[发明专利]一种可配置系数的数字滤波器和实现方法

说明书

技术领域

本发明涉及数字信号处理领域，特别是涉及一种可配置系数的数字滤波器和实现方法。

背景技术

数字滤波器作用于离散时间系统，能利用系统特性对输入信号的波形或频谱进行处理，把输入信号变成一定的输出信号，达到改变信号的频谱的目的。数字滤波器的精确度高，可靠性强，并且使用灵活、方便，是数字信号处理技术中的重要手段。

图1给出了一般数字滤波器的通用结构。某一离散时间的输入信号input(k)经过具有一定系统函数H(z)的数字滤波器后输出期望频谱的信号output(k)。为得到期望频谱的输出信号output(k)，系统函数H(z)需要根据输入信号和期望输出进行调整。系统函数H(z)的调整反映在实际设计中，包括对滤波器类型（FIR或IIR滤波器）、滤波器阶数Order（极点和零点的个数）、滤波器的幅频响应的通带特性、滤波器中心频率f_c和滤波器带宽B_w等参数的设计和调整。用电路实现数字滤波器时，由于滤波器类型（FIR或IIR滤波器）、滤波器阶数、滤波器设计方法等参数的改变会影响电路的结构和硬件的连接方式，而滤波器的幅频响应的通带特性、滤波器中心频率f_c和滤波器带宽B_w是可通过改变滤波器的系数配置的。

随着信号处理系统的广泛应用和信号的日益复杂，一个系统的设计往往需要大量的信号滤波工作，对于每一个需要用不同系统函数来处理的信号配置一块电路的方法显然不利于提高系统的集成化程度和器件的利用率。所以，集成电路中的滤波器的设计一般是在硬件结构固定的情况下，通过配置滤波器系数来改变系统函数H(z)，来实现可配置系数的滤波器。

图2给出了传统的可配置系数的滤波器的结构。其包括一个与数字滤波器连接的滤波器系数存储器，在存储器中存储滤波器系数，数字滤波器根据滤波需要从滤波器系数存储器中调用相应的滤波器系数来改变系统函数，以满足同一系统中不同信号的滤波需求。这种滤波器实现方案的缺点是滤波器系数要根据滤波需求选择，因此必须在存储器中存储大量的滤波器系数。例如，当所需滤除的信号中心频率f_c在范围内变化时，为保证滤波准确度需要在R范围内每隔stepHz存储一组滤波器系数，那么滤波器每一个系数就需要存储至少个值。假设一个系统中的信号的中心频率变化范围在R[10MHz，20MHz]，而为保证滤波准确度，所选的step为100Hz，直接存储滤波器系数就意味着每个滤波器系数需要存储100001个值。如果设计的滤波器是多阶的滤波器时，需要存储的系数值更将是一个巨大的数字。

发明内容

本发明公开了一种可配置系数的数字滤波器和实现方法，在存储器中不直接存储滤波器系数，而是存储滤波器系数按一定算法进行拟合后的拟合因子，在保证滤波准确度的情况下，大量节约用于存储滤波器系数的存储空间。

本发明的技术方案是：

一种可配置系数的数字滤波器，其特征在于，包括拟合因子存储器、系数计算模块和数字滤波器，所述数字滤波器通过所述系数计算模块连接所述拟合因子存储器；所述拟合因子存储器用于存储通过拟合算法将滤波器系数进行拟合后的拟合因子；所述系数计算模块用于根据输入的控制信息读取拟合因子存储器中相应的拟合因子计算得出所需的滤波器系数；所述数字滤波器使用系数计算模块计算出的滤波器系数对输入的数字信号进行滤波。

所述拟合因子存储器中存储的拟合因子是采用分段的一元线性回归拟合算法拟合后的所有Num个滤波器系数在每一拟合段变化范围内的拟合斜率和拟合截距

所述系数计算模块的结构包括Num个乘法器和Num个加法器，所述拟合因子存储器分别连接每个乘法器的拟合斜率数据输入端和每个加法器的拟合截距数据输入端，每个乘法器的输出端连接一个加法器的另一输入端，每个加法器的输出端均连接数字滤波器；所述控制信息输入至每个乘法器的另一输入端，控制信息分别与输入给每个乘法器的相应的拟合斜率相乘后再通过与之连接的加法器与对应的拟合截距相加，所得结果分别输出给数字滤波器。

一种可配置系数的数字滤波器的实现方法，其特征在于，在拟合因子存储器中存储通过拟合算法将滤波器系数进行拟合后的拟合因子；通过系数计算模块根据输入的控制信息读取拟合因子存储器中的拟合因子计算出所需的滤波器系数；经系数计算模块计算出的滤波器系数直接作用于数字滤波器，对输入的数字信号进行滤波。