一种多相插值滤波器及滤波方法与流程

本发明涉及信号处理技术，尤其涉及一种多相插值滤波器及滤波方法。

背景技术：

目前，对于有限长单位冲激响应(FIR，Finite Impulse Response)滤波器，通常在实现整数倍插值滤波器的功能时，会将原始的滤波器系数按照插值倍数分成多相子滤波器来进行实现，每一相子滤波器均为直接性结构。此时，将原始的滤波器系数分相之后，各相子滤波器的系数个数相同，其各相子滤波器的系数与原始滤波器系数对应相同，以图1所示的两相插值滤波器结构为例，第一相子滤波器和第二相子滤波器的系数个数均为10个，并且各相子滤波器的常规系数与原始滤波器的系数对应相同，由于原始的滤波器系数具有镜像对称的性质，设定图1所示的两相插值滤波器所对应的原始滤波器系数为C(0)，C(1)，C(2)，……，C(19)，那么，这些系数具有镜像对称性质的具体表现为：C(0)＝C(19)，C(1)＝C(18)，C(2)＝C(17)，C(3)＝C(16)，C(4)＝C(15)，C(5)＝C(14)，C(6)＝C(13)，C(7)＝C(12)，C(8)＝C(11)，C(9)＝C(10)；而在图1所示的两相插值滤波器中，第一相子滤波器的系数依次为：C(0)、C(2)、C(4)、C(6)、C(8)、C(10)、C(12)、C(14)、C(16)、C(18)；第二相子滤波器的系数依次为：C(1)、C(3)、C(5)、C(7)、C(9)、C(11)、C(13)、C(15)、C(17)、C(19)。由于原始的滤波器系数具有镜像对称的性质，因此第一相子滤波器的系数组与第二相子滤波器的系数组的逆序是相同的，如图2所示，以相同形状的图案为例进行说明，第一相子滤波器的系数组用实线形状表示，第二相子滤波器的系数组用虚线形状表示，由此可以得知，第一相子滤波器的系数前半部分与第二相子滤波器的系数后半部分对称相同，第一相子滤波器的系数后半部分与第二相子滤波器的系数前半部分对称相 同，基于这种系数组逆序相同的关系，图1所示的两相插值滤波器存在对相同的数据data在不同时刻进行重复计算的操作的情况，从而存在计算资源的浪费。

技术实现要素：

为解决上述技术问题，本发明实施例期望提供一种多相插值滤波器及滤波方法，能够利用滤波器系数的对称性质，减少实现多相插值滤波器所需要的计算资源消耗。

本发明的技术方案是这样实现的：

第一方面，本发明实施例提供了一种多相插值滤波器，所述多相插值滤波器包括：系数变换单元、多相子滤波器组单元、滤波器还原单元和插值单元，其中，

所述系数变换单元，用于将原始多相插值滤波器中具有系数组逆序相同关系的两相子滤波器的常规系数按照预设的转换规则生成具有镜像对称性质的第一滤波器的系数组和具有奇对称性质的第二滤波器的系数组；

所述多相子滤波器组单元，用于将所述第一滤波器中系数相同的两个延时单元的输出求和后乘以所述相同的系数，并将乘积进行求和；

以及，将所述第二滤波器中系数相反的两个延时单元的输出求差后乘以所述相反系数中的一个，并将乘积求和；

所述滤波器还原单元，用于分别对多相子滤波器组单元中所述第一滤波器的乘积和以及所述第二滤波器中的乘积和进行相加和相减运算，分别还原得到原始多相插值滤波器中具有系数组逆序相同关系的两相子滤波器；

所述插值单元，用于根据预设的插值运算规则对所述滤波器还原单元中还原得到的所述原始多相插值滤波器中具有系数组逆序相同关系的两相子滤波器进行插值。

在上述方案中，所述第一滤波器和所述第二滤波器的阶数与所述原始多相插值滤波器中子滤波器的阶数相同。

在上述方案中，所述系数变换单元，具体用于将所述两相子滤波器的常规 系数对应相加，得到具有镜像对称性质的第一滤波器的系数组；

以及，将所述两相子滤波器的常规系数对应相减，得到具有奇对称性质的第二滤波器的系数组。

在上述方案中，当所述原始多相插值滤波器中的子滤波器没有与其系数具有逆序相同关系的子滤波器时，所述系数变换单元，还用于保留所述子滤波器的系数；

相应地，所述多相子滤波器组单元，用于将所述系数变换单元所保留的系数与第三滤波器的延时单元的输出对应相乘，并将乘积求和；其中，所述第三滤波器的阶数与所述子滤波器的阶数相同。

