一種動(dòng)態(tài)可重構(gòu)濾波器組低復(fù)雜度的實(shí)現(xiàn)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及的是多速率數(shù)字濾波器組領(lǐng)域，并提供了一種動(dòng)態(tài)可重構(gòu)濾波器組低 復(fù)雜度實(shí)現(xiàn)方法，該方法可應(yīng)用于軟件無線電、數(shù)字通信系統(tǒng)、語音信號(hào)處理、圖像處理以 及電子偵察系統(tǒng)等相關(guān)領(lǐng)域中。
【背景技術(shù)】
[0002] 當(dāng)前濾波器組在多速率數(shù)字信號(hào)處理和數(shù)字通信系統(tǒng)中占據(jù)有非常重要的地位。 濾波器組廣泛應(yīng)用于語音信號(hào)處理、視頻信號(hào)處理、圖像信號(hào)處理、數(shù)字通信、信道化接收 等多種領(lǐng)域。
[0003]目前，隨著濾波器組劃分子帶數(shù)目的增加對(duì)有限的硬件資源提出了較高的實(shí)現(xiàn)難 度，這均要求濾波器組系統(tǒng)能夠具有更高的靈活性和較低的復(fù)雜度。在相關(guān)文獻(xiàn)中均有提 出降低濾波器組設(shè)計(jì)復(fù)雜度的方法，如文獻(xiàn)《FIR數(shù)字濾波器組的低復(fù)雜度實(shí)現(xiàn)方法及裝 置》中提出通過構(gòu)造濾波器組的內(nèi)核濾波器來降低復(fù)雜度，文獻(xiàn)《分析濾波器組部分和分析 濾波方法》中提出了優(yōu)化改進(jìn)濾波器組的方法等。本發(fā)明在較低復(fù)雜度實(shí)現(xiàn)濾波器組的基 礎(chǔ)上還實(shí)現(xiàn)了其對(duì)信號(hào)的動(dòng)態(tài)可重構(gòu)功能，通過動(dòng)態(tài)重構(gòu)的方式提高了重構(gòu)濾波器組的靈 活性，大大降低了實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的復(fù)雜度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是提供一種具有較高的靈活性和較低的復(fù)雜度的方法設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)濾 波器組的動(dòng)態(tài)可重構(gòu)，通過檢測(cè)分析濾波子帶信號(hào)動(dòng)態(tài)確定重構(gòu)子帶濾波器系數(shù)，實(shí)現(xiàn)系 統(tǒng)的靈活性設(shè)計(jì)。
[0005]本發(fā)明提供了一種動(dòng)態(tài)重構(gòu)濾波器組的低復(fù)雜度實(shí)現(xiàn)方法，主要操作步驟是：
[0006] 101.設(shè)計(jì)預(yù)劃分子帶帶寬的、階數(shù)為劃分子帶數(shù)目整數(shù)倍的有限長(zhǎng)單位脈沖響應(yīng) FIR低通原型濾波器；
[0007] 102.通過將設(shè)計(jì)生成的低通原型濾波器系數(shù)進(jìn)行抽取，構(gòu)造各分支子帶濾波器；
[0008] 103.將信號(hào)進(jìn)行一系列的單位延遲、抽取、子帶濾波、離散傅里葉運(yùn)算等分析部分 的處理分離得到子帶數(shù)目的基帶信號(hào)；
[0009] 104.根據(jù)經(jīng)分析濾波器組后得到的低頻子帶信號(hào)確定需重構(gòu)的子帶數(shù)目，對(duì)低通 原型濾波器系數(shù)進(jìn)行動(dòng)態(tài)抽取、變換，構(gòu)造綜合濾波器組的各子帶濾波器；
[0010] 105.對(duì)經(jīng)分析部分分離出的子帶數(shù)目的基帶信號(hào)進(jìn)行一系列的離散傅里葉運(yùn)算、 子帶濾波、復(fù)因子調(diào)制、內(nèi)插、單位延遲等綜合部分的處理得到基帶的重構(gòu)信號(hào)；
[0011] 其中，步驟101中具體操作如下：
[0012] 所述低通原型濾波器h(η)的通帶帶寬為2JI/M，級(jí)數(shù)基于以下公式：
[0013] Ν=βΜ，
[0014] 在此Μ為劃分子帶數(shù)目，η= 0，1，···，Ν-1，β為整數(shù)，
[0015] 其中所述低通原型濾波器的優(yōu)化是通過最小化整個(gè)可重構(gòu)濾波器組實(shí)現(xiàn)時(shí)出現(xiàn) 的混疊誤差、幅度失真誤差所構(gòu)成的目標(biāo)函數(shù)〇d(m)來實(shí)現(xiàn)的，
[0016] 0d(m) =m0a + (1-m)Op
[0017] 其中m為加權(quán)，0α為混疊誤差，0β為幅度失真誤差。
