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2015 年度 実績報告書

有限語長制約を考慮したディジタルフィルタの実現に関する基礎的研究

研究課題

研究課題/領域番号 25420372
研究機関広島大学

研究代表者

福光 昌由 (中本昌由)  広島大学, 工学(系)研究科(研究院), 助教 (00403585)

研究期間 (年度) 2013-04-01 – 2016-03-31
キーワードIIRディジタルフィルタ / FIRディジタルフィルタ / マルチバンドフィルタ / 微分器 / 離散最適化 / スパース表現
研究実績の概要

これまでに定式化を行ったN個の通過域を持つ「帯域通過特性(マルチバンド特性)」を有する有限インパルス応答(FIR)ディジタルフィルタおよび有する無限インパルス応答(IIR)ディジタルフィルタの演算量を削減するため,実数係数と0係数(スパース係数),±1係数(準スパース係数)で構成する方法を考案した.
FIRフィルタの設計では,遅延数が次数の半分よりも小さい低遅延フィルタについて,実数係数に加えて準スパース係数(0,±1係数)を付加する設計法を遺伝的アルゴリズムとLagrange未定乗数法に基づいて構築した.さらに,準スパースを一般的に拡張し,2のべき乗係数と実数でフィルタを設計する方法も提案した.また,IIRフィルタの設計では,極半径を指定した上で分母係数をまず設計し,その分母係数を制約した上で,分子係数に準スパース性を与える設計方法を提案した.また,準スパース性の制約は,分枝限定法に基づいて最適化し,良好な解が得られることを示した.
さらに,IIRフィルタの係数を離散値で設計する方法についても検討を行った.具体的には,各種ヒューリスティクス手法:遺伝的アルゴリズム,粒子群最適化法(PSO),焼き鈍し法で分母係数と分子係数を離散最適化する方法を開発し,各特性を比較した.ここでも前年度に開発した極半径を指定可能なIIRフィルタ設計法を利用し,予め安定余裕を確保してから,分母係数を離散化することによって,離散値で設計した場合でも安定性を維持できるような設計法を開発した.
また,ローパスフィルタ,ハイパスフィルタ,バンドパスフィルタ,ローパス微分器などの設計問題に開発した設計アルゴリズムを適用し,いずれの場合においても優れた結果が得られることを確認した.

  • 研究成果

    (14件)

すべて 2016 2015

すべて 雑誌論文 (4件) (うち査読あり 4件、 謝辞記載あり 4件) 学会発表 (10件)

  • [雑誌論文] 大極半径指定可能な正実性制約の導出とローパス微分器設計への応用2016

    • 著者名/発表者名
      入江洋規,中本昌由,山本透
    • 雑誌名

      電気学会論文誌 C

      巻: 136 ページ: 123-132

    • DOI

      10.1541/ieejeiss.136.123

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Design of Semi-Sparse Multi-Band Digital Filters Using Branch and Bound Method2015

    • 著者名/発表者名
      Masayoshi Nakamoto, Tomohiro Hirakawa and Toru Yamamoto
    • 雑誌名

      Proc. of The 41th Annual Conference of the IEEE Industrial Electronics Society

      巻: 1 ページ: 2626-2631

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Low-delay IIR approximation of FIR digital filters based on system identification2015

    • 著者名/発表者名
      Tomohiro Hirakawa, Masayoshi Nakamoto and Toru Yamamoto
    • 雑誌名

      Proc. of 2015 International Workshop on Smart Info-Media Systems in Asia

      巻: 1 ページ: 14-19

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Least-squares design of FIR digital filters with reduced-multipliers2015

    • 著者名/発表者名
      Yusuke Sato, Masayoshi Nakamoto and Toru Yamamoto
    • 雑誌名

      Proc. of 2015 International Workshop on Smart Info-Media Systems in Asia

      巻: 1 ページ: 20-25

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [学会発表] 係数同一制約を用いたFIRフィルタの設計2016

    • 著者名/発表者名
      平川友大,中本昌由,山本透
    • 学会等名
      2016年電子情報通信学会総合大会
    • 発表場所
      九州大学
    • 年月日
      2016-03-15 – 2016-03-18
  • [学会発表] シフト演算子を含む準スパース係数FIRフィルタの設計2016

    • 著者名/発表者名
      中本昌由,佐藤雄介,平川友大,山本透
    • 学会等名
      電気学会制御研究会
    • 発表場所
      首都大学東京
    • 年月日
      2016-03-04 – 2016-03-04
  • [学会発表] ヒューリスティック解法によるIIRフィルタの離散設計2015

    • 著者名/発表者名
      坂本真隆,中本昌由,山本透
    • 学会等名
      第17回 IEEE Hiroshima Student Symposium
    • 発表場所
      岡山大学
    • 年月日
      2015-11-21 – 2015-11-22
  • [学会発表] 準スパース係数を有する低遅延FIRフィルタの重み付最小二乗設計2015

    • 著者名/発表者名
      佐藤雄介,中本昌由,山本透
    • 学会等名
      第17回 IEEE Hiroshima Student Symposium
    • 発表場所
      岡山大学
    • 年月日
      2015-11-21 – 2015-11-22
  • [学会発表] 分枝限定法に基づく準スパース係数帯域通過フィルタの設計2015

    • 著者名/発表者名
      中本昌由, 平川友大, 山本透
    • 学会等名
      第30回 信号処理シンポジウム
    • 発表場所
      福島県いわき市 スパリゾートハワイアンズ
    • 年月日
      2015-11-04 – 2015-11-06
  • [学会発表] 準スパースIIRフィルタの一設計2015

    • 著者名/発表者名
      平川友大, 中本昌由, 山本透
    • 学会等名
      平成27年度電気・情報関連学会中国支部第66回連合大会
    • 発表場所
      山口大学
    • 年月日
      2015-10-17 – 2015-10-17
  • [学会発表] 準スパース・低遅延FIRフィルタの設計2015

    • 著者名/発表者名
      佐藤雄介,中本昌由,山本透
    • 学会等名
      電気学会制御研究会
    • 発表場所
      東京都港区 広島大学東京キャンパス
    • 年月日
      2015-08-31 – 2015-08-31
  • [学会発表] システム同定に基づく最大極半径指定可能なIIRフィルタの一設計法2015

    • 著者名/発表者名
      平川友大,中本昌由,清水尚之,山本 透
    • 学会等名
      電気学会制御研究会
    • 発表場所
      東京都港区 広島大学東京キャンパス
    • 年月日
      2015-08-31 – 2015-08-31
  • [学会発表] 群遅延と最大極半径が指定可能なFIR/IIRフィルタ変換法2015

    • 著者名/発表者名
      平川 友大,中本昌由,山本透
    • 学会等名
      第28回回路とシステムワークショップ
    • 発表場所
      兵庫県淡路市 淡路夢舞台国際会議場
    • 年月日
      2015-08-03 – 2015-08-04
  • [学会発表] 分枝限定法に基づく最適準スパース係数IIRフィルタの設計2015

    • 著者名/発表者名
      平川 友大,中本昌由,山本透
    • 学会等名
      電気学会制御研究会
    • 発表場所
      広島大学
    • 年月日
      2015-06-27 – 2015-06-27

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公開日: 2017-01-06  

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