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      高速數(shù)字濾波器的實現(xiàn)方法及結(jié)構(gòu)的制作方法

      文檔序號:7510704閱讀:352來源:國知局
      專利名稱:高速數(shù)字濾波器的實現(xiàn)方法及結(jié)構(gòu)的制作方法
      技術(shù)領(lǐng)域
      本發(fā)明涉及一種數(shù)字濾波器,尤其涉及一種寬帶模擬信號數(shù)字化處理中的高速數(shù)字濾波器的實現(xiàn)方法。
      背景技術(shù)
      目前在越來越多的應(yīng)用中涉及到對模擬信號采用數(shù)字化的處理方法。濾波是信號處理中普遍采用的技術(shù)手段。在數(shù)字化處理過程中,信號的濾波是通過數(shù)字濾波器完成的。在一般情況下,數(shù)字濾波器的工作頻率與對模擬信號進(jìn)行采樣的采樣頻率一致。根據(jù)采樣定理,采樣頻率必須大于模擬信號帶寬的兩倍,才能保證信號的真實性。當(dāng)模擬信號是寬帶信號時,需要很高的采樣頻率,同時也要求數(shù)字濾波器工作于很高的時鐘頻率上。這往往需要付出很大的代價才能達(dá)到所需要求。

      發(fā)明內(nèi)容
      為此,本發(fā)明提供了一種寬帶模擬信號數(shù)字化處理中的高速數(shù)字濾波器的實現(xiàn)方法,包括以下步驟步驟1根據(jù)需求確定該高速數(shù)字濾波器的沖擊響應(yīng)h(n),其中n=0,1,2…M-1,M是所述數(shù)字濾波器的沖擊響應(yīng)h(n)的項數(shù);步驟2根據(jù)h(n)得到he(n)和ho(n),其中he(n)=h(2n),n=0,1,2…N-1ho(n)=h(2n+1),n=0,1,2…M-N-1其中N是計算 取整數(shù)部分的值;步驟3實現(xiàn)4個子濾波器,其中子濾波器A、子濾波器D的沖擊響應(yīng)為he(n),子濾波器B、子濾波器C的沖擊響應(yīng)為ho(n);步驟4將高速數(shù)字信號x(k)拆分為xe(k)和xo(k),其中xe(k)=x(2k),xo(k)=x(2k+1),k=0,1,2…,并將xe(k)作為子濾波器A、子濾波器C的輸入信號,xo(k)作為子濾波器B、子濾波器D的輸入信號;步驟5將子濾波器B的輸出信號經(jīng)過單位延時后與子濾波器A的輸出信號相加得到輸出信號ye(k),將子濾波器C的輸出信號與子濾波器D的輸出信號相加得到輸出信號yo(k);步驟6根據(jù)ye(k)和yo(k)得到高速數(shù)字信號y(k),其中y(2k)=y(tǒng)e(k),y(2k+1)=y(tǒng)o(k),k=0,1,2…。
      本發(fā)明的另一方面,提供了一種沖擊響應(yīng)為h(n)的高速數(shù)字濾波器,其中n=0,1,2…M-1,M是所述數(shù)字濾波器的沖擊響應(yīng)h(n)的項數(shù),包括數(shù)據(jù)拆分單元,用于將高速數(shù)字信號x(k)拆分為xe(k)和xo(k),其中xe(k)=x(2k),xo(k)=x(2k+1),k=0,1,2…;4個子濾波器,其中子濾波器A、子濾波器D的沖擊響應(yīng)為he(n),子濾波器B、子濾波器C的沖擊響應(yīng)為ho(n),其中he(n)=h(2n),n=0,1,2…N-1ho(n)=h(2n+1),n=0,1,2…M-N-1N是計算 取整數(shù)部分的值,并且子濾波器A、子濾波器C的輸入信號為xe(k),子濾波器B、子濾波器D的輸入信號為xo(k);并且子濾波器A、子濾波器C的輸入信號為xe(k),子濾波器B、子濾波器D的輸入信號為xo(k);延時單元,用于對子濾波器B的輸出信號進(jìn)行單位延時;加法器A,用于將延時單元的輸出信號與子濾波器A的輸出信號相加;加法器B,用于將子濾波器C的輸出信號與子濾波器D的輸出信號相加;數(shù)據(jù)并流單元,用于對加法器A和加法器B的輸出信號進(jìn)行組合,得到高速濾波器的輸出信號。


      圖1表示輸入數(shù)據(jù)為數(shù)字信號時濾波器的結(jié)構(gòu)。
      圖2表示輸入數(shù)據(jù)為模擬信號時濾波器的結(jié)構(gòu)。
      圖3表示信號x(k)與其經(jīng)過數(shù)據(jù)拆分單元處理得到的信號xe(k)和xo(k)的關(guān)系。
      圖4表示信號y(k)與經(jīng)過加法器輸出的信號ye(k)和yo(k)的關(guān)系。
      圖5表示N為偶數(shù)時子濾波器A(D)的結(jié)構(gòu)。
