专利名称：讯号处理方法与装置以及应用该方法的惯性指示装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及的是一种讯号处理方法以及指示装置，特别涉及的是一种利用过 度取样来处理讯号以降低噪声的一种讯号处理方法与装置以及使用所述的方法的 惯性指示装置。
背景技术：
目前市面上指示装置的种类有许多种，若根据感测方式来区别，可分为滚球
型鼠标、LED光学鼠标，以及最新的激光光学鼠标等等。其中滚球型鼠标因为在 桌面上移动，故容易沾黏灰尘，需要定时清理滚轴上的脏污，以保持鼠标侦测的 准确性。而LED光学鼠标利用物体表面粗糙度产生的阴影来辨识，因此在类似大 理石桌面，磁砖、金属等光滑表面，便无法顺利的操作鼠标。而激光是一种利用 同调光源(coherentlight)，能直接反射出表面的细节，而无需利用阴影来辨识。因 此能提供比LED光学鼠标较佳的表面追踪能力。然而，在玻璃或者压克力等透明 桌面仍因光学感测的原理而使得功能受限。
基于上述的问题，因此凭借惯性感测模块来感测指示装置的空间或者是平面 运动的设计成为一股趋势。然而利用惯性感测模块来感测指示装置在平面中的运 动状态时，基本上是透过积分运算来控制显示装置上光标的位移。不过在积分的 过程中，会将噪声放大而使得位移控制更加困难。基于前述的问题，现有技术中， 如中国台湾专利公告号0519263所公开的一种"惯性游戏杆指向装置"，其是在 将加速度感测讯号经由可调式数字低通滤波器处理，以消除讯号噪声，进而控制 光标。然而，数字滤波大量取样频率会让使用者有延迟的感觉，而模拟滤波能达 成实时性的效果。此外，数字滤波需要的大量取样与内存，以储存大量的低通滤 波器各系数的数值转换才进行数字滤波处理，如此一来便会增加处理器负担与成 本。
综合上述，因此亟需一种讯号处理方法与装置以及使用所述的方法的惯性指 示装置，来解决现有技术所产生的问题。
发明内容
本发明的主要目的是提供一种讯号处理方法与装置以及使用所述的方法的惯 性指示装置，其是利用过度取样的讯号处理方式，来处理感测的讯号，达到降低 噪声的目的。
本发明的次要目的是提供一种讯号处理方法与装置以及使用所述的方法的惯 性指示装置，其是利用模拟滤波的方式降低数字滤波所需的取样频率与内存需求， 达到省电的目的。
本发明的另一目的是提供一种讯号处理方法与装置以及使用所述的方法的惯 性指示装置，其是利用模拟滤波的方式降低讯号处理延迟的问题，达成实时性的 目的。
为了达到上述的目的，本发明提供一种讯号处理方法，其是可处理一指示装 置所产生的讯号，所述的讯号处理方法包括有下列步骤撷取所述的指示装置所 产生的一加速度感测讯号；对所述的加速度感测讯号进行第一次滤波处理以形成 一滤波讯号；转换所述的滤波讯号为一数字讯号；以及对所述的数字讯号进行一 第二次滤波处理，以形成一处理讯号。
较佳的是，所述的第二次滤波处理还包括有下列步骤过度取样所述的数字 讯号以形成复数个取样讯号；以及对所述的复数个取样讯号进行平均运算处理以 形成所述的处理讯号。
较佳的是，所述的第二次滤波处理还包括有下列步骤过度取样所述的数字 讯号以形成复数个取样讯号；对所述的复数个取样讯号进行傅立叶转换，以形成 复数个频谱讯号；以及过滤所述的复数个频谱讯号，并进行转换以形成所述的处 理讯号。
较佳的是，所述的讯号处理方法，其是还包括有下列步骤转换所述的处理 讯号以形成一位移讯号；以及将所述的位移讯号传递至一电子装置。
较佳的是，转换所述的滤波讯号的步骤中还包括有下列步骤撷取滤波讯号 的特定范围并进行放大以形成一差分放大讯号；以及数字转换所述的差分放大讯 号以形成所述的数字讯号。
为了达到上述的目的，本发明更提供一种讯号处理装置，其是可接收一惯性 感测模块所产生的一加速度感测讯号，所述的讯号处理装置包括有 一滤波器， 其是可进行第一次滤除噪声处理以滤除所述的加速度感测讯号的噪声以形成一滤
波讯号； 一模拟数字转换器，其是与所述的滤波器相耦接以接收所述的滤波讯号 并将其转换成一数字讯号；以及一后处理器，其是与所述的模拟数字转换器相耦