在上述方案中，当原始多相插值滤波器中的子滤波器没有与其系数具有逆序相同关系的子滤波器时，所述子滤波器的系数满足镜像对称性质；

相应地，所述多相子滤波器组单元，还用于将所述第三滤波器中系数相同的延时单元的输出求和后乘以所述相同的系数，并将乘积求和；其中，所述第三滤波器的阶数与所述子滤波器的阶数相同。

第二方面，本发明实施例提供了一种滤波方法，所述滤波方法应用于一多相插值滤波器，所述方法包括：

所述多相插值滤波器将原始多相插值滤波器中具有系数组逆序相同关系的两相子滤波器的常规系数按照预设的转换规则生成具有镜像对称性质的第一滤波器的系数组和具有奇对称性质的第二滤波器的系数组；

所述多相插值滤波器将待滤波数据分别输入至所述第一滤波器和所述第二滤波器；

所述多相插值滤波器将所述第一滤波器中系数相同的两个延时单元的输出求和后乘以所述相同的系数，并将乘积进行求和；

所述多相插值滤波器将所述第二滤波器中系数相反的两个延时单元的输出求差后乘以所述相反系数中的一个，并将乘积求和；

所述多相插值滤波器分别对多相子滤波器组单元中所述第一滤波器的乘积和以及所述第二滤波器中的乘积和进行相加和相减运算，分别还原得到原始多 相插值滤波器中具有系数组逆序相同关系的两相子滤波器；

所述多相插值滤波器根据预设的插值运算规则对所述滤波器还原单元中还原得到的所述原始多相插值滤波器中具有系数组逆序相同关系的两相子滤波器进行插值。

在上述方案中，所述第一滤波器和所述第二滤波器的阶数与所述原始多相插值滤波器中子滤波器的阶数相同。

在上述方案中，所述多相插值滤波器将原始多相插值滤波器中具有系数组逆序相同关系的两相子滤波器的常规系数按照预设的转换规则生成具有镜像对称性质的第一滤波器的系数组和具有奇对称性质的第二滤波器的系数组，具体包括：

所述多相插值滤波器将所述两相子滤波器的常规系数对应相加，得到具有镜像对称性质的第一滤波器的系数组；

所述多相插值滤波器将所述两相子滤波器的常规系数对应相减，得到具有奇对称性质的第二滤波器的系数组。

在上述方案中，所述当所述原始多相插值滤波器中的子滤波器没有与其系数具有逆序相同关系的子滤波器时，所述方法还包括：

所述多相插值滤波器保留所述子滤波器的系数；

所述多相插值滤波器将所述保留的系数与第三滤波器的延时单元的输出对应相乘，并将乘积求和；其中，所述第三滤波器的阶数与所述子滤波器的阶数相同。

在上述方案中，所述当所述原始多相插值滤波器中的子滤波器没有与其系数具有逆序相同关系的子滤波器时，所述方法还包括：

所述多相插值滤波器将所述第三滤波器中系数相同的延时单元的输出求和后乘以所述相同的系数，并将乘积求和；其中，所述第三滤波器的阶数与所述子滤波器的阶数相同。

本发明实施例提供了一种多相插值滤波器及滤波方法，通过利用滤波器系数的对称性质，能够在不增加缓存单元的前提下，降低多相插值滤波器中用于 滤波器系数相乘的乘法器数量，从而减少了实现多相插值滤波器所需要的计算资源消耗。

附图说明

图1为现有技术中的两相插值滤波器结构示意图；

图2为现有技术中两相插值滤波器中的子滤波器系数关系示意图；

图3为本发明实施例提供的一种多相插值滤波器的结构示意图；

图4为本发明实施例提供的另一种多相插值滤波器的结构示意图；

图5为本发明实施例提供的一种实现中间相子滤波器的结构示意图；

图6为本发明实施例提供的一种滤波方法流程示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

本发明实施例的基本思想是：在原始多相差值滤波器中，将具有系数逆序相同关系的两相子滤波器的常规系数进行等效变换，得到分别具有镜像对称性质和奇对称性质的两组变换后的滤波器系数，利用两组变换后的滤波器系数分别所具有的镜像对称性质和奇对称性质对两相子滤波器的乘法器进行复用，从而减少了滤波器结构中乘法器的数量，降低了实现多相插值滤波器所耗费的计算资源。

