具有灵活可重构特性的滤波器组和设计方法技术

本公开提供了一种具有灵活可重构特性的滤波器组和设计方法，包括L+1个子滤波器以及控制单元，所述每个子滤波器的输出顺次通过控制单元被加权，通过调整每个子滤波器的控制参数值，滤波器组包括滤波器产生模块以及与之相连的加法器模块，本公开基于原型可变滤波器进行重构，得到每个子带的带宽和中心频率都能被独立灵活地控制的滤波器组，操作过程简便；本公开提供的八组滤波器覆盖了几乎整个频域。

【技术实现步骤摘要】
具有灵活可重构特性的滤波器组和设计方法
本公开涉及一种具有灵活可重构特性的滤波器组和设计方法。
技术介绍
本部分的陈述仅仅是提供了与本公开相关的
技术介绍
信息，不必然构成在先技术。滤波器组被广泛应用于数字信号处理领域。比如在无线通信系统中，接收机需要滤波器组提取不同信道的信号。在助听器系统中，滤波器组用来补偿声音信号。子带带宽相同的滤波器组被称为均匀滤波器组。子带带宽不相同滤波器组分被称为非均匀滤波器。当在不改变滤波器组结构的情况下，滤波器组的子带分布方式能够改变，则滤波器组为可变滤波器组。反之为固定滤波器组。本专利技术提出一种应用于数字助听系统的可变滤波器组的设计方法。首先被应用于数字助听器的是均匀滤波器组，设计方法主要有DFT变换，余弦调制，系数插值法。均匀滤波器的子带带宽相同，子带的划分没有考虑人耳的听觉特性以及不同患者之间听损特征的差异。均匀滤波器组不能满足人们的需要，因此非均匀滤波器组被提出。非均匀滤波器组常见的设计方法有多种。比如，系数抽取和系数插值法相结合的方法,余弦调制与非线性变换相结合的方法等。由于子带分布方式固定，固定非均匀滤波器组依然不能满足不同听损患者的要求。因此，具有可变子带分布方式的可变滤波器组设计方法被提出。常见的方法有系数抽取和系数插值法相结合设计可变滤波器组。通过调整抽取因子来改变子带带宽。通过改变插值因子调节子带的中心频率。这种方法的缺点是，因为抽取因子和插值因子只能取整数，子带的带宽和中心频率只能被非常粗略地调整。余弦调制滤波器组与非线性变换相结合可被用于设计可变滤波器组。非线性变换可以通过用全通系统代替延时单元来实现。子带分布可以通过调整全通系统的参数来实现子。这个方法的缺陷是全通系统的参数一旦改变所有的子带都会被影响。因此，不能对单个子带进行独立的调控。通过使用Farrow结构滤波器设计可变滤波器组，子带的带宽可以通过调整Farrow结构滤波器的参数来实现。但是已有方法依然不能实现对子带的独立调控，并且存在滤波器组整体复杂度较高的问题。一个完美的可变滤波器组应该具有的特性是滤波器组中的每一个子带的带宽和中心频率都可以被灵活独立地控制。同时，滤波器组应该具有较低的实现复杂度和时延。
技术实现思路
本公开为了解决上述问题，提出了一种每一个子带的带宽和中心频率都可以被灵活独立地控制，具有低复杂度，低时延的可变滤波器组和设计方法。根据一些实施例，本公开采用如下技术方案：一种具有灵活可重构特性的滤波器组，包括L+1个子滤波器以及控制单元，所述每个子滤波器的输出顺次通过控制单元被加权，且第k个子滤波器的传递函数表示为：其中，hk(n)为子滤波器Hk(z)的第n系数，N是子滤波器的长度，z指z变换域；形成的可变滤波器H(z,φ)为L+1个被加权子滤波器的和，即：其中，φ是控制参数，第k个子滤波器的加权值是φk，φl和φu分别是φ的上下边界，通过调整φ的值，滤波器H(z,φ)的带宽被调整。具有灵活可重构特性的滤波器组，包括滤波器产生模块以及与之相连的加法器模块,其中，所述滤波器产生模块利用上述具有可变带宽的滤波器为原型滤波器，并利用系数抽取和系数插值技术对具有可变带宽的滤波器中每一子滤波器进行重构，其中，取插值因子为第一设定值和第二设定值以及抽取因子为预定值时，得到相应的插值滤波器和抽取滤波器，构建原型滤波器和抽取滤波器的对称滤波器，每个子滤波器的多个不同的输出分别对应重构后的各个不同的滤波器的输出。