专利名称：一种具有两级多相子结构的两通道线性相位小波滤波器组的制作方法
技术领域：
本发明涉及到信号处理领域，具体为一种具有两级多相子结构的偶长度两通道线性相位小波滤波器组。
背景技术：
小波滤波器组(wavelet filter banks)是一种满足正则性(regularity)的理想重建滤波器组(perfect reconstruction filter banks)，广泛应用于信号分析和图像编码等系统中。两通道小波滤波器组的传统结构如
图1所示，它由分析滤波器组的分析滤波器Htl(Z)和H1 (ζ)、抽取器、零值内插器、以及综合滤波器组的综合滤波器Ftl (ζ)和F1(Z) 构成。将分析滤波器Htl(Z)和氏(2)以及综合滤波器Ftl(ζ)和^⑴进行多相分解，又可将两通道小波滤波器组的传统结构用通用方法转换为多相结构(polyphase structure)，参见文献 1 (P. P. Vaidyanathan,Multirate Systems and Filter Banks. Englewood Cliffs, NJ =Prentice-Hall, 1993.)。由于多相结构中的多相滤波器都是并行的，且长度仅为多相分解前的一半，因而多相结构小波滤波器组的运算速率是传统结构小波滤波器组的两倍， 这对促进小波滤波器组在高实时性要求领域的应用具有重要意义。两通道小波滤波器组按其滤波器长度为奇数还是偶数，又可分为奇长度和偶长度两类。奇长度的两通道线性相位小波滤波器组，其所有多相滤波器均具有线性相位，而偶长度的两通道线性相位小波滤波器组，其多相滤波器一般不具有线性相位，因而在实现时，乘法运算次数要多一倍。偶长度的两通道线性相位小波滤波器组的多相结构如图2所示，图中E0(Z)和艮⑷是滤波器Htl(Z) 的多相滤波器，E1 (ζ)和-Αω是滤波器氏(2)的多相滤波器。除了多相结构外，偶长度的两通道线性相位小波滤波器组目前还有两种结构，一种是格型结构(lattice structure), 参见文献 2 (Park, S.Y.and Cho，N. I.，“Design of multiplierless lattice QMF structure and algorithm development,"IEEE Trans. Circuits Syst. II,Analog Digit. Signal Process. Express Briefs, vol. 55 no. 2，ppl73_177，Feb. 2008.)，另一种是梯型结构(lifting structure)，参见文3 (Zhang Lei and Anamitra Makur, "Structurally linear phase factorization of 2-channel filter banks based on lifting", ICASSP2005, IV，pp. 609-612)。这两种结构都由多级多相子结构级联而成，且线性相位和理想重建(perfect reconstruction)特性，不受滤波器系数量化的字长效应影响。但正是因为由多级多相子结构级联而成，因而这两种结构的运算速率都明显比多相结构的低。而且，目前尚无简单通用的方法将偶长度的两通道线性相位小波滤波器组的多相结构转换成这两种结构。小波滤波器组的另一特性是正则性(regularity)，它是通过Htl(ζ)在ζ = -1 处的零点和H1 (ζ)在ζ = 1处的零点而得到的。无论小波滤波器组的传统结构还是多相结构，其正则性在小波滤波器组实现后都要发生变化，这是由于滤波器系数的量化字长效应影响，分析滤波器H0 (ζ)在ζ = -1处的零点和H1 (ζ)在ζ = 1处的零点都要发生扰动，使得 H0(z = 1)和&(2 = 1)都不为零。从而在图像处理中导致压缩图像恢复后，出现块状干扰 (checkerboarding)0
