[發(fā)明專利]數(shù)字濾波方法

無效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201110370747.2
• 申請(qǐng)日: 2011-11-21
• 公開（公告）號(hào): CN103124168A
• 公開（公告）日: 2013-05-29
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 曾祥希
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 天津中興軟件有限責(zé)任公司
• 主分類號(hào): H03H17/02
• 分類號(hào): H03H17/02
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)領(lǐng)域，具體而言，涉及一種數(shù)字濾波方法和裝置。

背景技術(shù)

在目前的數(shù)字信號(hào)處理系統(tǒng)中，數(shù)字濾波器被廣泛地應(yīng)用于干擾的濾除、有用信號(hào)的提取、信號(hào)的整形等各方面。數(shù)字濾波器根據(jù)其沖激響應(yīng)函數(shù)的時(shí)域特性，可分為兩種，即無限長(zhǎng)沖激響應(yīng)(IIR)濾波器和有限長(zhǎng)沖激響應(yīng)(FIR)濾波器。FIR濾波器的單位沖激響應(yīng)只能持續(xù)一段時(shí)間，它由于可以很方便地實(shí)現(xiàn)線性相位特性和容易實(shí)現(xiàn)而在工程上得到廣泛應(yīng)用。

FIR數(shù)字濾波器通過乘累加運(yùn)算來實(shí)現(xiàn)，輸入信號(hào)x(n)經(jīng)過FIR濾波器過程是一個(gè)輸入信號(hào)與單位脈沖響應(yīng)進(jìn)行線性卷積的過程，即：其中y(n)為濾波器的輸出，h(i)為濾波器的單脈沖響應(yīng)，L-1為濾波器的階數(shù)。從表達(dá)式可以看出，每次輸出y(n)需要進(jìn)行L次乘法和L-1次加法操作實(shí)現(xiàn)。

傳統(tǒng)的乘累加器結(jié)構(gòu)需要使用L個(gè)乘法器和L-1個(gè)加法器，而且隨著濾波器的階數(shù)越大，需要的乘法器和加法器越多，占用的硬件資源也就越大。對(duì)于一些特殊的應(yīng)用場(chǎng)合，例如超高頻無源射頻識(shí)別閱讀器的前向波形成形濾波，其輸入波形為矩形波或者階梯波，為了達(dá)到較好的濾波效果需要使用高階的FIR濾波器，如果采用傳統(tǒng)的乘累加結(jié)構(gòu)，會(huì)占用大量的硬件資源，增加設(shè)備的成本。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的主要目的在于提供一種數(shù)字濾波方法和裝置，以至少解決當(dāng)輸入波形為矩形波或者階梯波時(shí)，能夠解決現(xiàn)有技術(shù)中FIR濾波器需要大量乘法器和加法器的問題，達(dá)到了降低硬件資源使用、提高系統(tǒng)運(yùn)行效率的效果。

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種數(shù)字濾波方法，包括：對(duì)需要進(jìn)行FIR濾波的輸入信號(hào)進(jìn)行沿提取得到階躍信號(hào)；從預(yù)先存儲(chǔ)的單位階躍響應(yīng)表中輸出單位階躍響應(yīng)；將階躍信號(hào)的幅度和單位階躍響應(yīng)相乘得到階躍響應(yīng)；對(duì)所有的階躍響應(yīng)求和得到對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行FIR濾波的濾波結(jié)果。

對(duì)需要進(jìn)行FIR濾波的輸入信號(hào)進(jìn)行沿提取得到階躍信號(hào)的步驟包括：在輸入信號(hào)發(fā)生沿跳變時(shí)提取出階躍信號(hào)。

在對(duì)需要進(jìn)行FIR濾波的輸入信號(hào)進(jìn)行沿提取得到階躍信號(hào)之前，數(shù)字濾波方法還包括：計(jì)算FIR濾波器的單位階躍響應(yīng)，將單位階躍響應(yīng)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在單位階躍響應(yīng)表中。

