基于子项空间技术的低复杂度FIR滤波器实现

基于子项空间共享技术，利用硬件描述语言编程，在FPGA上对FIR数字滤波器进行了实现。该设计将常系数乘法模块用加法和移位操作来实现，并利用子项共享有效地减少加法器个数。综合结果表明，所提方法可以有效节省硬件资源，降低实现成本，适用于低功耗数字系统设计。 《基于子项空间技术的低复杂度FIR滤波器实现》 在现代电子系统设计中，尤其是在信息与通信领域，低功耗是至关重要的需求。数字滤波器作为信号处理的关键组件，其低功耗设计是研究的热点。本文重点讨论了一种利用子项空间共享技术在FPGA上实现低复杂度FIR数字滤波器的方法。 FIR滤波器，即有限冲激响应滤波器，因其线性相位、绝对稳定性和设计灵活性而在语音、图像处理以及数字电视等领域广泛应用。然而，FIR滤波器通常需要较高的阶数，这增加了硬件实现的复杂度和成本。为解决这一问题，子项空间技术应运而生，它通过共享滤波器系数间的公共子项，减少加法器的数量，从而降低实现复杂度。 子项空间技术的核心在于识别和利用滤波器系数的共同因子。例如，当两个或多个系数包含相同的子项时，这些子项可以被提取出来，通过一次计算得到，而不是在每个系数中单独计算，这样可以显著减少所需的加法器数量。通过实际例子，我们可以直观地理解这一点：如果一个系数是1010101，直接实现需要3个加法器，但通过子项共享只需2个；对于100101和10101这两个系数，独立实现共需4个加法器，而共享子项后只需3个。 FPGA，现场可编程门阵列，是实现这种低复杂度滤波器的理想平台。它采用硬件描述语言（如Verilog HDL）进行设计，可以灵活地进行逻辑功能的配置。在FPGA内部，逻辑单元LE构成了基本的计算和存储元素，其中的查找表LUT可以根据输入信号动态生成所需逻辑功能。综合工具会根据设计的RTL级描述，生成最优的LE配置，以实现预期的滤波器功能。 具体到Verilog HDL的实现，设计者需要编写描述FIR滤波器结构和子项共享逻辑的代码。例如，对于特定的FIR滤波器S1，设计者可以明确指定系数的子项共享逻辑，使得在FPGA内部的硬件资源得以最优化分配。 综合结果证实，采用子项空间共享技术的FIR滤波器实现可以有效节省硬件资源，降低功耗，这对于资源受限的嵌入式系统和低功耗应用具有重大意义。这种方法为FIR滤波器的硬件实现提供了一条新的优化途径，有助于推动数字滤波器在更多领域的应用。