МЕТОДИКА РЕАЛИЗАЦИИ НА ПРОГРАММИРУЕМЫХ ЛОГИЧЕСКИХ ИНТЕГРАЛЬНЫХ СХЕМАХ УПРАВЛЯЕМОГО РЕКУРСИВНОГО ФИЛЬТРА С КОНЕЧНОЙ ИМПУЛЬСНОЙ ХАРАКТЕРИСТИКОЙ НА ПРИМЕРЕ АППРОКСИМАЦИИ ОКНА ХАННА
Аннотация
Рассмотрена методика реализации рекурсивного фильтра с конечной импульсной характери- стикой (КИХ) в виде окна Ханна с возможностью управления длительностью (в отсчетах или так- тах) КИХ, в том числе в процессе фильтрации, на основе одновременной последовательной компен- сации отсчетов из рекурсивной части. Выполнен краткий обзор существующего решения для управ- ления длительностью прямоугольной импульсной характеристики и предложены способы реализа- ции импульсных характеристик более сложной формы на примере окна Ханна. Предложенный авто- рами метод позволяет добиться устойчивости фильтра при изменении длительности импульсной характеристики во времени. Разработана структура модуля для реализации фильтра на базе про- граммируемых логических интегральных схем (ПЛИС). Рассмотренная в статье, структура рекур- сивного фильтра имеет существенно меньшую вычислительную сложность по сравнению с класси- ческой структурой КИХ-фильтра, и применять её можно во встраиваемых системах с ограничен- ными вычислительными ресурсами. Меньшая вычислительная сложность достигается за счет при- менения в качестве КИХ функцию, аппроксимирующую окно Ханна, которая представляет собой полином третьей степени. Фильтрация выполняется за счет двух независимых фильтров, один из которых настроен на длительность КИХ до ее изменения, а другой – после с последующим суммиро- ванием результата. Такой подход базируется на принципе линейности системы, который позволяет комбинировать выходные сигналы фильтров без потери их свойств. Управление длительностью задержки выполняется на основе возможности двухпортовой RAM-памяти одновременно произво- дить запись и чтение. При изменении длительности КИХ вычисление коэффициентов фильтра вы- полняется во время фильтрации, за счет чего устраняются обрывы между участками выходного сигнала до и после изменения длительности КИХ. Предусмотрена защита от ввода нового парамет- ра длительности КИХ до завершения компенсации переходного процесса вследствие предыдущего изменения длительности КИХ. После завершения процедуры компенсации фильтр, настроенный на длительность КИХ до ее изменения, прекращает свою работу
Список литературы
1. Лайонс Р. Цифровая обработка сигналов: Второе изд.: пер. с англ. – М.: ООО «Бином-Пресс»,
2006. – 656 с.
2. Рабинер Л., Гоулд Б. Теория и применение цифровой обработки сигналов: пер. с англ. – М.:
Мир, 1976. – 216 c.
3. Богнер Р., Константинидис А. Введение в цифровую фильтрацию: пер. с англ. – М.: Мир, 1976.
– 216 c.
4. Lau B.K. Sreeram V. Design of low order approximately linear phase IIR filters // IEEE Symposium
on Advances in Digital Filtering and Signal Processing.
5. Maximo A. Efficient finite impulse response filters in massively-parallel recursive systems // Journal
of Real-Time Image Processing: collected papers. – 2015. – Vol. 12. – P. 603-611.
6. Dam H.H., Nordebo S., Teo K.L. Cantoni A. Design of linear phase FIR filters with recursive structure
and discrete coefficients // IEEE International conference on acoustics, speech, and signal processing:
collected papers. – Seattle, 1998. – P. 1269-1272.
7. Hassan F., Khorbotly S. Recursive implementation of exponential linear phase FIR filters // 18th IEEE International Conference on Electronics, Circuits, and Systems: collected papers. – Beirut, 2011. – P. 559-562.
8. Koshita S., Abe M., Kawamata M. Variable state-space digital filters using series approximations //
Digital Signal Processing. – 2017. – Vol. 60. – P. 338-349.
9. Phuoc N.S. Variable IIR Digital Band-Pass and Band-Stop Filters // 2018 2nd International Conference
on Imaging, Signal Processing and Communication (ICISPC). – IEEE, 2018. – P. 132-137.
10. Бакшун Д.И. Методика аппаратной реализации управляемого рекурсивного КИХ-фильтра с
прямоугольной импульсной характеристикой на ПЛИС // XХI Всероссийская научная конфе-
ренция молодых ученых, аспирантов и студентов: Сб. трудов. – Таганрог, 2023. – С. 21-25.
11. Бакшун Д.И., Турулин И.И. Методика построения структуры рекурсивного фильтра с конечной
импульсной характеристикой в виде функции, аппроксимирующей окно Ханна // Известия
ЮФУ. Технические науки. – 2024. – № 3. – С. 64-70.
12. Турулин И.И.. Расчет и применение быстродействующих цифровых рекурсивных фильтров с
конечной импульсной характеристикой: монография / под общей ред. Л.К. Самойлова. – Таган-
рог: Изд-во ТРТУ, 1999. – 88 c.
13. Турулин И.И. Основы теории рекурсивных КИХ-фильтров: монография. – Таганрог: Изд-во
ЮФУ, 2016. – 264 с.
14. Олейникова Т.В. Исследование алгоритмов рекурсивных фильтров с конечными импульсными
характеристиками для весовой обработки сигналов: дисс. … канд. техн. наук. – Таганрог, 1999.
15. Олейникова Т.В. Применение быстрой циклической свертки в корреляционном измерителе вре-
менных интервалов // Тез. докл. всерос. науч. конф. «Новые информационные технологии. Ин-
формационное, программное и аппаратное обеспечение». – Таганрог, 1995. – С. 178-179. 38.
16. Олейникова Т.В. Турулин И.И. Весовая обработка близко расположенных сигнала и помехи ок-
нами с характеристиками типа окна Хэммигна // Тез. докл. всерос. науч. конф. «Радиоэлектро-
ника, микроэлектроника, системы связи и управления». – Таганрог, 1997. – C. 232-233.
17. Бронштейн И.Н., Семендяев К.А. Справочник по математике для инженеров и учащихся вузов.
– М.: Наука, 1975.
18. Соловьев В.В. Логическое проектирование встраиваемых систем на FPGA. – СПб.: ООО «Ме-
диа Группа Файнстрит», 2021. – 222 с.
19. Sklyarov V. FPGA-based implementation of recursive algorithms // Microprocessors and Microsystems. Special Issue on FPGAs: Applications and Designs. – 2004. – Vol. 28/5-6. – P. 197-211.
20. Томас Д. Логические проектирование и верификация систем на System Verilog: пер. с анг.
А.А. Слинкина, А.С. Камкина, М.М. Чупилко. – М.: ДМК Пресс, 2019. – 384 с.
21. Хаханов В.И., Хаханов И.В., Литвинова Е.И. Гузь О.А. Проектирование и верификация цифро-
вых систем на кристаллах. Verilog & System Verilog. – Харьков: ХНУРЭ, 2010. – 528 с.
22. Уэйкерли Ф. Проектирование цифровых устройств. Т. 1. – М.: Постмаркет, 2002. – 544 с.
