濾波裝置的製作方法

2023-05-01 00:50:41

專利名稱：濾波裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種濾波裝置，能夠獲得除去視頻圖像系統數位訊號處理等使用的低通用數字濾波器的輸出中產生的過衝以及下衝後的濾波器輸出。
背景技術：
以往，例如在視頻圖像系統的數位訊號處理中，公知有除去視頻圖像信號的高頻成分的低通(通過低頻成分)用的濾波裝置。
圖2是表示視頻圖像系統數位訊號處理中所用的以往的濾波裝置的構成圖。
該濾波裝置包括，濾波長度例如為5級的低通用的FIR(FiniteImpulse Response)數字濾波器10，以及限制該濾波器輸出的最大值和最小值的限制電路。
FIR數字濾波器10的構成如下由將n位數字輸入信號Y[n-1:0]按順序逐位延遲的5級級聯連接(串聯連接)後的觸發器(Flip-flop以下稱之為「FF」)11-0～11-4組成的移位寄存器；對由各級的FF11-0～11-4鎖存後的內部鎖存數據w0[n-1:0]～w4[n-1:0]分別乘以規定的濾波係數A(0)～A(4)的5個乘法電路12-0～12-4；將各乘法電路12-0～12-4的輸出信號按順序相加後輸出濾波器輸出信號Limit_in[n-1:0]的4級級聯連接的加法電路13-1～13-4。
濾波係數A(M)(其中，M＝0，1，2，3，4)決定數字濾波器10的頻率特性，由(1)式計算出。
A(M)＝((ωp*T)/π)*S((n-L)*ωp*T)…(1)其中，ωp*T＝2π*(Fp/Fs)S(x)＝sin(x)/x
ωp通帶邊緣角頻率Fp通帶邊緣頻率Fs採樣頻率L群延遲限制電路20是基於固定的最大值Max[n-1:0]及最小值Min[n-1:0]，輸出對數字濾波器10的輸出信號Limit_in[n-1:0]的最大和最小進行了限制後的信號Limit_out[n-1:0]的電路。關於固定的最大值Max[n-1:0]及最小值Min[n-1:0]，例如在作為視頻信號(video signal)的複合(合成)信號、分離(separate)Y(亮度)信號、綠同步(SyncOn Green)信號中，最小值Min[n-1:0]大多設定成被稱之為同步晶片(シンクチツプ)電平的水平同步信號的「L」電平(低電平)即-40IRE。最大值Max[n-1:0]，根據視頻的CCIR601工業標準，大多設定成被許可電平100IRE以上。這裡IRE(Institute of RadioEngineers)是表示視頻圖像信號的相對比的單位。視頻圖像信號部分被定義為0～100IRE。
圖2的濾波裝置的動作如下。
當作為視頻圖像信號的數字輸入信號Y[n-1:0]被輸入後，該輸入信號Y[n-1:0]由各級FF11-0～F11-4鎖存後逐位進行延遲。從各級FF11-0～F11-4輸出的內部鎖存數據w0[n-1:0]～w0[n-1:0]通過各乘法電路12-0～12-4分別乘以係數A(0)～A(4)。這些乘法運算結果通過加法電路13-1～13-4順序相加，從最末級的加法電路13-4輸出高頻成分被除去後的輸出信號Limit_in[n-1:0]。
若輸出信號Limit_in[n-1:0]的最大值比規定值還大、或者該輸出信號Limit_in[n-1:0]的最低值比規定值還小，則由於對後級的電路會造成不良影響，故該輸出信號Limit_in[n-1:0]的最大值和最小值，通過限制電路20被限制在固定的最大值Max[n-1:0]及最小值Min[n-1:0]內。通常，固定的最大值Max[n-1:0]設定得比輸出信號Limit_in[n-1:0]的最大值還要大，固定的最小值Min[n-1:0]設定得比輸出信號Limit_in[n-1:0]的最小值還要小，所以該輸出信號Limit_in[n-1:0]原封不動地通過限制電路20，以信號Limit_out[n-1:0]輸出。
