专利名称：动态滤波装置及其方法
技术领域：
本发明有关于滤波器(filter)，尤其有关于一种动态滤波装置及其方法。
背景技术：
电路接收一时变(time variant)信号以进行电路量测的过程中常引入噪声，为了能加强信号的品质，一般会利用一低通滤波器(low-pass filter)来消除噪声。在数字 信号处理(DigitalSignal Processing)时,该低通滤波器可以利用有限脉冲响应(finiteimpulse response,FIR)滤波器或无限脉冲响应(infinite impulse response, IIR)滤波器的方式加以实施。一般来说，FIR滤波器的稳定性较IIR滤波器佳，但IIR滤波器的抗噪声的能力却较FIR滤波器佳；当两种滤波器产生相同滤波结果时，IIR滤波器所需要的硬体成本会较FIR滤波器为低。然而，传统滤波器的反应时间随频率而变，通常抗噪声的能力越佳，所需的反应时间也越长，如图IA所示。相对地，对于需要快速反应时间的系统，如触碰面板的位置检测，就得牺牲抗噪声的能力来换取较快速的反应时间，如图IB所示，其中，触碰位置D(x，y)为X方向坐标与y方向坐标的函数。所以，一般滤波器设计者会认为反应时间和抗噪声能力是属于妥协的滤波器设计变数。
发明内容
本发明的目的之一是提出一种动态滤波装置，以解决上述问题。为达成上述目的，本发明动态滤波装置，包含一变化量检测器，根据一第一输入信号的多个连续取样值，产生一检测值；一系数产生单元，根据该检测值，产生一组滤波系数；以及，一滤波器，根据该组滤波系数，对该输入信号进行滤波；其中，该检测值的大小与所述连续取样值的变化量、所述连续取样值一次微分的变化量及所述连续取样值一次微分的平均值的至少一者或其组合有关。本发明的另一个目的是提供一种动态滤波方法，包含根据一第一输入信号的多个连续取样值，得到一检测值；根据该检测值，得到一组滤波系数；以及，利用一滤波器，根据该组滤波系数，对该输入信号进行滤波；其中，该检测值的大小与所述连续取样值的变化量、所述连续取样值一次微分的变化量及所述连续取样值一次微分的平均值的至少一者或其组合有关。本发明根据输入信号的变化量度，动态改变截止频率，使得输入信号在慢速时获得较高的SNR，而在快速移动时能缩短反应时间，进而加强滤波器的反应时间和抗噪声的能力。本发明的其他目的和优点可以从本发明所揭露的技术特征中得到进一步的了解。为让本发明的上述和其他目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例并配合所附图式，作详细说明如下。
图IA显不一传统滤波器的输出信号与输入信号之间的关系；图IB显不另一传统滤波器的输出信号与输入信号之间的关系；图2显示本发明动态无限脉冲响应滤波装置一实施例的架构示意图；图3显示触碰位置随时间变化的一个例子；图4显示本发明变化量检测器的一实施例的架构变示意图；图5A显示检测值VAR和截止频率FC的关系曲线的一个例子；图5B显示检测值VAR和截止频率FC的关系曲线的另一个例子；图5C显示距离与SNR的关系曲线；图是根据图5C，显示不同区域具有不同的距离与SNR关系曲线；图6A显示二阶(η = 2)的契比雪夫第二型IIR滤波器的直接第一型结构的信号流；图6Β显示第二查阅表的一个例子；图6C显示图6Β中各组滤波系数之间的关系；图7Α显示当频率比值(FC/FS)产生变化时，输出信号与输入信号之间的关系；图7Β显示当传统滤波器的阶数产生变化时，输出信号产生的震荡现象；图8显示本发明动态无限脉冲响应滤波装置的输出信号与输入信号之间的关系；图9显示本发明动态有限脉冲响应滤波装置一实施例的架构示意图；图IOA显示四阶(η = 4)的第一型FIR滤波器的直接结构的信号流；图IOB显示第二查阅表的另一个例子；图IOC显示图IOB中各组滤波系数之间呈现连续性关系。附图标号200动态无限脉冲响应滤波装置210前置低通滤波器220变化量检测器230,930系数产生单元231第一查表单元232、932第二查表单元240无限脉冲响应滤波器900动态有限脉冲响应滤波装置 940有限脉冲响应滤波器
