[發明專利]具有靈活可重構特性的濾波器組和設計方法

有效

• 申請號: 201811455223.1
• 申請日: 2018-11-30
• 公開（公告）號: CN109639257B
• 公開（公告）日: 2021-12-31
• 發明（設計）人: 魏瑩;馬彤
• 申請（專利權）人: 山東大學
• 主分類號: H03H17/02
• 分類號: H03H17/02
• 代理公司: 濟南圣達知識產權代理有限公司 37221
• 代理人: 李琳

本公開提供了一種具有靈活可重構特性的濾波器組和設計方法，包括L+1個子濾波器以及控制單元，所述每個子濾波器的輸出順次通過控制單元被加權，通過調整每個子濾波器的控制參數值，濾波器組包括濾波器產生模塊以及與之相連的加法器模塊，本公開基于原型可變濾波器進行重構，得到每個子帶的帶寬和中心頻率都能被獨立靈活地控制的濾波器組，操作過程簡便；本公開提供的八組濾波器覆蓋了幾乎整個頻域。

技術領域

本公開涉及一種具有靈活可重構特性的濾波器組和設計方法。

背景技術

本部分的陳述僅僅是提供了與本公開相關的背景技術信息，不必然構成在 先技術。

濾波器組被廣泛應用于數字信號處理領域。比如在無線通信系統中，接收 機需要濾波器組提取不同信道的信號。在助聽器系統中，濾波器組用來補償聲 音信號。子帶帶寬相同的濾波器組被稱為均勻濾波器組。子帶帶寬不相同濾波 器組分被稱為非均勻濾波器。當在不改變濾波器組結構的情況下，濾波器組的 子帶分布方式能夠改變，則濾波器組為可變濾波器組。反之為固定濾波器組。

本發明提出一種應用于數字助聽系統的可變濾波器組的設計方法。首先被 應用于數字助聽器的是均勻濾波器組，設計方法主要有DFT變換，余弦調制， 系數插值法。均勻濾波器的子帶帶寬相同，子帶的劃分沒有考慮人耳的聽覺特 性以及不同患者之間聽損特征的差異。均勻濾波器組不能滿足人們的需要，因 此非均勻濾波器組被提出。非均勻濾波器組常見的設計方法有多種。比如，系 數抽取和系數插值法相結合的方法,余弦調制與非線性變換相結合的方法等。由 于子帶分布方式固定，固定非均勻濾波器組依然不能滿足不同聽損患者的要求。 因此，具有可變子帶分布方式的可變濾波器組設計方法被提出。常見的方法有 系數抽取和系數插值法相結合設計可變濾波器組。通過調整抽取因子來改變子帶帶寬。通過改變插值因子調節子帶的中心頻率。這種方法的缺點是，因為抽 取因子和插值因子只能取整數，子帶的帶寬和中心頻率只能被非常粗略地調整。 余弦調制濾波器組與非線性變換相結合可被用于設計可變濾波器組。非線性變 換可以通過用全通系統代替延時單元來實現。子帶分布可以通過調整全通系統 的參數來實現子。這個方法的缺陷是全通系統的參數一旦改變所有的子帶都會 被影響。因此，不能對單個子帶進行獨立的調控。通過使用Farrow結構濾波器 設計可變濾波器組，子帶的帶寬可以通過調整Farrow結構濾波器的參數來實現。 但是已有方法依然不能實現對子帶的獨立調控，并且存在濾波器組整體復雜度 較高的問題。

一個完美的可變濾波器組應該具有的特性是濾波器組中的每一個子帶的帶 寬和中心頻率都可以被靈活獨立地控制。同時，濾波器組應該具有較低的實現 復雜度和時延。

發明內容

本公開為了解決上述問題，提出了一種每一個子帶的帶寬和中心頻率都可 以被靈活獨立地控制，具有低復雜度，低時延的可變濾波器組和設計方法。

根據一些實施例，本公開采用如下技術方案：

一種具有靈活可重構特性的濾波器組，包括L+1個子濾波器以及控制單元， 所述每個子濾波器的輸出順次通過控制單元被加權，且第k個子濾波器的傳遞 函數表示為：其中，h_k(n)為子濾波器H_k(z)的第n系數，_N是子濾 波器的長度，z指z變換域；

形成的可變濾波器H(z,φ)為L+1個被加權子濾波器的和，即：

其中，φ是控制參數，第k個子濾波器的加權值是φ^k，φ_l和φ_u分別是φ的上下 邊界，通過調整φ的值，濾波器H(z,φ)的帶寬被調整。