一種分數延遲數字濾波器的實現結構的製作方法
2023-05-15 21:53:36 5
專利名稱：一種分數延遲數字濾波器的實現結構的製作方法
技術領域：
本發明涉及 數位訊號處理領域，具體是一種分數延遲數字濾波器的實現結構。
背景技術：
分數延遲數字濾波器是延遲為非整數樣點的數字濾波器，被廣泛應用於現代數位訊號處理，常見於數字通信、陣列信號處理、語音編碼與合成、時延估計、採樣率轉換等技術領域。分數延遲數字濾波器有多種實現結構，其中應用最為廣泛的是C.W. Farrow在1989 年 9 月 12 日公開的專利名為「CONTINUOUSLY VARIABLE DIGITAL DELAY CIRCUIT」(連續可變數字延遲電路)，專利號為4866647的美國專利中提出的一種可以實現連續可變延遲的數字濾波器的實現結構。這種結構使用常規的曲線擬合技術，利用延遲為獨立變量的多項式來近似計算濾波器每個抽頭的係數。這種結構後來通常被稱為Farrow結構。Farrow結構的延遲精度主要取決於多項式擬合的階數，在某些延遲精度要求較高的技術中，例如在被廣泛應用於雷達、聲納、醫療成像等領域的數字延時波束形成技術中，延遲精度通常要在皮秒量級，這就要求Farrow結構採用較高的擬合階數,進而增加Farrow結構中濾波器抽頭個數，從而使得Farrow結構需要消耗較大資源。經對現有技術文獻檢索發現，專利號為98804591. 5，專利名為「分數延遲數字濾波器」的中國專利，該專利提出一種在線性處理情況下實現分數延遲操作的數位訊號處理裝置，通過多個專用通道進行選擇性地幅度加重和相移，一個共用通道對述及的選擇的幅度加重進行逆幅度加重，達到在相同處理精度下，減少所需計算負荷的目的，其不足在於該方法為線性處理方法，無法適用於要求延遲連續可變的信號處理系統。
發明內容
本發明針對現有技術不足，提出一種分數延遲數字濾波器的實現結構。這種結構基於對分數延遲數字濾波器的頻率響應函數中自變量z的奇數次和偶數次項的分解，將高階的分數延遲濾波運算分解為兩個低階的分數延遲濾波運算和一個複數乘法運算，減少了以延遲參數為自變量的目標擬合曲線的變化範圍，進而降低了曲線擬合階數，減少了濾波器抽頭個數，從而在不降低延遲精度的情況下，減少了分數延遲數字濾波器實現所需的硬體資源。為了實現上述目的，本發明採用如下技術方案本發明提出了一種分數延遲數字濾波器的實現結構，具體包括偶數次項濾波模塊，奇數次項濾波模塊，複數乘法模塊，其中(I)偶數次項濾波模塊和奇數次項濾波模塊並行連接，兩個模塊的輸入為分數延遲數字濾波器的輸入信號；(2)偶數次項濾波模塊的輸出作為複數乘法模塊輸入的複數信號的實部，奇數次項濾波模塊的輸出作為複數乘法模塊輸入的複數信號的虛部；
(3)複數乘法模塊對輸入的複數信號進行運算，將運算結果的實部輸出，作為分數延遲數字濾波器的輸出信號。所述偶數次項濾波模塊，使用Farrow結構，實現分數延遲數字濾波器頻率響應函數中自變量z的偶數次項的濾波運算，抽頭係數通過以延遲參數為自變量，以偶數次項濾波模塊的衝激響應函數為目標擬合曲線，使用常規的多項式擬合方法得到；其中，所述的Farrow結構是一種可以實現連續可變延遲的數字濾波器的實現結構，該結構使用常規的曲線擬合技術，利用延遲為獨立變量的多項式來近似計算濾波器每個抽頭的係數。所述奇數次項濾波模塊，使 用Farrow結構，實現分數延遲數字濾波器頻率響應函數中自變量z的奇數次項的濾波運算，抽頭係數通過以延遲參數為自變量，以奇數次項濾波模塊的衝激響應函數為目標擬合曲線，使用常規的多項式擬合方法得到。所述複數乘法模塊，使用複數乘法器或者CORDIC(坐標旋轉數字計算機，Coordinate Rotation Digital Computer)算法,實現複數輸入信號和複數相移參數的複數乘法運算，其中複數相移參數為以延遲參數為自變量的函數。