接以接收所述的数字讯号以对所述的数字讯号进行第二次滤除噪声处理以形成一 处理讯号。
为了达到上述的目的，本发明更提供一种惯性指示装置，包括有 一惯性感 测模块，其是可以感测所述的惯性指示装置的运动状态而产生至少一加速度感测 讯号； 一讯号处理装置，其是与所述的惯性感测模块相耦接，所述的讯号处理装 置还包括有 一滤波器，其是可滤除所述的至少一加速度感测讯号的噪声以形成 一滤波讯号； 一模拟数字转换器，其是与所述的滤波器相耦接以接收所述的滤波 讯号并将其转换成一数字讯号；以及一后处理器，其是与所述的模拟数字转换器 相耦接以接收所述的数字讯号以对所述的数字讯号进行滤除噪声处理以形成一处 理讯号； 一接口模块，其是与所述的讯号处理装置相耦接以接收所述的处理讯号 并转换成一位移讯号；以及一传输模块，其是与所述的接口模块相耦接以将所述 的位移讯号传递至一电子装置。
较佳的是，所述的滤波器是为一主动式多阶低通滤波器。
较佳的是，所述的后处理器还包括有 一过度取样单元，其是可过度取样所 述的数字讯号以形成复数个取样讯号；以及一演算单元，其是可接收所述的复数 个取样讯号并进行一平均运算处理，以形成所述的处理讯号。
较佳的是，所述的后处理器还包括有 一过度取样单元，其是可过度取样所 述的数字讯号以形成复数个取样讯号；以及一演算单元，其是可对所述的复数个 取样讯号进行傅立叶转换，以形成复数个频谱讯号，然后过滤所述的复数个频谱 讯号，并进行反转换以形成所述的处理讯号。
较佳的是，所述的惯性指示装置，其是还包括有一差分放大器与所述的滤波 器以及所述的模拟数字转换器相耦接。
较佳的是，所述的惯性感测模块更具有至少一加速度计、至少一陀螺仪或者 前述的组成。
较佳的是，所述的传输模块可选择为有线传输模块以及无线传输模块其中之 较佳的是，所述的电子装置可选为一游戏机以及计算机其中之一。
图1是为本发明的讯号处理方法较佳实施例流程示意图； 图2是为本发明的讯号处理方法的数字转换较佳实施例流程示意图； 图3A是为本发明的讯号处理方法的第二次滤波处理较佳实施例流程示意图； 图3B是为本发明的讯号处理方法的第二次滤波处理另一较佳实施例流程示 意图4A是为本发明的讯号处理装置较佳实施例示意图4B是为本发明的后处理器较佳实施例示意图5是为本发明的讯号处理装置的差分放大讯号示意图6A是为单一取样示意图6B是为本发明的讯号处理装置的过度取样讯号示意图； 图7是为本发明的惯性指示装置较佳实施例示意图； 图8是为本发明的讯号处理方法与现有计数的结果比较示意图。 附图标记说明l-讯号处理方法；10 15-流程；120 121-流程；130a 131a-流程；130b 132b-流程；21-讯号处理装置；210-滤波器；211-差分放大 器；212-模拟数字转换器；213-后处理器；2130-过渡取样单元；2131-演算单 元；22-接口模块；23-无线传输模块；24-电子装置；3-惯性指示装置；30-壳体； 301-上壳体；302-下壳体；31-电路板；32-惯性感测模块；33-讯号处理装置；34-接口模块；35-传输模块；36-按键；90-感测讯号；91-撷取讯号；92-差分放大讯 号；93-高频噪声讯号。
具体实施例方式
为使贵审查委员能对本发明的特征、目的与功能有更进一步的认知与了解， 下文特将本发明的系统的相关细部结构以及设计的理念原由进行说明，以使得审 査委员可以了解本发明的特点，详细说明陈述如下
请参阅图l所示，所述的图是为本发明的讯号处理方法较佳实施例流程示意 图。所述的讯号处理方法是应用在处理由一指示装置所产生的至少一加速度感测 讯号，以使得电子装置的显示器上的光标根据处理结果产生相对应的位移。所述 的讯号处理方法是包括有下列步骤首先进行步骤IO撷取所述的指示装置所产生 的一加速度感测讯号。然后以步骤11对所述的加速度感测讯号进行第一次滤波处
理，以过滤掉噪声并产生一滤波讯号。
随后，再进行步骤12，将所述的滤波讯号数字化以形成一数字讯号。请参阅
图2所示，所述的图是为本发明的讯号处理方法的数字转换较佳实施例流程示意 图。所述的数字转换的程序包括有以步骤120撷取滤波讯号的特定范围并进行放 大以形成一差分放大讯号。然后以步骤121将所述的差分放大信号透过模拟数字 转换以形成一数字讯号。
