基于分布式算法的FIR滤波器的设计与实现

本文介绍了能高效实现固定常数乘法的分布式算法原理，给出了在FPGA  中用查找表实现FIR滤波器的算法设计，并以一个16  阶低通滤波器为例说明了设计过程。该设计通过Altera  公司的EPF10K30器件进行验证，结果正确，工作稳定可靠，满足了设计要求。关键词：FIR  滤波器，分布式算法，FPGA，查找表，LUT在数据通讯、语音信号处理、图像处理等传输过程中都广泛地运用到数字滤波器。FIR滤波器（有限冲激响应数字滤波器）由有限个采样值组成，因其具有严格的线性相位特性而得到广泛应用。目前的数字滤波电路，主要采用MCU（单片机）、DSP（数字信号处理器）和ASIC（专用集成电路）来实现。其中，单片机速度较慢；ASIC  虽然性能良好，但灵活性差，只能实现一些特殊的功能；DSP  可以实现并行乘法和加法运算，是一个典型的执行连续数学运算处理的信号处理硬件，目前应用较广。但是，DSP  的串行指令执行方式，使其工作速度和效率大打折扣。长期以来，FPGA  一直被用于逻辑或时序控制上，很少用于信号处理方面，主要原因是FPGA  中没有直接的硬件乘法器。DA  算法（分布式算法）是一种以实现乘加运算为目的的运算方法，与传统算法相比，DA  算法可以极大地减少硬件电路的规模，提高电路的执行速度，通过分布式算法，对于固定系数的乘法算法问题就能得到很好的解决。本文采用  DA  算法，就基于FPGA  的FIR  滤波器进行了设计与实现，所设计的FIR  滤波器占用硬件资源少、速度高，具有稳定、精确和严格线性相位的特点。