64阶FIR滤波器分布式算法优化及实现.pdf

《64阶FIR滤波器分布式算法优化及实现》 数字滤波器在现代电子技术中占据着重要地位，特别是在信号处理、通信系统、图像处理等领域，它们能够有效地进行信号的整形和分析。FIR（Finite Impulse Response）滤波器因其线性相位特性以及稳定性优势，在实际应用中被广泛应用。相比于IIR（Infinite Impulse Response）滤波器，FIR滤波器不含有反馈结构，因此避免了潜在的振荡问题。 本文主要探讨了64阶FIR滤波器在FPGA（Field-Programmable Gate Array）上的分布式算法设计与优化。FPGA是一种可编程逻辑器件，它通过内部的LUT（Look Up Table）和丰富的逻辑资源来实现复杂的数字逻辑。对于64阶FIR滤波器，其计算过程涉及大量的乘加运算，这对于FPGA的硬件资源提出了挑战。 在传统的FIR滤波器设计中，每个输出样本的计算通常需要对所有抽头系数与对应的输入样本进行逐次乘法和累加操作。然而，64阶滤波器的计算量较大，直接采用全并行方式会消耗大量硬件资源。因此，文中提出了采用分布式算法的方法，即将乘法运算分解为多个部分积，然后通过LUT进行并行计算，从而降低硬件资源的需求。 分布式算法的关键在于如何有效地分配和组合这些部分积。文章详细研究了该算法的改进方案，提出了“全并行分布式算法+查找表分割”的方法。这种方法将64阶滤波器的计算任务分散到多个并行处理单元，同时利用查找表进行部分积的快速生成。通过这种方式，可以显著减少乘法器的数量，并且保持较高的运算速度。 在具体实现过程中，文章采用了“全并行分布式算法”，即所有输入样本与抽头系数同时进行计算，然后将结果汇总。同时，查找表被分割成多个小块，每个小块对应一部分乘法运算，这样可以有效地减小单个查找表的大小，从而节省了FPGA的存储资源。 经过仿真设计和验证，这种优化方案成功地实现了64阶FIR滤波器的设计要求。仿真结果显示，该方案不仅能够满足滤波器性能指标，而且在资源利用上达到了良好的平衡，提高了系统的效率和灵活性。 文章通过深入研究和实践，提出了一种针对64阶FIR滤波器的高效分布式算法优化策略，为FPGA上的FIR滤波器设计提供了有价值的参考。这种方法不仅适用于64阶滤波器，也可以推广到其他阶数的FIR滤波器设计中，对于优化数字信号处理系统具有重要的指导意义。