基于FPGA的FIR数字滤波器算法研究与设计实现的综述报告.docx

基于FPGA的FIR数字滤波器算法研究与设计实现的综述报告
随着科技的不断发展和进步，数字信号处理技术已经成为现代通信、音频、视频等领域的重要技术支撑。其中数字滤波器作为数字信号处理中的一项重要技术，广泛地应用于通信、音频、图像等领域。本文将基于FPGA的FIR数字滤波器算法研究与设计实现进行综述。
一、FIR滤波器的基本原理
FIR滤波器的全称为有限脉冲响应滤波器，是一种线性时不变的数字滤波器。其基本原理就是将输入信号与一组有限的脉冲响应系数进行卷积，得到输出信号。其中，脉冲响应系数是滤波器设计的重点，不同的脉冲响应系数会产生不同的滤波器响应特性。
FIR滤波器的特点有很多，比如干扰抑制能力强、易于设计、抗混叠能力强、相位响应线性等。因此，它在数字信号处理中得到了广泛的应用。
二、FPGA在FIR滤波器中的应用
FPGA具有并行处理、低延迟、高带宽等特点，因此在数字信号处理中得到了广泛应用。其中，基于FPGA的FIR数字滤波器的设计和实现已成为研究热点之一。
基于FPGA的FIR数字滤波器可以通过硬件实现，在滤波器的每个阶段中同时计算多个输入样本，从而实现高速并行计算。此外，FPGA可以进行可编程处理，即可以针对特定的应用进行编程，以适应不同的应用需求。
三、FIR数字滤波器算法研究
FIR数字滤波器的设计通常采用窗函数法、最小二乘法、频域法、自适应滤波法等多种方法，其中窗函数法和最小二乘法应用最广泛。
窗函数法的基本思想是将整个信号分为若干个窗口，每个窗口内的脉冲响应系数相同，可以根据需要选择不同的窗函数，从而得到不同的滤波器特性。最小二乘法是根据最小二乘准则对系统响应进行优化，以获得最优的系统响应。
在FPGA实现FIR数字滤波器时，需要经常考虑设计尽可能节省资源的滤波器结构。从硬件资源的角度来看，直接型FIR滤波器需要很大的储存单元来存储脉冲响应系数，因此设计FPGA上的FIR滤波器通常采用卷积移位器法、多达布系数法、多级调制累积器法、时域抽取法等方法，以减少资源占用。
四、实验设计
本实验采用XilinxISE设计套件，在Virtex5FPGA上设计并实现FIR数字滤波器。首先，通过MATLAB软件对滤波器进行设计，并生成16位有符号的定点数字滤波器系数。然后，将滤波器的系数编写成VHDL代码，并在ISE中进行仿真和综合，最后将实现的滤波器写入FPGA中进行验证。
五、结论
本文综述了基于FPGA的FIR数字滤波器算法研究与设计实现。FPGA在数字信号处理中有着独特的应用优势，同时FIR数字滤波器在数字信号处理中也具有广泛的应用前景。未来，基于FPGA的数字信号处理技术将会成为数字信号处理应用领域中的重要技术支撑。