      圖6表示N為偶數(shù)時子濾波器B(C)的結(jié)構(gòu)。
      圖7表示N為奇數(shù)時子濾波器A(D)的結(jié)構(gòu)。
      圖8表示N為奇數(shù)時子濾波器B(C)的結(jié)構(gòu)。
      具體實施例方式
      下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。
      所要實現(xiàn)的的高速數(shù)字濾波器的沖擊響應(yīng)為h(n),其中n=0,1,2…M-1,M是所述數(shù)字濾波器的沖擊響應(yīng)h(n)的項數(shù)。
      圖1所示的實施例針對輸入數(shù)據(jù)為數(shù)字信號的情形。輸入數(shù)字信號x(k)經(jīng)過數(shù)據(jù)拆分單元11處理后,分成時鐘頻率為所述數(shù)字信號x(k)的時鐘頻率一半的兩路數(shù)字信號xe(k)和xo(k)。所述xe(k)是由所述x(k)的偶數(shù)項組成的數(shù)字信號。所述xo(k)是由所述x(k)的奇數(shù)項組成的數(shù)字信號。xe(k)和xo(k)可由x(k)表示為xe(k)=x(2k),k=0,1,2…xo(k)=x(2k+1),k=0,1,2…所述xe(k)被送往所述子濾波器A12和所述子濾波器C14,所述子濾波器A12的沖擊響應(yīng)he(n)是所述數(shù)字濾波器的沖擊響應(yīng)h(n)的偶數(shù)項,所述子濾波器C14的沖擊響應(yīng)ho(n)是所述數(shù)字濾波器的沖擊響應(yīng)h(n)的奇數(shù)項。he(n)和ho(n)可由h(n)表示為he(n)=h(2n),n=0,1,2…N-1ho(n)=h(2n+1),n=0,1,2…M-N-1其中N是計算 取整數(shù)部分的值。
      所述xo(k)被送往所述子濾波器B13和所述子濾波器D15,所述子濾波器B13的沖擊響應(yīng)與所述子濾波器C14的沖擊響應(yīng)相同,所述子濾波器D15的沖擊響應(yīng)與所述子濾波器A12的沖擊響應(yīng)相同。
      所述子濾波器B13的輸出yoo(k)經(jīng)過延時單元16進(jìn)行單位延時得到y(tǒng)oo(k-1)(也可以先將xo(k)進(jìn)行單位延時后再輸入到子濾波器B得到y(tǒng)oo(k-1)),與所述子濾波器A12的輸出yee(k)在所述加法器A17中相加得到y(tǒng)e(k)。所述子濾波器C14的輸出yeo(k)與所述子濾波器D15的輸出yoe(k)在所述加法器B18中相加得到y(tǒng)o(k)。所述數(shù)字信號ye(k)與所述數(shù)字信號yo(k)在所述數(shù)據(jù)并流單元19中經(jīng)過處理輸出時鐘頻率與所述數(shù)字信號x(k)的時鐘頻率相同的數(shù)字信號y(k)。ye(k)和yo(k)與y(k)的關(guān)系為y(2k)=y(tǒng)e(k),y(2k+1)=y(tǒng)o(k),k=0,1,2…在圖2所示的實施例針對輸入數(shù)據(jù)為模擬信號的情形。輸入模擬信號x(t)以某一適當(dāng)?shù)牟蓸宇l率被模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器21采樣得到數(shù)字信號x(k),經(jīng)過所述模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器21內(nèi)部處理,輸出時鐘頻率為所述采樣頻率一半的兩路數(shù)字信號xe(k)和xo(k)。所述xe(k)是由所述x(k)的偶數(shù)項組成的數(shù)字信號。所述xo(k)是由所述x(k)的奇數(shù)項組成的數(shù)字信號。xe(k)和xo(k)可由x(k)表示為xe(k)=x(2k),k=0,1,2…xo(k)=x(2k+1),k=0,1,2…所述xe(k)被送往所述子濾波器A12和所述子濾波器C14,所述子濾波器A12的沖擊響應(yīng)he(n)是所述數(shù)字濾波器的沖擊響應(yīng)h(n)的偶數(shù)項,所述子濾波器C14的沖擊響應(yīng)ho(n)是所述數(shù)字濾波器的沖擊響應(yīng)h(n)的奇數(shù)項。he(n)和ho(n)可由h(n)表示為he(n)=h(2n),n=0,1,2…N-1ho(n)=h(2n+1),n=0,1,2…M-N-1其中N是計算 取整數(shù)部分的值。
      所述xo(k)被送往所述子濾波器B13和所述子濾波器D15,所述子濾波器B13的沖擊響應(yīng)與所述子濾波器C14的沖擊響應(yīng)相同,所述子濾波器D15的沖擊響應(yīng)與所述子濾波器A12的沖擊響應(yīng)相同。
