CN1166058C - 一种实现n阶插值滤波的方法与装置 - Google Patents
一种实现n阶插值滤波的方法与装置 Download PDFInfo
- Publication number
- CN1166058C CN1166058C CNB001164724A CN00116472A CN1166058C CN 1166058 C CN1166058 C CN 1166058C CN B001164724 A CNB001164724 A CN B001164724A CN 00116472 A CN00116472 A CN 00116472A CN 1166058 C CN1166058 C CN 1166058C
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- order
- integrator
- zero
- rank
- comb filter
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
Links
Images
Landscapes
- Complex Calculations (AREA)
Abstract
本发明公开了一种实现N阶插值滤波的方法和装置，其特点是，采用N-1阶梳状滤波器、零阶保持器和N-1阶的积分器来完成，其信号处理流程是：速率为Fs/R的数字信号先经过N-1阶的梳状滤波器，然后经过零阶保持器把数据速率变为Fs，最后经过N-1阶的积分器输出。本发明在梳状滤波器和积分器之间，用零阶保持器代替补零电路，可使电路结构简单；同时为实现同样的插值滤波功能可以少用一阶梳状滤波器和一阶积分器，达到节省资源的目的。
Description
本发明涉及一种N阶CIC(Cascaded Integrator-Comb)插值滤波器，尤其涉及一种少用一阶梳状滤波器和一阶积分器即能实现同样插值滤波功能的方法与装置，
由大规模集成电路(VLSI)的飞速发展带来的数字化是当今愈演愈烈的信息技术的一个主要特征，它反映在无线电通信设备上是数字器件越来越接近天线，这种趋势所带来的好处是生产容易、成本低廉、功能更多、性能更好。
在无线电数字发射机中必须包含把数字信号从低速率转化为较高速率的数字上变频器，其中数字插值滤波器必不可少，它用于消除不需要的带外杂波，因此设计速度快而占用资源少的数字插值滤波器非常重要。
有许多实现数字插值滤波器的方法，其中影响最广的是Eugene B.Hogenhauer在《超声、语音和信号处理会刊》1981年4月刊的“实现抽样和插值的一类经济的数字滤波器”(″An Economical Class of Digital Filters forDecimation and Interpolation″IEEE Transactions on Acoustics，Speech and SignalProcessing，Vol.ASSP 29，No.2，April 1981)一文中所提出的方法，该方法被称为CIC(Cascaded Integrator-Comb)插值滤波器(以下简称CIC插值滤波器)，CIC插值滤波器是高速插值滤波器在实现技术上的一个里程碑，自从该文发表后已获得广泛应用。
通常实现N阶插值滤波的CIC插值滤波器的结构是(具体结构见图1)：从信号流向看，开始为N个梳状滤波器1(减法器)，接着是补零电路4，最后是N个积分器3(加法器)，补零电路4由一个零值存储器、一个数据存储器和一个开关电路构成，其中梳状滤波器部分工作在较低的取样速率，积分器部分工作在较高的取样速率，开关电路的a端每隔R-1个时钟脉冲周期倒向c端一次。插值因子R通常设置为2到10000。阶次N通常是依据应用要求精度选取，目前在实际应用中N通常界于2到5。该N阶CIC滤波器的信号处理流程是：速率为Fs/R的数字信号先经过N阶的梳状滤波器，然后经过补零电路把数据速率变为Fs，最后经过N阶的积分器输出。
采用CIC插值滤波器有许多优点：不需要乘法器，不需要存储输入数据和滤波系数的存储器，滤波器的实现结构非常规范，不需要外部控制线和复杂的内部时序。
CIC插值滤波器解决了数字插值滤波器的高速实现问题，在占用资源(加法器和存储器)方面也不算太多，因此在单通道和交流供电的应用场合，人们不会对CIC所占用的资源作过多的要求，然而在数字无线电发射机的多路并行应用中，CIC插值滤波器资源的节省将导致相应ASIC实现的更高集成度，同时减少所消耗的电流。尤其对于手机和卫星应用来说，因采用的是电池或太阳能供电，低能耗地实现数字插值滤波意味着延长使用时间，因而具有更重要的意义。
本发明的目的是为了提供一种节省资源的N阶插值滤波的方法与装置，该方法和装置在为实现同样的插值滤波效果时可少用一阶梳状滤波器和一阶积分器。
实现本发明目的的技术方案是：
一种实现N阶插值滤波的方法，其特点是，采用N-1阶梳状滤波器、零阶保持器和N-1阶的积分器来完成，其信号处理流程是：速率为Fs/R的数字信号先经过N-1阶的梳状滤波器，然后经过零阶保持器把数据速率变为Fs，最后经过N-1阶的积分器输出；
所述的经过零阶保持器把数据速率变为Fs的方法是：把数据以Fs/R的速率写入存储器，然后以Fs的速率从该存储器中读出；
所述的梳状滤波器、积分器的阶数N＞2。
上述方法，其中，所述的零阶保持器是一个数据存储器。
一种专用于实现上述N阶插值滤波方法的装置，其特点是，它依次由N-1阶梳状滤波器、零阶保持器和N-1阶的积分器串接构成；
所述的梳状滤波器、积分器的阶数N＞2。
所述的零阶保持器是一个数据存储器，其串接在梳状滤波器之后与积分器之前。
由于本发明采用了以上的技术方案，在梳状滤波器和积分器之间，用零阶保持器代替补零电路，可使电路结构简单；另一方面可以少用一阶梳状滤波器和一阶积分器即能实现同样的插值滤波功能，达到节省资源的目的。