在圖2的濾波裝置中，濾波器10的長度越長越好，理想的是無限大。但是，例如在半導體集成電路上搭載濾波器10的情況下，由於物理上的限制，有必要中止濾波器的長度。用於計算濾波係數A(M)(M＝0，1，2，3，4)的式1，因為包含SIN函數所以存在濾波係數A(M)成為負數的情況。濾波長度被切短、在濾波係數A(M)中存在負數的濾波器10，就將濾波係數A(M)的權重增大。這樣，當輸入信號Y[n-1:0]的波形，在時間上由一定的狀態急速地上升、或者下降的情況下，限制電路20的輸出信號Limit_out[n-1:0](＝Limit_in[n-1:0])就會發生過衝或下衝。
圖3～圖5是說明圖2的濾波裝置中的過衝和下衝的發生原因的圖，其中圖3是輸入信號Y[n-1:0]從0到N(單位為任意)變化的情況下圖2的各乘法電路12-0～12-4的輸出信號與濾波器10的輸出信號Limit_out[n-1:0](＝Limit_in[n-1:0])之間的關係的波形圖，圖4是圖2的內部鎖存數據w0[n-1:0]～w0[n-1:0]與濾波器10的輸出信號Limit_out[n-1:0](＝Limit_in[n-1:0])之間關係的波形圖，圖5是表示圖2的輸入信號Y[n-1:0](虛線曲線)和輸出信號Limit_out[n-1:0](＝Limit_in[n-1:0])(實線曲線)的波形圖。
例如，圖2的濾波裝置的傳遞函數H(z)如式2所示。
H(Z)＝-0.092*Z(-2)+0.302*Z(-1)+0.58*Z(0)+0.302*Z(+1)+-0.092*Z(+2)…(2)在圖3、圖4的時間單位T0～T2中，輸入信號Y[n-1:0]為「0」，濾波器10的輸出信號Limit_in[n-1:0]也是「0」。在時間單位T3中輸入信號Y[n-1:0]向N變化。在時間單位T4中，乘法電路12-0的輸出就成為「-0.019*N」。因為其他的乘法電路12-1～12-4的輸入信號w1[n-1:0]～w4[n-1:0]為「0」，所以輸出也為「0」。因而，濾波器10的輸出信號Limit_in[n-1:0]就成為「-0.019*N」，變得比「0」小並原樣通過限制電路20，而發生圖5所示的下衝22。由於濾波係數A(M)其合計值為「1」來進行計算，所以在時間單位T7中，在只有乘法電路12-4的輸入信號w4[n-1:0]為「0」的情況下，濾波器10的輸出信號Limit_in[n-1:0]就成為「N*1.092」，變得比N大並原樣通過限制電路20，而發生圖5所示的過衝21。
如圖4所示，過衝21的值比內部鎖存數據w0[n-1:0]～w4[n-1:0]還要大，下衝22的值比鎖存數據w0[n-1:0]～w4[n-1:0]還要小。在輸入信號Y[n-1:0]從N向0進行變化的情況下也同樣如此。
在作為視頻圖像信號的複合信號中，過度的過衝21和下衝22會使電視接收機的垂直水平同步檢測誤動作，使圖像變得不穩定。另外，發生亮度成分向顏色成分向蔓延，而存在引起畫質降低的可能性。圖2的濾波裝置中，因為限制電路20所用的最大值Max[n-1:0]和最小值Min[n-1:0]是固定的，所以就無法除去大於等於所設定的最小值Min[n-1:0]、不足最大值Max[n-1:0]的過衝21和下衝22。
以往，作為像這樣的除去過衝21和下衝22的技術，有例如前述專利文獻1、2那樣的提案。
在專利文獻1中，記載了具有下述構成的數字濾波裝置的技術，第1低通濾波器(以下稱之為「LPF」)，由具有比較陡急的截止特性，對輸入數字圖像數據進行濾波的FIR數字濾波器組成；第2LPF，由具有比較緩和的截止特性，對前述輸入數字圖像數據進行濾波的FIR數字濾波器組成；混合單元，其混合分別由前述第1和第2LPF進行濾波後的數字圖像信號；階梯(step)檢測單元，檢測前述輸入數字圖像信號的階梯狀的數值變化；控制單元，根據前述階梯檢測單元的階梯檢測輸出，控制由前述混合單元產生的來自前述第1和第2LPF的數字圖像信號的混合比。在此數字濾波裝置中，平坦頻帶較寬而且能夠抑制過衝。
