专利名称：：一种有限冲激响应滤波器的设计方法
技术领域：
：本发明涉及一种基于FPGA(现场可编程门阵列)和分布式算法的FIR(有限冲激响应)滤波器设计方法，属于FIR滤波器
技术领域：
。技术背景FIR滤波器在科学研究和实际生产中有着非常重要的作用，随着电子设计自动化技术的发展，^用FPGA技术进行FIR滤波器的设计已成为可能，由于其集成化高，性能稳定等优点，这种技术越来越多的得到推广和应用。目前基于FPGA的FIR滤波器设计主要采用分布式算法，由于这种算法中引用了查找表技术，因此比传统的乘累加方法具有更快的运算速度，很好的满足/实际高速运算的需要。但同时，这种算法也因査找表的引入而消耗了大量FPGA的内部资源，使得设计成本变高，特别是对于高阶FIR滤波器，这个问题更为突出。为了解决这一问题，一般通常采用分割查找表的方法，通过降低滤波器阶数，化整为零，来减少资源的使用，但实际上解决的效果有限，资源开销仍然较大，设计成本依然较高。
发明内容针对现有FIR滤波器设计屮存在的的资源开销较大的问题，本发明提供一种资源开销小、设计成本低的有限冲激响应(FIR)滤波器的设计方法。本发明的有限冲激响应(FIR)滤波器的设计方法是将FIR滤波器的每个系数以二进制形式表示，展开成一个系数阵列，然后对此阵列进行拆分，生成若干具有特殊规律的新子阵列，每个子阵列都对应着一个子査找表，每个子查找表的输出值，直接由其输入数据的相应位构成，从而不需要查找表单元(lut)，最后，将每个子査找表的输出进行累加，即得总査找表的输出值。具体步骤如下将一个m+l阶的FIR滤波器的每个系数以二进制形式表示，展开成一个如下所示的系数阵列cmWcm["-1]…CJl]c[o]c,—,["]cm—J"-1]...Cm—Jl]cm—,[o]1]...c,[o]C。["]Q"-1]...C0[l]c'。[o]每个系数用二进制展开后位宽是n+l，其中阵列屮的每个元素的值只能取o或1，对此系数阵列，做如下处理(1)产生新集合a:对阵列中的(CJ"],C,，卜,M,…C,["]，C。["]f列，根据其中所含元素值为1的项的位置的不同，将该列拆分成数个每列中只含一个元素值为1的项的新子列，从而组成一个新的集合，该集合中的新了列的个数应与此列中元素值为1的项的个数相同；b:重复上述操作，应用到每列当中，从而构成n+l个新集合；c:从这n+l个新集合中选取了列数最多的一个，假设其中含w个子列，将其他集合中了-列个数不足w个的用所有元素值均为零的子列补齐，使得每个新集合中子列的个数都是w;(2)产生新子阵列a:从各个新集合中任意选取一个子列，从而组成一个新的子阵列，并将已选取的子列从原各个集合中清除；b:重复上述步骤w次，从时组成W个新的子阵列；(3)输出子阵列査找表对每个新的子阵列，艽查找表的输入taWe—^为m+l位，输出toWe—ow为n+l位，假设k为输出值中0、间的任意一位，则其对应着子阵列中从右向左第k+l列，假设该列中在元素值为1的项下面的元素值为0的项的个数为s，则有即由输入数据相应位的值直接得到输出数据相应位的值，每个子阵列査找表的输入值与原总阵列查找表的输入值相同，不再需要lut(査找表单元)，依据此规律，从而直接由输入得到输出数据。(4)输出原总阵列查找表由上述操作，可得到每个子阵列査找表的输出值，共w个，最后将这w个的输出值累加起来，即得原总阵列查找表的输出值。其余操作按照现有的分布式算法进行。本发明可很好的减少査找表单元(lut)的使用(w越小，改进效果越明显)，从而可以非常有效的节约FPGA(现场可编程门阵列)内部资源，简化设计过程，降低设计成本，提高设计效率。具体实施方式实施例以一个16阶的FiR滤波器为例，来具体阐述本发明的方法。将其所有系数以二进制的形式展开，构成一"系樂0010101100111010100010000100o丄丄o00010010000000010100o丄oo10000000oo丄o010011000101100010010000100000010000000101000100001000100011000100100000薩0100010001101010100010011000000000100000010101000100110010100010001001100001000110010000010101000010000110101000下面按本发明的设计方法进行处理1产生新集合(1)对左起第一列(0100010000100010f，下四个新子列(0100000000000000)7'，按照其中元素值为1的项位置的不同，拆分成以四项，从而构成一个集合(2)同样的方法，作用到其他各列，从而形成相应的集合，从左到右，依次是:第2列第3列{(0000000000000100/，(0000000000000001f};第4列{第5列{第6列第7列第8列第9列第14列{(0100000000000000f，(00001OOOOOOOOOOO)''，(0000000000100000)第15歹!j:{(1000000000000000)7'，(0100000000000000)7，(0000000100000000)(3)由以上集合可知，含子列最多的集合其f5，对w小于5的集合进行补"全零子列"(即所有元素值均为零的列)操作，如最左边的一列(0100010000100010f，其集合相应变作(0000000000000000)'}，经过上述操作后，每个新集合所含的子列数均是52产生新子阵列(1)从各个集合中任意选取一个子列，从而组成一个新的子阵列，如形成:1010101100111010000000000100010000010000000000010100010010000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000为保证不重复选取，选到的子列要从原集合中消去。