对于N阶补零内插CIC滤波器，设插值率为R，输入数据位宽为Bin，如改用N-1阶的零阶保持内插CIC滤波器(除有非常小的时延外，其它性能完全一样)，则能够节省2个(Bin+N)比特宽度的存储器和2个(Bin+N)比特宽度的加法器。在前面我们已经提到在实用中CIC的最高阶次为5，而CIC每增加一阶(级)，存储器和加法器至少要增加1比特宽度，因此降低一阶CIC所节省的资源约为20％，即采用本发明实现数字插值滤波器比常规方法约节省20％的芯片资源。
本发明的具体性能、特点将由以下的实施例及其附图进一步加以说明。
图1是采用常规方法实现的N阶CIC插值滤波器的结构示意图。
图2是采用本发明实现的N阶CIC插值滤波器的结构示意图。
图3是经典5阶CIC与采用本发明后的4阶CIC对脉冲的响应波形比较示意图。
图4是本发明的一种应用数字上变频器电路的功能框图。
本发明是一种采用零阶保持器来实现N阶CIC插值滤波的方法与装置，请参阅图2，本发明的装置是依次由N-1阶梳状滤波器1、零阶保持器2和N-1阶的积分器3构成，零阶保持器2是一个数据存储器。在变速率信号处理中，利用零阶保持器通过在梳状滤波器之后和积分滤波器之前存贮当前的和以前的数据来实现一阶梳状滤波器和一阶积分器，与传统方法相比，可以少用一阶梳状滤波器和一阶积分器，从而达到节省资源(加法器、存储器和乘法器等)的目的。
本发明实现N阶CIC滤波的信号处理流程是：速率为Fs/R的数字信号先经过N-1阶的梳状滤波器，然后经过零阶保持器把数据速率变为Fs，最后经过N-1阶的积分器输出。
上述经过零阶保持器把数据速率变为Fs的方法是：把数据以Fs/R的速率低速写入存储器，然后以Fs的速率高速从该存储器中读出。
输入数据速率为Fs/R一阶梳状滤波器的传递函数为Hc(z)＝(1-z-R)，式中R是插值率或抽取率；输入数据速率为Fs的一阶积分器的传递函数为H1(z)＝1/(1-z-1)，由一阶梳状滤波器和一阶积分器组成的一阶CIC插值滤波器(中间每2点之间补R-1个零进行速率匹配)的传递函数是
HC1(z)＝Hc(z)H1(z)＝(1+z-1+……+z-(R-1))
对于N-1(N＞2)阶的CIC插值滤波器，如在梳状滤波器和积分器中间采用零阶保持(而不是补零)的速率匹配方法，从采样率为Fs的角度看，原来是每R个数据中只有第一个数据不是零，现在R个数据全不是零且相等，以数字信号处理的观点看，后面的R-1个非零数据可以由第1个数据延迟1个时钟周期(1/Fs)、2个时钟周期、……、(R-1)个时钟周期徕，这R个数据叠加起来送入后续积分器，因此该零阶保持器的传递函数的形式表达式是：
Hz(z)＝(1+z-1+……+z-(R-1))
可见Hz(z)＝HC1(z)，两者完全一样。数字仿真和FPGA实现进一箕证实了这一论断，图3是经典的5阶CIC脉冲冲击响应波形A和本发明采用零阶保持后的4阶CIC的脉冲冲击响应波形B的比较示意图，从图中可以看出，当不考虑处理时延时，两者完全一样。
CIC插值滤波的主要应用领域是需要较大的数据率变换且在高数据速率侧采用乘法器不经济的场合，凡是需要应用CIC进行插值的场合都可以实施本发明，如采用高度数字化的基站和移动终端，又如数字高频任意波发生器，等等，本发明的应用范围非常广泛。
图4是本发明应用在数字上变频器电路的功能框图。图中单元31是工作在较低时钟频率的系数存储FIR(Finite impulse response)滤波器；单元32是本发明所关注的CIC插值滤波器，它能以较少的资源和可接受的性能将较低速率的数字信号变为较高速率的数字信号，单元32可以是多个CIC的级联，这样可以增加应用的灵活性；单元33是数控振荡器，它产生复数(两路正交)的数字中频振荡信号；单元34实现数字乘法功能，单元35实现数据缓冲输出。
假定单元32采用补零内插时需要5阶梳状滤波器和5阶积分器，则采用零阶保持内插后，完成同样的功能，只需要4阶梳状滤波器和4阶积分器了。
Claims (3)
1、一种实现N阶插值滤波的方法，其特征在于，采用N-1阶梳状滤波器、零阶保持器和N-1阶的积分器来完成，其信号处理流程是：速率为Fs/R的数字信号先经过N-1阶的梳状滤波器，然后经过零阶保持器把数据速率变为Fs，最后经过N-1阶的积分器输出；
所述的经过零阶保持器把数据速率变为Fs的方法是：把数据以Fs/R的速率写入存储器，然后以Fs的速率从该存储器中读出；
所述的梳状滤波器、积分器的阶数N＞2。
2、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的零阶保持器是一个数据存储器。
3、一种专用于实现权利要求1所述的N阶插值滤波方法的装置，其特征在于，它依次由N-1阶梳状滤波器、零阶保持器和N-1阶的积分器串接构成；所述的梳状滤波器、积分器的阶数N＞2；所述的零保持器是一个数据存储器，其串接在梳状滤波器之后与积分器之前。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CNB001164724A CN1166058C (zh) | 2000-06-13 | 2000-06-13 | 一种实现n阶插值滤波的方法与装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CNB001164724A CN1166058C (zh) | 2000-06-13 | 2000-06-13 | 一种实现n阶插值滤波的方法与装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN1328381A CN1328381A (zh) | 2001-12-26 |
| CN1166058C true CN1166058C (zh) | 2004-09-08 |
Family
ID=4585876