具体实施例方式以下的说明将举出本发明的数个较佳的示范实施例，例如各种电子电路、元件以及相关方法。熟悉本领域者应可理解，本发明可采用各种可能的方式实施，并不限于下列示范的实施例或实施例中的特征。另外，众所知悉的细节不再重复显示或赘述，以避免模糊本发明的重点。本发明是以触碰面板的位置检测作为范例说明，唯本发明的动态滤波装置及其方法亦可应用于其他须要滤波的积体电路上。
本发明利用输入信号的速度变化量、或/及位置变化量、或/及平均速度，来动态改变滤波器的截止频率(cut-off frequency)，使得输入信号在慢速移动时获得较高的信号噪声比(signal-to-noise ratio, SNR),在快速移动时能缩短反应时间，以改善滤波器的反应时间和抗噪声能力。
图2显示本发明动态无限脉冲响应滤波装置一实施例的架构示意图。参考图2，本发明动态无限脉冲响应滤波装置200包含一前置低通滤波器(pre-lowpass filter) 210、一变化量检测器220、一系数产生单元230及一无限脉冲响应滤波器240。本发明动态IIR滤波装置200的输入信号Di [η]表示手指在触碰面板上的触碰位置，也是一数字信号，Di [η]表示η个时间单位时的取样值且η为大于或等于零的整数。例如，当取样频率(sampling rate)为60Hz时,每单位时间为1/60秒，Di
表示O秒的取样值、Di [I]表示1/60秒的取样值、Di[2]表示2X (1/60)秒的取样值...以此类推，Di[n_l]表示(n-1) X (1/60)秒的取样值。相对地，Do[η]是动态IIR滤波装置200的输出信号。前置低通滤波器210接收输入信号Di [η]，预先滤除噪声后，产生一滤波信号Da[η]以供后级的变化量检测器220使用。该前置低通滤波器210可使用IIR滤波器或FIR滤波器来实施。举例而言，输入信号Di [η]为手指的触碰位置，假设取样频率为60Hz且前置低通滤波器210由一契比雪夫第二型(Chebyshev type II) IIR滤波器来实施,上述契比雪夫第二型IIR滤波器的截止频率设定在FCtl = 0. 6*FS，其中FS为取样频率的一半，即FS =30Hz。这是因为一般手指的移动频率低于20Hz，所以约略取FCtl = O. 6*FS。须注意的是，对动态IIR滤波装置200而言，前置低通滤波器210的设置，会减少噪声对输入信号Di [η]的干扰，进而增加后级变化量检测器220的准确度；相反地，若没有设置前置低通滤波器210，动态IIR滤波装置200依然可以进行动态滤波，但变化量检测器220会产生的检测值VAR较容易受到噪声干扰。由于前置低通滤波器210对动态IIR滤波装置200而言并非必要元件，故在图2中以虚线表示。图3显示触碰位置随时间变化的一个例子。参考图3，实线表示原始输入信号Di [η],而虚线则表不经过前置低通滤波器210处理后的Da[n]信号。图3表不输入信号Di [η]在B区间的位置变化量AD较小，所以可以使用较低的截止频率以滤除较多的噪声；相反地，输入信号Di[n]在A区间的位置变化量AD较大，所以可以使用较高的截止频率以快速反应输入信号的变化。图4显示本发明变化量检测器的一实施例的架构变示意图。