作为进一步的限定，所述第一设定值和第二设定值分别为2和4。作为进一步的限定，所述预定值为2。作为进一步的限定，一个滤波器的对称滤波器通过对该滤波器的系数间隔取反得到，且所有重构的滤波器都共享原型子滤波器的系数。作为进一步的限定，所述滤波器产生模块产生一组低通滤波器和一组高通滤波器，低通滤波器分布在低频区，高通滤波器分布在高频谱区。低通滤波器分布在四个不同的组，高通滤波器分布在另外四个不同的组。每一组滤波器通过使用控制单元对各子滤波器的不同输出进行加权而得到。作为进一步的限定，令Gi,k是第i组中的第k个滤波器，第i组共ni个滤波器，各滤波器Gi,k拥有一个自己的控制，同时，每个控制有自己的控制参数φi,k，利用所述控制参数调整Gi,k的带宽，所有的控制单元共享子滤波器的输出；其中，低通滤波器组和高通滤波器组中至少各有一组滤波器需要通过第一掩蔽滤波单元掩蔽滤波得到，低通滤波器组和高通滤波器组中至少各有另外一组滤波器需要通过第二掩蔽滤波单元掩蔽滤波得到，每一个滤波器都有一个独立的控制单元和灵活可控的带宽。作为进一步的限定，在加法器模块中，滤波器子带由上一模块被产生的滤波器产生，第一个子带和最后一个子带直接由具有最小带宽的低通滤波器和高通滤波器分别直接产生，滤波器组中间的子带通过从一个全通滤波器中减去具有最大带宽的高通滤波器和具有最大带宽的低通滤波器产生，其他子带通过用一个具有A带宽的滤波器减去与它相邻的具有B带宽的滤波器产生，A大于B，且A小于等于最大带宽，B大于等于最小带宽，且滤波器每个子带的带宽和中心频率都能被独立灵活地控制。一种助听器，包括上述滤波器组。一种滤波器组的设计方法，包括以下步骤：设计原型可变滤波器H(z,φ)：共包含L+1个子滤波器，每个子滤波器的长度均为N；基于原型可变滤波器进行重构，具体包括：利用原型可变滤波器产生第三组的低通滤波器，原型可变滤波器的对称滤波器被用来产生第六组的高通滤波器；对原型可变滤波器的系数进行设定的抽取因子的抽取，得到抽取之后的滤波器，并将滤波器的系数间隔取反得到其对称滤波器，分别作为第四组和第五组滤波器；对原型可变滤波器进行第一插值因子的系数插值，得到插值滤波器，利用第一掩蔽滤波器提取插值滤波器中具有某一组控制参数分布在低频区的子带，且构建第一掩蔽滤波器的对称滤波器以提取插值滤波器中具有另一组控制参数分布在低频区的子带，分别作为第二组和第七组的滤波器；原型可变滤波器被再次以第二插值因子进行插值，得到另一插值滤波器，利用第二掩蔽滤波器提取插值滤波器中具有某一组控制参数分布在低频区的子带，且构建第二掩蔽滤波器的对称滤波器以提取插值滤波器中具有另一组控制参数分布在低频区的子带，分别作为第一组和第八组的滤波器；获得的所有滤波器最后被输入加法器模块。作为进一步的限定，第四组和第五组的滤波器的通带截止频率的覆盖范围分别为ωpmax到2ωpmax以及(π-2ωpmax)到(π-ωpmax)，第三组和第六组的通带截止频率的上下边界分别为ωpmax/2到ωpmax以及(π-ωpmax)到(π-ωpmax/2)，第二组和第七组滤波器的通带截止频率的覆盖范围分别为ωpmax/4到ωpmax/2以及(π-ωpmax/2)到(π-ωpmax/4)，第一组和第八组滤波器的通带截止频率的覆盖范围分别为ωpmax/8到ωpmax/4以及(π-ωpmax/4)到(π-ωpmax/8)，其中，2ωpmax<π-2ωpmax-2B，B为原型可变滤波器的过渡带宽。