再回到图l所示，步骤12的后接着进行步骤B，对所述的数字讯号进行一 第二次滤波处理，以清除在步骤11无法被过滤掉的噪声，这是因为第一次滤波主 要是清除高频的噪声，然而依旧会有些清不干净的高频噪声通过滤波器，此时再 凭借助二次滤波也就是过度取样来"降低"噪声的强度。请参阅图3A所示，所述
的图是为本发明的讯号处理方法的第二次滤波处理较佳实施例流程示意图。在此 较佳实施例中，所述的第二次滤波处理包括有以步骤130a来过度取样所述的数 字讯号以形成复数个取样讯号。然后进行步骤131a对所述的复数个取样讯号进行 平均运算处理以形成一处理讯号。
请参阅图3B所示，所述的图是为本发明的讯号处理方法的第二次滤波处理 另一较佳实施例流程示意图。在本实施例中，所述的第二次滤波处理还包括有以 步骤130b过度取样所述的数字讯号以形成复数个取样讯号。接着，以步骤131b 对所述的复数个取样讯号进行傅立叶转换，以形成复数个频谱讯号。最后，进行 步骤131c过滤所述的复数个频谱讯号，并进行转换以形成一处理讯号。
再回到图l所示，步骤13的后，将所述的处理讯号透过步骤14，转换所述 的处理讯号以形成一位移讯号。最后进行步骤15，将所述的位移讯号传递至一电 子装置。所述的电子装置可以是计算机或者是游戏机等处理装置。
请参阅图4A所示，所述的图是为本发明的讯号处理装置较佳实施例示意图。 所述的讯号处理装置21包括有一滤波器210、 一差分放大器211、 一模拟数为转 换器212以及一后处理器213。所述的滤波器210，其是可滤除所述的加速度感测 讯号的噪声以形成一滤波讯号。在本实施例中，所述的滤波器210为模拟式的一 主动式多阶低通滤波器。所述的主动式多阶低通滤波器可以降低数字滤波所需的 取样频率与内存需求，达到省电的目的，因为数字滤波大量取样频率会让使用者 有延迟的感觉，而模拟滤波能达成实时性的效果。此外，数字滤波需要的大量取 样与内存，而模拟滤波不需要。请参阅图5所示，所述的图是为本发明的讯号处
理装置的差分放大讯号示意图。所述的差分放大器211可以撷取感测讯号90中的
一部以形成一撷取讯号91，然后，放大所述的撷取讯号91以形成一差分放大讯 号92。所述的放大率在本实施中为1.65倍，本实施例的放大率因应硬件需求不同 而有改变，并非固定值。的后再凭借与所述的差分放大器211相耦接的所述的模 拟数字转换器212接收所述的差分放大讯号并将其转换成一数字讯号。
所述的后处理器213，其是与所述的模拟数字转换器212相耦接以接收所述 的数字讯号以对所述的数字讯号进行滤除噪声处理以形成一处理讯号。在一较佳 实施例中，请参阅图4B所示。所述的后处理器213更具有一过度取样单元2130 以及一演算单元2131。所述的过度取样单元2130，其是可过度取样所述的数字讯 号以形成复数个取样讯号。所述的演算单元2131，其是可接收所述的复数个取样 讯号并进行一平均运算处理，以形成所述的处理讯号。如图4A所示，然后凭借 一接口模块22以及无线传输模块23将所述的处理讯号传递至一电子装置24。
所述的后处理器213的用意在于透过演算对于所述的数字讯号再进行第二次 滤波过滤噪声的处理，以增加控制的灵敏度以及精确度。这是因为虽然所述的加 速度感测讯号经过了主动式多阶滤波器的滤波处理，但高频讯号一样会存在于讯 号中只是衰减成较小讯号。若以如果以单一取样，如图6A中以10ms取样一次来 进行演算，仍会取样到一些高频噪声讯号93以致使系统误判成一个真正的低频讯 号。因此，对于所述的数字讯号有必要利用所述的后处理器213进行过度取样并 演算的第二次滤波的动作，如图6B中在10ms中更细分每lms即取样一次，共取 样10次(D1 D10)，然后再将其相加求平均得到处理讯号Datal，以真正滤除不 必要的噪声。
而在另一较佳实施例中，所述的后处理器213的所述的演算单元2131，其是 可对所述的复数个取样讯号进行傅立叶转换，以形成复数个频谱讯号，然后过滤 所述的复数个频谱讯号，并进行反转换以形成所述的处理讯号。
