METHODOLOGY OF REALIZATION ON PLIS OF A CONTROLLED RECURSIVE FILTER WITH A FINITE IMPULSE RESPONSE IN THE FORM OF AN APPROXIMATION OF THE HANN WINDOW

Abstract

The paper considers the methodology of realization of recursive filter with finite impulse response (FIR) in the form of Hahn window with the possibility of controlling the duration (in counts or cycles) of FIR, including in the process of filtering, based on simultaneous sequential compensation of samples from the recursive part. A brief review of the existing solution for controlling the duration of a rectangular pulse characteristic is performed and the methods of realization of impulse response of more complex shape on the example of a Hahn window are proposed. The method proposed by the authors allows to achieve stability of the filter when the duration of the impulse characteristic changes in time. The structure of the module for realization of the filter on the basis of Field-Programmable Gate Array (FPGA) is developed. The recursive filter structure considered in this paper has significantly lower computational complexity compared to the classical FIR filter structure, and it can be used in embedded systems with limited computational resources. The lower computational complexity is achieved by using the function approximating the Hahn window, which is a third-degree polynomial, as the FIR. Filtering is accomplished by using two independent filters, one tuned to the duration of the FIR before its change and the other tuned to the duration of the FIR afterwards with the result summarized. This approach is based on the principle of linearity of the system, which allows combining the output signals of the filters without losing their properties. The control of the delay duration is performed based on the ability of the dualported RAM memory to simultaneously write and read. When changing the FIR duration, the calculation of filter coefficients is performed during filtering, thus eliminating interruptions between the output signal sections before and after changing the FIR duration. There is a protection against entering a new parameter of the FIR duration before the transient compensation due to the previous change of the FIR duration is completed. After the compensation procedure is completed, the filter tuned to the FIR duration before it was changed is terminated.

References

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.

Скачивания

Published:

2025-01-30

Issue:

Section:

SECTION IV. NANOTECHNOLOGY, ELECTRONICS AND RADIO ENGINEERING

Keywords:

Рекурсивный, ПЛИС, КИХ-фильтр, окно Ханна, конечная импульсная характеристика, устойчивость, компенсация