作为进一步的限定，将前四组低通滤波器按照带宽的大小，从小往大排列，具有最小带宽的滤波器被作为滤波器的第一个子带，其他子带通过用任意一个滤波器减去与它相邻的具有较小带宽的滤波器，在后四组高通滤波器中，按照带宽的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种具有灵活可重构特性的滤波器组，其特征是：包括滤波器产生模块以及与之相连的加法器模块，其中，所述滤波器产生模块利用具有可变带宽的滤波器为原型滤波器，并利用系数抽取和系数插值技术对具有可变带宽的滤波器中每一子滤波器进行重构，其中，抽取操作和插值操作分别进行若干次，取插值因子为第一类设定值以及抽取因子为第二类设定值，得到相应的插值滤波器和抽取滤波器，构建原型滤波器和抽取滤波器的对称滤波器，每个子滤波器的多个不同的输出分别对应重构后的多个不同的滤波器的输出；所述原型滤波器包括L+1个子滤波器以及控制单元，所述每个子滤波器的输出顺次通过控制单元被加权，且第k个子滤波器的传递函数表示为：

【技术特征摘要】
1.一种具有灵活可重构特性的滤波器组，其特征是：包括滤波器产生模块以及与之相连的加法器模块，其中，所述滤波器产生模块利用具有可变带宽的滤波器为原型滤波器，并利用系数抽取和系数插值技术对具有可变带宽的滤波器中每一子滤波器进行重构，其中，抽取操作和插值操作分别进行若干次，取插值因子为第一类设定值以及抽取因子为第二类设定值，得到相应的插值滤波器和抽取滤波器，构建原型滤波器和抽取滤波器的对称滤波器，每个子滤波器的多个不同的输出分别对应重构后的多个不同的滤波器的输出；所述原型滤波器包括L+1个子滤波器以及控制单元，所述每个子滤波器的输出顺次通过控制单元被加权，且第k个子滤波器的传递函数表示为：其中，hk(n)为子滤波器Hk(z)的系数，N是子滤波器的长度；形成的可变滤波器H(z,φ)为L+1个被加权子滤波器的和，即：其中，φ是控制参数，第k个子滤波器的加权值是φk，φl和φu分别是φ的上下边界，通过调整φ的值，滤波器H(z,φ)的带宽被调整。2.如权利要求1所述的一种具有灵活可重构特性的滤波器组，其特征是：H(z,φ)的通带截止频率的上下界分别为ωmax和ωmin另ωmax＝aωmin，a为大于1的整数，第一类设定值的取值为a或aa，抽取操作进行若干次，如果进行一次抽取操作，优先选择较小值；相应的第二类设定值为a，aa，插值操作进行若干次，如果进行一次插值操作，优先选择较小值。3.如权利要求1所述的一种具有灵活可重构特性的滤波器组，其特征是：所述滤波器产生模块产生一组低通滤波器和一组高通滤波器，低通滤波器分布在低频区，高通滤波器分布在高频谱区，低通滤波器分布在四个不同的组，高通滤波器分布在另外四个不同的组，每一组滤波器通过使用控制单元对各子滤波器的不同输出进行加权而得到。4.如权利要求1所述的一种具有灵活可重构特性的滤波器组，其特征是：滤波器产生模块中，令Gi,k是第i组中的第k个滤波器，第i组共ni个滤波器，各滤波器Gi,k拥有一个自己的控制，同时，每个控制有自己的控制参数φi,k，利用所述控制参数调整Gi,k的带宽，所有的控制单元共享子滤波器的输出；其中，低通滤波器组和高通滤波器组中至少各有一组滤波器需要通过第一掩蔽滤波单元掩蔽滤波得到，低通滤波器组和高通滤波器组中至少各有另外一组滤波器需要通过第二掩蔽滤波单元掩蔽滤波得到，每一个滤波器都有一个独立的控制单元和灵活可控的带宽。5.如权利要求1所述的一种具有灵活可重构特性的滤波器组，其特征是：在加法器模块中，滤波器子带由上一模块被产生的滤波器产生，第一个子带和最后一个子带直接由具有最小带宽的低通滤波器和高通滤波器分别直接产生，滤波器组中间的子带通过从一个全通滤波器中减去具有最大带宽的高通滤波器和具有最大带宽的低通滤波器产生，其他子带通过用一个具有A带宽的滤波器减去与它相邻的具有B带宽的滤波器产生，A大于B，且A小于等于最大带宽，B大于等于...

【专利技术属性】
技术研发人员：魏莹，马彤，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：山东,37