(2)依照这种方法进行下去，最后得到5个新的子阵列:000000000000000000001000000000100000001000000000000000000000000000100100110001011000000100001000000100000001000001000000001000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000010000000000000000000000001000000001000000011000100000000100001000100011000000100010001100000100000011000000000100000000100000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000001000000001000000000000101000001000000000000000000001000100010001001010000000100000000100001001000000000000000000010000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000001000000000100000011000000001000000000101010000100000101010003子阵列查找表的输出以第一个子阵列为例不妨设此处1^=3，则其对应第四列(从右向左)，其元素值为l的项下面的元素值为0的项的个数是15，于是有ta6/e—owf[3]=to6/e—5]，依据此规律，可得到第一子阵列查找表的输出值为,a6/e—oW=(fcf6/e—5]，fa6/e—/"[12],ta6/e—5],tor6/e—3],to6/e—5]，ta6/e_/"[12]，to6/e—5],to6/e—5],to6/e—z'"[12],to6/e—/"[14],励/e—5]，ta6/e—5],to6/e—5],fa6/e—,4]，ta6/e—5]，励/e—3]}由输入数据相应位的值直接便得到输出数据的值。4原总阵列查找表的输出依据步骤3中的方法，分别得到了五个子阵列的查找表输出值，分别记作toWe——1，toWe—oirf_2,—owf—3，—oW—4，toWe—ow/1—5，于是，最后原总阵列查找表的输出可得toWe_owf—啤=—owf—1+,aWe_ow/_2+——3+—om/"—4+toWe—_5。其余操作按照现有的分布式算法进行。通过这种方法，从而有效的节约了FPGA内部资源的使用，降低了设计成本。权利要求1.一种有限冲激响应滤波器的设计方法，其特征在于，该方法是将有限冲激响应滤波器的每个系数以二进制形式表示，展开成一个系数阵列，然后对此阵列进行拆分，生成若干具有特殊规律的新子阵列，每个子阵列都对应着一个子查找表，每个子查找表的输出值，直接由其输入数据的相应位构成，最后，将每个子查找表的输出进行累加，即得总查找表的输出值；具体步骤如下将一个m+1阶的FIR滤波器的每个系数以二进制形式表示，展开成一个如下所示的系数阵列Cm[n]Cm[n-1]…Cm[1]CmCm-1[n]Cm-1[n-1]…Cm-1[1]Cm-1C1[n]C1[n-1]…C1[1]C1C0[n]C0[n-1]…C0[1]C0每个系数用二进制展开后位宽是n+1，其中阵列中的每个元素的值只能取0或1，对此系数阵列，做如下处理(1)产生新集合a对阵列中的(Cm[n]，Cm-1[n]，…C1[n]，C0[n])T列，根据其中所含元素值为1的项的位置的不同，将该列拆分成数个每列中只含一个元素值为1的项的新子列，从而组成一个新的集合，该集合中的新子列的个数应与此列中元素值为1的项的个数相同；b重复上述操作，应用到每列当中，从而构成n+1个新集合；c从这n+1个新集合中选取子列数最多的一个，假设其中含w个子列，将其他集合中子列个数不足w个的用所有元素值均为零的子列补齐，使得每个新集合中子列的个数都是w；(2)产生新子阵列a从各个新集合中任意选取一个子列，从而组成一个新的子阵列，并将已选取的子列从原各个集合中清除；b重复上述步骤w次，从而组成w个新的子阵列；(3)输出子阵列查找表对每个新的子阵列，其查找表的输入table_in为m+1位，输出table_out为n+1位，假设k为输出值中0~n间的任意一位，则其对应着子阵列中从右向左第k+1列，假设该列中在元素值为1的项下面的元素值为0的项的个数为s，则有table_out[k]＝table_in[s]即由输入数据相应位的值直接得到输出数据相应位的值，每个子阵列查找表的输入值与原总阵列查找表的输入值相同，依据此规律，直接由输入得到输出数据；(4)输出原总阵列查找表由上述操作，得到每个子阵列查找表的输出值，共w个，最后将这w个的输出值累加起来，即得原总阵列查找表的输出值。全文摘要本发明公开了一种有限冲激响应滤波器的设计方法，是将FIR滤波器的系数以二进制形式表示，展成一系数阵列，然后对此阵列进行拆分，生成若干具有特殊规律的新子阵列，每个子阵列都对应着一个子查找表，每个子查找表的输出值，直接由其输入数据的相应位构成，从而不需要查找表单元(lut)，最后，将每个子查找表的输出进行累加，即得总查找表的输出值。本发明可很好的减少lut的使用，从而可以非常有效的节约FPGA内部资源，简化设计过程，降低设计成本，提高设计效率。文档编号H03H17/02GK101150306SQ20071011325公开日2008年3月26日申请日期2007年10月24日优先权日2007年10月24日发明者昆王,袁东风申请人:山东大学