在專利文獻2中，記載了具有下述構成的數字濾波裝置的技術，第1數字濾波器，使濾波係數的抽頭(タツプ)數增加來進行輸入信號的濾波處理；第2數字濾波器，使用必要的最小限的抽頭數進行前述輸入信號的濾波處理，產生減輕過衝和洩漏的信號；檢測前述輸入信號的有變化部分的高通濾波器(以下稱之為「HPF」)；邊界信號生成單元，以同步信號為基準，在前述輸入信號的有效部分和消隱期間的邊界範圍發生以一定的斜率進行變化的邊界信號；複合信號生成單元，接收來自前述HPF和前述邊界信號生成單元的信號輸出判定信號；合成單元，輸入來自前述第1和第2數字濾波器的信號，基於前述判定信號，在前述輸入信號沒有變化的部分及前述輸入信號的有效部分與消隱期間的邊界部分主要輸出來自第2數字濾波器來的信號，在除此以外的部分主要輸出來自第1數字濾波器來的信號。根據該裝置，就可以抑制在濾波處理之際所發生的過衝。
但是，在與以往濾波裝置相關的技術中，存在諸如下述(a)～(c)那樣的問題。
(a)在專利文獻1的裝置中，為了獲得一個濾波器效果，具備第1和第2LPF，通過混合單元來控制混合比，所以晶片面積增大，而且，基本上僅在第1和第2LPF間切換，所以無法完全地除去過衝。
(b)在專利文獻2的裝置中，具備HPF，通過邊界信號生成單元、複合信號生成單元以及合成單元，在邊界面置換成其他信號來控制混合比，所以晶片面積增大，而且，雖然使用了從亮度信號除去副載波頻率成分的濾波器，但該濾波器帶來不良影響寧可不要。
(c)為了除去在圖2的濾波裝置中產生的過衝21和下衝22，在暫且適用了專利文獻1、2的技術情況下，因為需要增加濾波器10的數目等措施，所以不但晶片面積增大而且難以除去過衝21和下衝22而不使電路構成複雜化。
日本專利特開平8-79558號公報[專利文獻2]日本專利特開2002-94358號公報發明內容本發明的目的就是解決這樣的現有技術的問題，提供一種以比較簡單的電路構成，在抑制晶片面積增大的同時，能夠確切地抑制過衝和下衝的濾波裝置。
本發明的技術方案提供一種具備數字濾波器、最大值·最小值檢測電路和限制電路的濾波裝置。
上述數字濾波器具有級聯連接的M(其中，M是大於等於2的正整數，為取決於所希望的濾波器的特性的值，在需要陡急特性的情況下有必要加大M的值。)級的單位延遲元件，其在輸入n位(n為正整數)數字輸入信號後，對前述數字輸入信號逐位順次延遲；M個乘法電路，分別連接到前述各級的單位延遲元件的輸出側，對前述各級的單位延遲元件的輸出信號分別乘以規定的濾波係數；級聯連接的(M-1)級的加法電路，其與前述的M個的乘法電路的輸出側相連接，順次相加前述各乘法電路的輸出信號後輸出濾波器輸出信號。
前述最大值·最小值檢測電路，是從前述M級的單位延遲元件內的輸出信號群中檢測出最大值和最小值並輸出最大值檢測信號以及最小值檢測信號的電路。進一步的，前述限制電路，是輸入從前述第(M-1)級的加法電路輸出的前述濾波器輸出信號，基於前述最大值檢測信號限制並輸出前述濾波器輸出信號的最大值，同時基於前述最小值檢測信號，限制並輸出前述濾波器輸出信號的最小值的電路。
根據上述本發明的技術方案，通過從濾波器內的單位延遲元件的輸出信號群中檢測出限制電路所用的最大值和最小值，就能夠完全除去過衝和下衝。
根據上述本發明的技術方案，輸入到最大值·最小值檢測電路的單位延遲元件的輸出信號群，與抽頭數無關用三個點數就足夠，所以就能夠確切地除去過衝和下衝而不會使最大值·最小值檢測電路和限制電路的電路構成那麼複雜。


圖1是表示本發明的實施例1的濾波裝置的構成圖。
圖2是表示以往的濾波裝置的構成圖。
圖3是表示圖2的各乘法電路12-0～12-4的輸出信號和濾波器10的輸出信號之關係的波形圖。
圖4是表示圖2的內部鎖存數據和濾波器10的輸出信號之關係的波形圖。