参见图3，其示出了本发明实施例提供的一种多相插值滤波器30的结构，该滤波器30可以包括：系数变换单元301、多相子滤波器组单元302、滤波器还原单元303和插值单元304，其中，

系数变换单元301，用于将原始多相插值滤波器中具有系数组逆序相同关系的两相子滤波器的常规系数按照预设的转换规则生成具有镜像对称性质的第一滤波器的系数组和具有奇对称性质的第二滤波器的系数组；

多相子滤波器组单元302，用于将第一滤波器中系数相同的两个延时单元 的输出求和后乘以所述相同的系数，并将乘积进行求和；

以及，将第二滤波器中系数相反的两个延时单元的输出求差后乘以所述相反系数中的一个，并将乘积求和；

滤波器还原单元303，用于分别对多相子滤波器组单元302中第一滤波器的乘积和以及第二滤波器中的乘积和进行相加和相减运算，分别还原得到原始多相插值滤波器中具有系数组逆序相同关系的两相子滤波器；

插值单元304，用于根据预设的插值运算规则对滤波器还原单元303中还原得到的原始多相插值滤波器中具有系数组逆序相同关系的两相子滤波器进行插值。

需要说明的是，第一滤波器和第二滤波器的阶数与原始多相插值滤波器中子滤波器的阶数相同。因此，在多相子滤波器组单元302中，对于第一滤波器和第二滤波器，均分别可以依据系数的镜像对称性质和奇对称性质来讲乘法器进行复用，从而减少了乘法器的数量。

在本发明实施例中，系数组具有镜像对称性质表示系数组的系数关于中间系数镜像对称，例如系数组(a，b，c，d，e)具有镜像对称性质，则以c为中心有a＝e，b＝d；而系数具有奇对称性质表示系数组的系数关于中间系数奇对称，例如系数组(a，b，c，d，e)具有奇对称性质，则以c为中心有a＝-e，b＝-d。

示例性地，系数变换单元301，具体用于将所述两相子滤波器的常规系数对应相加，得到具有镜像对称性质的第一滤波器的系数组；

以及，将所述两相子滤波器的常规系数对应相减，得到具有奇对称性质的第二滤波器的系数组。

需要说明的是，当原始多相插值滤波器中的子滤波器没有与其系数具有逆序相同关系的子滤波器时，系数变换单元301，用于保留该子滤波器的系数；多相子滤波器组单元302，用于将系数变换单元301所保留的系数与第三滤波器的延时单元的输出对应相乘，并将乘积求和；其中，第三滤波器的阶数与该子滤波器的阶数相同。

进一步地，当原始多相插值滤波器中的子滤波器没有与其系数具有逆序相 同关系的子滤波器时，该子滤波器的系数满足镜像对称性质，因此，多相子滤波器组单元302，可以用于将第三滤波器中系数相同的延时单元的输出求和后乘以所述相同的系数，并将乘积求和；其中，第三滤波器的阶数与该子滤波器的阶数相同。可以理解地，对于原始多相插值滤波器中没有与系数具有逆序相同关系的子滤波器，仍然也可以按照系数的镜像对称关系进行乘法器的复用，从而也减少了乘法器的数量。

可以理解地，在奇数相插值滤波器中，中间相子滤波器没有与其系数具有逆序相同关系的子滤波器，但是中间相子滤波器系数自身满足镜像对称性质，因此，仍然可以利用中间相子滤波器系数的镜像对称性质减少中间相子滤波器中的乘法器数量。

以下通过两个具体实施例对上述多相插值滤波器的结构进行说明。

具体实施例一

以图1所示的两相插值滤波器作为原始多相插值滤波器进行说明，在图1中，第一相子滤波器的常规系数依次为：C(0)、C(2)、C(4)、C(6)、C(8)、C(10)、C(12)、C(14)、C(16)、C(18)；第二相子滤波器的常规系数依次为：C(1)、C(3)、C(5)、C(7)、C(9)、C(11)、C(13)、C(15)、C(17)、C(19)；第一相子滤波器的常规系数组与第二相子滤波器的常规系数组的逆序是对应相同的，因此，两者具有逆序相同的性质。第一相子滤波器为第二相子滤波器为

