图像编码中滤波器组的优化设计及FPGA实现

1、分类号：密级：烈虞舞净锉走哮硕士学位论文图像编码中滤波器组的优化设计及实现张辉指导教师姓名：申请学位级别：论文定稿日期：学位授予单位：学位授予日期：柴利教授武汉科技大学信息科学与工程学院硕士专业名称：论文答辩日期：检测技术与自动化装置武汉科技大学答辩委员会主席：评阅人：千典洪王典洪刘晓玉武汉科技大学研究生学位论文创新性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文是本人在导师指导下，独立进行研究所取得的成果。除了文中已经注明引用的内容或属合作研究共同完成的工作外，本论文不包含任何其他个人或集体己经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。申请学位论文与资料若有

2、不实之处，本人承担一切相关责任。论文作者签名：埠日期：上型叫。研究生学位论文版权使用授权声明本论文的研究成果归武汉科技大学所有，其研究内容不得以其它单位的名义发表。本人完全了解武汉科技大学有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向有关部门（按照武汉科技大学关于研究生学位论文收录工作的规定执行）送交论文的复印件和电子版本，允许论文被查阅和借阅，同意学校将本论文的全部或部分内容编入学校认可的国家相关数据库进行检索和对外服务。论文作者签名：指导教师签名：武汉科技大学硕士学位论文第页摘要近年来过采样滤波器组因其优越的去噪性能和较高的设计自由度，在许多领域得到广泛关注，在图像编码领域的应用也是一个研

3、究热点。现有的图像编码技术主要是基于变换，对信道中引入的噪声信号和分块变换导致的块效应不能很好的去除。过采样时域重叠变换的引入，可以很大程度上削弱图像中的块效应。用过采样线性相位完全重构滤波器组替代原有的变换，可以很好的起到消除噪声的效果。随着多媒体、网络化、移动化技术的发展，系统对运算速度、系统功耗以及做数字信号处理的硬件平台的要求越来越高。因其并行处理结构，在进行复杂计算时性能可以远远优于传统芯片。另外，可以快速方便的通过修改逻辑结构和配置，完成系统的升级，快速地适应市场变化。本文研究格型结构过采样滤波器组的实现问题，主要工作有：、给出了时域过采样重叠变换的实现，提出了详细硬件电路结构，并

4、且对硬件模块开展了仿真研究。仿真结果表明所设计模块达到了功能要求。时域过采样重叠变换是一个通用的结构，将前置滤波器和后置滤波器的硬件实现部分，封装为用户自定义，在调用的时候通过修改参数就可以完成该模块的设计，很大程度的简化了后续开发的设计周期。、给出了最优去噪格型结构滤波器组的实现，提供了各功能模块硬件结构图及参数配置说明。功能仿真表明，所给出的硬件模块满足功能要求，对后续核设计具有重要参考价值。关键字：过采样；滤波器组；格型结构；图像编码；第页武汉科技，。砀，孚，玲昏地觚咖，：，武汉科技大学硕士学位论文第页目录摘要第一章绪论。滤波器组设计及应用一滤波器组的发展历程：滤波器组的应用。发展发展现

5、状及应用领域发展趋势本章小结。第二章滤波器组与基础知识抽取内插和多相分解信号的抽取。信号的内插。有理数倍抽样率变换多相结构滤波器组的完全重构滤波器组两通道滤波器组完全重构通道滤波器组的完全重构器件。定义器件结构。（认的配置基于的数字信号处理简介设计流程与一起构建系统本章小结第三章时域过采样重叠变换的理论及其实现时域过采样重叠变换重叠变换时域重叠变换时域过采样重叠变换第页武汉科技大学硕士学位实现分析结构图搭建硬件模块在仿真转换为硬件模块并仿真生成核本章小结第四章基于格型结构的最优去噪设计及其实现的性质及其格型设计方法过采样完全重构滤波器组性质格型结构分解最优去噪综合滤波器组的设计原理滤波器组的实