圖5是表示圖2的輸入信號和輸出信號的波形圖。
圖6是表示圖1中的最大值·最小值檢測電路40的構成圖。
圖7是表示圖1中的限制電路50的構成圖。
圖8是表示圖1的內部鎖存數據和限制電路50的輸入輸出信號之關係的波形圖。
圖9是表示圖1的輸入信號和輸出信號的波形圖。
圖10是在圖1中具有n+1個抽頭數的FIR數字濾波器30的構成圖。
圖11是圖10的FIR數字濾波器30的輸入輸出波形圖。
圖12是表示濾波抽頭數31的情況下以往的濾波裝置的輸出信號波形與實施例1的濾波裝置的輸出信號波形之對比的圖。
具體實施例方式
本發明的濾波裝置具備數字濾波器、最大值·最小值檢測電路和限制電路。
前述數字濾波器具有級聯連接的(M+1)(其中，M是大於等於2的正整數)級的單位延遲元件(例如FF)，其在輸入(n+1)位(其中，n為正整數)數字輸入信號後，對前述數字輸入信號逐位順次延遲；(M+1)個乘法電路，分別與前述各級的單位延遲元件的輸出側連接，對前述各級的單位延遲元件的輸出信號分別乘以規定的濾波係數；級聯連接的M級的加法電路，其與前述的(M+1)個乘法電路的輸出側相連接，順次相加前述各乘法電路的輸出信號並輸出濾波器輸出信號。
對於在前述數字濾波器中產生的過衝和下衝，前述過衝的值比前述(M+1)級的單位延遲元件內的輸出信號群的值還大，前述下衝的值比前述(M+1)級的單位延遲元件內的輸出信號群的值還小。利用此特徵，在本發明中通過前述最大值·最小值檢測電路，從前述第{[(M-1)/2]-1}級的單位延遲元件的第1輸出信號、前述第[(M-1)/2]級的單位延遲元件的第2輸出信號以及前述第{[(M-1)/2]+1}級的單位延遲元件的第3輸出信號之中檢測最大值和最小值，向前述限制電路輸出最大值檢測信號和最小值檢測信號。前述限制電路，輸入從前述第n級加法電路輸出的前述濾波器輸出信號，根據前述最大值檢測信號，限制並輸出前述濾波器輸出信號的最大值，同時根據前述最小值檢測信號，限制並輸出前述濾波器輸出信號的最小值。
前述最大值·最小值檢測電路例如由以下裝置構成第1比較裝置，其比較前述第1、第2、第3的輸出信號的大小；第1選擇裝置，基於前述第1比較裝置的比較結果，選擇前述第1、第2、第3輸出信號內的最大的輸出信號並進行輸出；第2比較裝置，比較前述第1、第2、第3輸出信號的大小；第2選擇裝置，基於前述第2比較裝置的比較結果，選擇前述第1、第2、第3輸出信號內的最小的輸出信號並進行輸出。
實施例1(構成)圖1是表示本發明的實施例1的濾波裝置的構成圖。
該濾波裝置是視頻圖像系統的數位訊號處理等使用的裝置，由以下裝置構成，濾波器長度是M級(例如n＝0，1，2，3，4的5級)低通用的FIR數字濾波器30；最大值·最小值檢測電路40，其檢測該FIR數字濾波器30的內部鎖存數據(例如三個w1[n-1:0]，w2[n-1:0]，w3[n-1:0])的最大值Max[n-1:0]和最小值Min[n-1:0]；限制電路50，其根據檢測出的最大值Max[n-1:0]和最小值Min[n-1:0]，輸出對該FIR數字濾波器30的輸出信號Limit_in[n-1:0]的最大和最小進行了限制後的輸出信號Limit_out[n-1:0]。
FIR數字濾波器30由以下裝置構成由將n位的數字輸入信號Y[n-1:0]逐位順序延遲的5級級聯連接的單位延遲元件(例如FF)31-0～31-4組成的移位寄存器，對由各級的FF31-0～31-4鎖存後的內部鎖存數據w0[n-1:0]～w4[n-1:0]分別乘以規定的濾波係數A(0)～A(4)的5個乘法電路32-0～32-4，將各乘法電路32-0～32-4的輸出信號依次相加後輸出濾波器輸出信號Limit_in[n-1:0]的4級級聯連接的加法電路33-1～33-4。濾波係數A(M)(其中，M＝0，1，2，3，4)，與以往同樣決定數字濾波器30的頻率特性，由(1)式計算出。
