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基于分布式算法的FIR滤波器的设计与实现
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2009-09-02
安立路
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本文介绍了能高效实现固定常数乘法的分布式算法原理，给出了在FPGA 中用查找表实现FIR滤波器的算法设计，并以一个16 阶低通滤波器为例说明了设计过程。该设计通过Altera 公司的EPF10K30器件进行验证，结果正确，工作稳定可靠，满足了设计要求。
关键词：FIR 滤波器，分布式算法，FPGA，查找表，LUT
在数据通讯、语音信号处理、图像处理等传输过程中都广泛地运用到数字滤波器。FIR
滤波器（有限冲激响应数字滤波器）由有限个采样值组成，因其具有严格的线性相位特性而得到广泛应用。目前的数字滤波电路，主要采用MCU（单片机）、DSP（数字信号处理器）和ASIC（专用集成电路）来实现。其中，单片机速度较慢；ASIC 虽然性能良好，但灵活性差，只能实现一些特殊的功能；DSP 可以实现并行乘法和加法运算，是一个典型的执行连续数学运算处理的信号处理硬件，目前应用较广。但是，DSP 的串行指令执行方式，使其工作速度和效率大打折扣。
长期以来，FPGA 一直被用于逻辑或时序控制上，很少用于信号处理方面，主要原因是
FPGA 中没有直接的硬件乘法器。DA 算法（分布式算法）是一种以实现乘加运算为目的的运算方法，与传统算法相比，DA 算法可以极大地减少硬件电路的规模，提高电路的执行速度，通过分布式算法，对于固定系数的乘法算法问题就能得到很好的解决。
本文采用 DA 算法，就基于FPGA 的FIR 滤波器进行了设计与实现，所设计的FIR 滤
波器占用硬件资源少、速度高，具有稳定、精确和严格线性相位的特点。
关键词：FIR 滤波器，分布式算法，FPGA，查找表，LUT
在数据通讯、语音信号处理、图像处理等传输过程中都广泛地运用到数字滤波器。FIR
滤波器（有限冲激响应数字滤波器）由有限个采样值组成，因其具有严格的线性相位特性而得到广泛应用。目前的数字滤波电路，主要采用MCU（单片机）、DSP（数字信号处理器）和ASIC（专用集成电路）来实现。其中，单片机速度较慢；ASIC 虽然性能良好，但灵活性差，只能实现一些特殊的功能；DSP 可以实现并行乘法和加法运算，是一个典型的执行连续数学运算处理的信号处理硬件，目前应用较广。但是，DSP 的串行指令执行方式，使其工作速度和效率大打折扣。
长期以来，FPGA 一直被用于逻辑或时序控制上，很少用于信号处理方面，主要原因是
FPGA 中没有直接的硬件乘法器。DA 算法（分布式算法）是一种以实现乘加运算为目的的运算方法，与传统算法相比，DA 算法可以极大地减少硬件电路的规模，提高电路的执行速度，通过分布式算法，对于固定系数的乘法算法问题就能得到很好的解决。
本文采用 DA 算法，就基于FPGA 的FIR 滤波器进行了设计与实现，所设计的FIR 滤
波器占用硬件资源少、速度高，具有稳定、精确和严格线性相位的特点。
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