      所述子濾波器B13的輸出yoo(k)經(jīng)過延時單元16進(jìn)行單位延時得到y(tǒng)oo(k-1)(也可以先將xo(k)進(jìn)行單位延時后再輸入到子濾波器B得到y(tǒng)oo(k-1)),與所述子濾波器A12的輸出yee(k)在所述加法器A17中相加得到y(tǒng)e(k)。所述子濾波器C14的輸出yeo(k)與所述子濾波器D15的輸出yoe(k)在所述加法器B18中相加得到y(tǒng)o(k)。所述數(shù)字信號ye(k)與所述數(shù)字信號yo(k)在所述數(shù)據(jù)并流單元19中經(jīng)過處理輸出時鐘頻率與所述數(shù)字信號x(k)的時鐘頻率相同的數(shù)字信號y(k)。ye(k)和yo(k)與y(k)的關(guān)系為y(2k)=y(tǒng)e(k),y(2k+1)=y(tǒng)o(k),k=0,1,2…圖3給出了信號x(k)與其經(jīng)過數(shù)據(jù)拆分單元處理得到的信號xe(k)和xo(k)的關(guān)系。圖3所示情形僅是一種示例,僅是為了說明xe(k)和xo(k)的時鐘頻率是x(k)的時鐘頻率的一半,以及xe(k)和xo(k)分別取自x(k)中的特定項。
      圖4給出了信號y(k)與經(jīng)過加法器輸出的信號ye(k)和yo(k)的關(guān)系。圖4所示情形僅是一種示例,僅是為了說明ye(k)和yo(k)的時鐘頻率是y(k)的時鐘頻率的一半,以及y(k)是由ye(k)和yo(k)按特定方式組合得到的。
      優(yōu)選地,當(dāng)所述數(shù)字濾波器的沖擊響應(yīng)h(n)滿足條件h(n)=±h(M-1-n)
      并且M是奇數(shù)時,可以得到he(n)=±he(N-1-n)ho(n)=±ho(M-N-1-n)可以得到子濾波器A(D)和子濾波器B(C)的一種特殊結(jié)構(gòu)。
      圖5-8僅給出為he(n)、ho(n)同時取正號的情形。
      圖5是N為偶數(shù)時子濾波器A(D)的結(jié)構(gòu),圖6是N為偶數(shù)時子濾波器B(C)的結(jié)構(gòu),圖7是N為奇數(shù)時子濾波器A(D)的結(jié)構(gòu),圖8是N為奇數(shù)時子濾波器B(C)的結(jié)構(gòu)。
      本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以理解,結(jié)合這里實施例所描述的各種說明書的邏輯塊、模塊和算法、步驟可以采用電子硬件、計算機(jī)軟件或兩者的組合來實現(xiàn)。技術(shù)人員可以用不同的方式為具體應(yīng)用實現(xiàn)所描述的功能。
      權(quán)利要求
      1.一種高速數(shù)字濾波器的實現(xiàn)方法,包括以下步驟步驟1根據(jù)需求確定該高速數(shù)字濾波器的沖擊響應(yīng)h(n),其中n=0,1,2...M-1,M是所述數(shù)字濾波器的沖擊響應(yīng)h(n)的項數(shù);步驟2根據(jù)h(n)得到he(n)和ho(n),其中he(n)=h(2n),n=0,1,2...N-1ho(n)=h(2n+1),n=0,1,2...M-N-1其中N是計算 取整數(shù)部分的值;步驟3實現(xiàn)4個子濾波器,其中子濾波器A、子濾波器D的沖擊響應(yīng)為he(n),子濾波器B、子濾波器C的沖擊響應(yīng)為ho(n);步驟4將高速數(shù)字信號x(k)拆分為xe(k)和xo(k),其中xe(k)=x(2k),xo(k)=x(2k+1),k=0,1,2...,并將xe(k)作為子濾波器A、子濾波器C的輸入信號,xo(k)作為子濾波器B、子濾波器D的輸入信號;步驟5將子濾波器B的輸出信號經(jīng)過單位延時后與子濾波器A的輸出信號相加得到輸出信號ye(k),將子濾波器C的輸出信號與子濾波器D的輸出信號相加得到輸出信號yo(k);步驟6根據(jù)ye(k)和yo(k)得到高速數(shù)字信號y(k),其中y(2k)=y(tǒng)e(k),y(2k+1)=y(tǒng)o(k),k=0,1,2...。
      2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高速數(shù)字濾波器的實現(xiàn)方法,其特征在于子濾波器A、子濾波器B、子濾波器C、子濾波器D的時鐘頻率為輸入信號的時鐘頻率的一半。
