[发明专利]一种数字方法实现的预加重滤波器

摘要

本发明涉及一种用数字方法实现的预加重滤波器，属于信号处理和通信领域。本发明所述预加重滤波器包括时分复用模块、控制模块、采样数据存储模块、系数存储模块、运算模块和解时分复用模块，其中时分复用模块将左右两路音频采样信号进行时分复用合成为一路信号进行滤波；解时分复用模块将滤波后信号进行解时分复用得到左右两路滤波后信号；控制模块对采样数据和系数存储模块和运算模块进行控制；运算模块将采样数据和系数存储模块中的数取出进行相应的运算，完成对数据的滤波；采样数据存储模块存储采样数据；系数存储模块存储预加重FIR滤波器系数。本发明的预加重滤波器在处理精度、灵活性及成本上有较大的优势。

主权项

1、一种数字方法实现的预加重滤波器，其特征在于包括时分复用模块、控制模块、采样数据存储模块、系数存储模块、运算模块和解时分复用模块，其中：时分复用模块将左右两路音频采样信号进行时分复用合成为一路信号，输入到采样数据存储模块进行后续滤波运算；解时分复用模块将运算模块输出的滤波后信号进行解时分复用，得到左右两路滤波后信号；采样数据存储模块将时分复用模块输出的数据存储起来，以便进行相应的运算；采样数据存储模块所存数据个数等于滤波器的系数个数加一；时分复用模块每输出一个新数据，将其顺序存储到采样数据存储模块中，若采样数据存储模块已满，则删除第一个数据，将后面数据依次前移，将新数据存储至最后一个位置；在每个采样数据到来时，控制模块按照一定的时序控制采样数据存储模块和系数存储模块依次输出所存数据，具体操作为：控制模块从采样数据存储模块首地址开始取出两个数据，从系数存储模块首地址开始取出一个系数，输入到运算模块进行相应的运算，然后依次增加采样数据存储模块和系数存储模块的地址值，每次都取出两个采样数据和一个系数并输出，当采样数据存储模块和系数存储模块所存数据都输出之后，本轮操作结束；当下一个采样数据输入时，控制模块按同样的方式进行下一轮操作；运算模块将采样数据存储模块输出的两个采样数据取出相加，并同系数存储模块中取出的系数进行相乘，所得的数再送入累加器进行累加，从而完成对数据的滤波；运算模块只使用单个乘法累加器(MAC)单元，采用时分复用的工作方式，在一个数据采样周期内完成滤波所需的所有乘加运算；系数存储模块存储量化后的FIR滤波器系数hq(n)，系数存储模块所存数据个数等于滤波器系数个数加一的一半；其中获得hq(n)的方法为：步骤一设定预加重滤波器参数指标：音频采样频率fs从前一个模块(音频延时模块)输入，滤波器长度N定义为任意奇数，预加重时间常数τ根据国家标准定义；步骤二建立预加重FIR滤波器设计模型，即列出求解脉冲响应h(n)的方程式：$E\left(\omega \right)=H_d\left(\omega \right)-H\left(\omega \right)=\left[\sqrt{1+{\tau }^2{\left({\mathrm{\omega f}}_s\right)}^2}\right]-\left[\underset{n=0}{\overset{(N-1)/2}{\Sigma }}a\left(n\right)\cos \left(\mathrm{\omega n}\right)\right],(0\le \omega \le \pi )的整个频带上，E(\omega )的最大绝对值达到极小，且不超过设定值\delta ；步骤三求出所需预加重滤波器的系数h(n)：通过使用瑞梅兹交换算法，求出步骤二中所述逼近问题的解a(n)，然后根据下面公式$ a\left(n\right)=\left\{\begin{array}{c}h\left(\frac{N-1}{2}\right),n=0\\ 2h(\frac{N-1}{2}-n),n=\mathrm{1,2},...,(N-1)/2\end{array}\right.步骤四步骤三所求的预加重滤波器的系数h(n)，其取值范围为(-1，1)，故对其进行Q位量化且小数部分取Q-1位，得到hq(n)，hq(n)相对于h(n)精度损失很小；在利用存储器存储滤波器系数时，每个系数需要Q位宽度。$$