6、现算法描述。：滤波器组的实现转化硬件模块并仿真。自定义本章小结第五章总结与展望参考文献致谢武汉科技大学硕士学位论文第页工昨）尺（）符号、术语说明抽取因子内插因子对称滤波器组的个数反对称滤波器组的个数滤波器组的通道数分析滤波器组的多相结构综合滤波器组的多相结构格型结构模块矩阵对角重叠变换中前置滤波器组重叠变换中后置滤波器组武汉科技大学硕士学位论文第页第一章绪论滤波器组作为数字信号处理的一个新的分支，从世纪八十年代开始得到迅速发展，并广泛的应用到了工程实践领域。技术是现代电子技术的一个重要发展分支，与传统电子产品的设计相比，它广泛运用计算机技术，自动化程度高，开发周期短。本论文研究格型结构过采样滤

7、波器组的实现问题。本章综述多抽样率信号处理理论的发展历程和主要的应用场合，介绍的发展现状和应用前景，以及未来的发展趋势。滤波器组设计及应用滤波器组的发展历程最早的滤波器组是在年提出的两通道滤波器组【】，抽取和内插因子都是的正交镜像滤波器组（），不能够实现完全重建。正交镜像滤波器组分为和两类。其中能够满足线性相位，却不能够保证完全的无幅度失真，可以用优化算法使幅度失真尽量容易实现无幅度失真，但需要优化设计使得相位失真尽量小，实现近似地完全重构【。在年，等人提出的两通道共轭正交滤波器组，是第一个能够实现完全重构的滤波器组，随后他们又提出了仿酉滤波器组的设计方法【。设计滤波器的方法依然很繁琐，直到年

8、由引入了多相分解的方法【】，获取高效的滤波器组结构，才大大的简化了滤波器组的设计。正是及其工作组成员提出的多相分解方法、无损系统的格型结构理论等相关研究成果【】【嘲，极大的推动了多抽样率信号处理学科的发展。在上个世纪八十年代后期，等学者通过扩展提出了通道滤波器组，并证明了使用多相分解可以很大程度上简化完全重构理论【。年和使用格型分解方法设计了带线性相位滤波器组，获得了大量的研究成果【】。又是和他的同事，在年提出了带线性相位正交滤波器组的理论【。对线性相位滤波器组在图像处理中的应用做了一系列的研究，提出了很多算法和理论【】。等学者在格型结构方面也做出了重要的改进，使滤波器组的设计更加简化【】【】

9、。等人提出一种求解具有最优去噪效果的格型结构重构滤波器组【。随后一类重要的滤波器组提出，那就是调制滤波器组。调制滤波器组不仅可以容易实现完全重构，而且设计和实现过程非常方便，计算复杂度也较以往设计方法有很大程度地降低。这类滤波器组是由一个低通原型滤波器，经过适当的调制得到的。调制滤波器组有两种，一种叫做复调制滤波器组又称调制滤波器组，另一种叫做实数调制滤波器组又称余弦调制滤波器组【】。等人在余弦调制滤波器组理论方面做了很多研究，获得了大量的成果【】【，为该理论的发展起到起到的推动作用。将滤波器长度为的完全重构滤波器组系统与重叠下交变换（）建立起了等效关系【。和对长度为整数倍的滤波器组的完全重构

10、题进行了更深入的探讨，第页武汉科技大学硕士学位论文并用格型结构形式设计实现了通道滤波器组【】。后来学者的不断研究发现，提出仿酉余弦调制滤波器组，不仅在设计和实现的复杂性上最小，而且可以将系数设计为的幂级数，从而实现了无乘法的完全重建调制滤波器组瞄】。非均匀滤波器组也是研究的一个热点，通过非均匀滤波器组可以一次将信号划分成不同频宽的子带，适合要求多分辨率的场合。世纪年代，等学者提出了非均匀滤波器组重建和设计理论【。年，等学者提出了用余弦调制滤波器组来设计非均匀滤波器组】。随后等人又对余弦调制方法进行了该进【。今年来，和揭示了多抽样率滤波器组与小波的关系【】，提出了用多分辨率理论构建小波的方法。年

11、月提出了双正交组的概念【引。双正交组在信道均衡理论中有着重要作用，为多输入多输出系统提供新的研究角度，为系统完全重构提供了新思路。多维多抽样率系统的理论也一直是研究的热点，和等人将多维滤波器组系统应用到图像编码中，取得了很多成果【。现在许多研究成果已经在图像和视频的子带编码技术中得到了广泛应用例。在国内，有关多抽样率信号处理的研究起步于世纪年代初期。早期的代表作有年清华大学宗孔德教授著写的多抽样率数字信号处理，改书系统而全面的介绍了抽取、内插、多相结构和滤波器组设计的一些基础理论。之后有许多国内学者投入这一领域，也取得了许多成果。陶然教授等人出版的书籍多抽样率数字信号处理理论及其应用，为国内的

