[发明专利]基于FPGA的巴特沃斯低通滤波方法及滤波器

权利要求书

1.一种基于FPGA的巴特沃斯低通滤波方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

1）原始数据x前后端各沿拓若干个点，得到X数组；

2）第一次滤波：{y,Y} = filter(b,a,x,X)

3）对y数组翻转，得到y1；对Y数组翻转，得到Y1；

4）第二次滤波：{z,Z} = filter(b,a,y1,Y1)

5）对z数组翻转，得到z1，z1即为原始数据x经巴特沃斯低通滤波后的数据；

其中，b和a为巴特沃斯系数，X为原始数据x前后端各沿拓的数据，Y为X经过第一次滤波后的数据，y为x经过第一次滤波后的数据，Z为Y1经过第二次滤波后的数据，z为y1经过第二次滤波后的数据；

通过PING-PONG操作控制两块不同的内存地址空间，进行首尾波形沿拓，即利用上一时刻波形的末尾和下一时刻波形开头的若干个点补足此时刻波形的点数，之后再舍弃这些沿拓的点；沿拓具体为：

在对PONG地址空间的数据进行滤波时，等待PING地址空间内从首地址开始的需要沿拓的若干个点写入完成后，才开始滤波操作；此时，上一时刻PING地址空间末尾的需要沿拓的若干个点的数据尚未消失，以此沿拓；在对PING地址空间的数据进行滤波时，进行同样的操作；且读取内存中沿拓的点的同时，不允许同时对这些点的内存空间写入新的数据；

对数组翻转时，在FPGA内采用倒写顺读的方式，即：从内存末尾位置开始，向着内存首地址方向写入，最后从内存首地址开始顺序读出。

2.根据权利要求1所述的基于FPGA的巴特沃斯低通滤波方法，其特征在于，该方法还包括步骤：

6）舍弃前后端各沿拓的若干个点：忽略Z数组。

3.根据权利要求1所述的基于FPGA的巴特沃斯低通滤波方法，其特征在于，根据b和a系数的定点数精度、采样率、抗混叠的截止频率及输入信号的频率，确定需要沿拓的点的个数；

输入信号的频率越大，边际失真的点数越多，需要沿拓的点的个数也就越多；抗混叠的截止频率越大，边际失真的点数越多，需要沿拓的点的个数也就越多。

4.根据权利要求3所述的基于FPGA的巴特沃斯低通滤波方法，其特征在于，边际失真的点数的计算方法为：

在最差条件时，用滤波后每时刻的所有数据-滤波前每时刻的所有数据，之后取绝对值即为所有采样点的误差；误差超出阈值则为边际失真点。

5.根据权利要求4所述的基于FPGA的巴特沃斯低通滤波方法，其特征在于，需要沿拓的点的个数大于等于边际失真的点数。

6.一种基于FPGA的巴特沃斯低通滤波器，其特征在于，该滤波器采用权利要求1至5中任意一项所述的基于FPGA的巴特沃斯低通滤波方法。