请参阅图7所示，所述的图是为本发明的惯性指示装置较佳实施例示意图。 所述的惯性指示装置3具有一壳体30，壳体是由上壳体301以及下壳体302所构 成。上壳体301以及下壳体302组合起来内部具有一容置空间，以容置所述的惯 性指示装置3所需要的一些硬件以及电路。所述的下壳体302上设置有一电路板 31，所述的电路板31的前端具有可提供操作者控制的按键36。此外，所述的电 路板31上更具有一惯性感测模块32、 一讯号处理装置33、 一接口模块34以及一
传输模块35。所述的惯性感测模块32，其是可以感测所述的惯性指示装置3的运 动状态而产生至少一加速度感测讯号。所述的惯性感测模块32，可以为加速度传 感器，所述的加速度传感器可以感测至少一轴的加速度，在本实施例中，为感测 X轴以及Y轴加速度运动状态的加速度传感器。所述的讯号处理装置33，其是与 所述的惯性感测模块32相耦接，以处理所述的至少一加速度感测讯号形成一处理 讯号。所述的讯号处理装置33的组成以及原理如前所述，在此不做赘述。
所述的接口模块34，其是与所述的讯号处理装置33相耦接以接收所述的处 理讯号并转换成一位移讯号。所述的传输模块35，其是与所述的接口模块34相 耦接以将所述的位移讯号传递至电子装置。所述的传输模块34可为一无线电传输 模块。除此的外，也可以为有线传输利用USB等传输接口传至所述的电子装置。 如果所述的电子装置为计算机的话，则所述的位移讯号可以使所述的电子装置控 制显示器上的光标进行移动。如果为游戏机的话，则所述的位移讯号可供游戏机 作为控制对象移动或者是产生对应动作的讯号。请参阅图8所示，所述的图是为 本发明的讯号处理方法与现有计数的结果比较示意图。由此可知，利用本发明的 方法，相较在现有没有过度取样的步骤的讯号处理方式，可以得到较为精确的处 理结果。
惟以上所述者，仅为本发明的较佳实施例，当不能以的限制本发明范围。即 大凡依本发明权利要求所做的均等变化与修饰，仍将不失本发明的要义所在，故 都应视为本发明的进一步实施状况。
综合上述，本发明提供的惯性指示装置，其是具有降低噪声以及省电，进而 使系统发挥实时性与稳定的效能以达成降低硬件需求的优点，足以满足信息、游 戏以及多媒体相关产业的需求，进而提高所述的产业的竞争力，诚已符合发明专 利法所规定申请发明所需具备的要件，故依法呈提发明专利的申请。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，对本发明而言仅仅是说明性的，而非限 制性的。本专业技术人员理解，在本发明权利要求所限定的精神和范围内可对其 进行许多改变，修改，甚至等效，但都将落入本发明的保护范围内。
权利要求
1、一种讯号处理方法，其是处理一指示转置所产生的讯号，其特征在于所述的讯号处理方法包括有下列步骤撷取所述的指示装置所产生的一加速度感测讯号；对所述的加速度感测讯号进行第一次滤波处理以形成一滤波讯号；转换所述的滤波讯号为一数字讯号；以及对所述的数字讯号进行一第二次滤波处理，以形成一处理讯号。
2、 如权利要求l所述的讯号处理方法，其特征在于所述的第二次滤波处理 包括有下列步骤过度取样所述的数字讯号以形成复数个取样讯号；以及 对所述的复数个取样讯号进行平均运算处理以形成所述的处理讯号。
3、 如权利要求l所述的讯号处理方法，其特征在于所述的第二次滤波处理 包括有下列步骤过度取样所述的数字讯号以形成复数个取样讯号；对所述的复数个取样讯号进行傅立叶转换，以形成复数个频谱讯号；以及 过滤所述的复数个频谱讯号，并进行转换以形成所述的处理讯号。
4、 如权利要求l所述的讯号处理方法，其特征在于还包括有下列步骤 转换所述的处理讯号以形成一位移讯号；以及 将所述的位移讯号传递至一电子装置。
5、 如权利要求l所述的讯号处理方法，其特征在于转换所述的滤波讯号的 步骤中还包括有下列步骤撷取滤波讯号的特定范围并进行放大以形成一差分放大讯号；以及 数字转换所述的差分放大讯号以形成所述的数字讯号。
