專利名稱：一種具有兩級多相子結(jié)構(gòu)的兩通道線性相位小波濾波器組的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及到信號處理領(lǐng)域，具體為一種具有兩級多相子結(jié)構(gòu)的偶長度兩通道線性相位小波濾波器組。
背景技術(shù)：
小波濾波器組(wavelet filter banks)是一種滿足正則性(regularity)的理想重建濾波器組(perfect reconstruction filter banks)，廣泛應(yīng)用于信號分析和圖像編碼等系統(tǒng)中。兩通道小波濾波器組的傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)如

圖1所示，它由分析濾波器組的分析濾波器Htl(Z)和H1 (ζ)、抽取器、零值內(nèi)插器、以及綜合濾波器組的綜合濾波器Ftl (ζ)和F1(Z) 構(gòu)成。將分析濾波器Htl(Z)和氏(2)以及綜合濾波器Ftl(ζ)和^⑴進(jìn)行多相分解，又可將兩通道小波濾波器組的傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)用通用方法轉(zhuǎn)換為多相結(jié)構(gòu)(polyphase structure)，參見文獻(xiàn) 1 (P. P. Vaidyanathan,Multirate Systems and Filter Banks. Englewood Cliffs, NJ =Prentice-Hall, 1993.)。由于多相結(jié)構(gòu)中的多相濾波器都是并行的，且長度僅為多相分解前的一半，因而多相結(jié)構(gòu)小波濾波器組的運(yùn)算速率是傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)小波濾波器組的兩倍， 這對促進(jìn)小波濾波器組在高實時性要求領(lǐng)域的應(yīng)用具有重要意義。兩通道小波濾波器組按其濾波器長度為奇數(shù)還是偶數(shù)，又可分為奇長度和偶長度兩類。奇長度的兩通道線性相位小波濾波器組，其所有多相濾波器均具有線性相位，而偶長度的兩通道線性相位小波濾波器組，其多相濾波器一般不具有線性相位，因而在實現(xiàn)時，乘法運(yùn)算次數(shù)要多一倍。偶長度的兩通道線性相位小波濾波器組的多相結(jié)構(gòu)如圖2所示，圖中E0(Z)和艮⑷是濾波器Htl(Z) 的多相濾波器，E1 (ζ)和-Αω是濾波器氏(2)的多相濾波器。除了多相結(jié)構(gòu)外，偶長度的兩通道線性相位小波濾波器組目前還有兩種結(jié)構(gòu)，一種是格型結(jié)構(gòu)(lattice structure), 參見文獻(xiàn) 2 (Park, S.Y.and Cho，N. I.，“Design of multiplierless lattice QMF structure and algorithm development,"IEEE Trans. Circuits Syst. II,Analog Digit. Signal Process. Express Briefs, vol. 55 no. 2，ppl73_177，F(xiàn)eb. 2008.)，另一種是梯型結(jié)構(gòu)(lifting structure)，參見文3 (Zhang Lei and Anamitra Makur, "Structurally linear phase factorization of 2-channel filter banks based on lifting", ICASSP2005, IV，pp. 609-612)。這兩種結(jié)構(gòu)都由多級多相子結(jié)構(gòu)級聯(lián)而成，且線性相位和理想重建(perfect reconstruction)特性，不受濾波器系數(shù)量化的字長效應(yīng)影響。但正是因為由多級多相子結(jié)構(gòu)級聯(lián)而成，因而這兩種結(jié)構(gòu)的運(yùn)算速率都明顯比多相結(jié)構(gòu)的低。而且，目前尚無簡單通用的方法將偶長度的兩通道線性相位小波濾波器組的多相結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換成這兩種結(jié)構(gòu)。小波濾波器組的另一特性是正則性(regularity)，它是通過Htl(ζ)在ζ = -1 處的零點和H1 (ζ)在ζ = 1處的零點而得到的。無論小波濾波器組的傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)還是多相結(jié)構(gòu)，其正則性在小波濾波器組實現(xiàn)后都要發(fā)生變化，這是由于濾波器系數(shù)的量化字長效應(yīng)影響，分析濾波器H0 (ζ)在ζ = -1處的零點和H1 (ζ)在ζ = 1處的零點都要發(fā)生擾動，使得 H0(z = 1)和&(2 = 1)都不為零。從而在圖像處理中導(dǎo)致壓縮圖像恢復(fù)后，出現(xiàn)塊狀干擾 (checkerboarding)0