对于系数变换单元301来说，一方面，将两相子滤波器的常规系数对应相加，可以得到第一滤波器的系数组：A(0)＝C(0)+C(1)；A(1)＝C(2)+C(3)；…；A(8)＝C(16)+C(17)；A(9)＝C(18)+C(19)；但是由于C(0)＝C(19)，C(1)＝C(18)，C(2)＝C(17)，C(3)＝C(16)，C(4)＝C(15)，C(5)＝C(14)，C(6)＝C(13)，C(7)＝C(12)，C(8)＝C(11)，C(9)＝C(10)；因此有：A(0)＝C(0)+C(1)；A(1)＝C(2)+C(3)；…；A(8)＝C(3)+C(2)＝A(1)；A(9)＝C(1)+C(0)＝A(0)；所以第一滤波器的系数组A(0)， A(1)，…，A(8)，A(9)具有镜像对称性质；

另一方面，系数变换单元301，将两相子滤波器的常规系数对应相减，可以得到第二滤波器的系数组：B(0)＝C(0)-C(1)；B(1)＝C(2)-C(3)；…；B(8)＝C(16)-C(17)；B(9)＝C(18)-C(19)；同样由于C(0)＝C(19)，C(1)＝C(18)，C(2)＝C(17)，C(3)＝C(16)，C(4)＝C(15)，C(5)＝C(14)，C(6)＝C(13)，C(7)＝C(12)，C(8)＝C(11)，C(9)＝C(10)；因此有：B(0)＝C(0)-C(1)；B(1)＝C(2)-C(3)；…；B(8)＝C(3)-C(2)＝-B(1)；B(9)＝C(1)-C(0)＝-B(0)；所以第二滤波器的系数组B(0)，B(1)，…，B(8)，B(9)具有奇对称性质；

如图4所示，多相子滤波器组单元302设置与各相子滤波器阶数相同的第一滤波器和第二滤波器；并且在第一滤波器中，将系数相同的两个延时单元的输出进行求和之后乘以对应的相同系数，并将乘积求和；可以得到第一滤波器的表达式为：

在第二滤波器中，将第二滤波器中系数相反的两个延时单元的输出求差后乘以所述相反系数中的一个，并将乘积求和；可以得到第二滤波器的表达式为：

由于以及所以，滤波器还原单元303将第一滤波器和第二滤波器进行相加后，可以得到两相插值滤波器中的第一相子滤波器；同理，将第一滤波器和第二滤波器进行相减后，可以得到两相 插值滤波器中的第二相子滤波器；从而实现了对原始多相插值滤波器的还原。

而插值单元304，用于根据预设的插值运算规则对滤波器还原单元303中还原得到的原始多相插值滤波器中具有系数组逆序相同关系的两相子滤波器进行插值。具体的实现与现有技术中的原始多相插值滤波器的插值单元的实现相同，且不是本发明实施例技术方案的创新之处，本实施例不做赘述。

对比图1和图4很容易发现，图1所示的原始多相插值滤波器中，包括有：20个乘法器，2个加法器，10个延时单元，一个插值单元；图4所示的结构中包括有：10个乘法器，8个加法器，6个减法器，10个延时单元，一个插值单元；两者经过对比可以得出，图4所示的结构比图1所示的原始多相插值滤波器节省了10个乘法器，增加6个加法器和6个减法器，折算成门级资源为-10×3000+6×120+6×120＝-28560，而实现图1所示的原始多相插值滤波器所需要的门级资源为20×3000+2×120+10×16×6+300＝61500，因此，总资源减少了可以得出实现图4所示的结构需要的总资源减少了46.4％。

对于具体实施例一，还需要补充的是，当原始多相插值滤波器为偶数相插值滤波器时，例如2N相插值滤波器，N为自然数。那么第i相与第2N-i+1相子滤波器的系数符合逆序相同的性质，因此，可以将第i相与第2N-i+1相子滤波器通过本实施例的多相插值滤波器的结构来进行实现，其中，i＝1，2，…，N，从而能够在实现滤波器的过程中减少乘法器的数量。

