FPGA实现的分布式算法低通FIR滤波器设计

"基于分布式算法的低通FIR滤波器设计和实现在DSP中的应用" 在数字信号处理领域，滤波器是至关重要的组件，尤其是FIR（Finite Impulse Response，有限冲激响应）滤波器，它们广泛用于信号的平滑、降噪和频谱分析等任务。本文聚焦于在DSP（Digital Signal Processor）平台上，利用分布式算法设计和实现低通FIR滤波器。传统的滤波器硬件实现通常依赖于ASIC或DSP，但随着FPGA（Field-Programmable Gate Array）技术的发展，其内部的查找表（LUT）结构为高效并行处理提供了可能。 分布式算法是一种节省资源的计算策略，特别适应于FPGA设计。由于FPGA中的硬件乘法器资源有限，直接使用乘法运算会占用大量资源。分布式算法通过将乘法分解为多个加法操作，减少了对乘法器的需求。文章提出了一种利用FPGA中的存储器资源，通过查找表运算实现的分布式算法低通FIR滤波器设计。这种方法有效地利用了FPGA的并行性和扩展性，降低了硬件复杂度。 为了进一步优化设计，论文还利用了线性相位FIR滤波器的对称特性，减少了硬件规模。线性相位FIR滤波器具有良好的时域对称性，其系数可以通过镜像得到，这样就可以减少存储器的需求，同时保持滤波性能。 此外，文章还采用了分割查找表的技术来减小存储空间。这种方法将大查找表划分为更小的部分，每个部分只存储一部分系数，从而降低了存储需求，同时保持了算法的正确性。 为了提高滤波器的运行速度，文中还结合了并行分布式算法结构和流水线技术。并行分布式算法结构使得多个样本可以同时处理，流水线技术则通过阶段化处理流程，减少了处理延迟，显著提升了滤波器的吞吐率。 在具体实现中，设计者使用了Matlab的fdatool工具来生成所需的滤波器系统函数h(n)，并通过分布式算法将乘法项转换为常数乘法。文章详细介绍了无符号数和有符号数的分布式算法设计，包括补码表示的处理方式，这为实际的FPGA实现提供了理论基础和技术路线。 总结而言，该研究提供了一种在DSP平台上利用分布式算法和FPGA特性实现低通FIR滤波器的有效方法，通过优化设计，实现了资源效率和性能的平衡，对于数字信号处理系统的硬件设计具有重要参考价值。