圖6是表示圖1中的最大值·最小值檢測電路40的構成圖。
該最大值·最小值檢測電路40由以下裝置構成，檢測所輸入的三個內部鎖存數據w1[n-1:0]、w2[n-1:0]、w3[n-1:0]之中的最大值Max[n-1:0]的最大值檢測電路，檢測所輸入的三個內部鎖存數據w1[n-1:0]、w2[n-1:0]、w3[n-1:0]之中的最小值Min[n-1:0]的最小值檢測電路。
最大值檢測電路具有比較所輸入的三個內部鎖存數據w1[n-1:0]、w2[n-1:0]、w3[n-1:0]內的兩個內部鎖存數據w2[n-1:0]、w3[n-1:0]的大小的比較器41，根據該比較器41的比較結果選擇兩個內部鎖存數據w2[n-1:0]、w3[n-1:0]之中較大一方的選擇器42，比較內部鎖存數據w1[n-1:0]和比較器42的選擇結果的大小的比較器43，根據該比較器43的比較結果選擇內部鎖存數據w1[n-1:0]和選擇器42的選擇結果的較大一方，並輸出最大值Max[n-1:0]的選擇器44。這裡由比較器41、43組成第1比較裝置，由選擇器42、44組成第1選擇裝置。
例如，比較器41具有輸入兩個內部鎖存數據w2[n-1:0]、w3[n-1:0]的兩個輸入端子a、b，以及輸出比較結果的輸出端子c，當(輸入端子a的數據)≥(輸入端子b的數據)時，輸出端子c的信號成為「H」電平(高電平)，當(輸入端子a的數據)＜(輸入端子b的數據)時，輸出端子c的信號成為「L」電平(低電平)。選擇器42，當輸出端子c的信號是「H」電平時，選擇「1」側的數據w2[n-1:0]並輸出，當輸出端子c的信號是「L」電平時，選擇「0」側的數據w3[n-1:0]並輸出。比較器43具有輸入內部鎖存數據w1[n-1:0]和選擇器42的選擇結果的兩個輸入端子a、b，以及輸出比較結果的輸出端子c，當a≥b時，c＝「H」，當a＜b時，c＝「L」。選擇器44當輸出端子c的信號是「H」電平時，選擇「1」側的數據w1[n-1:0]並輸出，當輸出端子c的信號是「L」電平時，選擇「0」側的選擇器42的輸出數據並輸出。
最小值檢測電路由以下裝置構成，比較所輸入的三個內部鎖存數據w1[n-1:0]、w2[n-1:0]、w3[n-1:0]內的兩個內部鎖存數據w2[n-1:0]、w3[n-1:0]的大小的比較器45，根據該比較器45的比較結果選擇兩個內部鎖存數據w2[n-1:0]、w3[n-1:0]之中的較小一方的選擇器46，比較內部鎖存數據w1[n-1:0]和比較器46的選擇結果的大小的比較器47，根據該比較器47的比較結果選擇內部鎖存數據w1[n-1:0]和選擇器46的選擇結果的較小一方，並輸出最小值Min[n-1:0]的選擇器48。這裡由比較器45、47組成第2比較裝置，由選擇器46、48組成第2選擇裝置。
例如，比較器45具有輸入兩個內部鎖存數據w2[n-1:0]、w3[n-1:0]的兩個輸入端子a、b，以及輸出比較結果的輸出端子c，當a≥b時，c＝「H」，當a＜b時，c＝「L」。選擇器46當c＝「H」時其反轉選擇「0」側的數據w3[n-1:0]並輸出，當c＝「L」時，反轉選擇「1」側的數據w2[n-1:0]並輸出。比較器47具有輸入內部鎖存數據w1[n-1:0]和選擇器46的選擇結果的兩個輸入端子a、b，以及輸出比較結果的輸出端子c，當a≥b時，c＝「H」，a＜b時，c＝「L」。選擇器48當c＝「H」時其反轉選擇「0」側的選擇器46的選擇結果並輸出，當c＝「L」時，反轉選擇「1」側的內部鎖存數據w1[n-1:0]並輸出。
圖7是表示圖1中的限制電路50的構成圖。
