2023 Fiscal Year Research-status Report
Development of Digital Filter Design Method for Improving Designer's Efficiency
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22K04110
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| Research Institution | Tokyo Denki University |
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Principal Investigator |
陶山 健仁 東京電機大学, 工学部, 教授 (50303011)
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2022-04-01 – 2025-03-31
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| Keywords | 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 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
2023年度はディジタルフィルタの回路規模削減のためのCSD(Canonic Signed Digit)係数FIR(Finite Impulse)フィルタ設計法に関する検討について2件，連続係数を有する一方で低次数で低回路規模で実現可能なIIR(Infinite Impulse Response)フィルタ設計法に関する検討について1件進めた。
CSD係数FIRフィルタ設計法の1つであるACO（Ant Colony Optimization）による設計法では，ACOが高い集中化能力を有する反面，ACOの探索後半における多様性低下による設計性能低下問題をグループ化ACOで改善できることを設計例を用いて明らかにした。一方，多様度に基づいて個体グループ化の方針も明らかにした。
PfGA(Parameter-free-GA)を用いたCSD係数FIRフィルタ設計では，ペナルティ個体の再利用により，GAと同等の設計性能を得ることに成功した。CSD表現では，CSDの条件を担保するために目的関数にペナルティ関数を付加しているが，CSD条件から外れた個体には過剰なペナルティが付加され，以降の探索には貢献できなくなり，ただ淘汰されるだけの個体となる。これは探索の効率を下げるだけでなく，良解探索の機会も奪うことにつながる。そこで，非零桁数隣接制約が修正可能であることに注目し，ペナルティ個体が生じた際にはペナルティ個体を排除し，探索の継続を試みた。その結果，設計性能がGA単独で設計した際と同等の精度に近づくことを確認した。
PSS-PSOによるIIRフィルタ設計では，探索メカニズムの検証を通じてこれまで不明とされたIIRフィルタ設計問題の解空間構造を明らかにした。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
当初はCSD係数FIRフィルタ設計にターゲットをあて，なかでもPfGAを中心に考えていたが，ACOを用いた場合の欠点も明らかにするとともに，その改良案を提案することに成功した。
また，IIRフィルタ設計において独自の手法であるPSS-PSOの適用により，不明であったIIRフィルタ設計問題の解空間構造を明らかにできた。
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| Strategy for Future Research Activity |
PfGAを用いたCSD係数FIRフィルタ設計手法では，探索後半の局所解停留が確認されている。これは，少ない個体数での遺伝操作，特に交叉による改善が滞るためであると考えられる。そこで，多様性を与えた交叉のメカニズムを適用し，局所解停留の回避を狙う。
ACOを用いたCSD係数FIRフィルタ設計手法では，FIRフィルタ係数分布のスパース性を利用して，CSD表現の際に割り当てる非零桁を係数値によりコントロールし，全体的に回路規模削減を狙う。
PSS-PSOによるIIRフィルタ設計では，アルゴリズムパラメータの検証を進めると同時に極・零点に複素共役制約を与えない場合の手法について検討を進める。
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| Causes of Carryover |
計画通りの研究遂行は進んでいるが，一方で学会日程と学務との関連で学会発表の計画が進んでおらず，学会発表ならびに論文投稿の予定を次年度にずらす必要性が生じた。また，それに合わせた検証を進めるにあたり，特にハードディスクの追加が必要であると判断し，次年度に使用額が生じることとなった。主に消耗品と旅費，学会参加費ならびに論文掲載決定時に必要な費用に使用する予定である。
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