濾波器實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)的影響因素有哪些?
在計(jì)算出數(shù)字信號(hào)需要的濾波器系數(shù)之后,我們還需思考濾波器設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)一般人們比較在意濾波器系數(shù)的求解,而經(jīng)常忽略濾波器的實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)。其實(shí)在實(shí)際的理論上,相同的濾波器,采用不同的實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu),其結(jié)果是相同的。但在工程實(shí)際中,不同的實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu),結(jié)果可能相差很大。而且,在不同的應(yīng)用場合,對(duì)濾波器的實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)也有不同的要求。這些到底是為什么呢?
一方面,在理論分析中,有一個(gè)基本的假定即數(shù)據(jù)是無限精確的,但在實(shí)際的數(shù)字系統(tǒng)中,數(shù)是有限精度的,這也即是通常所說的字長有限。另外,在不同的應(yīng)用場合,對(duì)系統(tǒng)的運(yùn)算速度要求不盡相同,對(duì)系統(tǒng)的造價(jià)要求也不盡相同,這時(shí),也要盡量選擇合適的實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)。在現(xiàn)實(shí)工程實(shí)踐中,到底哪些因素影響濾波器實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)的選擇呢?
運(yùn)算復(fù)雜度主要是指運(yùn)算量的要求。在實(shí)時(shí)系統(tǒng)中,希望運(yùn)算效率盡量高,在濾波器設(shè)計(jì)階段,往往要求濾波器的階數(shù)盡量低。在濾波器結(jié)構(gòu)選擇階段,則是希望對(duì)于相同階數(shù)的濾波器,所需的算術(shù)運(yùn)算盡量少。
存儲(chǔ)量需求主要設(shè)計(jì)到系統(tǒng)硬件資源的開銷,從而影響系統(tǒng)的造價(jià)。在選擇實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)的時(shí)候,希望所要求的存儲(chǔ)量盡量小。在濾波器系數(shù)不是很多的情況下,這樣的差別可能關(guān)系不是很大,但如果濾波器系數(shù)很多,則對(duì)系統(tǒng)資源的開銷差別就會(huì)比較明顯。而且,在有些場合,比如雷達(dá)聲納等軍事應(yīng)用領(lǐng)域,價(jià)格因素相對(duì)不是很重要,但在手機(jī)等商業(yè)性競爭領(lǐng)域,價(jià)格因素是致命的,這時(shí)候系統(tǒng)資源的節(jié)約就有重要的價(jià)值。
有限字長的影響是濾波器實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)選擇時(shí)的另外一個(gè)非常重要的考慮。有些實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)非常便于理解,也易于實(shí)現(xiàn),可是對(duì)有限字長造成的影響非常敏感。比如說對(duì)IIR濾波器而言,如果極點(diǎn)位于單位圓附近,系統(tǒng)的量化誤差很容易就會(huì)使極點(diǎn)從單位圓內(nèi)變成單位圓外,從而導(dǎo)致系統(tǒng)的不穩(wěn)定。這時(shí)候,采用對(duì)有限字長影響不敏感的實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)就至關(guān)重要。
此外,是否易于并行運(yùn)算以及是否能夠?qū)崿F(xiàn)流水線運(yùn)算也常影響濾波器的實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)。
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