該限制電路50具有，比較器51，比較濾波器輸出信號Limit_in[n-1:0]和最大值Max[n-1:0]的大小，當Limit_in[n-1:0]＞Max[n-1:0]時，輸出比較結果「H」電平，當Limit_in[n-1:0]≤Max[n-1:0]時，輸出比較結果「L」電平；選擇器52，當該比較器51的比較結果是「H」電平時選擇「1」側的最大值Max[n-1:0]並輸出，當該比較器51的比較結果是「L」電平時選擇「0」側的濾波器輸出信號Limit_in[n-1:0]並輸出，在該選擇器52的輸出側連接比較器53和選擇器55，在該比較器51、55的輸出側連接AND門54。
比較器53對選擇器52的選擇結果Limit_w[n-1:0]和最小值Min[n-1:0]的大小進行比較，當Min[n-1:0]＞Limit_w[n-1:0]時輸出比較結果「H」電平，當Min[n-1:0]≤Limit_w[n-1:0]時輸出比較結果「L」電平。AND門54求比較器53的比較結果和比較器51的比較結果的反轉值的邏輯積。選擇器55當AND門的輸出信號是「H」電平時，選擇「1」側的最小值Min[n-1:0]並輸出，當AND門的輸出信號是「L」電平時，選擇「0」側的選擇結果Limit_w[n-1:0]並輸出Limit_out[n-1:0]。
(圖1的整體動作)例如，若作為視頻圖像信號的數字輸入信號Y[n-1:0]被輸入濾波器30，此輸入信號Y[n-1:0]由各級FF31-0～31-4鎖存後逐位進行延遲。從各級的FF31-0～31-4輸出的內部鎖存數據w0[n-1:0]～w4[n-1:0]通過各乘法電路32-0～32-4分別與濾波係數A(0)～A(4)相乘。這些乘法運算結果由加法電路33-1～33-4順次進行相加，從最末級的加法電路33-4輸出除去高頻成分後的輸出信號Limit_in[n-1:0]。
圖8是表示圖1的內部鎖存數據w0[n-1:0]～w4[n-1:0]和限制電路50的輸入輸出信號Limit_in[n-1:0]、Limit_out[n-1:0]之關係的波形圖，圖9是表示圖1的輸入信號Y[n-1:0](虛線曲線)和輸出信號Limit_out[n-1:0](實線曲線)的波形圖。
在圖8的時間單位T0～T2中，輸入信號Y[n-1:0]為「0」，濾波器30的輸出信號Limit_in[n-1:0]也是「0」。在時間單位T3中輸入信號Y[n-1:0]向N變化。在時間單位T4中，乘法電路32-0的輸出就成為「-0.019*N」。由於其他的乘法電路32-1～32-4的輸入信號w1[n-1:0]～w4[n-1:0]是「0」，所以其輸出也是「0」。因而，濾波器30的輸出信號Limit_in[n-1:0]就為「-0.019*N」，變得比「0」還小而發生下衝22。由於濾波係數A(M)其合計值為「1」來進行計算，所以在時間單位T7中，在只有乘法電路32-4的輸入信號w4[n-1:0]外「0」的情況下，濾波器30的輸出信號Limit_in[n-1:0]就成為「N*1.092」，變得大於N而發生過衝21。
過衝21的值比內部鎖存數據w0[n-1:0]～w4[n-1:0]還要大，下衝22的值比內部鎖存數據w0[n-1:0]～w4[n-1:0]還要小。在輸入信號Y[n-1:0]從N向0變化的情況下也同樣如此。在本實施例1中，利用此特徵，最大值·最小值檢測電路40從內部鎖存數據w1[n-1:0]，w2[n-1:0]，w3[n-1:0]，w4[n-1:0]中檢測出最大值Max[n-1:0]及最小值Min[n-1:0]，並輸出至限制電路50。
在限制電路50中，使用由最大值·最小值檢測電路40檢測出的最大值Max[n-1:0]及最小值Min[n-1:0]，與濾波器30的輸出信號Limit_in[n-1:0]進行比較。
