国际先进研究期刊》的研究在电子、电子、仪表工程
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Rashmi帕蒂尔1,Dr.M.T.Kolte2
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数字信号处理的最苛刻的应用数字设计概念。这是一个成熟的技术领域中要求增强性能和资源利用率成倍上升。有限脉冲响应(杉木)过滤器是用于数字信号处理的应用程序。在过滤精度设计是基于乘法和积累的滤波器系数。本文描述了一种数字滤波器的VLSI实现方法灵活,提供了优于传统方法,低功率,和地区有效的离散小波变换的架构。
关键字 |
| 加法器,数字信号处理(DSP)、有限脉冲响应(杉木)过滤器,乘数,六抽头滤波器VLSI设计 |
介绍 |
| 与日益增长的需求在电池供电的移动计算和通信设备,如何实现低功耗,以延长电池寿命成为集成电路设计的主要问题。DSP系统广泛应用于交通和通讯领域。数字滤波器是DSP应用的基本元素之一。脉冲响应可以有限或无限。设计和实现的方法这两个过滤器类差别很大。FIR滤波器是数字滤波器的响应单元过滤器(单位样本函数)是有限的持续时间。这与无限脉冲响应(IIR)滤波器的单位脉冲响应是无限时间[1]。 |
| FIR和IIR滤波器各有优点和缺点,也不是在所有情况下。数字滤波器可以使用递归和非递归实现技术,但通常使用非递归技术。FIR滤波器广泛应用于DSP系统的特点是广泛的乘法操作序列。在某些应用程序中,冷杉滤波器电路必须能够运行在高采样率,而在其他应用程序中,冷杉滤波电路必须是低功率电路操作在温和的样本率[3],[4]。 |
| 过滤装置是一个非常重要的单位在每个离散小波变换(DWT)的体系结构。剩下的纸是组织如下。第二部分和第三部分简要描述了文献综述和离散小波变换。第四部分提出了在DWT数据依赖关系。提出了过滤装置,过滤槽描述五节。六个部分介绍了滤波器的硬件实现。仿真结果显示了部分七节和结论是八。 |
二世。文献综述 |
| 设计,低功耗、高吞吐量冷杉过滤器是DSP研究领域的热点话题。近年来各种技术低,低功率冷杉设计提出了[1 - 2]。Bhardwaj et al .,[3]引入新的测量,权力意识来指示系统能量的能力规模变化的条件和质量要求。平行(或块)处理可以应用于数字FIR滤波器有效吞吐量增加或减少电力消耗的原始过滤器。而连续的数字滤波器实现已广泛配置处理直接减少并行FIR滤波器的硬件复杂性或功耗[4]。选择乘数与更多的硬件广度而不是死亡不仅会降低延迟,但也总功耗[5]。有一个新颖的方法设计方法的低功率数字基带处理优化每个过滤器的位宽系数[7]。数据转换能力减少技术(DPDT)还用于减少冷杉的动态开关电源滤波器[8]。 |
| 乘数在今天的DSP系统中扮演一个重要组成部分。他们使用的例子发生在实现递归和横向滤波器,离散傅里叶变换、相关、测距和大多数的情况下,正与一个乘法器的设计足够的特定目的。乘数有大面积、长延迟和消耗相当大的权力。面积小的主要目标就是力量减少和延迟开销。通过使用新的编码或架构,甚至可以实现功率降低和区域/延迟降低强度的高水平的优化。本文提出了一种新颖的方法来设计数字滤波器。基于流水线乘法器和蛇非常高的吞吐量。 |
三世。离散小波变换 |
| 小波是小波的能量集中在时间。的属性waveletsallow信号的时域和频域分析。DWT onsub带编码为基础,这是fastcomputation小波变换。它很容易实现,减少了计算时间和所需资源。在DWT的案例中,一个时间尺度representationof得到数字信号用数字滤波技术。Thesignalto分析与不同截止frequenciesat不同尺度走过过滤器。 |
| 小波可以通过迭代实现扩展的过滤器。信号的分辨率,这是一个测量信号的细节信息的数量,是由过滤操作,和scaleis由upsampling抽样(二次抽样)操作[2]。 |
| 一个示意图DWT分解图1所示的三个阶段。 |
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| 在图1中,信号是用序列[n],其中n是一整数。低通滤波器用L1,而高通滤波器用H1。在eachlevel,高通滤波器产生细节信息b [n],而低passfilterassociated尺度函数生成粗近似;c [n]。在这里输入信号[n]有n个样本。在第一次分解级别,信号通过高通和低通滤波器,紧随其后的是子抽样2。高通滤波器的输出N / 2样品和b [N]。这些N / 2样本构成的第一级DWT系数。低通滤波器的输出也有N / 2样品和c [N]。然后信号通过低通和高通滤波器furtherdecomposition。第二个低通滤波器的输出跟踪bysub采样N / 4样品和e [N]。其次高通滤波器的输出二次抽样有N / 4样品和d [N]。第二个高通filterconstitutes二级ofDWT系数。低通滤波器的输出然后过滤再次进一步分解并生成g [n],与n / f [n] 8样本。过滤和大量毁灭过程一直持续到所需的levelis达成。的最大数量的水平取决于信号的长度。 |
四。数据在DWT依存关系 |
| 一维输入信号的小波分解为三个阶段,如图1所示。第六阶高通的传输函数(g (n))和低通h (n))滤波器可以表示如下: |
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诉过滤单元(FU) |
| 过滤单元提出了这个架构是一个six-stage非递归的冷杉digitalfilter高通andlow-pass组件传递函数方程2 a-2n所示。 |
| FIR滤波器有followingadvantages: |
| 一个¯·他们可以有一个精确的线性阶段。 |
| 一个¯·他们总是稳定的。 |
| 一个¯·设计方法通常是线性的。 |
| 一个¯·berealized有效地在硬件。 |
| 每个过滤阶段is1的延迟。six-stage过滤器的收缩压架构如图2所示。 |
