基于分布式算法的FIR濾波器的設計與實現

本文介紹了能高效實現固定常數乘法的分布式算法原理，給出了在FPGA 中用查找表實現FIR濾波器的算法設計，并以一個16 階低通濾波器為例說明了設計過程。該設計通過Altera 公司的EPF10K30器件進行驗證，結果正確，工作穩定可靠，滿足了設計要求。
關鍵詞：FIR 濾波器，分布式算法，FPGA，查找表，LUT
在數據通訊、語音信號處理、圖像處理等傳輸過程中都廣泛地運用到數字濾波器。FIR
濾波器（有限沖激響應數字濾波器）由有限個采樣值組成，因其具有嚴格的線性相位特性而得到廣泛應用。目前的數字濾波電路，主要采用MCU（單片機）、DSP（數字信號處理器）和ASIC（專用集成電路）來實現。其中，單片機速度較慢；ASIC 雖然性能良好，但靈活性差，只能實現一些特殊的功能；DSP 可以實現并行乘法和加法運算，是一個典型的執行連續數學運算處理的信號處理硬件，目前應用較廣。但是，DSP 的串行指令執行方式，使其工作速度和效率大打折扣。
長期以來，FPGA 一直被用于邏輯或時序控制上，很少用于信號處理方面，主要原因是
FPGA 中沒有直接的硬件乘法器。DA 算法（分布式算法）是一種以實現乘加運算為目的的運算方法，與傳統算法相比，DA 算法可以極大地減少硬件電路的規模，提高電路的執行速度，通過分布式算法，對于固定系數的乘法算法問題就能得到很好的解決。
本文采用 DA 算法，就基于FPGA 的FIR 濾波器進行了設計與實現，所設計的FIR 濾
波器占用硬件資源少、速度高，具有穩定、精確和嚴格線性相位的特點。