Development of Digital Filter Design Method for Improving Designer's Efficiency

开发数字滤波器设计方法以提高设计人员的效率

• 批准号: 22K04110
• 负责人: 陶山 健仁
• 金额: $ 2.08万
• 依托单位: Tokyo Denki University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-04-01 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22K04110/
• 关键词: ディジタルフィルタ; メタヒューリスティックス; 最適化; 信号処理; 離散時間信号

本研究では，ディジタルフィルタを半導体実装する際の回路規模削減を考慮した設計法について検討している。これは，半導体の低消費電力化，高速動作化を狙ったものである。ディジタルフィルタは乗算器，遅延器，加算器で構成されるが，その回路規模は乗算器で支配されている。乗算器の回路規模は，内包されるシフタ数で決定され，シフタ数は乗算器係数であるフィルタ係数に含まれる非零桁数で決定される。そのため，非零桁数を削減することが重要な課題である。非零桁数削減手法としては，CSD(Canonic Signed Digit)表現を用いた数値表現法が有効であるが，その利用可能な非零桁数を制限した場合，表現可能な数値分布が不均一となり，ディジタルフィルタの特性劣化の要因となる。そこで，研究代表者は特性劣化を抑えながら，フィルタ係数ごとに必要な非零桁を配分する問題を定式化し，その設計法について検討してきた。この問題は混合整数計画問題となるため，一般にNP困難となり，その解法としてメタ解法を用いた手法を提案してきた。メタ解法では，アルゴリズム内部に事前調整が必要なパラメータが多数含まれており，その値がフィルタの仕様によって異なるため，フィルタ設計者の作業を煩雑にする要因となり，結果的に半導体製造のスピードを妨げる要因となる。この問題に対し，今年度はグループ化ACO(Ant Colony Optimization)を用いた際の設計性能について検証し，有効なグループ分けとその要因について明らかにした。その結果，今後の設計作業では複雑なグループ化について検討することなく，作業遂行が可能であることを明らかにした。さらに，ディジタルフィルタ係数のスパース性に注目し，必要な非零桁数を従来法より削減可能であることを示した。

这项研究研究了一种设计方法，该方法考虑到将数字过滤器安装到半导体中时电路尺度的降低。这旨在减少半导体的功耗和高速操作。数字过滤器由乘数，延迟器和加法器组成，但过滤器的电路尺度由乘数控制。乘数的电路尺度由其中包含的变速器数确定，而变速杆的数量取决于滤波器系数中包含的非零数字的数量，该数字是乘数系数。因此，减少非零数字的数量是一个重要的问题。作为减少非零数字数量的方法，使用CSD（canonic签名的数字）表达式的数值表示有效，但是如果有限的可用非零数字的数量有限，则可以表达的数值分布的数量将不均匀，这会导致数字过滤器特性的降低。因此，主要研究人员提出了一个问题，该问题为每个滤波器系数分配所需的非零数字，同时抑制特性的恶化，并研究了设计方法。这个问题是一个混合整数编程问题，NP通常很困难，我们已经提出了一种使用元解决方法作为解决此问题的方法。在元解决方案中，包括需要在算法中调整的许多参数，其值根据滤波器规格而有所不同，这使其成为使滤波器设计人员的工作变得复杂的因素，并且它又阻碍了半导体制造的速度。为了应对这个问题，今年我们在使用分组的ACO（蚂蚁菌落优化）时检查了设计性能，并揭示了有效的分组和因素。结果，可以揭示可以在不考虑复杂分组的情况下进行未来的设计工作。此外，我们专注于数字滤波器系数的稀疏性，并表明与常规方法相比，可以减少所需数量的非零数字。

项目成果

ACOによるCSD係数FIRフィルタ設計におけるパラメータの最適化

使用 ACO 的 CSD 系数 FIR 滤波器设计中的参数优化

• 发表时间: 2022
• 作者: Kanada Naoki;Lu Xiaodong;HYEONSEOK JANG，有馬卓司;柴田優太朗，有馬卓司;森川まり花，陶山健仁;森川まり花，陶山健仁;森川まり花，陶山健仁;森川まり花，陶山健仁;森川まり花，陶山健仁
• 通讯作者: 森川まり花，陶山健仁

回路規模削減を考慮したCSD係数FIRフィルタの設計性能評価

考虑电路尺寸减小的CSD系数FIR滤波器的设计性能评估

• 发表时间: 2023
• 作者: Kanada Naoki;Lu Xiaodong;HYEONSEOK JANG，有馬卓司;柴田優太朗，有馬卓司;森川まり花，陶山健仁;森川まり花，陶山健仁
• 通讯作者: 森川まり花，陶山健仁

CSD係数FIRフィルタ設計のためのグループ化ACOの分割数の検討

CSD系数FIR滤波器设计中考虑分组ACO的划分数

• 发表时间: 2023
• 作者: Kanada Naoki;Lu Xiaodong;HYEONSEOK JANG，有馬卓司;柴田優太朗，有馬卓司;森川まり花，陶山健仁
• 通讯作者: 森川まり花，陶山健仁

CSD係数FIRフィルタ設計における多様化ACOの有効性

多样化 ACO 在 CSD 系数 FIR 滤波器设计中的有效性

• 发表时间: 2022
• 作者: Kanada Naoki;Lu Xiaodong;HYEONSEOK JANG，有馬卓司;柴田優太朗，有馬卓司;森川まり花，陶山健仁;森川まり花，陶山健仁;森川まり花，陶山健仁
• 通讯作者: 森川まり花，陶山健仁

回路規模削減を考慮したACOによるCSD係数FIRフィルタ設計

使用ACO的CSD系数FIR滤波器设计考虑电路尺寸的减小

• 发表时间: 2022
• 作者: Kanada Naoki;Lu Xiaodong;HYEONSEOK JANG，有馬卓司;柴田優太朗，有馬卓司;森川まり花，陶山健仁;森川まり花，陶山健仁;森川まり花，陶山健仁;森川まり花，陶山健仁
• 通讯作者: 森川まり花，陶山健仁