與現有技術相比，本發明具有如下有益效果(I)本發明通過將高階的分數延遲濾波運算分解為低階的分數延遲濾波運算，減少了 Fairow結構中目標擬合曲線的變化範圍，使得在相同的延遲精度情況下，減少了常規多項式擬合技術所需擬合階數，進而降低了濾波器抽頭個數，從而減少了分數延遲濾波數字濾波器實現所需資源。(2)本發明通過減少Farrow結構中目標擬合曲線的變化範圍，使得在不增加濾波器實現所需資源情況下，採用與Farrow結構實現的高階的分數延遲濾波器的相同的擬合階數，可以一定程度上提高延遲精度，從而滿足一些特定技術領域的應用。(3)本發明通過基於Farrow結構的非線性多項式係數擬合方式，相對於線性處理的分數延遲濾波方式，可以實現連續可變延遲的功能，從而使得應用更加靈活，適用範圍更加廣泛。
圖I是本發明提出的分數延遲數字濾波器的結構框圖；圖2是本發明提出的分數延遲數字濾波器的算法框圖；圖3是本發明應用於可編程邏輯單元模塊的結構框圖；圖4是圖3中分數延遲數字濾波器的延遲誤差曲線圖。
具體實施例方式下面結合附圖對本發明作進一步說明本發明提出的分數延遲數字濾波器的實現結構，基於對分數延遲數字濾波器的頻率響應函數中自變量z的奇數次和偶數次項的分解，將高階的分數延遲濾波運算分解為兩個低階的分數延遲濾波運算和一個複數乘法運算。對於長度為N，延遲為d的原型分數延遲數字濾波器，按照本發明提出的分數延遲數字濾波器的實現結構，對其頻率響應函數H(n)進行分解，得到H(n)分解後的表達式為
權利要求
1.一種分數延遲數字濾波器的實現結構，其特徵在於，包括偶數次項濾波模塊，奇數次項濾波模塊，複數乘法模塊，其中 (1)偶數次項濾波模塊和奇數次項濾波模塊並行連接，兩個模塊的輸入為分數延遲數字濾波器的輸入信號； (2)偶數次項濾波模塊的輸出作為複數乘法模塊輸入的複數信號的實部，奇數次項濾波模塊的輸出作為複數乘法模塊輸入的複數信號的虛部； (3)複數乘法模塊對輸入的複數信號進行運算，將運算結果的實部輸出，作為分數延遲數字濾波器的輸出信號。
2.根據權利要求I所述的一種分數延遲數字濾波器的實現結構，其特徵在於，所述偶數次項濾波模塊，使用Farrow結構，實現分數延遲數字濾波器頻率響應函數中自變量z的偶數次項的濾波運算，抽頭係數通過以延遲參數為自變量，以偶數次項濾波模塊的衝激響應函數為目標擬合曲線，使用常規的多項式擬合方法得到；其中，所述的Farrow結構是一種可以實現連續可變延遲的數字濾波器的實現結構，該結構使用常規的曲線擬合技術，利用延遲為獨立變量的多項式來近似計算濾波器每個抽頭的係數。
3.根據權利要求I所述的一種分數延遲數字濾波器的實現結構，其特徵在於，所述奇數次項濾波模塊，使用Farrow結構，實現分數延遲數字濾波器頻率響應函數中自變量z的奇數次項的濾波運算，抽頭係數通過以延遲參數為自變量，以奇數次項濾波模塊的衝激響應函數為目標擬合曲線，使用常規的多項式擬合方法得到；其中，所述的Farrow結構是一種可以實現連續可變延遲的數字濾波器的實現結構，該結構使用常規的曲線擬合技術，利用延遲為獨立變量的多項式來近似計算濾波器每個抽頭的係數。
4.根據權利要求I所述的一種分數延遲數字濾波器的實現結構，其特徵在於，所述複數乘法模塊，使用複數乘法器或者坐標旋轉數字計算機算法，實現複數輸入信號和複數相移參數的複數乘法運算，其中複數相移參數為以延遲參數為自變量的函數。
全文摘要
本發明提出了一種分數延遲數字濾波器的實現結構。這種結構基於對分數延遲數字濾波器的頻率響應函數中自變量z的奇數次和偶數次項的分解，將高階的分數延遲濾波運算分解為兩個低階的分數延遲濾波運算和一個複數乘法運算，減少了以延遲參數為自變量的目標擬合曲線的變化範圍，進而降低了曲線擬合階數，減少了濾波器抽頭個數，從而在不降低延遲精度的情況下，減少了分數延遲數字濾波器實現所需的硬體資源。
文檔編號H03H17/02GK102624357SQ20121007256
公開日2012年8月1日 申請日期2012年3月19日 優先權日2012年3月19日
發明者凌小峰, 宮新保, 沈胤龑, 秦冕, 趙承睿 申請人:上海交通大學