有限脉冲响应滤波器的设计与实现

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有限脉冲响应滤波器作为普通器件在许多数字信号处理系统中广泛使用。由于滤波器的实现复杂度随着阶数的增加而增大,设计硬件效率好、处理速度高的有限脉冲响应滤波器已经变得越来越需要了。由于基于查找表的技术的高处理速度和高性价比结构,近年来被广泛使用。其中的一个技术就是基于分布式算法的内积运算。在基于分布式算法的实现中,查找表事先存储所有输入位和系数的内积。但是,基于分布式算法实现的查找表规模随着滤波器阶数增长呈指数型增长。本文将拓展提出更好的有限脉冲响应滤波器实现。首先,本文提出一种新的分布式算法,它是在原有的偏移二进制分布式算法的基础上进行改进的。在传统的基于分布式算法的实现中,查找表内的值都是用补码来表示,一方面来说是使得整个结构简单,但另一方面也加大了功耗。在基于新的分布式算法的实现中,存储在查找表中的值都是非负数,这样,在查找表中的数就不再需要补码进行表示,那样,整个设计的功耗将会降低。由于脉动结构的模块化和规则性,它具有很好的面积时间有效性实现。此外,由于结构的所有处理单元都是全流水线的,脉动结构更容易取得高处理速度。传统的滤波器结构都是不具有脉动性的,因此有必要对此进行改进。而在现有的基于分布式算法的脉动结构中,包含了太多的加法器和延迟。因此本文提出一种基于分布式算法的滤波器的改进结构,并且该滤波器结构的查找表规模也是大大降低。同时,也提出了基于现有查找表结构的滤波器。最后,这些设计都在一块Altera Cyclone-ⅢEP3C240C8 FPGA进行实现,同时主要的参数如逻辑块、最大频率和功耗都记录下来。结果显示,本文所提出的结构比现有结构取得更低的面积-时间-功耗复杂度。接着,也对关于流水线寄存器对滤波器性能的影响进行了实验讨论和验证。同时,对于滤波器的高速和一般速度的实现进行了实现和验证。结果表明,本文提出的结构具有非常理想的效果。那么,这个所提出的设计就可以应用在许多的实际应用中。
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