12、从业人员提供了一本不可多得的参考资料，该书介绍了多抽样率的系统的基本理论，重点讨论了常用的滤波器组的性质，给出了多抽样率信号处理技术在数字通信、音视频处理及转换中的应用引。滤波器组的应用、在数字通信中的应用在数字通信领域，多用户传输技术是广泛采用的技术，它包括频分多址、码分多址、时分多址三种。从本质上讲，这些通信系统可以等效于滤波器组，发送端看作分析滤波器组，接收端看作综合滤波器组【蚓。用滤波器组的方法设计时分多址和频分多址系统，成功地应用到通信中。在第三代和第四代通信系统中的正交频分复用技术，也可以使用通道滤波器组的相关理论来设计实现。数字通信系统的信道均衡问题也是一个具有重要意义的问题【，

13、解决的是如何使接收端的信号最大程度的逼近于输入端的信号的问题。从滤波器组的角度来看是设计综合滤波器组以使与发送端的分析滤波器构成近似完全重构滤波器组。、音视频处理中的应用语音压缩是最先应用滤波器组的领域【，随后延伸到图像和视频压缩领域【。基本原理是将信号划分为不同的频带，根据人的感官特性，对不同频带区域采用不同的量化编码方式，比如对人体较为敏感的频段的系数采用更为细致的量化步长和较长的比特编码，而不敏感的频段内的系数则用较为粗略的量化步长和较短的比特编码。这种处理既可以达到在数据量较少的情形下，获得更好的人体主观感受。多媒体技术的蓬勃发展，以及武汉科技大学硕士学位论文第页通信中带宽的有限性，决

14、定了音视频压缩技术一直都是研究的热点，许多使用滤波器组理论推导出的优秀算法在逐渐被学者提出。语音识别和视频识别技术也应用了多抽样率信号处理的理论。目前识别技术基本的思想是：用滤波器组分割信号频带，并提取关键特征值与设定的目标模板比对。等人提出了一种方向滤波器组】，应用到指纹匹配中。与以往的指纹识别方法相比，该方法需要的存储容量有所减小，而且匹配的时间也大大的缩短了。随着滤波器组的研究会有更优秀的算法应用到实际工程中去。在知识产权意识越来越强化的今天，数字水印技术提供了保护知识产权的利器。在音像制品中添加数字水印，可以有力地保护作者的著作权和收益权免受侵犯。在音频数字水印的嵌入和提取中使用的就是

15、正交镜像滤波器组进行频带分割【。此外，滤波器组在信号去除噪声方面也有很多应用。、高速转换中的应用数字系统的工作频率有越来越高的趋势，这也要求信号转换速度越来越快。但由于器件自身物理特性的限制，常常不能满足速度上的要求。这时应用多抽样率信号处理，可以在一定程度上的解决这一问题【。例如多路并行采集系统中，每个的采样频率为厂，用路并行采样，这个以相同的时间间隔轮流顺序采样，路系统同次序轮流输出，这时系统的采样频率就达到了。这整个系统是个简单的通道滤波器组，轻易地将的频率提升了倍。滤波器组在中还有其他方式的应用，如基于离散时问正交镜像滤波器组的、一型、基于混合滤波器组的等，都能够有效地提高转换的效率。

16、发展发展现状及应用领域发展历程了解必须先了解一个概念，（）指的是电子设计自动化，它是迅速发展的新型技术【。这种技术的设计载体是大规模可编程逻辑器件，主要包括复杂可编程逻辑器件和现场可编程逻辑门阵列。设计开发人员利用计算机和大规模可编程逻辑器的开发软件作为设计工具，用硬件描述语言描述系统逻辑，计算机自动将软件设计的系统转化为硬件系统，最终生成专用芯片或者专用集成电路系统。技术有以下特点：、硬件系统的设计全部由软件方式完成；、自动化，从软件方式设计系统到最终生成集成电路，都是由开发软件自动完成，将设计人员从单调而乏味的布线中解脱出来；、各种仿真保障设计过程的正确性，在设计的不同阶段都有相应的仿真；

