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論文名稱 Title |
有限量化位元數的數位濾波器設計 Study on Digital Filter Design and Coefficient Quantization |
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系所名稱 Department |
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畢業學年期 Year, semester |
語文別 Language |
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學位類別 Degree |
頁數 Number of pages |
62 |
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研究生 Author |
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指導教授 Advisor |
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召集委員 Convenor |
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口試委員 Advisory Committee |
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口試日期 Date of Exam |
2011-07-04 |
繳交日期 Date of Submission |
2011-07-27 |
關鍵字 Keywords |
濾波器、最佳化、位元數、量化、凸集 Filter, Optimization, Convex, Bits, Quantization |
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統計 Statistics |
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中文摘要 |
在本篇論文中, 我們的基礎理論是凸集最佳化(Convex Optimization) 理論[1] 。 而我們研究的議題是如何將濾波器設計問題, 轉換為凸集最佳化問題。如此可確保找到 的解, 為全域(Globally) 最佳解。當我們得到濾波器係數後, 將其量化, 藉由文獻[2]建 議的演算法, 降低其所需量化位元數。最後, 我們嘗試改變量化的順序, 並與文獻[2]方 法的結果做比較。 |
Abstract |
In this thesis, the basic theory is convex optimization theory[1]. And we study the problem about how to transfer to convex optimization problem from the filter design problem. So that we can guarantee the solution is the globally optimized solution. As we get the filter coefficients, we quantize them, then to reduce the quantization bits of the filter coefficients by using the algorithm[2]. At last, we try to change the sequence of quantization, and compared the result with the result of the method[2]. |
目次 Table of Contents |
摘要. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .i Abstract . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .ii 目錄. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .iii 圖次. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . v 表次. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .vii 1 緒論. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1 2 研究問題描述. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 2.1 有限脈衝響應濾波器(Finite-Duration Impulse Response filter, FIR) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2 2.2 無限脈衝響應濾波器(Infinite-Duration Impulse Response filter, IIR) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .3 2.3 量化濾波器係數. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 3 使用凸集最佳化理論設計有限脈衝響應濾波器. . . . . .5 3.1 線性相位(Linear Phase) 濾波器. . . . . . . . . . . . . . . . 5 3.1.1 運用脈衝響應對稱特性. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .6 3.1.2 使用Quadratic Program 設計線性相位濾波器. . . 9 3.2 非線性相位濾波器. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .14 3.2.1 Linear Program . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .15 3.2.2 Semidefinite Program . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .17 3.2.3 Minimax(Chebyshev) 設計. . . . . . . . . . . . . . . . . . .20 4 使用凸集最佳化理論設計無限脈衝響應濾波器. . . . . .26 5 降低量化位元數 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33 6 結論 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43 7 附錄 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45 7.1 軟體使用說明. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .45 7.1.1 軟體適用環境. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .45 7.1.2 CVX安裝. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45 7.1.3 FIR使用方法與範例說明. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .47 7.1.4 量化. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .49 7.1.5 IIR使用方法與範例說明. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50 參考文獻 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50 |
參考文獻 References |
[1] S. Boyd and L. Vandenberghe, Convex Optimization. Cambridge, U.K.: Cambridge University Press, 2004. [2] J. Skaf and S. Boyd, “Filter design with low complexity coefficients,” IEEE Trans. Signal Process., vol. 56, no. 7, pp. 3162 –3169, 2008. [3] A. Oppenheim and R. Schafer, Discrete-Time Signal Processing. Englewood Cliffs, NJ: Prentice-Hall, 1989. [4] A. Antoniou and W.-S. Lu, Practical Optimization: Algorithms and Engineering Applications. Springer-Verlag New York Inc, 2007. [5] S.-P. Wu, S. Boyd, and L. Vandenberghe, “FIR filter design via semidefinite programming and spectral factorization,” Proc. IEEE Conf. Dec. Contr., pp. 271 –276, 1996. [6] W.-S. Lu, “Design of nonlinear-phase FIR digital filters: A semidefinite programming approach,” IEEE Int. Symp. on Circuits and Systems, vol. 3, pp. 263 –266, 1999. [7] S.-P. Wu, S. Boyd, and L. Vandenberghe, “FIR filter design via spectral factorization and convex optimization,” Applied and Computational Control, Signals, and Circuits., vol. 1, pp. 215–245, 1999. [8] A. Papoulis, Signal Analysis. McGraw-Hill, New York, 1977. [9] J. Iydorczyk, “New algorithm for designing FIR filters with power-of-two coefficients,” Proceedings of 15th International Conference on Digital Signal Pro- cessing, pp. 327 –330, July 2007. [10] J. Izydorczyk, “Coding FIR filter coefficients in power-of-two format,” Proceed- ings of 2007 International Conference on Signal Processing and Communica- tions, pp. 261 –264, nov. 2007. [11] J. Izydorczyk and L. Cionaka, “Signed power-of-two term allocation scheme for the design of FIR filters,” IEEE Int. Symp. on Industrial Electronics, pp. 1982 –1985, July 2008. [12] F. Xu, C.-H. Chang, and C.-C. Jong, “HWP: a new insight into canonical signed digit,” IEEE ISCAS, vol. 5, pp. 201 –204, May 2004. |
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