出力信号を減算
すると、第4図(c)に示す周波数スペクトラムの信号
となり、この信号が次段のフイルタF1に入力される。加
算器D0の前の遅延素子τoは入出力信号間のタイムベー
スを揃えるためのものである。
Input signals of the first-stage filter F 0 has a frequency spectrum shown in Figure No. 4 (a), since the frequency characteristic of F 0 is in the form shown in FIG. 3 (a), the output signal of the F 0 Represents the establishment of the uppermost octave, as shown in FIG. 4 (b). When the output signal is subtracted from the input signal of F 0 , it becomes a signal of the frequency spectrum shown in FIG. 4 (c), and this signal is input to the filter F 1 of the next stage. The delay element τo in front of the adder D 0 is for aligning the time bases between the input and output signals.

以下同様にして第4図(c)〜(h)に示すように、各
オクターブの成分を各段のフイルタでとり出して、その
入力信号から出力信号を減算し、次段のフイルタに入力
する。
Similarly, as shown in FIGS. 4 (c) to 4 (h), the components of each octave are taken out by the filter of each stage, the output signal is subtracted from the input signal, and the result is input to the filter of the next stage. .

各フイルタ段の出力信号は乗算器b0〜b3により係数biを
乗算され、その位相特性を遅延素子τ′iで指定された
後、加算器ADDで加算され、全体の出力信号となる。
The output signals of the respective filter stages are multiplied by the coefficient bi by the multipliers b 0 to b 3 , the phase characteristics thereof are designated by the delay element τ′i, and then added by the adder ADD to become the entire output signal.

なお、第2段以降のフイルタ、例えばF1はそのシフトレ
ジスタの一段当りの遅延時間が である。通常この構成のデイジタルフイルタは、クロツ
ク周波数をf02-1Hzとして使用され、入力信号のサンプ
リング周波数もf02-1Hzとして使用される。そのため、
上記デイジタルフイルタにおいてはクロツク周波数とサ
ンプリング周波数が異なるため、このままでは目的とす
る処理ができない。このため、まず前述のように単位遅
延時間を としてFIR型フイルタの係数を定め、次に実際のサンプ
リング間隔 の入力信号に対しクロツク周波数をf0Hzにし、かつその
係数のままそのシフトレジスタの1段当りの遅延時間 となるように設定する。同様にして他の段のデイジタル
フイルタも設定する。
Note that the filters after the second stage, such as F 1, have a delay time of one stage of the shift register. Is. Normally, the digital filter having this configuration is used with a clock frequency of f 0 2 -1 Hz and a sampling frequency of the input signal as f 0 2 -1 Hz. for that reason,
Since the clock frequency and the sampling frequency are different in the above digital filter, the intended processing cannot be performed as it is. Therefore, first set the unit delay time as described above. The FIR filter coefficient is defined as The clock frequency is set to f 0 Hz for the input signal of and the delay time per stage of the shift register is kept as it is. To be set. In the same way, set the other digital filters.

〔発明の効果〕〔The invention's effect〕

以上説明した所から明らかなように本発明によれば上述
した構成とすることにより周波数領域(周波数軸上)で
対数的にほぼ均一な間隔で特性を指定できまた低域方向
へ広帯域化を図れるので、低域の分解能が向上し、しか
も振幅と位相を独立に指定できると共に各フイルタ間の
干渉を任意に小さくすることができる。
As is clear from the above description, according to the present invention, the above-mentioned configuration makes it possible to specify the characteristics at logarithmically uniform intervals in the frequency domain (on the frequency axis) and to broaden the band in the low frequency direction. Therefore, the resolution in the low range is improved, the amplitude and the phase can be designated independently, and the interference between the filters can be arbitrarily reduced.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

第1図は本発明の一実施例を示すブロツク図、第2図は
該実施例に用いられるFIR型フイルタの一構成例を示す
図、第3図(a)乃至(d)は夫々上記実施例における
各フイルタの周波数特性図、第4図(a)乃至(h)は
夫々各フイルタに対する入出力信号の周波数スペクトラ
ム図である。 F0〜F3……バンドパス特性を有するデイジタルフイル
タ、D0〜D2……加算器、S0〜S2……符号反転器、B0〜B3
……乗算器、ADD……出力加算器、SR……シフトレジス
タ。
FIG. 1 is a block diagram showing an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a diagram showing an example of the structure of an FIR type filter used in the embodiment, and FIGS. 3 (a) to 3 (d) are respectively the above-mentioned embodiments. FIGS. 4A to 4H are frequency spectrum diagrams of input / output signals to / from each filter in the example. F 0 to F 3 ...... Digital filter having bandpass characteristics, D 0 to D 2 ...... Adder, S 0 to S 2 ...... Sign invertor, B 0 to B 3
…… Multiplier, ADD …… Output adder, SR …… Shift register.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】foをサンプリングレートとして 間隔のサンプル値の入力信号を処理するハイパスあるい
はバンドパス特性のデイジタルフイルタから各フイルタ
段が構成され、各フイルタ段は入出力間に並列に設けら
れ、上記各デイジタルフイルタは単位遅延時間が である複数の遅延素子を含んでおり、初段のフイルタに
は直接入力信号が加えられるが、その次段以降のフイル
タの入力には前段の入力信号からその段の出力信号を減
算した信号が加えられるように各フイルタ段は接続さ
れ、各フイルタ段の出力信号が夫々位相及び振幅を制御
されてから加算されて全体の出力信号となるように構成
されたことを特徴とするオクターブ多重フイルタ。
1. Fo as a sampling rate Each filter stage is composed of a digital filter having a high-pass or band-pass characteristic for processing an input signal of interval sample values, each filter stage is provided in parallel between input and output, and each digital filter has a unit delay time. The input signal is directly added to the first stage filter, but the signal after subtracting the output signal of that stage from the input signal of the previous stage is added to the input of the filters after the next stage. The octave multiplex filter is characterized in that the respective filter stages are connected so that the output signals of the respective filter stages are controlled in terms of phase and amplitude and then added to form an overall output signal.
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US4779217A (en) 1985-12-27 1988-10-18 Kyocera Corporation Octave multiple filter

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