[发明专利]有限冲击响应CSD滤波器

说明书

技术领域

本发明涉及数字滤波器技术领域，尤其涉及一种有限冲击响应CSD滤波器。

背景技术

有限冲击响应CSD滤波器因其固有的线性相位特性和系统稳定性在数字信号处理系统和通讯系统中得到了广泛的应用。神经信号处理、传感器滤波、视频音频处理、信道等化以及匹配滤波都是FIR的经典应用。随着软件无线电(Software Defined Radio，SDR)技术的发展，以及对FIR滤波器高性能低开销和故障容忍(fault-tolerant)要求的提升，FIR滤波器实现系统的可重构成为了一种必要的解决方案。

系数的乘法是可重构FIR滤波器的技术瓶颈，通常为了降低计算的复杂度，将系数的乘法分解为加、减和移位操作。业界一直致力于减少硬件开销、降低功耗以及提升速度的研究。通常情况，FIR滤波器的阶数越高，性能越好，但是，随着滤波器阶数的增加，系统所消耗的资源也将增加，而且功耗也将增加。

总结现有的研究方法，按照是否使用标准化有符号位的方法(Canonical Signed Digit，CSD)，可以将其分成两大类，第一类是基于CSD的方法，第二类是未采用CSD的方法。

例如，K.-H.Chen和T.-D.Chiueh在文章“A low-power digit-based reconfigurable FIR filter,”Circuits and Systems II：Express Briefs，IEEE Transactions on，vol.53，no.8，pp.617-621，2006中给出了一种基于CSD的结构。用CSD编码表示的系数可以减少部分积的数目，在硬件开销方面能够较大地减小硅片面积开销和功耗。但这种结构采用的是直接型的结构(Direct Form，DF)，系统的响应时间随着阶数的增加而增加，性能也相应的会下降。Mahesh，R和Vinod，APrasad在“Anew common subexpression elimination algorithm for realizing low-complexity higher order digital filters,”Computer-Aided Design of Integrated Circuits and Systems，IEEE Transactions on，vol.27，no.2，pp.217-229，2008中提出了二进制共有子表达式剔除法(Binary Common Subexpression Elimination，BCSE)，这种方法没有采用CSD编码，而是对二进制表示的系数子表达式进行了统计，得到了共有的子表达式，然后又通过对这些共有的子表达式进行“加”和“移位”操作完成整个系数的乘法。基于这种方法，Mahesh，R和Vinod，A Prasad又在文章“New reconfigurable architectures for implementing FIR filters with low complexity,”Computer-Aided Design of Integrated Circuits and Systems，IEEE Transactions on，vol.29，no.2，pp.275-288，2010中提出了移位操作固定法(Constant Shifts Method，CSM)和移位操作可编程法(Programmable Shifts Methods，PSM)，这两种方法主要的不同之处是移位的数目是否是固定的，而且这两种方法在滤波器系数的表示方面都是基于二进制表示法。这篇文章中还提出了另外两种结构，CSD-CSM和CSD-PSM，这两种结构属于第一类方法，参考该文章的实验结果，CSM相对于CSD-CSM资源消耗减少22.8％，PSM相对于CSD-PSM资源消耗减少12.2％。