[發(fā)明專利]基于無誤差概率計(jì)算的FIR濾波器

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201910909962.1
• 申請日: 2019-09-25
• 公開（公告）號: CN110677138B
• 公開（公告）日: 2021-06-15
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 盧有亮;張恒源;王浩;趙成;盧鵬宇;陳瑜;唐豪;任偉
• 申請（專利權(quán)）人: 電子科技大學(xué)
• 主分類號: H03H17/00
• 分類號: H03H17/00;H03H17/02
• 代理公司: 成都虹盛匯泉專利代理有限公司 51268
• 代理人: 王偉

本發(fā)明公開了一種基于無誤差概率計(jì)算的FIR濾波器，該濾波器包括前向轉(zhuǎn)換模塊、無誤差概率乘法器、無誤差概率加法器和后向轉(zhuǎn)化模塊。本發(fā)明將輸入的信號值轉(zhuǎn)化到概率域上，然后利用概率計(jì)算方法對信號進(jìn)行處理，最后對得到的概率域上的序列進(jìn)行計(jì)數(shù)轉(zhuǎn)換回二進(jìn)制下得到最終的輸出信號值，大大降低了濾波器所消耗的硬件資源，具有無誤差、容錯(cuò)性能更好等優(yōu)點(diǎn)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于數(shù)字信號處理技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于無誤差概率計(jì)算的FIR濾波器。

背景技術(shù)

數(shù)字濾波器是數(shù)字信號處理領(lǐng)域中常用的器件，也是現(xiàn)代通信系統(tǒng)中必不可少的組成部分，其中有限脈沖相應(yīng)(Finite Impulse Response，F(xiàn)IR)濾波器因其可以設(shè)計(jì)成為任意幅頻特性，同時(shí)保證精確、嚴(yán)格的線性相位特性，其單位抽樣響應(yīng)是有限長的，是一個(gè)穩(wěn)定的系統(tǒng)，因此其是數(shù)字信號處理系統(tǒng)中最常用、最重要的濾波器之一。在數(shù)字芯片上實(shí)現(xiàn)FIR數(shù)字濾波器最主要的目標(biāo)不僅是獲取滿足性能指標(biāo)的濾波器系數(shù)，同時(shí)還要盡可能減少所消耗的硬件資源。

概率計(jì)算是一種全新的數(shù)值表征系統(tǒng)，用一組隨機(jī)編碼的脈沖序列來表示取值范圍在[0，1]的數(shù)值。而在概率域下的加法和乘法計(jì)算則可以通過簡單的邏輯門結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)。相較于傳統(tǒng)的計(jì)算方法，概率計(jì)算具有電路復(fù)雜度低，容錯(cuò)能力強(qiáng)和資源消耗少等優(yōu)勢。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的主要目的在于提供一種基于無誤差概率計(jì)算的FIR濾波器，將濾波系數(shù)和輸入信號經(jīng)過概率序列轉(zhuǎn)換單元后，使用概率加法器和概率乘法器來實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)二進(jìn)制下的加法和乘法操作，最終再通過概率序列到二進(jìn)制數(shù)值的后向轉(zhuǎn)化單元完成濾波數(shù)據(jù)的輸出。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種基于無誤差概率計(jì)算的FIR濾波器，包括前向轉(zhuǎn)換模塊、無誤差概率乘法器、無誤差概率加法器和后向轉(zhuǎn)化模塊；

所述前向轉(zhuǎn)換模塊用于將輸入信號和濾波系數(shù)進(jìn)行歸一化后分別轉(zhuǎn)換為集中分布序列和均勻分布序列，并傳輸至無誤差概率乘法器；

所述無誤差概率乘法器用于將集中分布序列和均勻分布序列進(jìn)行相與操作，得到無誤差的概率乘法結(jié)果，并傳輸至無誤差概率加法器；

所述無誤差概率加法器用于將無誤差的概率乘法結(jié)果的序列進(jìn)行加法運(yùn)算，得到無誤差的概率加法結(jié)果，并傳輸至后向轉(zhuǎn)化模塊；

所述后向轉(zhuǎn)化模塊用于將濾波結(jié)果的概率序列轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制數(shù)值，得到濾波結(jié)果。

進(jìn)一步地，所述前向轉(zhuǎn)換模塊包括集中序列生成單元和均勻序列生成單元，所述集中序列生成單元用于將輸入信號轉(zhuǎn)換為集中分布序列，所述均勻序列生成單元用于將濾波系數(shù)轉(zhuǎn)換為均勻分布序列。

進(jìn)一步地，所述集中序列生成單元將輸入數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為1集中在序列頭部，0集中在序列尾部的長度為2ⁿ¹*2ⁿ¹的集中分布0，1序列。

進(jìn)一步地，所述均勻序列生成單元將濾波系數(shù)根據(jù)二進(jìn)制值c*2ⁿ²的每一位的權(quán)重生成相應(yīng)的總長度為2ⁿ²*2ⁿ²均勻分布的0，1序列。

進(jìn)一步地，所述無誤差概率加法器將兩個(gè)隨機(jī)序列進(jìn)行相或運(yùn)算后計(jì)算得到有誤差的結(jié)果，再進(jìn)行相與運(yùn)算計(jì)算得到誤差補(bǔ)償，兩次運(yùn)算的結(jié)果的和得到無誤差概率加法計(jì)算的結(jié)果。

進(jìn)一步地，具體包括1個(gè)集中序列生成單元、n-1個(gè)寄存器、n個(gè)均勻序列生成單元、n個(gè)無誤差概率乘法器、n-1個(gè)無誤差概率加法器及1個(gè)后向轉(zhuǎn)化模塊；所述集中序列生成單元與寄存器依次設(shè)置，并在連接端分別依次并聯(lián)設(shè)置對應(yīng)的無誤差概率乘法器和無誤差概率加法器；所述無誤差概率乘法器的輸入端連接對應(yīng)的均勻序列生成單元，且末端的無誤差概率加法器與后向轉(zhuǎn)化模塊連接。