因此，寻求一种具有两级多相子结构的偶长度两通道线性相位小波滤波器组，其运算速率与多相结构小波滤波器组的相同，但乘法运算次数减少近一半，且在结构上保证 H0 (ζ = 1) == 1) = 0，显然在低功耗且实时性要求高的领域应用具有现实意义。
发明内容
本发明的目的在于提供一种具有两级多相子结构的偶长度两通道线性相位小波滤波器组，与现有技术相比运算速率与多相结构小波滤波器组的相同，但乘法运算次数比多相结构小波滤波器组的减少近一半；Hc^z = 1) = 0和HJz = 1) = 0这一特性为结构固有，不受滤波器系数的量化字长效应影响；有简单通用的方法，将偶长度的两通道线性相位小波滤波器组的多相结构转换成本发明提供的这种小波滤波器组结构，从而既可高效实现，又可克服其多相滤波器一般不具有线性相位的缺点。本发明的目的通过下述技术方案实现一种具有两级多相子结构的偶长度两通道线性相位小波滤波器组，由分析滤波器组、抽取器、零值内插器和综合滤波器组构成，其特征在于分析滤波器组和综合滤波器组的多相结构都分别由两个多相子结构级联而成，一个多相子结构为二输入二输出滤波器模块，另一个多相子结构为特殊二输入二输出模块， 在分析滤波器组中，二输入二输出滤波器模块由滤波器Tjz2)、Ljz2)、 \(ζ2)和Ltl(Za)构成，特殊二输入二输出模块是 Ttl (z2) = UL0(z2) = UL1(Za) = I^P T1(Za) =-1 时的一种特殊二输入二输出滤波器模块，其第一输出端[7]连接于二输入二输出滤波器模块的第一输入端[1]，其第二输出端[8]连接于二输入二输出滤波器模块的第二输入端[2]，其第一输入端[5]连接于小波滤波器组[30]的输入端[9]，其第二输入端[6]连接于延迟单元 z^[10]的输出端，延迟单元ζ—1 [10]的输入端连接于小波滤波器组[30]的输入端[9]，从而构成由分析滤波器Htl(Z)和&(2)组成的分析滤波器组的多相结构；在综合滤波器组中，二输入二输出滤波器模块由滤波器T1 (Z2)^L1 (Z2)Jci(Za)和-Ltl(Za)构成，特殊二输入二输出模块与分析滤波器组的相同，其第一输入端[15]连接于二输入二输出滤波器模块的第一输出端[13]，其第二输入端[16]连接于二输入二输出滤波器模块的第二输出端[14]，其第一输出端[17]连接于延迟单元厂1 [20]的输入端，其第二输出端[18]连接于小波滤波器组 [30]的输出端[19]，延迟单元厂1 [20]的输出端连接于小波滤波器组[30]的输出端[19]， 从而构成由综合滤波器Ftl(Z)和F1(Z)组成的综合滤波器组的多相结构。由于采用了上述结构，从而实现了如下关系1)分析滤波器组与其两级多相子结构的关系为
权利要求
1.一种具有两级多相子结构的偶长度两通道线性相位小波滤波器组，由分析滤波器组、抽取器、零值内插器和综合滤波器组构成，其特征在于分析滤波器组和综合滤波器组的多相结构都分别由两个多相子结构级联而成，一个多相子结构为二输入二输出滤波器模块，另一个多相子结构为特殊二输入二输出模块，在分析滤波器组中，二输入二输出滤波器模块由滤波器Tq (z2)、L1(Za)、I\(z2) ^P L0(z2)构成，特殊二输入二输出模块是Ttl (ζ2) = 1、 L0(z2) = UL1(Za) = 1和 \(ζ2) =-1时的一种特殊二输入二输出滤波器模块，其第一输出端[7]连接于二输入二输出滤波器模块的第一输入端[1]，其第二输出端[8]连接于二输入二输出滤波器模块的第二输入端[2]，其第一输入端[5]连接于小波滤波器组[30] 的输入端[9]，其第二输入端[6]连接于延迟单元厂1 [10]的输出端，延迟单元^[10]的输入端连接于小波滤波器组[30]的输入端[9]，从而构成由分析滤波器Htl(Z) ^P H1 (ζ)组成的分析滤波器组的多相结构；在综合滤波器组中，二输入二输出滤波器模块由滤波器 T1 (z2)、-L1 (z2)、Ttl(Za)和-Ltl(Za)构成，特殊二输入二输出模块与分析滤波器组的相同，其第一输入端[15]连接于二输入二输出滤波器模块的第一输出端[13]，其第二输入端[16] 连接于二输入二输出滤波器模块的第二输出端[14]，其第一输出端[17]连接于延迟单元 Z-1W的输入端，其第二输出端[18]连接于小波滤波器组[30]的输出端[19]，延迟单元 ζ^[20]的输出端连接于小波滤波器组[30]的输出端[19]，从而构成由综合滤波器Ftl(ζ)和 F1(Z)组成的综合滤波器组的多相结构。
2.根据权利要求1所述的小波滤波器组，其特征在于，分析滤波器组中的二输入二输出滤波器模块的结构具体为，第一输入端[1]分别与滤波器Ttl(Za) [21]的输入端和滤波器 L1(Za)的输入端相连接，第二输入端[2]分别与滤波器 \(ζ2) [22]的输入端和滤波器Ltl(Za) 的输入端相连接，第一输出端[3]分别与滤波器Ttl(Za) [21]的输出端和滤波器Ltl(Za)的输出端相连接，第二输出端[4]分别与滤波器 \(ζ2) [22]的输出端和滤波器L1(Za)的输出端相连接。
3.根据权利要求1所述的小波滤波器组，其特征在于，综合滤波器组中的二输入二输出滤波器模块的结构具体为，第一输入端[11]分别与滤波器T1(Za) [23]的输入端和滤波器-L1(Za)的输入端相连接，第二输入端[12]分别与滤波器Ttl(Za) [24]的输入端和滤波器-Ltl(Za)的输入端相连接，第一输出端[13]分别与滤波器 \(ζ2) [23]的输出端和滤波器-Ltl(Za)的输出端相连接，第二输出端[14]分别与滤波器Ttl(Za) [24]的输出端和滤波器-L1(Za)的输出端相连接。
4.根据权利要求1所述的小波滤波器组，其特征在于，此小波滤波器组在结构上固有一阶消失矩。
5.根据权利要求1或2所述的二输入二输出滤波器模块，其特征在于，上述滤波器模块中的滤波器与偶长度的两通道线性相位小波滤波器组的多相滤波器之间的关系具体为，
6.根据权利要求5所述的二输入二输出滤波器模块，其特征在于，上述滤波器模块二倍抽取后的滤波器都具有线性相位，其对称性具体为，滤波器Ttl(ζ)和1\(2)均为偶对称，滤波器L0 (ζ)和L1(Z)均为奇对称。
7.根据权利要求6所述的二输入二输出滤波器模块，其特征在于，上述滤波器模块二倍抽取后的滤波器T0 (z)、T1 (ζ)、L0 (ζ)和L1 (ζ)之间的关系具体为T0 (z) T1 (ζ) -L0 (ζ) L1 (ζ)=z_k/4。
全文摘要
本发明公开了一种具有两级多相子结构的偶长度两通道线性相位小波滤波器组，在其分析滤波器组中，由滤波器T0(z2)、L1(z2)、T1(z2)和L0(z2)构成的多相子结构级联在右侧，另一多相子结构是T0(z2)、L0(z2)和L1(z2)均为1而T1(z2)为-1时的一种特殊多相子结构，级联在左侧；在其综合滤波器组中，由滤波器T1(z2)、-L1(z2)、T0(z2)和-L0(z2)构成的多相子结构级联在左侧，级联在右侧的是一种与分析滤波器组的特殊多相子结构相同的多相子结构。本发明能使偶长度的两通道线性相位小波滤波器组，运算速率与其多相结构小波滤波器组的相同，但乘法运算次数减少近一半，且克服了多相滤波器一般不具有线性相位的缺点。
文档编号H03H17/00GK102545833SQ201210031590
公开日2012年7月4日 申请日期2012年2月13日 优先权日2012年2月13日
发明者彭安金 申请人:西南民族大学