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。

在本研究中，我们正在研究一种设计方法，该方法在将数字滤波器安装在半导体上时考虑到电路规模的缩小。其目的是降低半导体的功耗并加快其运行速度。数字滤波器由乘法器、延迟器和加法器组成，但电路规模以乘法器为主。乘法器的电路规模由所包含的移位器的数量决定，而移位器的数量由作为乘法器系数的滤波器系数中包含的非零位数决定。因此，减少非零数字的数量是一个重要的问题。作为减少非零位数的方法，使用CSD（Canonic Signed Digit）表达式的数值表达是有效的，但是如果可以使用的非零位数有限，则数值的分布​​可以表达的 变得不均匀，这导致数字滤波器的特性恶化。因此，主要研究者提出了在抑制特性劣化的同时为每个滤波器系数分配必要的非零位的问题，并且一直在研究其设计方法。由于这个问题是一个混合整数规划问题，一般是NP-hard的，我们提出了一种使用元解法来解决它。在元解决方案方法中，算法包括许多需要提前调整的参数，并且它们的值根据滤波器规格而变化，这使得滤波器设计者的工作变得复杂，最终降低了半导体制造的速度。阻碍因素。针对这个问题，今年我们验证了使用分组ACO（蚁群优化）时的设计性能，并明确了有效分组及其影响因素。结果表明，未来的设计工作无需考虑复杂的分组即可进行。此外，我们关注数字滤波器系数的稀疏性，并表明与传统方法相比，可以减少所需的非零数字的数量。

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

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

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