從預(yù)先存儲(chǔ)的單位階躍響應(yīng)表中輸出單位階躍響應(yīng)并將所述階躍信號(hào)的幅度和所述單位階躍響應(yīng)相乘得到階躍響應(yīng)的步驟包括：當(dāng)階躍響應(yīng)模塊檢測(cè)到有階躍信號(hào)時(shí)，對(duì)緩存器進(jìn)行刷新，將階躍響應(yīng)模塊當(dāng)前的輸出結(jié)果反饋到緩存器，并保存在緩存器中作為基準(zhǔn)信號(hào)；從所述單位階躍響應(yīng)表中獲取所述單位階躍響應(yīng)，并將所述階躍信號(hào)的幅度和單位階躍響應(yīng)輸入到乘法器進(jìn)行相乘操作；將乘法器的輸出結(jié)果和基準(zhǔn)信號(hào)分別輸入到加法器進(jìn)行求和操作，并將求和的結(jié)果作為階躍響應(yīng)模塊的輸出結(jié)果。

如果輸入信號(hào)變化的最小間隔時(shí)間大于FIR濾波器的階躍響應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)度，則設(shè)置一個(gè)階躍響應(yīng)模塊；如果輸入信號(hào)變化的最小間隔時(shí)間小于FIR濾波器的階躍響應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)度，則設(shè)置多個(gè)階躍響應(yīng)模塊，階躍信號(hào)依次分配給多個(gè)階躍響應(yīng)模塊，其中，每個(gè)階躍響應(yīng)模塊輸出各自的輸出結(jié)果，然后再對(duì)所有階躍響應(yīng)模塊的輸出結(jié)果進(jìn)行求和。

對(duì)所有的階躍響應(yīng)求和得到對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行FIR濾波的濾波結(jié)果的步驟還包括：若采用二進(jìn)制補(bǔ)碼運(yùn)算或者輸出結(jié)果的范圍滿足輸入信號(hào)與響應(yīng)數(shù)據(jù)乘積的最大值和最小值，則對(duì)出現(xiàn)溢出的輸出結(jié)果不做處理。

根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種數(shù)字濾波裝置，包括：沿提取單元，用于對(duì)需要進(jìn)行FIR濾波的輸入信號(hào)進(jìn)行沿提取得到階躍信號(hào)；查表單元，用于從預(yù)先存儲(chǔ)的單位階躍響應(yīng)表中輸出單位階躍響應(yīng)；處理單元，用于將階躍信號(hào)的幅度和單位階躍響應(yīng)相乘得到階躍響應(yīng)，并對(duì)所有的階躍響應(yīng)求和得到對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行FIR濾波的濾波結(jié)果。

數(shù)字濾波裝置還包括：計(jì)算單元，用于計(jì)算FIR濾波器的單位階躍響應(yīng)；存儲(chǔ)單元，用于將FIR濾波器的單位階躍響應(yīng)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在所述單位階躍響應(yīng)表中。

處理單元包括：緩存器，用于當(dāng)檢測(cè)到有階躍信號(hào)時(shí)將處理單元當(dāng)前的輸出結(jié)果反饋到緩存器，并保存在緩存器中作為基準(zhǔn)信號(hào)；乘法器，用于階躍信號(hào)的幅度和單位階躍響應(yīng)進(jìn)行相乘操作；第一加法器，用于對(duì)乘法器輸出的輸出結(jié)果和緩存器輸出的基準(zhǔn)信號(hào)進(jìn)行求和操作，并將求和的結(jié)果作為處理模塊的輸出結(jié)果。

如果輸入信號(hào)變化的最小間隔時(shí)間小于FIR濾波器的階躍響應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)度，則設(shè)置多個(gè)處理模塊，階躍信號(hào)依次分配給多個(gè)處理模塊，其中，裝置還包括：第二加法器，用于對(duì)每個(gè)處理模塊輸出的輸出結(jié)果進(jìn)行求和。