      3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種高速數(shù)字濾波器的實現(xiàn)方法,其特征在于當(dāng)所述高速數(shù)字濾波器的沖擊響應(yīng)h(n)滿足條件h(n)=±h(M-1-n)且M為奇數(shù)時,he(n)=±he(N-1-n),ho(n)=±ho(M-N-1-n),此時能夠簡化子濾波器的結(jié)構(gòu)。
      4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種高速數(shù)字濾波器的實現(xiàn)方法,其特征在于在實現(xiàn)子濾波器時,能夠根據(jù)上述步驟1至6加以實現(xiàn)。
      5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種高速數(shù)字濾波器的實現(xiàn)方法,其特征在于當(dāng)輸入信號為模擬信號時,利用模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器將采樣得到的信號進(jìn)行拆分。
      6.一種沖擊響應(yīng)為h(n)的高速數(shù)字濾波器,其中n=0,1,2...M-1,M是所述數(shù)字濾波器的沖擊響應(yīng)h(n)的項數(shù),包括數(shù)據(jù)拆分單元,用于將高速數(shù)字信號x(k)拆分為xe(k)和xo(k),其中xe(k)=x(2k),xo(k)=x(2k+1),k=0,1,2...;
      4個子濾波器,其中子濾波器A、子濾波器D的沖擊響應(yīng)為he(n),子濾波器B、子濾波器C的沖擊響應(yīng)為ho(n),其中he(n)=h(2n),n=0,1,2...N-1ho(n)=h(2n+1),n=0,1,2...M-N-1N是計算 取整數(shù)部分的值,并且子濾波器A、子濾波器C的輸入信號為xe(k),子濾波器B、子濾波器D的輸入信號為xo(k);延時單元,用于對子濾波器B的輸出信號進(jìn)行單位延時;加法器A,用于將延時單元的輸出信號與子濾波器A的輸出信號相加;加法器B,用于將子濾波器C的輸出信號與子濾波器D的輸出信號相加;數(shù)據(jù)并流單元,用于對加法器A和加法器B的輸出信號進(jìn)行組合,得到高速濾波器的輸出信號。
      7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種高速數(shù)字濾波器,其特征在于其中子濾波器的結(jié)構(gòu)進(jìn)一步采用上述高速數(shù)字濾波器的結(jié)構(gòu)。
      8.一種沖擊響應(yīng)為h(n)的高速數(shù)字濾波器,其中n=0,1,2...M-1,M是所述數(shù)字濾波器的沖擊響應(yīng)h(n)的項數(shù),包括數(shù)據(jù)拆分單元,用于將高速數(shù)字信號x(k)拆分為xe(k)和xo(k),其中xe(k)=x(2k),xo(k)=x(2k+1),k=0,1,2...;延時單元,用于對xo(k)進(jìn)行單位延時;
      4個子濾波器,其中子濾波器A、子濾波器D的沖擊響應(yīng)為he(n),子濾波器B、子濾波器C的沖擊響應(yīng)為ho(n),并且子濾波器A、子濾波器C的輸入信號為xe(k),子濾波器D的輸入信號為xo(k),子濾波器B的輸入信號為延時單元的輸出信號;加法器A,用于將子濾波器A的輸出信號與子濾波器B的輸出信號相加;加法器B,用于將子濾波器C的輸出信號與子濾波器D的輸出信號相加;數(shù)據(jù)并流單元,用于對加法器A和加法器B的輸出信號進(jìn)行組合,得到高速濾波器的輸出信號。
      9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種高速數(shù)字濾波器,其特征在于其中子濾波器的結(jié)構(gòu)進(jìn)一步采用上述高速數(shù)字濾波器的結(jié)構(gòu)。
      全文摘要
      本發(fā)明公開了一種高速數(shù)字濾波器,包括數(shù)據(jù)拆分單元,用于將高速數(shù)字信號x(k)拆分為x
      文檔編號H03H17/02GK101079612SQ20071010014
      公開日2007年11月28日 申請日期2007年6月5日 優(yōu)先權(quán)日2007年6月5日
      發(fā)明者田進(jìn)軍, 劉林, 洪韜, 彭剛, 薛明華, 王振榮 申請人:北京航空航天大學(xué)
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