[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

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）