[發(fā)明專利]一種低功耗并行FIR數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì)方法無(wú)效
| 申請(qǐng)?zhí)枺?/td> | 201310027859.7 | 申請(qǐng)日: | 2013-01-25 |
| 公開(kāi)(公告)號(hào): | CN103093052A | 公開(kāi)(公告)日: | 2013-05-08 |
| 發(fā)明(設(shè)計(jì))人: | 李寧;劉珍奇;葉凡;代國(guó)憲;任俊彥 | 申請(qǐng)(專利權(quán))人: | 復(fù)旦大學(xué) |
| 主分類號(hào): | G06F17/50 | 分類號(hào): | G06F17/50 |
| 代理公司: | 上海正旦專利代理有限公司 31200 | 代理人: | 陸飛;盛志范 |
| 地址: | 200433 *** | 國(guó)省代碼: | 上海;31 |
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| 摘要: | |||
| 搜索關(guān)鍵詞: | 一種 功耗 并行 fir 數(shù)字濾波器 設(shè)計(jì) 方法 | ||
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明屬于數(shù)字集成電路領(lǐng)域,具體涉及一種低功耗并行FIR數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì)方法。
背景技術(shù)
FIR(Finite?Impulse?Response)數(shù)字濾波器是數(shù)字信號(hào)處理系統(tǒng)中最常用的基本部件之一,廣泛應(yīng)用于無(wú)線通信、視頻與圖像處理等場(chǎng)合。一些應(yīng)用如視頻與圖像處理需要FIR濾波器工作在高頻時(shí)鐘下,然而其他應(yīng)用如無(wú)線移動(dòng)通信里的MIMO系統(tǒng)則需要FIR濾波器擁有高吞吐率和低功耗。并行處理技術(shù)可以有效的提高吞吐率和降低功耗。然而傳統(tǒng)的并行FIR數(shù)字濾波器由于占用較多的硬件資源而并不實(shí)用,因此降低并行FIR數(shù)字濾波器的硬件實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度成為過(guò)去十幾年來(lái)的研究熱點(diǎn)。
一個(gè)2路并行FIR濾波器如圖1所示。傳統(tǒng)的2路并行濾波器需要4個(gè)長(zhǎng)度為N/2的子濾波器,2個(gè)后處理加法器,1個(gè)延遲單元,總共需要2N個(gè)乘法器和(2N-2)個(gè)加法器。
一個(gè)3路并行FIR濾波器如圖2所示。傳統(tǒng)的3路并行濾波器需要9個(gè)長(zhǎng)度為N/3的子濾波器,6個(gè)后處理加法器,3個(gè)延遲單元,總共需要3N個(gè)乘法器和(3N-3)個(gè)加法器。
目前,針對(duì)傳統(tǒng)并行FIR數(shù)字濾波器設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化方法主要是快速FIR算法(Fast?FIR?Algorithm,簡(jiǎn)稱FFA算法),快速FIR算法在傳統(tǒng)算法的基礎(chǔ)上通過(guò)采用特定的多項(xiàng)式方法降低實(shí)現(xiàn)所需的子濾波器數(shù)目,從而降低實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度。在快速FIR算法的基礎(chǔ)上,也產(chǎn)生了很多進(jìn)一步優(yōu)化的方法。比如利用快速線性卷積,首先一個(gè)長(zhǎng)卷積被分解為若干短卷積,短卷積則用快速線性卷積實(shí)現(xiàn)。即規(guī)模較大的并行濾波結(jié)構(gòu)可以通過(guò)規(guī)模較小的并行濾波結(jié)構(gòu)級(jí)聯(lián)或者迭代構(gòu)造。
然而以往的設(shè)計(jì)方法都采用了相同的FFA濾波結(jié)構(gòu),都沒(méi)有考慮線性相位FIR濾波器系數(shù)的對(duì)稱性。在實(shí)現(xiàn)串行FIR濾波器時(shí),利用濾波器系數(shù)的對(duì)稱性,可以降低一半的乘法器數(shù)量。這一思想同樣可以應(yīng)用到并行?FIR?濾波器的設(shè)計(jì)中。因此傳統(tǒng)和現(xiàn)有算法仍然有優(yōu)化和提升的空間。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提出一種低功耗面積優(yōu)化的并行FIR數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì)方法。
本發(fā)明提供的一種低功耗并行FIR數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì)方法,具體步驟如下:
(1)確定并行濾波器整體結(jié)構(gòu);
(2)確定子濾波器實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu);
(3)確定乘法器和加法器實(shí)現(xiàn)方案,得到低功耗并行FIR數(shù)字濾波器;
其中,步驟(1)所述確定并行濾波器整體結(jié)構(gòu)時(shí),利用線性相位FIR數(shù)字濾波器的系數(shù)對(duì)稱性,采用多項(xiàng)式分解方法使全部子濾波器具有對(duì)稱系數(shù),降低實(shí)現(xiàn)所需的乘法器數(shù)目;?
考慮一個(gè)N抽頭的FIR濾波器,可以表示為:
?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????(1)
{x(n)}是無(wú)限長(zhǎng)輸入序列,{h(n)}是長(zhǎng)度為N的FIR濾波器系數(shù),具有對(duì)稱性(線性相位)。傳統(tǒng)的L路并行的FIR濾波器可以表示為:?????
???????????????????????????????(2)??????????????????????????????????
????其中,,,,
其中,p,q,r=0,1,2,…,L-1。由公式(2)可看出,一個(gè)傳統(tǒng)的L路并行FIR濾波器需要L2個(gè)子濾波器,每個(gè)子濾波器的長(zhǎng)度為N/L。
由公式(2)得,一個(gè)傳統(tǒng)2路并行FIR濾波器可以表示為:
???????????????????????????????????(3)
也即:??????????????????????????????
??????????????????????????????????????????????????????(4)
其中,為第1路輸入信號(hào)序列的Z變換,為第2路輸入信號(hào)序列的Z變換,?為第1路輸出信號(hào)序列的Z變換,為第2路輸出信號(hào)序列的Z變換,為子濾波器1的系數(shù)(為濾波器的沖激響應(yīng))的Z變換,也稱子濾波器1的傳遞函數(shù)。為子濾波器2的系數(shù)的Z變換,也稱子濾波器2的傳遞函數(shù)。
同樣由公式(2),一個(gè)傳統(tǒng)3路并行FIR濾波器可以表示為:
????????????????????????????????????????????????(5)
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