17、、系统可实现现场可编程，设计的升级和修改灵活方便；、高度集成，设计出的整个系统都可以集成到一块芯片上，体积更小、功耗更低、可靠性高。第页武汉科技大学硕士学位论文器件是技术的设计载体之一，世界上第一款器件是由美国的腿公司于年推出的。当时采用的是岬生产工艺，逻辑阵列块和其他逻辑资源也非常有限，可用的门仅有多个。当时应用的场合也只是做胶合逻辑。器件采用逻辑单元阵列结构、静态随机存取存储器工艺，所以设计灵活，集成度高，在理论上可无限次重复擦写，还支持现场可编程，这些优点一直以来被人们看好。随着生产工艺的不断进步，电子元件内部集成的晶体管数目按照电子界的摩尔定理增加，集成度不断提升。经过二十多年的发展，

18、器件已经在市场上广泛的应用。其中最大的两个厂家砧托和）（腿占有市场最大份额，各自都有多个档次的多款器件。应用领域、传统领域最初是应用在逻辑接口的粘合上。各种设备与机通信时，不同的设备可能有不同的通信接口，如、等等，而机上的接口是有限的。故需要专门的接口芯片引入到设计中才可以完成通信，这样做的同时也增加了外围电路的体积和复杂度。可以将这些接口融合到设计内部，而不增加外围电路的体积。此外，在数据采集领域的应用也是的传统应用领域。模数转化器的接口不可与单片机和传统器件接口直接通信，对于低速的模数转换器，可以通过接口传给处理器，而对于高速模数转换器则用来实现逻辑粘合。、数字信号处理领域需要高效率数字信

19、号处理领域，如通信、高清编解码，已经开始使用来替代传统器件。器件做有这么几个优点：首先，是并行运算的，而且数据位宽可配置，所以运行速度会优于串行执行的传统器件；第二，器件中还可以集成其他功能模块，使得总体系统外接器件更少，体积上更小；第三，有些算法有最优的架构，用能更容易地实现这种理想的架构；第四，的功耗比芯片要低。、消费电子领域嵌入式开发技术逐渐成熟，引入稳定高效的处理器和可以挂接各种外设的总线，设计人员能灵活快捷地定制出满足需求的硬件平台。软件开发人员可以在这个定制的硬件平台上做应用型的开发，类似于做单片机或者传统开发一样方便，总体的成本却要更低些。所以已经广泛应用到终端消费电子领域，如车

20、载电子设备、医疗器械、测试仪表、军事雷达等。发展趋势技术有以下四个发展方向【删【：、器件高性能、高密度、低电压、低功耗随着工艺的不断提升，不再仅仅负责接口逻辑的设计，逐渐在电路设计的核心部分占有重要地位，许多场合中已经开始取代传统的器件，作高性能计算和大吞吐量的数据交换。复杂的功能需要更多的逻辑资源，所以对高性能、高密度的武汉科技大学硕士学位论文第页器件的需求是越来越多。在功耗方面虽然器件比器件小，但是与专用集成芯片相比还是显得很高，各种新的工艺和技术将会被应用，以降低的功耗。、基于口库设计随着项目规模的逐渐扩大，用逐个编写代码的传统的设计方法很难满足工程需求。工程师个体涉及的领域是有限的，对

21、某些算法可能没有太深了解，在短期内很难做出比较优秀的算法实现模块。各种文件设计应需而生，它们实现的是专业领域的算法，由专门研发人员开发，并经过多种验证正确的模块，可以方便的移植、整合到设计中，而且性能是非常稳定优越的。各种组成文件库，用户基于这些库设计，在减轻设计人员开发负担的同时，也大大的缩短了设计周期，这也符合分工日益细致的发展趋势。、嵌入式开发的嵌入式开发也就是片上系统技术，该技术可以将硬件系统的设计和软件编程开发分离开来，这样对工程师的自身素质的要求会降低，硬件工程师和软件工程师各负其责即可，不用延伸到对方领域。硬件工程师根据项目需求定制一个优化的微型控制系统。通常一个完整的系统包括处