具体实施例二

当原始多相插值滤波器为奇数相插值滤波器时，例如2N+1相插值滤波器，N为自然数。那么第i相与第2N+2-i相子滤波器的系数符合逆序相同的性质，其中，i＝1，2，3，…，N-1；但是第N+1相为中间相，没有与其常规系数具有逆序相同关系的其他相子滤波器，但是第N+1相子滤波器系数自身满足镜像对称性质，因此，仍然可以利用中间相子滤波器常规系数的镜像对称性质减少中间相子滤波器中的乘法器数量。当图1所示的两相插值滤波器中多出一个中间 相子滤波器，成为三相插值滤波器时，比如：第一相子滤波器的常规系数依次为：C(0)、C(2)、C(4)、C(6)、C(8)、C(10)、C(12)、C(14)、C(16)、C(18)；第三相子滤波器的常规系数依次为：C(1)、C(3)、C(5)、C(7)、C(9)、C(11)、C(13)、C(15)、C(17)、C(19)；而作为中间相的第二相子滤波器的常规系数为E(0)、E(1)、E(2)、…、E(8)、E(9)，第二相子滤波器为由于第一相子滤波器和第三相子滤波器的常规系数满足逆序相同的性质，因此，可以按照具体实施例一中所描述的偶数相插值滤波器来实现，但是对于中间相子滤波器来说，由于E(0)＝E(9)，E(1)＝E(8)、E(2)＝E(7)、E(3)＝E(6)、E(4)＝E(5)，因此，如图5所示，多相子滤波器组单元302可以设置与中间相子滤波器阶数相同的第三滤波器，并且将第三滤波器中系数相同的延时单元的输出求和后乘以所述相同的系数，并将乘积求和；即：

从而通过对称关系，减少了在实现中间相子滤波器过程中所使用的乘法器数量。

实施例二

基于前述实施例相同的技术构思，参见图6，其示出了本发明实施例提供的一种滤波方法的流程，该方法可以应用于前述实施例所述的任意一种多相插值滤波器结构，该方法可以包括：

S601：多相插值滤波器将原始多相插值滤波器中具有系数组逆序相同关系的两相子滤波器的常规系数按照预设的转换规则生成具有镜像对称性质的第一滤波器的系数组和具有奇对称性质的第二滤波器的系数组；

S602：多相插值滤波器将待滤波数据分别输入至第一滤波器和第二滤波器；

S603：多相插值滤波器将第一滤波器中系数相同的两个延时单元的输出求和后乘以相同的系数，并将乘积进行求和；

S604：多相插值滤波器将第二滤波器中系数相反的两个延时单元的输出求差后乘以相反系数中的一个，并将乘积求和；

S605：多相插值滤波器分别对多相子滤波器组单元中第一滤波器的乘积和以及第二滤波器中的乘积和进行相加和相减运算，分别还原得到原始多相插值滤波器中具有系数组逆序相同关系的两相子滤波器；

S606：多相插值滤波器根据预设的插值运算规则对滤波器还原单元中还原得到的原始多相插值滤波器中具有系数组逆序相同关系的两相子滤波器进行插值。

需要说明的是，第一滤波器和第二滤波器的阶数与原始多相插值滤波器中子滤波器的阶数相同。

示例性地，多相插值滤波器将原始多相插值滤波器中具有系数组逆序相同关系的两相子滤波器的常规系数按照预设的转换规则生成具有镜像对称性质的第一滤波器的系数组和具有奇对称性质的第二滤波器的系数组，具体包括：

多相插值滤波器将两相子滤波器的常规系数对应相加，得到具有镜像对称性质的第一滤波器的系数组；

多相插值滤波器将两相子滤波器的常规系数对应相减，得到具有奇对称性质的第二滤波器的系数组。

示例性地，当原始多相插值滤波器中的子滤波器没有与其系数具有逆序相同关系的子滤波器时，方法还包括：

多相插值滤波器保留该子滤波器的系数；

多相插值滤波器将保留的系数与第三滤波器的延时单元的输出对应相乘，并将乘积求和；其中，第三滤波器的阶数与该子滤波器的阶数相同。

示例性地，当原始多相插值滤波器中的子滤波器没有与其系数具有逆序相同关系的子滤波器时，方法还包括：

多相插值滤波器将第三滤波器中系数相同的延时单元的输出求和后乘以相同的系数，并将乘积求和；其中，第三滤波器的阶数与该子滤波器的阶数相同。

本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计 算机程序产品。因此，本发明可采用硬件实施例、软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器和光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

以上，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。