[0018] 其中，步驟102中具體操作如下：
[0019] 構(gòu)造子帶濾波器，各子帶濾波器系數(shù)是對(duì)原型濾波器的抽取得到的，其中子帶系 數(shù)是基于以下公式：
[0020] hj(n) =h(Mn+1),
[0021] 在此M為劃分子帶數(shù)目以及抽取倍數(shù)，1為子帶序號(hào)索引，n為濾波器系數(shù)索引，而 Μη)為屬于子帶序號(hào)索引1的濾波器的系數(shù)，其中1 = 0, 1，…Μ-1,η= 0, 1，…Ν/Μ-1。
[0022] 其中，步驟103中具體操作如下：
[0023] 分離實(shí)信號(hào)得到基帶信號(hào)的分析濾波器組部分，包括可實(shí)現(xiàn)延遲和抽取功能的移 位寄存器裝置（301)、子帶濾波器組（302)、離散傅里葉DFT變換裝置（303)，其中在離散傅 里葉DFT變換裝置的輸出端，獲得經(jīng)分析濾波器組后的子帶低頻信號(hào)。
[0024] 其中，步驟104中具體操作如下：
[0025] 所述的實(shí)信號(hào)在經(jīng)分析濾波器組后得到的低頻子帶信號(hào)，可經(jīng)過對(duì)其檢測(cè)分析實(shí) 現(xiàn)動(dòng)態(tài)重構(gòu)，包括檢測(cè)判定裝置（201)及動(dòng)態(tài)控制移位寄存器（202)。
[0026] 其中，步驟105中具體操作如下：
[0027] 并行FFT變換裝置（401)，復(fù)調(diào)制因子模塊（402)，子帶濾波器組（403)、插值器 (404)、移位寄存及加法器裝置（405)，其中經(jīng)過移位寄存及加法器裝置（405)后，獲得經(jīng)過 整個(gè)動(dòng)態(tài)重構(gòu)濾波器組系統(tǒng)后的低頻輸入信號(hào)。
[0028] 本發(fā)明設(shè)計(jì)的動(dòng)態(tài)重構(gòu)濾波器組低復(fù)雜度方法具有如下的優(yōu)點(diǎn)：與傳統(tǒng)濾波器組 結(jié)構(gòu)相比，此結(jié)構(gòu)在很大程度上降低了復(fù)雜度，減小了運(yùn)算量，提高了運(yùn)算效率，節(jié)約利用 了有限的硬件資源，而且具有較好的靈活性，能夠根據(jù)情況實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)重構(gòu)。
【附圖說明】
[0029] 圖1本發(fā)明動(dòng)態(tài)可重構(gòu)濾波器組低復(fù)雜度實(shí)現(xiàn)方法流程圖；
[0030] 圖2本發(fā)明實(shí)現(xiàn)濾波器組動(dòng)態(tài)重構(gòu)的方法框圖；
[0031] 圖3本發(fā)明分析濾波部分的實(shí)現(xiàn)框圖；
[0032] 圖4本發(fā)明綜合濾波部分的實(shí)現(xiàn)框圖。
【具體實(shí)施方式】
[0033] 下面結(jié)合附圖舉例對(duì)本發(fā)明做更詳細(xì)地描述：
[0034] 圖1是本發(fā)明動(dòng)態(tài)可重構(gòu)濾波器組低復(fù)雜度實(shí)現(xiàn)方法流程圖，所述方法包括：
[0035] 101.設(shè)計(jì)預(yù)劃分子帶帶寬的、階數(shù)為劃分子帶數(shù)目整數(shù)倍的有限長(zhǎng)單位脈沖響應(yīng) FIR低通原型濾波器；
[0036] 詳細(xì)的實(shí)施說明如下：
[0037] 設(shè)計(jì)低通原型濾波器h(η)的通帶帶寬為2JI/M，級(jí)數(shù)基于以下公式：
[0038] Ν=βΜ，
[0039] 在此Μ為劃分子帶數(shù)目，η= 0, 1，…，Ν-1，β為整數(shù)，
[0040] 按照?qǐng)D3,經(jīng)過分析濾波后，DFT變換裝置（303)的輸出子帶低頻信號(hào)由以下公式 給出：
[0041 ]
[0042] 其中，WMk=e]2"k/M為輸入信號(hào)的調(diào)制因子，Ak(z)為k索引下的子帶輸出，H(z)為 原型濾波器h(η)對(duì)應(yīng)的z變換，k為子帶輸出號(hào)索引，k= 0, 1，…M-1
[0043] 按照?qǐng)D4,經(jīng)過綜合濾波后，移位寄存器及加法器（405)的輸出信號(hào)由以下公式給 出：
[0044]
[0045] 其中，Η(z)為原型濾波器h(η)對(duì)應(yīng)的z變換，F(xiàn)(z)為原型濾波器f(η)對(duì)應(yīng)的z 變換，1^為綜合子帶的起始序號(hào)索引。
[0046] 其中所述低通原型濾波器的優(yōu)化是通過優(yōu)化減小原型濾波器阻帶衰減不理想引 入的混疊誤差
和幅度失真誤差〇e構(gòu)成的