[发明专利]多相滤波器、数字信号处理系统和滤波方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种滤波器和滤波方法、以及含有该滤波器的数字信号处理系 统，尤其涉及一种具有系数偶对称的多相分解结构的多相插值滤波器及其滤波 方法。本发明所提供的滤波器、滤波方法、以及数字信号处理系统可广泛地应 用于例如移动通信、图像处理、雷达定位、声纳信号处理、智能天线等数字信 号处理技术领域当中。

背景技术

当前，在数字信号处理领域当中，经常利用插值滤波。这里，插值通常是 指在离散数据之间填充数据，以使所填充的数据能够符合某个连续函数。在实 际应用中，对于数字信号的插值操作，较为简便的是先对数字信号进行零插值， 然后经过低通滤波器(Low Pass Filter，LPF)得到插值信号。例如，当对采样率 为fs的离散信号进行L倍内插时，首先，在每两个离散值之间插入L-1个零， 此时离散信号采样率为插值前的L倍，即为L×fs，这称为L倍内插；然后将 插值后的信号通过相应的低通滤波器即可得到处理后的信号。

这里，经常采用的滤波器有两种，即有限冲激响应(Finite Impulse Response， FIR)滤波器和无限冲激响应(Infinite Impulse Response，IIR)滤波器。IIR滤波器 用于能够容忍相位失真的系统中，而FIR滤波器则用于需要线性相位且具备内 在稳定结构的系统中。一般地，在很多系统设计中都采用了FIR滤波器，这是 由于数字信号插值处理通常需要线性相位，因此插值信号的处理通常采用FIR 滤波器。

在实际应用中，插值处理前的信号可能是含有噪声或干扰的信号。在对含 有噪声的信号进行插值滤波过程中，采用维纳(Wiener)滤波器可以获得比传 统的低通滤波器更好的去噪性能。但是，维纳滤波器在实现时需要采用维纳霍 夫(Wiener-Hoff)方程实时地计算维纳滤波器系数，维纳霍夫方程中自相关函数 的获得和矩阵的求逆运算复杂度都很高。

在实际应用中，由于插值操作，滤波器的工作速率得以提高，然而滤波器 将会消耗较多的功耗；另一方面，当采用维纳滤波器时，实时计算的运算量很 大，更加剧了系统复杂度的提升。

关于上述内容，请具体参见《数字信号处理-理论、算法与实现(第二版)》， 胡广书著，2003年8月出版，清华大学出版社。该出版物的全部内容都通过 引用包括在这里作为参考。

因此，在数字信号处理领域中，迫切需要提供一种通过巧妙的简化合并以 达到有效节省逻辑资源并且降低运算复杂度的多相滤波器和滤波方法。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于，通过巧妙地设计滤波器的相位结构以提 高其容忍相位失真方面的能力，使得根据本发明设计的滤波方法获得更好的去 除噪声的性能，并且降低在插值滤波中为获得自相关函数和矩阵求逆等方面的 运算复杂度。

根据本发明的第一方面，提供了一种数字信号的滤波方法，通过多相滤波 器对时域或频域上的数字信号进行插值滤波，其中所述滤波方法包括下列步骤： 步骤A.多相滤波器系数自适应处理步骤，其中根据输入的数字信号、所述多 相滤波器的长度2N+1、以及插值倍数L，自适应地改变所述多相滤波器的各 分支滤波器系数，其中N和L都是大于等于2的正整数，并且所述多相滤波 器的各分支滤波器系数呈偶对称；和步骤B.多相滤波器插值滤波步骤，其中 所述输入信号分别与所述多相滤波器的各分支滤波器系数相乘，并在各分支内 求和，以得到所述多相滤波器的输出结果。

优选地，在上述滤波方法中，在所述步骤B中进一步包括如下步骤：在 每次所述输入信号分别与所述多相滤波器的各分支滤波器系数相乘之后，通过 至少一个以栈方式进出的存储器，利用所述多相滤波器的各分支滤波器系数的 偶对称特性，使得所述输入信号序列与所述多相滤波器的前N点相乘的结果 作为所述输入信号序列与所述多相滤波器的后N点相乘的结果以栈的方式被 读出，其中栈方式进出是指以后进先出方式进出所述存储器。

优选地，在上述滤波方法中，通过删除多相滤波器中的一个系数，以使滤 波器系数成为等差数列形式。