22、理器、存储器、时钟和复位电路以及各种核等。如果有需要还可以将处理器整合到系统中，或者多个处理器联合协调。软件工程师在硬譬件工程师提供的嵌入式硬件平台上，做满足工程需要的软件开发。随着集成技术的不断提高，在一块器件上实现一个复杂的系统，不仅成本低，而且外围电路简单，功耗也会较传统设计的低。嵌入式开发设计必将更受青睐，终将成为设计的趋势。、动态可重构技术动态重构技术指的是在一定的逻辑控制下，在不同的时间段对器件的部分或者全部资源进行重新的配置，即实现硬件资源的分时复用的一种技术。这种技术的应鼋用背景是，越来越复杂的系统需要消耗越来越多的逻辑资源，重新配置一次芯片将会消耗很多时间，不能保证实时性，而

23、对局部逻辑实行按需动态分配，可以很快完成，配置效率高。例如在通信系统中，和（标准同时在应用，有时我们的设备需要使用标准，而有时又使用（标准，根据使用的标准不同，动态分配通信标准对应的逻辑，其他相同部分则不必重新配置，这样可以节省大量的资源而且对通信不会造成影响。动态可重构技术在大型设计系统中会被重视。本章小结本章先介绍了滤波器组设计的发展历程和应用领域，对国内外发展的状况和取得的研究成果做简要说明，然后总结了技术的发展现状、应用领域和发展趋势。第页武汉科技大学硕士学位论文第二章滤波器组与基础知识本章先介绍信号抽取和内插的概念，以及在多抽样率的数字系统中占重要地位的多相结构，接着分析基于多相结构

24、的滤波器组的完全重构问题，最后对器件做简单的介绍，并对基于的数字信号处理开发流程做一个说明。抽取内插和多相分解我们把信号由较高频率转化为较低频率的过程称为抽取，把信号由较低频率转化成为较高频率的过程称为内插。多相结构的提出为多抽样率信号处理的研究扩展了新的视角，具有重大意义。本节将从时域和频率分别来介绍抽取和内插的概念及性质，以及多相结构在多抽样率系统中的应用【。信号的抽取图抽取器时域分析：对信号进行抽取就是将原始序列每隔个值抽取一个形成新的序列。我们称为抽取因子，图是一个抽样器，令输入信号为石（，），输出信号为（），则有如下关系式：（疗）（）一（棚，佃）（）频域分析：记数字序列（）的频域表示

25、为（扣）六（）嘲（）二“抽取后序列的频谱为：一）古篆坤）（）由公式（）可以看出，抽样后的序列的频谱实际上是原始序列的频谱经过一系列的变换得到的：先将原始序列的频谱在频率轴上进行倍拉伸，幅度则变为原来的玄。再在频率轴上进行万，（切的平移；最后将这些平移后的频谱图叠加起来，就得到了抽武汉科技大学硕士学位论文第页样后序列的频谱。抗混叠滤波：因为抽取后信号的频谱是由原始序列频谱的扩展、平移、叠加而来，所以会出现有频谱混叠的情形。为避免抽取后出现频谱混叠，信号工（珂）与抽取因子必须满足一定限制：工仍）的频带必须在区间【一吾，百】上。更通常的做法是在抽取前，先对信号进行抗混叠滤波，确保通过这个频带的信号不

26、会出现频谱混叠。带抗混叠滤波的抽取器如图。酬（廿州图带抗混叠滤波的抽取器抗混叠滤波器），它的频率响应为：肌加）；，【吾，吾】（）【，其它通过抗混叠滤波器伽）后，伽）在卜三，吾】频段内的信号保存下来了。这种方法虽然避免了信号在抽取后的频谱混叠，卜吾，吾】频段内可以完全无失真的恢复，但是也丢弃了信号的高频部分。所以在选择这种方法的时候，必须考虑高频部分在分析中占有的地位。信号的内插时域分析：对信号的内插就是在原始序列相邻的两个点之间插入一个零值点。假设输入信号为工伽），输出信号为（玎），则有如下关系式：，苫肛我们称为内插因子，图是一个内插器。，工，（）其它。频域分析：记数字序列（）的频域表示为：图