变化量检测器220接收前置低通滤波器210产生的滤波信号Da[n]，进行变化量度运算，以产生一检测值VAR。在图4的实施例中，对滤波信号Da[n]总共取4个取样点作变化量运算，请注意，本发明并未对滤波信号Da[n]的取样点数做限定，而取样点数多寡可依硬体的成本考量来实施，但过多的取样点数会使得变化量检测器220产生检测值VAR的时间过长，而过少的取样点数会使检测值VAR的结果容易遭受噪声干扰。参考图4，变化量检测器220包含一第一运算电路420、一第二运算电路430、一第三运算电路450、三个延迟器411 413及三个减法器416 418。输入信号Di [η]表不手指的触碰位置,而滤波信号Da[n]则表不去除噪声后的手指触碰位置。在图4中，Z—1为延迟(delay)符号，表示延迟器411 413分别延迟一个取样点时间，而三个减法器416 418的输出v[n-m] = Da[n-m]-Da[n-m-l](相当于输入信号Da[n-m]的一次微分)，分别表示在三个时间点(n = 0、l、2)时手指不同的移动速度，其中，m为整数，O≤m≤2。第一运算电路420接收滤波信号的4个取样点Da [n]、Da [n-1]、Da[n-2]及Da [n_3],进行位置的标准偏差值(standard deviation)运算,产生位置的标准
偏差值Da_STD。根据标准偏差值定义，
权利要求
1.一种动态滤波装置，其特征在于，所述动态滤波装置包含 一变化量检测器，根据一第一输入信号的多个连续取样值，产生一检测值； 一系数产生单元，根据该检测值，产生一组滤波系数；以及 一滤波器，根据该组滤波系数，对所述第一输入信号进行滤波； 其中，该检测值的大小与所述连续取样值的变化量、所述连续取样值一次微分的变化量及所述连续取样值一次微分的平均值的至少一者或其组合有关。
2.如权利要求I所述的滤波装置，其特征在于，所述连续取样值的变化量为所述连续取样值的标准偏差值及所述连续取样值的绝对误差总和的一者。
3.如权利要求I所述的滤波装置，其特征在于，所述连续取样值一次微分的变化量为所述连续取样值一次微分的标准偏差值及所述连续取样值一次微分的绝对误差总和的一者。
4.如权利要求I所述的滤波装置，其特征在于，所述系数产生单元包含 一第一查表单元，内建一第一查阅表，用以接收所述检测值，并根据所述第一查阅表，来产生一截止频率；以及 一第二查表单元，内建一第二查阅表，用以接收所述截止频率，并根据所述第二查阅表,来产生所述组滤波系数； 其中，所述截止频率与所述检测值之间呈单调递增关系。
5.如权利要求4所述的滤波装置，其特征在于，所述第一查表单元及所述第二查表单元分别由一只读存储器、一组合逻辑电路及一暂存器电路的一者来加以实施。
6.如权利要求4所述的滤波装置，其特征在于，所述第二查阅表的内容会随所述滤波器的阶数的不同而改变。
7.如权利要求4所述的滤波装置，其特征在于，所述第二查阅表的内容会随所述滤波器的种类的不同而改变。
8.如权利要求4所述的滤波装置，其特征在于，所述第二查阅表包含多组滤波系数，且各组滤波系数之间呈现连续性。
9.如权利要求4所述的滤波装置，其特征在于，所述第一查表单元更接收一环境变数，并根据所述第一查阅表，来产生所述截止频率。
10.如权利要求I所述的滤波装置，其特征在于，所述滤波器为一无限脉冲响应滤波器。
11.如权利要求10所述的滤波装置，其特征在于，所述无限脉冲响应滤波器由一巴特沃士滤波器、一契比雪夫第一型滤波器、一契比雪夫第二型滤波器及一椭圆滤波器的一者来实施。
12.如权利要求I所述的滤波装置，其特征在于，所述滤波器为一有限脉冲响应滤波器。
