基于FPGA并行+拆分查找表分布式高阶FIR的设计与实现

柴乾隆

(航空工业兰州万里航空机电有限责任公司 航空机电研究院，甘肃 兰州 730070)

滤波器主要用于频率选择和运算处理，以起到滤除噪声和分离信号的作用。根据滤波器系统输入、输出信号的处理方式，可分为模拟滤波器和数字滤波器两种。模拟滤波器在设计时可通过查询大量图表予以实现，简捷明了，但因相位的非线性，其应用受到了很大的限制。而数字滤波器因其相位线性度高，幅度特性[1-3]任意可变，而被广泛应用于语音和图像处理、HDTV、模式识别、谱分析等领域。单位抽样响应的长度直接影响着有限长单位冲激响应(Finite Impulse Response,FIR)数字滤波器的稳定性，当抽样响应的长度有限时，系统的极点均在原点处，因此FIR滤波器是一个稳定的线性系统。同时，快速傅里叶变换(Fast Fourier Transfor,FFT)能够在很大程度上提高FIR滤波器的运算速率[4]，以有助于FIR滤波器对信号的有效过滤。

大多数传统的FIR滤波器都是采用TI公司的TMS320CXX系列数字信号处理器(DSP)芯片[5]来实现系统设计。根据输入序列的乘累加[6]编写软件，以硬件为平台，结合软件算法，实现滤波器的设计。但DSP芯片的冯·诺依曼体系架构使得数据的处理速度和容量都受到了限制，而FPGA因其丰富的连线资源和庞大的逻辑阵列，为实现并行度极高的FIR滤波器搭建了高效的运作平台，同时具有优良的可扩展性。通过采用分布式算法，FIR滤波器可以克服滤波器阶数对运算速率的影响，使两者不呈正相关性。因此，分布式算法可广泛应用于高阶FIR滤波器的设计。……