27、内插器第页武汉科技大学硕士学位论文冲扣）专纂矿加（）内插后输出序列（）的傅里叶变换为：（）（）（）由公式（）可以看出，内插后的序列的频谱实际上是原始信号的频谱在频率轴上做倍的压缩。原始信号的频率是以万为周期，内插后信号频谱经过压缩，周期变为。去镜像滤波：内插后信号的频谱在孕，七，处呈现对称，两边的波形互成镜像，我们称之为镜像对称。每个石频段内有个相同的波形，一个波形称为原始波形的镜像。显然，我们看到在卜手，手】这一段内的波形就足以包含原始信号的频谱信息，（只要将其倍的拉伸，就得到原始信号的频谱波形），所以那一个镜像属于冗余信息，可以滤除掉。通常的做法是在抽取器后级联一个低通滤波器来滤除镜像。理

28、想的去镜像滤波器的频率响应函数为：日（口一，）：厶卜三，兰】（）其它因为滤除一个镜像后，信号的能量减少为原来的，所以为了弥补这个能量的损失需要，将信号的增益提升倍。图是一个带去镜像滤波的内插器。图带去镜像滤波器的内插器以上简要的介绍了抽取与内插的基本理论，详细、深入的理论可以参考文献【】。有理数倍抽样率变换图纠倍抽取器如果需要对信号伽）作有理数倍抽取的时候，可以转化为做纠材倍抽取，其中的膨、均为整数，先进行倍内插，再进行膨倍抽取，如图是叫倍抽取系统图。武汉科技大学硕士学位论文第页多相结构在介绍多相结构前，先必须了解多抽样率系统中的几个基本变换【】【】：（）信号乘以常数后内插或抽取，等价于信号内

29、插或抽取后乘以常数，如图；图抽取、内插与乘常数的变换（）两个信号分别抽取或内插然后相加，等价于两个信号相加后再抽取或内插，如图：图抽取、内插与加法的变换（）抽取器滤波器前置，等价于将滤波器后置，同时传输函数变换的幂次降为原滤波器的，如图；匝乎廿匝毋图滤波器与抽取器级联（）内插器滤波器后置，等价于将滤波器前置，同时传输函数变换的幂次降为原滤波器的，如图；区乎廿臣母图滤波器与内插器级联（）膨抽取器与内插器的位置也可以互换，只要满足、互为质数的条件，如图。匹廿臣廿图抽取与内插级联滤波器的长度为，若（、均为整数），不足可以补零，则可以按以下两种方式将其变换式（）排列成个组：第页口一如果我们把（剃肘）；

30、巨囝图狮多相结构分解月物：薹（，肌厂薹（黼）啃斗，室（黼，一眦）一枷，、。，、柚一剃，。，、神（）。）斗删）墨）把上式称为聊多相表示，多相分量肼斗。（）篁（七）。肼）一。为多相分解的网络结构图。图多相结构分解在这里回想带有防混叠滤波器的抽取器结构图，般是将防混叠滤波器置于抽取器的武汉科技大学硕士学位论文第页前一级，将滤波器分解为多相形式，如图（）所示。依据本节前面讲述的多抽样率系统的恒等变换式（）和恒等变换式（），经过以上变换之后，带防混叠滤波的抽取器结构转化为图（）。信号通过滤波器，计算的时候是做卷积运算，抽取后许多数据丢掉。若是按（）结构，先抽取，数据量减少，再做卷积运算，运算量也减少了。

31、像这样把卷积运算放在低抽样率一侧进行，可以很大程度的降低计算量，我们称这种结构为高效结构。：“一。匝卜一（）（）图抽取系统的多相分解带去镜像滤波的内插器结构多相分解后如图（）所示，同理地，通过多抽样率系统的恒等变换式（）和（），得到去镜像滤波的内插器的高效结构，如图（）所示。；匹扯州匹互扯州（）（）图内插系统的多相分解滤波器组的完全重构【滤波器组我们把一组拥有共同输入或者共同输出的滤波器称为滤波器组，如图。在图（）中的滤波器组都共有一个输入信号（），有各自不同的输出，我们把这种滤波器组称为分析滤波器组；图（）的滤波器组有各自不同的输入信号，却有一个共同的输出端量（，），称这种滤波器组为综合滤波