因此，尋求一種具有兩級多相子結(jié)構(gòu)的偶長度兩通道線性相位小波濾波器組，其運(yùn)算速率與多相結(jié)構(gòu)小波濾波器組的相同，但乘法運(yùn)算次數(shù)減少近一半，且在結(jié)構(gòu)上保證 H0 (ζ = 1) == 1) = 0，顯然在低功耗且實時性要求高的領(lǐng)域應(yīng)用具有現(xiàn)實意義。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種具有兩級多相子結(jié)構(gòu)的偶長度兩通道線性相位小波濾波器組，與現(xiàn)有技術(shù)相比運(yùn)算速率與多相結(jié)構(gòu)小波濾波器組的相同，但乘法運(yùn)算次數(shù)比多相結(jié)構(gòu)小波濾波器組的減少近一半；Hc^z = 1) = 0和HJz = 1) = 0這一特性為結(jié)構(gòu)固有，不受濾波器系數(shù)的量化字長效應(yīng)影響；有簡單通用的方法，將偶長度的兩通道線性相位小波濾波器組的多相結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換成本發(fā)明提供的這種小波濾波器組結(jié)構(gòu)，從而既可高效實現(xiàn)，又可克服其多相濾波器一般不具有線性相位的缺點。本發(fā)明的目的通過下述技術(shù)方案實現(xiàn)一種具有兩級多相子結(jié)構(gòu)的偶長度兩通道線性相位小波濾波器組，由分析濾波器組、抽取器、零值內(nèi)插器和綜合濾波器組構(gòu)成，其特征在于分析濾波器組和綜合濾波器組的多相結(jié)構(gòu)都分別由兩個多相子結(jié)構(gòu)級聯(lián)而成，一個多相子結(jié)構(gòu)為二輸入二輸出濾波器模塊，另一個多相子結(jié)構(gòu)為特殊二輸入二輸出模塊， 在分析濾波器組中，二輸入二輸出濾波器模塊由濾波器Tjz2)、Ljz2)、 \(ζ2)和Ltl(Za)構(gòu)成，特殊二輸入二輸出模塊是 Ttl (z2) = UL0(z2) = UL1(Za) = I^P T1(Za) =-1 時的一種特殊二輸入二輸出濾波器模塊，其第一輸出端[7]連接于二輸入二輸出濾波器模塊的第一輸入端[1]，其第二輸出端[8]連接于二輸入二輸出濾波器模塊的第二輸入端[2]，其第一輸入端[5]連接于小波濾波器組[30]的輸入端[9]，其第二輸入端[6]連接于延遲單元 z^[10]的輸出端，延遲單元ζ—1 [10]的輸入端連接于小波濾波器組[30]的輸入端[9]，從而構(gòu)成由分析濾波器Htl(Z)和&(2)組成的分析濾波器組的多相結(jié)構(gòu)；在綜合濾波器組中，二輸入二輸出濾波器模塊由濾波器T1 (Z2)^L1 (Z2)Jci(Za)和-Ltl(Za)構(gòu)成，特殊二輸入二輸出模塊與分析濾波器組的相同，其第一輸入端[15]連接于二輸入二輸出濾波器模塊的第一輸出端[13]，其第二輸入端[16]連接于二輸入二輸出濾波器模塊的第二輸出端[14]，其第一輸出端[17]連接于延遲單元廠1 [20]的輸入端，其第二輸出端[18]連接于小波濾波器組 [30]的輸出端[19]，延遲單元廠1 [20]的輸出端連接于小波濾波器組[30]的輸出端[19]， 從而構(gòu)成由綜合濾波器Ftl(Z)和F1(Z)組成的綜合濾波器組的多相結(jié)構(gòu)。由于采用了上述結(jié)構(gòu)，從而實現(xiàn)了如下關(guān)系1)分析濾波器組與其兩級多相子結(jié)構(gòu)的關(guān)系為
權(quán)利要求
1.一種具有兩級多相子結(jié)構(gòu)的偶長度兩通道線性相位小波濾波器組，由分析濾波器組、抽取器、零值內(nèi)插器和綜合濾波器組構(gòu)成，其特征在于分析濾波器組和綜合濾波器組的多相結(jié)構(gòu)都分別由兩個多相子結(jié)構(gòu)級聯(lián)而成，一個多相子結(jié)構(gòu)為二輸入二輸出濾波器模塊，另一個多相子結(jié)構(gòu)為特殊二輸入二輸出模塊，在分析濾波器組中，二輸入二輸出濾波器模塊由濾波器Tq (z2)、L1(Za)、I\(z2) ^P L0(z2)構(gòu)成，特殊二輸入二輸出模塊是Ttl (ζ2) = 1、 L0(z2) = UL1(Za) = 1和 \(ζ2) =-1時的一種特殊二輸入二輸出濾波器模塊，其第一輸出端[7]連接于二輸入二輸出濾波器模塊的第一輸入端[1]，其第二輸出端[8]連接于二輸入二輸出濾波器模塊的第二輸入端[2]，其第一輸入端[5]連接于小波濾波器組[30] 的輸入端[9]，其第二輸入端[6]連接于延遲單元廠1 [10]的輸出端，延遲單元^[10]的輸入端連接于小波濾波器組[30]的輸入端[9]，從而構(gòu)成由分析濾波器Htl(Z) ^P H1 (ζ)組成的分析濾波器組的多相結(jié)構(gòu)；在綜合濾波器組中，二輸入二輸出濾波器模塊由濾波器 T1 (z2)、-L1 (z2)、Ttl(Za)和-Ltl(Za)構(gòu)成，特殊二輸入二輸出模塊與分析濾波器組的相同，其第一輸入端[15]連接于二輸入二輸出濾波器模塊的第一輸出端[13]，其第二輸入端[16] 連接于二輸入二輸出濾波器模塊的第二輸出端[14]，其第一輸出端[17]連接于延遲單元 Z-1W的輸入端，其第二輸出端[18]連接于小波濾波器組[30]的輸出端[19]，延遲單元 ζ^[20]的輸出端連接于小波濾波器組[30]的輸出端[19]，從而構(gòu)成由綜合濾波器Ftl(ζ)和 F1(Z)組成的綜合濾波器組的多相結(jié)構(gòu)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的小波濾波器組，其特征在于，分析濾波器組中的二輸入二輸出濾波器模塊的結(jié)構(gòu)具體為，第一輸入端[1]分別與濾波器Ttl(Za) [21]的輸入端和濾波器 L1(Za)的輸入端相連接，第二輸入端[2]分別與濾波器 \(ζ2) [22]的輸入端和濾波器Ltl(Za) 的輸入端相連接，第一輸出端[3]分別與濾波器Ttl(Za) [21]的輸出端和濾波器Ltl(Za)的輸出端相連接，第二輸出端[4]分別與濾波器 \(ζ2) [22]的輸出端和濾波器L1(Za)的輸出端相連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的小波濾波器組，其特征在于，綜合濾波器組中的二輸入二輸出濾波器模塊的結(jié)構(gòu)具體為，第一輸入端[11]分別與濾波器T1(Za) [23]的輸入端和濾波器-L1(Za)的輸入端相連接，第二輸入端[12]分別與濾波器Ttl(Za) [24]的輸入端和濾波器-Ltl(Za)的輸入端相連接，第一輸出端[13]分別與濾波器 \(ζ2) [23]的輸出端和濾波器-Ltl(Za)的輸出端相連接，第二輸出端[14]分別與濾波器Ttl(Za) [24]的輸出端和濾波器-L1(Za)的輸出端相連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的小波濾波器組，其特征在于，此小波濾波器組在結(jié)構(gòu)上固有一階消失矩。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的二輸入二輸出濾波器模塊，其特征在于，上述濾波器模塊中的濾波器與偶長度的兩通道線性相位小波濾波器組的多相濾波器之間的關(guān)系具體為，
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的二輸入二輸出濾波器模塊，其特征在于，上述濾波器模塊二倍抽取后的濾波器都具有線性相位，其對稱性具體為，濾波器Ttl(ζ)和1\(2)均為偶對稱，濾波器L0 (ζ)和L1(Z)均為奇對稱。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的二輸入二輸出濾波器模塊，其特征在于，上述濾波器模塊二倍抽取后的濾波器T0 (z)、T1 (ζ)、L0 (ζ)和L1 (ζ)之間的關(guān)系具體為T0 (z) T1 (ζ) -L0 (ζ) L1 (ζ)=z_k/4。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種具有兩級多相子結(jié)構(gòu)的偶長度兩通道線性相位小波濾波器組，在其分析濾波器組中，由濾波器T0(z2)、L1(z2)、T1(z2)和L0(z2)構(gòu)成的多相子結(jié)構(gòu)級聯(lián)在右側(cè)，另一多相子結(jié)構(gòu)是T0(z2)、L0(z2)和L1(z2)均為1而T1(z2)為-1時的一種特殊多相子結(jié)構(gòu)，級聯(lián)在左側(cè)；在其綜合濾波器組中，由濾波器T1(z2)、-L1(z2)、T0(z2)和-L0(z2)構(gòu)成的多相子結(jié)構(gòu)級聯(lián)在左側(cè)，級聯(lián)在右側(cè)的是一種與分析濾波器組的特殊多相子結(jié)構(gòu)相同的多相子結(jié)構(gòu)。本發(fā)明能使偶長度的兩通道線性相位小波濾波器組，運(yùn)算速率與其多相結(jié)構(gòu)小波濾波器組的相同，但乘法運(yùn)算次數(shù)減少近一半，且克服了多相濾波器一般不具有線性相位的缺點。
文檔編號H03H17/00GK102545833SQ201210031590
公開日2012年7月4日 申請日期2012年2月13日 優(yōu)先權(quán)日2012年2月13日
發(fā)明者彭安金 申請人:西南民族大學(xué)