亦即，在圖8的時間單位T4中，由於濾波器30的輸出信號Limit_in[n-1:0]中發生的下衝22，是比檢測出的最小值Min[n-1:0]還小的值，故限制電路50選擇該最小值Min[n-1:0]，並作為Limit_out[n-1:0]進行輸出。在時間單位T7中，由於濾波器30的輸出信號Limit_in[n-1:0]中發生的過衝21，是比檢測出的最大值Max[n-1:0]還大的值，故限制電路50選擇該最大值Max[n-1:0]，並作為Limit_out[n-1:0]進行輸出。在其他的時間單位T5，T6，T8，……等，因為濾波器30的輸出信號Limit_in[n-1:0]比檢測出的最大值Max[n-1:0]還小，比檢測出的最小值Min[n-1:0]還大，所以限制電路50選擇濾波器30的輸出信號Limit_in[n-1:0]，並作為Limit_out[n-1:0]進行輸出。
據此，如圖9所示，濾波器30內發生的過衝21和下衝22就被除去。
(最大值·最小值檢測電路40所必要的抽出點位置和點數)圖10是在圖1中具有M+1(其中M＝2K+1)個抽頭數(即以K為中心的對稱運算係數)的FIR數字濾波器30的構成圖。圖11(1)～(4)是圖10的FIR數字濾波器30的輸入輸出的波形圖。圖12(a)、(b)是表示濾波抽頭數31的情況下以往的濾波裝置的輸出信號波形與實施例1的濾波裝置的輸出信號波形之對比的圖。
在圖10的濾波器30中，輸入M+1級的FF31-0～31-M中的各級的輸出信號的運算電路34由M+1個乘法電路32-0～32-n和M級的加法電路33-1～33-M構成。在具有M+1抽頭數的濾波器30的情況下，輸入到最大值·最小值檢測電路40的抽出點位置是第{[(M-1)/2]-1}級的FF31-(K-1)的輸出，第[(M-1)/2]級的FF31-K的輸出以及第{[(M-1)/2]+1}級的FF31-(K+1)的輸出，從圖12可知與抽頭數M+1無關，用三個點數就足夠。下面說明其理由。
圖11所示的濾波器30具有K的相位的延遲。即，輸入信號Y[n-1:0]在K個相位後被輸出。圖11(1)、(2)、(3)、(4)是主要的輸入波形和x時間之後的濾波器輸出的波形。通過濾波器30後的信號成為高頻區域的噪聲被衰減後的波形。在輸入波形是圖11(1)的情況下，t1時刻的信號在x時間後的濾波器輸出電平比t1時刻的電平還小，但是不大於t0時刻、t2時刻的電平。在輸入波形是圖11(2)的情況下，t1時刻的信號在x時間後的濾波器輸出電平比t1時刻的電平還大，但是不小於t0時刻、t2時刻的電平。在圖11(3)、(4)的情況下，t1時刻的信號在x時間後的濾波器輸出電平處於時刻t0和t2的信號電平之間。亦即，t1時刻的信號在x時間後的濾波器輸出電平在時刻t0、t1、t2的濾波器輸入電平的最大值、最小值之間。
如前所述，在FIR數字濾波器30中，輸入信號Y[n-1:0]在K個相位後(即x時間後)被輸出，此輸入信號Y[n-1:0]作為K級後的FF31-K的輸出信號被鎖存。FIR數字濾波器30是具有以K為中心的對稱運算係數的濾波器，在具有M+1抽頭數的情況下，K與M的關係用M＝2K+1來表示。即，輸入到最大值·最小值檢測電路40的抽出點位置，在具有M+1抽頭數的濾波器30的情況下，是第{[(M-1)/2]-1}、第[(M-1)/2]、以及第{[(M-1)/2]+1}級的FF31-(K-1)，FF31-K，以及FF31-(K+1)的輸出。
(實施例1的效果)(1)根據本實施例1，通過從濾波器30內所保持的內部鎖存數據中檢測出限制電路50中使用的最大值Max[n-1:0]和最小值Min[n-1:0]，就能夠完全地除去過衝21和下衝22。
(2)由於輸入到最大值·最小值檢測電路40的內部鎖存數據，與抽頭數無關，三個點數就足夠，所以就能夠確切地除去過衝21和下衝22而不會使最大值·最小值檢測電路和限制電路的電路構成那麼複雜。
實施例2本發明不局限於實施例1，可以有各種變形。作為變形例的實施例2，例如可以有諸如下面的(A)～(D)那樣的裝置。
(A)圖1的FF31-0，……也可以由其他的電路元件等的單位延遲元件構成。
(B)圖6的最大值·最小值檢測電路40，也可以由其他的邏輯電路等構成。
(C)圖7的限制電路50，也可以由其他的邏輯電路等構成。