32、器组。第页武汉科技大学硕士学位论文一瓤）刊竺！竺卜一！兰心巨：卜伍互睁卧著叫互攀区：。站一。（一墨：口口一（）：旧厂一了“，一，：（口）（）图通道滤波器组两通道滤波器组完全重构两通道滤波器组是最简单的滤波器组，记分析滤波器组为风（）、（），综合滤波器组为（）、（），分析滤波器组按照多相分解，如图（），其中风（）（）（）（）（）五（）。置（）（）由多抽样率系统的高效结构一节，可以得出其高效结构如图（）所示；（：）习口（）广一一厂：一，一：。眶副一一：厂嚣”一瞄一妒地一置。置（：）阳广：一，、（）（）图两通道分析滤波器组的高效结构高效结构示意图中虚线部分用矩阵表示为：讹，瞄黝我们称它为分析滤波器组

33、的多相矩阵。综合滤波器组按多相分解有：（）（）（）（）（）（）（）（）同理得到综合滤波器组的多相矩阵肥，嘲黝亿忉武汉科技大学硕士学位论文第页两通道滤波器组用多相矩阵来等效表示如图，若要实现完全重构，则有（）（），或眩一（）用多相形式分析滤波器组的重构问题会更加直观、清晰。五吨（）（）一十一阡图两通道滤波器组的多相结构即）通道滤波器组的完全重构通道滤波器组有树形结构和平行结构。树形结构的滤波器组是基于二叉树形式，由两通道滤波器组级联而成。这种结构的滤波器组由于是以两通道为基础，所以有很多特性可以根据简单的两通道滤波器组特性来判断。但是它却对计算、存储等带来很大负荷，而且通道数也局限为的幂。树形结

34、构都可以转化成平行结构的滤波器组。膨通道平行结构滤波器组如图。分析滤波器组按多相分解，综合滤波器组按多相分解，日。（：）一（）（）肼（）肌卜（肘）（）把信号通过滤波器组表示为矩阵运算的形式有：（力日（力吼，（）（）量；篡。，（，）毛（，）卜（）量，一（），其中（）矩阵叫做通道滤波器组的分析滤波器组的多相分量矩阵。同样的方式可以获得综合滤波器组的多相分量（）。将抽取和内插移动到适当位置，类似两通道的滤波器组，得到多相分解的高效结构。滤波器组的完全重构问题，可以用多相分量矩阵来表示为：黝（）或（），扛；“第页武汉科技大学硕士学位论文器件要掌握技术必需先了解器件的内部结构和工作原理，本节将以灿豫公司

35、的系列器件为例，简单讲解的基础知识【剐【。定义是现场可编程门阵列的英文简写，全拼是蓼粗髓。首款器件由公司于年推出，当时它是采用工艺制作的一种新型高密度可编程逻辑器件。发展非常快，种类繁多，但大体结构类似，一般都由可编程逻辑块、可编程模块和可编程内部连线构成。控制这些模块连接方式和使用方式的数据称为配置数据，一般存放在片内的熔丝图上或者中。每个满足特定功能的设计，都有着自己的模块资源配置方式，以配置数据的形式，控制内各个模块按照指定的方式工作着。对于基于的器件来说，每次断电后，乙蝴中的配置数据会丢失，所以每次上电后都要从片外存储器中加载配置数据。设计人员可以很方便的更改、加载这些存储于片外存储器

36、中的配置数据，从而达到修改逻辑设计的功能，实现现场可编程。经过多年的发展，在生产工艺和架构上都有了很多变化。生产厂商也有很多，主要的几家有豫、】【、等，各自公司都有着不同类型的器件。但大体上可以根据逻辑功能块的大小，分为粗粒度和细粒度：按编程方式的不同，可分为可重复编程型和一次编程型；从逻辑块的结构上又可以分为多路开关结构、查找表结构和多级与非门结构三类。器件结构系列是豫公司的一款低成本、高性价比的芯片。采用的是生产工艺，与同样采用工艺的其他公司的产品比较，系列的性能要高出，以上，而功耗却低，更具有吸引力的是它的价格优势，的价格几乎与专用集成电路芯片相当。如此优异的性价比，使得系列芯片，一经推出便备受市场青睐。除了在传统的数据运算领域外，通信、医用设备、消费类电子、汽车导航等终端产品领域，也大量的使用了系列器件。下面以系列的为例，详细分解芯片的内部结构则。如下图所示是系列器件内部的基本结构排列。它主要由逻辑单元、逻辑阵列块、锁相环、嵌入式乘法器、输入输出单元以及各基本单元间的连接线构成。武汉科技大学硕