专利名称：全相位dct/idct数字滤波器的两种网络结构的制作方法
技术领域：
本发明属于一种用于信号处理的滤波器，具体涉及到数字滤波器的网络实现结构。
背景技术：
DCT(离散余弦变换)计算与DFT(离散傅立叶变换)比较而言不需复数运算，为了充分发挥DCT在数字滤波中的应用潜力，将全相位思想和DCT结合起来可以设计具有线性相位的幅频特性优良的FIR滤波器。目前全相位DCT/IDCT(逆离散余弦变换)数字滤波器的实现结构是采用直接列率域的实现结构。但这种实现结构较为复杂，需要进行两次的DCT/IDCT正反变换，如附图1所示。离散余弦变换和逆离散余弦变换如同离散傅立叶变换一样，计算复杂将耗费较长时间。为了便于用硬件高效地实现全相位DCT/IDCT数字滤波器。如果采用全相位DCT/IDCT数字滤波器的网络结构，将列率域中的实现结构两次DCT/IDCT变成一次GN或GNT变换(GN和GNT变换的定义在后文中给出)，则可以大为简化滤波计算的复杂度。
发明内容
本发明的目的是提供便于用硬件高效地实现全相位DCT/IDCT数字滤波器的两种网络结构。
以下结合附图2和附图3对本发明的技术方案予以说明全相位DCT/IDCT数字滤波器的两种网络结构分为时域网络结构和列率域网络结构。两种网络结构均包含乘法器、加法器和延迟单元。全相位DCT/IDCT数字滤波器其两种网络结构有所不同的是时域网络结构包含GN变换，而列率域网络结构包含GNT变换，同时两种网络的计算也有所不同。
无论时域网络结构或列率域网络结构，所有2(N-1)个延迟单元依次串联连接，第一个延迟单元为信号输入端。对于时间序列中的一点x(n)，定义2N-1个数据点表示为[x(n+N-1)，x(n+N-2)，x(n+N-3)，…，x(n)，…，x(n-N+3)，x(n-N+2)，x(n-N+1)]，因为全相位DCT/IDCT数字滤波器是一种零相位的数字滤波器，而滤波器的长度又为奇数2(N-1)，因而滤波器的结构可以表示成第一类线性相位网络结构的形式。图2就是由第一类线性相位网络结构的形式变换而来。Z向量为列向量，由z(0)＝x(n)；z(1)＝x(n+1)+x(n-1)；z(2)＝x(n+2)+x(n-2)；……，z(N-1)＝x(n+N-1)+x(n-N+1)得到。
时域网络结构滤波器的输出由列率响应FN经GN变换后的结果与Z向量做内积得到。
而对于列率域网络结构滤波器的输出由列率响应FN与Z向量经GNT变换后的结果做内积得到。
其中x(n)表示时间序列中的需滤波的点，其余时间序列中的点是相对于x(n)所做的时间延迟；2N-1表示所用的时间序列中数据的总的点数；Z向量和向量中每一分量的值在图2和图3中标出。
附图1为全相位两次的DCT/IDCT数字滤波器列率域直接实现结构。
附图2为全相位DCT/IDCT数字滤波器的时域网络结构。图中的FN为列率响应。
附图3为全相位DCT/IDCT数字滤波器的列率域网络结构。
具体实施例方式
以下通过下面的实施例对本发明作进一步的说明。
对IDCT-逆离散余弦变换而言，GN(m,n)=1Nm=0,0≤n≤N-1N-m+2-1N2cos(2n+1)mn2N0≤n≤N-1,1≤m≤N-1(1)]]>GNT(m,n)=1Nn=0,0≤m≤N-1N-m+2-1N2cos(2n+1)mπ2N0≤m≤N-1,1≤n≤N-1(2)]]>式(1)是针对逆离散余弦变换，矩阵GN的表达式(图2)；式(2)针对逆离散余弦变换，矩阵GNT的表达式(图3)。其中2N-1表示滤波器的长度；m表示行；n表示列。
同理对DCT-离散余弦变换而言， 下面的实施例以IDCT为例。即GN和GNT分别取为(1)、(2)式。