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CNB001164724A Expired - Lifetime CN1166058C (zh) | 2000-06-13 | 2000-06-13 | 一种实现n阶插值滤波的方法与装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN1166058C (zh) |
Families Citing this family (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN100428629C (zh) * | 2003-12-29 | 2008-10-22 | 华为技术有限公司 | 一种cic滤波器及其实现方法 |
| CN100463457C (zh) * | 2005-06-16 | 2009-02-18 | 中兴通讯股份有限公司 | 一种多个通道复接的级联积分梳状滤波器 |
| CN1964188B (zh) * | 2006-12-06 | 2010-05-26 | 北京中星微电子有限公司 | 一种增量调制型转换的抽取滤波装置 |
| CN101272209B (zh) * | 2007-03-21 | 2012-04-25 | 大唐移动通信设备有限公司 | 一种对多通道复用数据进行滤波的方法及设备 |
| CN102104385B (zh) * | 2009-12-17 | 2014-07-30 | 安凯(广州)微电子技术有限公司 | 一种∑-δdac的插值滤波器及立体声∑-δdac |
| CN105610416B (zh) * | 2015-12-18 | 2018-06-26 | 中国电子科技集团公司第四十一研究所 | 一种低失真音频信号发生方法 |
| CN108270416B (zh) * | 2016-12-30 | 2021-09-03 | 中电长城圣非凡信息系统有限公司 | 一种高阶插值滤波器及方法 |
-
2000
- 2000-06-13 CN CNB001164724A patent/CN1166058C/zh not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN1328381A (zh) | 2001-12-26 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN102594350B (zh) | 可调整功率和性能的可设置级联西格玛-德尔塔模数转换器 | |
| CN1035215A (zh) | 数字式抽选滤波器 | |
| CN102694528B (zh) | 异步采样率转换器中抽取率的自适应控制方法和装置 | |
| CN102098004A (zh) | 一种变带宽数字下变频器及实现方法 | |
| CN103166598A (zh) | 数字滤波器及其配置方法、电子设备及无线通信系统 | |
| CN1166058C (zh) | 一种实现n阶插值滤波的方法与装置 | |
| Cheng et al. | Further complexity reduction of parallel FIR filters | |
| CN107636965A (zh) | 稀疏级联积分梳滤波器 | |
| CN104202016B (zh) | 一种基于查表法的任意倍可变的信号升采样实现方法及系统 | |
| EP1105967B1 (en) | Multiplierless digital filtering | |
| CN1186386A (zh) | 带通西格玛－德尔塔变换器与交换滤波器 | |
| CN106291501A (zh) | 高速并行信号处理系统及其处理方法 | |
| CN102025377B (zh) | 一种改进型级联积分梳妆插值滤波器 | |
| CN102891662B (zh) | 一种通用的速率下变换、上变换装置及方法 | |
| CN101207372B (zh) | 一种可实现固定小数采样率转换的方法及其装置 | |
| CN204316468U (zh) | 一种多路数字滤波器 | |
| EP0690566B1 (en) | Filtering method and digital over sampler filter with a finite impulse response having a simplified control unit | |
| Singh et al. | Digital FIR Filter Designs | |
| CN101840322B (zh) | 滤波器运算单元复用的方法和滤波器的运算系统 | |
| EP1355421B1 (en) | Digital matched filter | |
| CN103078606B (zh) | 多通道的cic内插滤波器系统及其实现方法 | |
| CN112491391B (zh) | 一种音频dac的插值滤波器实现结构 | |
| CN102420611B (zh) | 一种数字信号的采样率转换方法及装置 | |
| CN202043074U (zh) | 可配置数字下变频器 | |
| Lian | A modified frequency-response masking structure for high-speed FPGA implementation of sharp FIR filters |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CX01 | Expiry of patent term |
Granted publication date: 20040908 |
|
| CX01 | Expiry of patent term |