基于VerilogHDL語言的FIR數(shù)字濾波器設(shè)計與實現(xiàn)

　　引言

　　數(shù)字濾波器是語音與圖像處理、模式識別、雷達信號處理、頻譜分析等應(yīng)用中的一種基本的處理部件， 它能滿足波器對幅度和相位特性的嚴格要求， 避免模擬濾波器所無法克服的電壓漂移、溫度漂移和噪聲等問題。有限沖激響應(yīng)（FIR）濾波器能在設(shè)計任意幅頻特性的同時保證嚴格的線性相位特性。

　　1 FIR 數(shù)字濾波器

　　FIR 濾波器用當前和過去輸入樣值的加權(quán)和來形成它的輸出， 如下所示的前饋差分方程所描述的。

　　FIR 濾波器又稱為移動均值濾波器， 因為任何時間點的輸出均依賴于包含有最新的M個輸入樣值的一個窗。由于它的響應(yīng)只依賴于有限個輸入， FIR 濾波器對一個離散事件沖激有一個有限長非零響應(yīng)， 即一個M階FIR 濾波器對一個沖激的響應(yīng)

　　在M個時鐘周期之后為零。

　　FIR濾波器可用圖1 所示的z 域塊圖來描述。

　　其中每個標有z- 1 的方框都代表了有一個時鐘周期延時的寄存器單元。這個圖中標出了數(shù)據(jù)通道和必須由濾波器完成的操作。濾波器的每一級都保存了一個已延時的輸入樣值， 各級的輸入連接和輸出連接被稱為抽頭， 并且系數(shù)集合{hk}稱為濾波器的抽頭系數(shù)。一個M階的濾波器有M+1 個抽頭。通過移位寄存器用每個時鐘邊沿n（ 時間下標） 處的數(shù)據(jù)流采樣值乘以抽頭， 并且求和得到輸出yFIR［n］。濾波器的加法和乘法必須足夠快， 在下一個時鐘來到之前形成y［n］。并且在每一級中都必須測量它們的大小以適應(yīng)他們數(shù)據(jù)通道的寬度。在要求精度的實際應(yīng)用中， Lattice 結(jié)構(gòu)可以減少有限字長的影響， 但增加了計算成本。一般的目標是盡可能快地濾波， 以達到高采樣率。通過組合邏輯的最長信號通路包括M級加法和一級乘法運算。FIR 結(jié)構(gòu)指定機器的每一個算術(shù)單元有限字長， 并且管理運算過程中數(shù)據(jù)流。