在时域实现结构中，本实施例延迟单元为6个，即选取N＝4，则全相位DCT/IDCT数字滤波器的长度为7。对于时间序列中的一点x(n)，定义2N-1个数据点表示为[x(n+3)，x(n+2)，x(n+1)，x(n)，x(n-1)，x(n-2)，x(n-3)]，x(n+3)经6个延迟单元后变为x(n～3)。则Z向量为z(0)＝x(n)，z(1)＝x(n+1)+x(n-1)，z(2)＝x(n+2)+x(n-2)，z(3)＝x(n+3)+x(n-3)。滤波器的输出由列率响应FN经GN变换后的结果与Z向量做内积得到。即G4(m,n)=1Nm=0,0≤n≤3N-m+2-1N2cos(2n+1)mπ2N0≤n≤3,1≤m≤3]]>F4＝[F(0)，F(1)，F(2)，F(3)]令h4＝G4·F4则对应于时间序列中的一点x(n)的滤波输出为y(n)＝(Z，h4)＝z(0)*h(0)+z(1)*h(1)+z(2)*h(2)+z(3)*h(3)。内积计算中的乘法和加法用网络结构图2中的乘法器和加法器得到。
在列率域实现结构中，本实施例延迟单元的个数取为6，即选取N＝4，则全相位DFT数字滤波器的长度为7。对于时间序列中的一点x(n)，对于时间序列中的一点x(n)，定义2N-1个数据点表示为[x(n+3)，x(n+2)，x(n+1)，x(n)，x(n-1)，x(n-2)，x(n-3)]，x(n+3)经6个延迟单元后变为x(n-3)。则Z向量为z(0)＝x(n)，z(1)＝x(n+1)+x(n-1)，z(2)＝x(n+2)+x(n-2)，z(3)＝x(n+3)+x(n-3)。则滤波器的输出由列率响应FN与Z向量经GNT变换后的结果做内积得到。
即 F4＝[F(0)，F(1)，F(2)，F(3)]，令V4=G4T·Z4]]>对应于时间序列中的一点x(n)的滤波输出为y(n)＝(V4，F4)＝V(0)*F(0)+V(1)*F(1)+V(2)*F(2)+V(3)*F(3)。内积计算中的乘法和加法用网络结构图3中的乘法器和加法器得到。
本发明的特点是将列率域直接实现结构中的两次变换(DCT/IDCT的正反变换)变成了一次GN或GNT变换。这里主要是减少了DCT/IDCT变换的次数，而DCT/IDCT变换将耗费较长时间。所以，通过简化滤波器结构而简化了滤波计算的复杂度。同时在IDCT/DCT域较DFT域不需复数计算，实现结构使计算复杂度降低以后可更好地发挥IDCT/DCT在滤波中的优势。
权利要求
1.全相位DCT/IDCT数字滤波器的两种网络结构，包含乘法器、加法器、GN变换和延迟单元，所有2(N-1)个延迟单元依次串联连接，第一个延迟单元为信号输入端，其特征是全相位DCT/IDCT数字滤波器的时域网络结构对于时间序列中的一点x(n)，定义2N-1个数据点表示为[x(n+N-1)，x(n+N-2)，x(n+N-3)，…，x(n)，…，x(n-N+3)，x(n-N+2)，x(n-N+1)]，列向量为Z向量，由z(0)＝x(n)；z(1)＝x(n+1)+x(n-1)；z(2)＝x(n+2)+x(n-2)；……，z(N-1)＝x(n+N-1)+x(n-N+1)得到，滤波器的输出由列率响应FN经GN变换后的结果与Z向量做内积得到，其中x(n)表示时间序列中需滤波的点，其余时间序列中的点是相对于x(n)所做的时间延迟；2N-1表示所用的时间序列中数据的总的点数。
2.全相位DCT/IDCT数字滤波器的两种网络结构，包含乘法器、加法器、GNT变换和延迟单元，所有延迟单元2(N-1)个依次串联连接，第一个延迟单元为信号输入端，其特征是全相位DCT/IDCT数字滤波器的列率域网络结构对于时间序列中的一点x(n)，定义2N-1个数据点表示为[x(n+N-1)，x(n+N-2)，x(n+N-3)，…，x(n)，…，x(n-N+3)，x(n-N+2)，x(n-N+1)]，列向量为Z向量，由z(0)＝x(n)；z(1)＝x(n+1)+x(n-1)；z(2)＝x(n+2)+x(n-2)；……，z(N-1)＝x(n+N-1)+x(n-N+1)得到，滤波器的输出由列率响应FN与Z向量经GNT变换后的结果做内积得到，其中x(n)表示时间序列中的需滤波的点，其余时间序列中的点是相对于x(n)做时间延迟；2N-1表示所用的时间序列中数据的总的点数。
全文摘要
全相位DCT/IDCT数字滤波器的两种网络结构，分为时域网络结构和列率域网络结构。时域网络结构包含G
文档编号H03H17/02GK1838534SQ20061001357
公开日2006年9月27日 申请日期2006年4月28日 优先权日2006年4月28日
发明者候正信, 赵黎丽 申请人:天津大学