2022 Fiscal Year Annual Research Report
自由自在な特性調節が可能な可変ディジタルフィルタの高精度化のための基盤技術開拓
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20K04478
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| Research Institution | Hachinohe Institute of Technology |
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Principal Investigator |
越田 俊介 八戸工業大学, 大学院工学研究科, 准教授 (70431533)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
八巻 俊輔 東北工業大学, 工学部, 准教授 (10534076)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 信号処理 / 可変ディジタルフィルタ / 有限ビット長 / 演算精度 / フィルタ構造 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本年度の研究では、前年度までの課題の達成によって得た高精度可変ディジタルフィルタを有限ビット長の環境上で実装し、従来の可変フィルタと比べてどの程度のビット削減が可能となるかを評価した。この成果の詳細を以下に述べる。
一般的に、有限ビット長で実装されるディジタルフィルタの演算精度は、通過域幅と阻止域幅のいずれかが狭くなるにつれて劣化しやすいことが知られている。そこで本研究では、可阻止域を狭くした可変帯域阻止フィルタに焦点を当てて、演算精度を評価した。その結果、たとえばフィルタ次数を6次とした可変帯域阻止フィルタとした用いた場合には、本研究による手法は既存の手法と比べて20ビット程度の削減が可能となることが示された。さらに本研究では、この成果を医工学へ応用し、心電図波形の雑音除去システムの実装において本研究が有効となることを示した。
以上の成果を含め、研究期間全体を通じて、本研究では遮断周波数や遷移帯域幅などさまざまな特性を自由に調節可能な可変ディジタルフィルタの演算精度を飛躍的に改善するための統一的な方法論を確立した。この方法論は、電気回路の分野における低感度回路の実現理論と、ディジタルフィルタ構造の数理最適化による理論を可変ディジタルフィルタへ適用することで確立した。さらに本研究では、この方法論を用いて可変ディジタルフィルタを有限のビット長の環境上に実装し、実験を通して本研究による方法論の有効性を実証した。この結果、既存の可変ディジタルフィルタの手法と比べ、本研究による手法ではビット長の大幅な削減が可能となることを示した。これらの結果によって、有限ビット長の環境における演算精度低下および特性劣化を最小限に抑え、かつ特性を自由自在にリアルタイム調整できる高精度な可変フィルタを作るための基板技術を、本研究によって開拓することができた。
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