[發明專利]一種時空均衡的數字濾波器優化設計方法

無效

• 申請號: 201010535480.3
• 申請日: 2010-11-09
• 公開（公告）號: CN101977031A
• 公開（公告）日: 2011-02-16
• 發明（設計）人: 劉艷艷;鄧小勇;張為
• 申請（專利權）人: 南開大學
• 主分類號: H03H17/02
• 分類號: H03H17/02
• 代理公司: 天津佳盟知識產權代理有限公司 12002
• 代理人: 侯力

技術領域

本發明屬于數字濾波器技術領域，特別針對于數字濾波器FIR和IIR部分需要參數移位更新計算時，而采取的一種時空均衡濾波器優化設計方法。其目的是提升并均衡這種濾波器算法的時空性能，促進其在各領域的實用性，特別是時空資源緊張的嵌入式系統中的應用。

背景技術

數字濾波器能對輸入離散的數字代碼進行運算處理，以達到改變信號頻譜的目的，并被廣泛應用于數字信號處理中，如通信、電信、計算機、微電子等領域。數字濾波器有兩種基本類型：FIR（finite?impulse?response）和IIR（infinite?impulse?response）。對于FIR濾波器（如公式1），沖激響應在有限的時間范圍內衰減為零，其輸出僅取決于當前和過去的輸入信號值；而IIR濾波器（如公式2），沖激響應理論上會無限持續，其輸出不僅取決于當前和過去的輸入信號值，還取決于過去信號的輸出值。在更多情況下，要結合這兩種濾波器進行信號的處理（如公式3），以達到不同的應用目的。

在實際應用中，一般會多次連續使用數字濾波器，濾波器系數之間會有緊密的聯系，比如對于公式（3）中分子和分母的參數和會由前一幀計算的結果移動一個位置而得到。針對于一些濾波器的這種特點，最直接的原實現方法就是簡單地在一個固定空間中逐個移動數據，如附圖1所示，而把新生成的數據放在移出剩下的位置上。這樣一來，在大數據量的濾波器運算中，會有許多這樣的連續移數操作，導致很多時間花費在更大量的移數操作中，而沒有進行實際操作中更有意義的運算。濾波器的這種實現方法將占用大量的處理器時間，嚴重情況下會成為系統或處理過程中的一個運算瓶頸，使處理器不停的忙于反復漫長的移動數據操作。特別是在實時性要求較高的場合，這種實現方法不能很好的滿足性能的需求。

而對上述方法的現有修正方案中是以空間換取時間，不移動數據，而只改變所移數據的起始位置，即將數據的起始位置前移一個元素空間。這樣，現在的后M-1個元素將與前一幀的前M-1個元素相對應，再將新的累加乘運算得到的數據元素添加到現在的數據起始位置即可。從而將花費較多時間的移數循環由一步改變數據頭的操作代替完成，仍然實現了整體數據的更新，大大提高了處理的執行速度。

上述修正方案相較原實現方法雖然大大減少了移動數據的操作，但是需要開辟很大的空間，前一幀數據的第M個元素以后的所有數據將沒有用處，而上述原實現方法也未對之進行處理，會一直占用這部分空間資源。隨著處理的繼續運行，這樣的占用空間將越來越多，從而造成了一定的資源浪費，這種情況是不合理的，特別是對于嵌入式系統內存空間相對緊缺的環境下，影響將更為顯著。

發明內容

為解決在數字濾波器需要大量移動數據時，現有濾波器實現方法為反復移動數據、僅以空間換時間，從而影響處理速度或造成空間資源浪費的問題。本發明提供了一種利用前后數據的強依賴關系，以空間換時間，提高編碼時效性的時空均衡的數字濾波器優化設計方法。

本發明提供的時空均衡的數字濾波器優化設計方法的具體步驟如下：

第一、將處理長度為L的數據幀劃為i個子幀，滿足，其中i為整數，M為子幀長度，不同類型的數據幀長度不同，每幀大小根據數據幀包含的樣點更新。本發明實施例中是將幀長為30ms的語音幀分為四個子幀，濾波器的FIR部分和IIR部分分別用兩個數組FirDl[70]和IirDl[70]保存濾波器分子和分母的相關系數。

第二、子幀內部數據元素的動態更新采用改變所移數據起始位置的操作實現，即以空間換取時間，不移動數據元素，每次計算一次，數據起始位置前移一個元素空間，而將本次新計算得到的數據元素添加到本次更新后的數據起始位置。對于本發明實施例而言，將兩個數組FirDl和IirDl分別賦指針*FirDlp和*IirDlp，并保持數據在原來的位置不變，通過兩個指針的自減運算（FirDlp--和IirDlp--）從而改變了數組元素的位置，再將新的累加乘運算得到的數據元素存放到數組FirDl和IirDl現在的起始位置，實現了子幀內數據的逐次移動。