6、 一种讯号处理装置，其接收一惯性感测模块所产生的一加速度感测讯号， 其特征在于所述的讯号处理装置包括有一滤波器，其滤除所述的加速度感测讯号的噪声以形成一滤波讯号； 一模拟数字转换器，其所述的滤波器相耦接以接收所述的滤波讯号并将其转换成一数字讯号；以及一后处理器，其与所述的模拟数字转换器相耦接以接收所述的数字讯号以对所述的数字讯号进行二次滤除噪声处理以形成一处理讯号。
7、 如权利要求6所述的讯号处理装置，其特征在于所述的滤波器是为一主 动式多阶低通滤波器。
8、 如权利要求6所述的讯号处理装置，其特征在于所述的后处理器还包括有一过度取样单元，其过度取样所述的数字讯号以形成复数个取样讯号；以及 一演算单元，其接收所述的复数个取样讯号并进行一平均运算处理，以形成 所述的处理讯号。
9、 如权利要求6所述的讯号处理装置，其特征在于所述的后处理器还包括有一过度取样单元，其过度取样所述的数字讯号以形成复数个取样讯号；以及 一演算单元，其对所述的复数个取样讯号进行傅立叶转换，以形成复数个频 谱讯号，然后过滤所述的复数个频谱讯号，并进行反转换以形成所述的处理讯号。
10、 如权利要求6所述的讯号处理装置，其特征在于还包括有一差分放大 器与所述的滤波器以及所述的模拟数字转换器相耦接。
11、 一种惯性指示装置，其特征在于包括有一惯性感测模块，其感测所述的惯性指示装置的运动状态而产生至少一加速 度感测讯号；一讯号处理装置，其是与所述的惯性感测模块相耦接，所述的讯号处理装置 还包括有一滤波器，其滤除所述的至少一加速度感测讯号的噪声以形成一滤波讯号；一模拟数字转换器，其与所述的滤波器相耦接以接收所述的滤波讯号并将其 转换成一数字讯号；以及一后处理器，其与所述的模拟数字转换器相耦接以接收所述的数字讯号以对 所述的数字讯号进行滤除噪声处理以形成一处理讯号；一接口模块，其与所述的讯号处理装置相耦接以接收所述的处理讯号并转换 成一位移讯号；以及一传输模块，其与所述的接口模块相耦接以将所述的位移讯号传递至一电子 装置。
12、 如权利要求ll所述的惯性指示装置，其特征在于所述的滤波器是为一 主动式多阶低通滤波器。
13、 如权利要求ll所述的惯性指示装置，其特征在于所述的后处理器还包 括有一过度取样单元，其过度取样所述的数字讯号以形成复数个取样讯号；以及 一演算单元，其接收所述的复数个取样讯号并进行一平均运算处理，以形成所述的处理讯号。
14、 如权利要求ll所述的惯性指示装置，其特征在于所述的后处理器还包 括有一过度取样单元，其过度取样所述的数字讯号以形成复数个取样讯号；以及 一演算单元，其对所述的复数个取样讯号进行傅立叶转换，以形成复数个频 谱讯号，然后过滤所述的复数个频谱讯号，并进行反转换以形成所述的处理讯号。
15、 如权利要求ll所述的惯性指示装置，其特征在于还包括有一差分放大 器与所述的滤波器以及所述的模拟数字转换器相耦接。
16、 如权利要求ll所述的惯性指示装置，其特征在于所述的惯性感测模块 具有至少一加速度计以及至少一陀螺仪其中之一。
17、 如权利要求ll所述的惯性指示装置，其特征在于所述的传输模块为有 线传输模块以及无线传输模块其中之一。
18、 如权利要求ll所述的惯性指示装置，其特征在于所述的电子装置为一 游戏机以及计算机其中之一。
全文摘要
本发明为一种讯号处理方法及装置，其可处理一指示装置所产生的讯号，所述的讯号处理方法包括有下列步骤首先，撷取一加速度感测讯号；然后，对所述的加速度感测讯号进行第一次滤波处理以形成一滤波讯号；接着，转换所述的滤波讯号为一数字讯号；最后，对所述的数字讯号进行一第二次滤波处理，以形成一处理讯号。所述的处理讯号传递至一电子装置，使所述的电子装置显示或产生对应的位移或者是动作。利用所述的方法，本发明还提供一种惯性指示装置，通过惯性感测模块感测使用者控制所述的惯性指示装置的运动状态，并产生加速度感测讯号，然后凭借前述的步骤进行处理以及运算，最后使得电子装置的显示器上的光标根据处理结果产生相对应的位移。
文档编号G06F3/033GK101192110SQ20061014561
公开日2008年6月4日 申请日期2006年11月22日 优先权日2006年11月22日
发明者刘顺男, 蔡明杰, 连智伟, 邱治凯 申请人:财团法人工业技术研究院