13.如权利要求12所述的滤波装置，其特征在于，所述有限脉冲响应滤波器由一第一型有限脉冲响应滤波器、一第二型有限脉冲响应滤波器、一第三型有限脉冲响应滤波器及一第四型有限脉冲响应滤波器的一者。
14.如权利要求I所述的滤波装置，其特征在于，所述滤波装置还包含 一前置低通滤波器，所述移动量检测器的前级电路，用以接收一第二输入信号，并预先滤除所述第二输入信号的噪声，以产生所述第一输入信号。
15.一种动态滤波方法，其特征在于，所述动态滤波方法包含 根据一第一输入信号的多个连续取样值，得到一检测值； 根据所述检测值，得到一组滤波系数；以及 利用一滤波器，根据所述组滤波系数，对所述输入信号进行滤波； 其中，所述检测值的大小与所述连续取样值的变化量、所述连续取样值一次微分的变化量及所述连续取样值一次微分的平均值的至少一者或其组合有关。
16.如权利要求15所述的滤波方法，其特征在于，所述连续取样值的变化量为所述连续取样值的标准偏差值及所述连续取样值的绝对误差总和的一者。
17.如权利要求15所述的滤波方法，其特征在于，所述连续取样值一次微分的变化量为所述连续取样值一次微分的标准偏差值及所述连续取样值一次微分的绝对误差总和的一者O
18.如权利要求15所述的滤波方法，其特征在于，所述得到该组滤波系数步骤包含 根据所述检测值，查询一第一查阅表，以得到一截止频率；以及 根据所述截止频率，查询一第二查阅表，以得到所述组滤波系数； 其中，所述截止频率与所述检测值之间呈单调递增关系。
19.如权利要求18所述的滤波方法，其特征在于，所述第二查阅表的内容会随所述滤波器的阶数的不同而变动。
20.如权利要求18所述的滤波方法，其特征在于，所述第二查阅表的内容会随所述滤波器的种类的不同而变动。
21.如权利要求18所述的滤波方法，其特征在于，所述第二查阅表包含多组滤波系数，且各组滤波系数之间呈现连续性。
22.如权利要求18所述的滤波方法，其特征在于，所述查询所述第一查阅表步骤还包含 更根据一环境变数，查询所述第一查阅表，以得到所述截止频率。
23.如权利要求15所述的滤波方法，其特征在于，所述滤波器为一无限脉冲响应滤波器。
24.如权利要求23所述的滤波方法，其特征在于，所述无限脉冲响应滤波器由一巴特沃士滤波器、一契比雪夫第一型滤波器、一契比雪夫第二型滤波器及一椭圆滤波器的一者来实施。
25.如权利要求15所述的滤波方法，其特征在于，所述滤波器为一有限脉冲响应滤波器。
26.如权利要求25所述的滤波方法，其特征在于，所述有限脉冲响应滤波器由一第一型有限脉冲响应滤波器、一第二型有限脉冲响应滤波器、一第三型有限脉冲响应滤波器及一第四型有限脉冲响应滤波器的一者。
27.如权利要求15所述的滤波方法，其特征在于，所述的滤波方法更包含 预先滤除一第二输入信号的噪声，以得到所述第一输入信号。
全文摘要
本发明提供一种动态滤波装置及其方法，该动态滤波装置包含一变化量检测器、一系数产生单元及一滤波器。所述动态滤波装置包含一变化量检测器，根据一第一输入信号的多个连续取样值，产生一检测值；一系数产生单元，根据该检测值，产生一组滤波系数；以及一滤波器，根据该组滤波系数，对该输入信号进行滤波；其中，该检测值的大小与所述连续取样值的变化量、所述连续取样值一次微分的变化量及所述连续取样值一次微分的平均值的至少一者或其组合有关。本发明根据输入信号的变化量度，来动态改变截止频率，使得输入信号在慢速时获得较高的SNR，而在快速移动时能缩短反应时间，进而加强滤波器的反应时间和抗噪声的能力。
文档编号H03H17/00GK102647168SQ20101052375
公开日2012年8月22日 申请日期2010年10月28日 优先权日2010年10月28日
发明者吴鸿伟, 张志宇, 杨绍圣, 陈泂甫 申请人:矽统科技股份有限公司