(D)圖1的濾波裝置依照輸入信號Y的位數來變更濾波器30的抽頭數即可。
產業上利用可能性本發明的濾波裝置能夠利用在視頻圖像系統信號處理以外的各種數位訊號處理中。
權利要求
1.一種濾波裝置，其特徵在於具備數字濾波器、最大值·最小值檢測電路以及限制電路，所述數字濾波器具有，級聯連接的M級單位延遲元件，在輸入n位數字輸入信號後，對前述數字輸入信號逐位順次進行延遲，其中M為大於等於2的正整數，n為正整數；M個乘法電路，分別連接到前述各級的單位延遲元件的輸出側，對前述各級的單位延遲元件的輸出信號分別乘以規定的濾波係數；以及級聯連接的(M-1)級加法電路，與前述M個乘法電路的輸出側相連接，順次相加前述各乘法電路的輸出信號並輸出濾波器輸出信號，所述最大值·最小值檢測電路，從前述M級單位延遲元件內的輸出信號群中檢測出最大值和最小值並輸出最大值檢測信號和最小值檢測信號，所述限制電路，輸入從前述第(M-1)級的加法電路輸出的前述濾波器輸出信號，基於前述最大值檢測信號限制並輸出前述濾波器輸出信號的最大值，同時基於前述最小值檢測信號限制並輸出前述濾波器輸出信號的最小值。
2.一種濾波裝置，其特徵在於具備數字濾波器、最大值·最小值檢測電路以及限制電路，所述數字濾波器具有，級聯連接的(M+1)級單位延遲元件，在輸入(n+1)位數字輸入信號後，對前述數字輸入信號逐位順次進行延遲，其中M為大於等於2的正整數，n為正的整數；(M+1)個乘法電路，分別連接到前述各級的單位延遲元件的輸出側，對前述各級的單位延遲元件的輸出信號分別乘以規定的濾波係數；以及級聯連接的M級加法電路，與前述的(M+1)個的乘法電路的輸出側相連接，順次相加前述的各乘法電路的輸出信號並輸出濾波器輸出信號，所述最大值·最小值檢測電路，從前述第{[(M-1)/2]-1}級的單位延遲元件的第1輸出信號、前述第[(M-1)/2]級的單位延遲元件的第2輸出信號以及前述第{[(M-1)/2]+1}級的單位延遲元件的第3輸出信號之中檢測出最大值和最小值，並輸出最大值檢測信號和最小值檢測信號，所述限制電路，輸入從前述第M級的加法電路輸出的前述濾波器輸出信號，基於前述最大值檢測信號限制並輸出前述濾波器輸出信號的最大值，同時基於前述最小值檢測信號限制並輸出前述濾波器輸出信號的最小值。
3.根據權利要求1或權力要求2所述的濾波裝置，其特徵在於前述單位延遲元件由觸發器構成。
4.根據權利要求2所述的濾波裝置，其特徵在於前述最大值·最小值檢測電路由下述裝置構成第1比較裝置，比較前述第1、第2、第3輸出信號的大小；第1選擇裝置，基於前述第1比較裝置的比較結果，選擇前述第1、第2、第3輸出信號內的最大的輸出信號並進行輸出；第2比較裝置，比較前述第1、第2、第3輸出信號的大小；以及第2選擇裝置，基於前述第2比較裝置的比較結果，選擇前述第1、第2、第3輸出信號內的最小的輸出信號並進行輸出。
全文摘要
本發明提供一種以簡單的電路構成在抑制晶片面積增大的同時，確切地抑制過衝和下衝的濾波裝置。輸入信號(Y)通過低通用的FIR濾波器(30)內的各級(FF31－0～31－4)鎖存後逐位延遲。從各級(FF31－0～31－4)輸出的鎖存數據(w0～w4)通過各乘法電路(32－0～32－4)分別乘以濾波係數A(0)～A(4)。這些乘法運算結果由加法電路(33－1～33－4)順次相加並輸出除去高頻成分後的輸出信號(Limit_in)。由最大值·最小值檢測電路(40)從數據(w1～w4)檢測出最大值(Max)和最小值(Min)。限制電路(50)利用檢測出的最大值(Max)和最小值(Min)，限制濾波器輸出信號(Limit_in)的最大值和最小值。
文檔編號H03H17/06GK1753306SQ20051005917
公開日2006年3月29日 申請日期2005年3月24日 優先權日2004年9月21日
發明者伊波康, 秋山隆明 申請人:衝電氣工業株式會社