基于基于FPGA实现变采样率实现变采样率FIR滤波器的研究滤波器的研究
摘要:数字信号凭借其在传输、存储和计算上的便捷性,正在得到越来越广泛的应用。在现代数字系统中往往会
存在多种采样频率,这就需要改变采样频率,进行频率转换。本文主要介绍利用现场可编程逻辑器件(FPGA)实现
变采样率FIR数字滤波器的方案。首先简单分析了FIR数字滤波器的基本结构,在此基础上,以一个适用于变采样率
的半带滤波器的设计为例,结合利用MATLAB为辅助设计工具,完成对给定指标的FIR滤波器的设计,提出了利用
FPGA硬件实现滤波的TOP-DOWN结构图。此方案使性能和资源占有率得到较好的突破,限度的减少资源消耗。
1. 引言 随着数字信号处理理论及应用技术的迅速发展,在一个数字系
摘要:数字信号凭借其在传输、存储和计算上的便捷性,正在得到越来越广泛的应用。在现代数字系统中往往会存在多种
采样频率,这就需要改变采样频率,进行频率转换。本文主要介绍利用现场可编程逻辑器件(FPGA)实现变采样率FIR数字滤波器
的方案。首先简单分析了FIR数字滤波器的基本结构,在此基础上,以一个适用于变采样率的半带滤波器的设计为例,结合利用
MATLAB为辅助设计工具,完成对给定指标的FIR滤波器的设计,提出了利用FPGA硬件实现滤波的TOP-DOWN结构图。此方案
使性能和资源占有率得到较好的突破,限度的减少资源消耗。
1. 引言
随着数字信号处理理论及应用技术的迅速发展,在一个数字系统中只用一个采样频率已 经很难满足要求。在实际的应用
中,经常会遇到采样率的转换问题,即要求一个数字系统能 工作在“多采样率”状态。近年来,建立在采样率转换基础上的“多
采样率数字信号处理” 已成为数字信号处理学科中的主要研究内容之一。直观地考虑,首先将以采样率 F1 采集的 数字信号进
行数模转换,这样就变成模拟信号,再按采样率 F2 进行模数转换,从而实现了 从F1 到F2 的采样率转换,这就是变换采样率
的简单方法。但是这样较麻烦,且易使信 号受到损伤,所以在实际应用的变采样系统中,改变采样频率并不经过模拟信号,
而是完全 在数字域中实现的。在数字信号处理中,滤波占有极其重要的作用,适用于变采样率系统 中的数字滤波器就是本文
要谈论的主要内容。
2.FIR 数字滤波器的设计过程及结构
数字滤波器根据其冲击响应函数的时域特性,可分为两种:无限长冲激响应(IIR)滤波器和有限长冲激响应(FIR)滤波
器。FIR 滤波器被广泛应用于各类数字信号处理系统, 它的系统总是稳定的,可以满足滤波器对幅度和相位特性的严格要
求,避免模拟滤波器温漂 和噪声等问题,易实现线性相位且易用硬件实现,这些都是FIR 系统的突出优点,也是IIR 系统不易
实现的。尽管IIR 滤波器系统比FIR 滤波器系统易取得较好的通带和阻带衰减特性, FIR 系统若要取得较好的衰减特性,一般
要求系统函数H(z)阶次要高,也即滤波器长度M 要大。综合以上考虑,本文选用FIR 滤波器来完成设计。
2.1FIR 数字滤波器的基本原理及设计基础
图1 中x(n)是输入信号,x(n-i)是延时了i 个采样周期的输入信号,h(i)(i = 0,1,…,n-1)是第i 个延时节的加权值(即滤波器系
数),y(n)是时刻t = nT 时滤波器的输出信号。
FIR 数字滤波器的设计一般要经过三步[2]:确定目标、逼近和计算机实现。通常在设计 滤波器之前,应该先根据具体的
应用确定一些技术指标。指标的形式一般在频域中给出幅度 和相位响应。幅度指标主要有2 种方式,分别是指标和相对指
标。在确定了技术指标之 后,就可以根据数学知识和滤波器的基本原理确定滤波器的模型来逼近给定的指标。上两步 的结果
通常是得到以差分或系数函数或冲击响应描述的滤波器,根据这个描述用硬件或软件 实现并分析其频率特性和相位特性。至
此完成了一个滤波器设计的全过程。
2.2 利用Matlab 实现FIR 数字滤波器
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