Аппаратная оптимизация фильтров с конечной импульсной характеристикой

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Доступ платный или только для подписчиков

Аннотация

Рассмотрены алгоритмы аппаратной реализации широко распространенных полуполосных фильтров (HBF, half-band filter), такие как алгоритм квантования коэффициентов (CQA, coefficient quantization algorithm), алгоритм умножения на константу (MCM, multiple constant multiplication) и их объединение CQA+MCM. Применение алгоритма CQA позволяет уменьшить количество умножителей в схеме HBF фильтра. Алгоритм MCM позволяет пересчитать умножители в набор сумматоров и битовых сдвигов. Объединение двух алгоритмов позволяет заменить все умножители на набор сумматоров и битовых сдвигов. Проведен расчет ресурсов, необходимых для аппаратной реализации HBF фильтров 30 и 94 порядков, и было выяснено, что применение CQA алгоритма позволяет сократить число умножителей на 37 % и 74 %. Применение MCM алгоритма позволяет полностью убрать умножители из схемы фильтра, однако число сумматоров увеличивается в 3 и 2.6 раз соответственно. Проведено сравнение предложенных методов с уже существующими показало, что время, требуемое для расчета коэффициентов оптимизированного фильтра, для предложенных алгоритмов составляет несколько секунд, в то время как для большинства других методов требуется гораздо больше времени (вплоть до суток). Показано, что разница в числе требуемых ресурсов не превышает 10 %.

Об авторах

Н. В. Бахолдин

Московский физико-технический институт

Email: bakholdin.nv@phystech.edu
Институтский пер., 9, Долгопрудный, Московская обл., 141701

С. А. Бахурин

Московский физико-технический институт

Email: bakhurin.sa@mipt.ru
Институтский пер., 9, Долгопрудный, Московская обл., 141701

А. Буссе

Email: bakholdin.nv@phystech.edu

А. Дегтярев

Email: bakholdin.nv@phystech.edu

М. Соловьев

Автор, ответственный за переписку.
Email: bakholdin.nv@phystech.edu

Список литературы

  1. Oппенгейм А., Шафер Р. Цифровая обработка сигналов. М.: Техносфера, 2012.
  2. Rabiner L., Schafer R. // IEEE Trans. 1971. V. AE-19. № 3. P. 200.
  3. San-José-Revuelta L.M., Arribas J.I. // Expert Systems with Applications. 2018. V. 106. P. 92.
  4. Selesnick I. Linear-Phase FIR Filter Design by Least Squares /EL 713. Lecture Notes. N.Y.: New York Univ., 2005. 39 p. https://eeweb.engineering.nyu.edu/iselesni/EL713/firls/firls.pdf
  5. Aggarwal A., Rawat T.K., Kumar M., Upa-dhyay D.K. Design of optimal band-stop FIR filter using L1 norm based RCGA // Ain Shams Engineering J. 2018. V. 9. № 2. P. 277.
  6. McClellan J., Parks T., Rabiner L. // IEEE Trans. 1973. V.AE-21. № 6. P. 506.
  7. Aksoy L., Flores P., Monteiro J. // IEEE Trans. 2014. V. SP-63. № 1. P. 142.
  8. Kumm M., Volkova A., Filip S.-I. // IEEE Trans. 2023. V. CAD-42. № 2. P. 658.
  9. Xu F., Chang C.H., Jong C.C. // IEEE Trans. 2007. V. CAD-26. № 10. P. 1898.
  10. Shi D., Yu Y.J. // IEEE Trans. 2011. V. CS-58. № 1. P. 126.
  11. Gustafsson O., Wanhammar L. // Proc. 2002 45 th Midwest Symp. Circuits and Systems (MSCAS). Tusla. 04–07 Aug. N.Y.: IEEE, 2002. V. 3. P. 9.
  12. Yu Y.J., Lim Y.C. // Circuits, Systems, Signal Processing. 2010. V. 29. № 1. P. 65.
  13. Yli-Kaakinen J., Saramaki T. // Proc. 2001 IEEE Int. Symp. Circuits and Systems (ISCAS). Sydney. 09 May. N.Y.: IEEE, 2001. P. 185.
  14. Shahein A., Zhang Q., Lotze N., Manoli Y. // IEEE Trans. 2012. V. CS(I) – 59. № 3. P. 616.
  15. Aktan M., Yurdakul A., Dündar G. // IEEE Trans. 2008. V. CS-55. № 6. P. 1536.
  16. Chen C.-L., Willson A.N., Jr. // IEEE Trans. 1999. V. СЫ(II)-46. № 1. P. 29.
  17. Aksoy L., Güneş E. O., Flores P. // Microprocessors and Microsystems. 2010. V. 34. № 5. P. 151.
  18. Degtyarev A., Saifullin K., Bakhurin S. // 2022 24th Int. Conf. on Digital Signal Processing and its Applications (DSPA). Moscow, 30 Mar. – 01 Apr. N.Y.: IEEE, 2022. Paper No. 9790772.
  19. Bakholdin N., Degtyarev A., Bakhurin S. // 2023 5th Int. Youth Conf. on Radio Electronics, Electrical and Power Engineering (REEPE). Moscow. 16–18 Mar. N.Y.: IEEE, 2023. Paper No. 10086717.
  20. Cолонина А.И. Цифровая обработка сигналов. Моделирование в Simulink. СПб.: БХВ-Петербург, 2012.
  21. Thong J., Nicolici N. // IEEE Trans. 2011. V. CAD-30. № . 9. P. 1373.
  22. Boudjelaba K., Ros F., Chikouche D. // IET Signal Processing. 2014. V. 8. P. 429.
  23. Aksoy L., Flores P., Monteiro J. // 2014 IEEE Int. Symp. on Circuits and Systems (ISCAS). Melbourne, 01–05 Jun. N.Y.: IEEE, 2014. P. 1456.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать

© Российская академия наук, 2025