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答:过滤器元件 |
| 方程1 a-1b表明,除了不同的高通和低通滤波器系数值计算在特定时间瞬间都是相同的。通过引入额外的控制电路,计算都可以执行相同的硬件。每个乘法都必须在一个时钟周期内执行。高通系数的计算是在时钟周期执行的时候选择“0”,而低通系数计算时是在时钟周期执行的选择' 1 '。部分结果同步收缩的方式从一个细胞传递到邻近的细胞。过滤单元由一个乘数,因此只有一个加法器和两个寄存器存储高通和低通系数。书的类型过滤器元件有符号数乘法问题发生。有符号数代表积极,负数或一个积极和其他负数。为了避免这个问题,该过滤器元件由转化和xor操作如图3所示。 |
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| 过滤器元件包括以下设备: |
| 一个¯·乘数 |
| 一个¯·多路复用器 |
| 一个¯·比较器 |
| 一个¯·加法器 |
| 一个¯·Xorgate |
第六,过滤装置的硬件实现 |
| 过滤器的行为以收缩压的方式通过计算部分产品超过一次一个系数。第一次乘法和积累阶段计算第一个部分产品并将它传递到第二个过滤阶段将其添加到第二部分产品。重复的行动一直持续到一个完整的DWT系数从第六过滤阶段。通过每个过滤阶段延迟1时钟周期。由于并行计算多个DWT系数,必要的时间来完成第一个系数的计算5个时钟周期。随后的系数是输出每一个时钟周期。 |
| 过滤器由乐队选择信号。如果乐队选择' 1 '然后选择低通系数。如果乐队选择0 'then它选择高通系数。过滤器由时钟和控制响应的高和低水平的计算分别高通和低通DWT系数。过滤装置的RTL示意图如图4所示。 |
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答:过滤器元件 |
| MATLAB软件是用于我们的项目与硬件描述语言(VHDL)仿真验证结果。高通和低通系数是计算从MATLAB在十进制形式。Weconvert这些为二进制和填充一些0。因为过滤器元件和多路复用器设计for31, 13位分别。this13一点,12位数据位,1 MSB一点一点签署。签署了一些代表积极或消极的数字。 |
| 高通和低通系数应用于多路复用器。多路复用器是用来选择高通和低通系数。通过选择特定的乐队,多路复用器选择高通或低通系数。图6显示了RTL过滤器元件当乐队选择高的示意图。从0014年至1002年期间,它选择低通系数即1002。 |
| 1002年的多路复用器执行乘法和输入系数;0009年。开关的输出是输入每个过滤器元件。0009是输出一个开关。这个乘数产生的结果是40000012。乘数的结果是31位。这里乘数执行12位的乘法。剩余的MSB的1002年和0009年执行异或操作。Xor运算用于签署表示。通过插入6 0,乘数是31位的结果。 |
| MSB的乘数mul1224和以前的输入得到xor进行加减运算。xor操作如果MSB比特都是高或低,然后xor操作的输出是零。如果theinput之一是低的,那么它会产生一个输出。这里MSB的40000042和40000012都是一个。因此输出的xor的大块漂浮植物代表0。这对mux301悲伤是选择线,adder31 mux 30和添加。 |
| 乘法器的输出是反向使用变频器inv29 2飞行符。Mux30选择一个输入来自乘数是400000012和逆变器是3飞行符。选择线为零所以选择40000012。comparatorcomp313比较之前的输入和输出的乘数。比较40000042和40000042和显示的结果更多MSB的形式。这代表了“s”。mux30 Adder311添加之前的输入、输出和大块漂浮植物。比较器的输出分配作为一个最高有效位加法器的输出。它增加了40000042,40000012和0。加法器的结果是40000054。 |
| 如果携带生成加法器就直接显示的结果加法器。但如果携带是零,那么它执行2的补。这里Cout = Cin = 0,那么2的补of40000054 7 fffffac。如果选择mux301是零线然后选择加法器的输出否则选择2的补的结果。选择线为零,所以最终的输出滤波器的是40000054。最初先前输入的是00000000。在应用时钟控制单元使用状态图。通过使用控制逻辑开关控制。开关应用于滤波器的输出输入。 |
| 第一个过滤器元件之前输入的输出第二个过滤器元件等等。这个过程是连续的,直到完成DWT系数从六个过滤阶段。过滤槽的RTL示意图如图5所示。 |
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七世。过滤装置的仿真结果 |
| 模拟波形对过滤装置如图6和图7所示为不同的波段选择。高通和低通coifficients应用于过滤单元和输出是观察从模拟矢量波形。图6显示了带波形选择“1”。当时低通coifficients选择如表1所示。 |
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| 图7显示了bandselect波形‘0’。当时高通coifficients选择,给出了输出。高通过coifficients如表2所示。 |
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| 表3显示了过滤装置当乐队选择的结果是“1”和“0”。 |
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八世。结论 |
| six-stage递归设计FIR数字滤波器的离散小波变换已经被提出了。高通和低通系数的计算是在MATLAB完成。Active-HDL工具是一个集成环境设计的硬件描述语言(VHDL)的发展。所有的实现和仿真HDL7.1在活跃。硬件描述语言(VHDL)的代码被编译和测试。不需要复杂的控制电路将中间产品的记忆过滤装置是由一个全球时钟。 |
引用 |
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