1、分類號：密級：烈虞舞凈銼走哮碩士學位論文圖像編碼中濾波器組的優(yōu)化設計及實現張輝指導教師姓名：申請學位級別：論文定稿日期：學位授予單位：學位授予日期：柴利教授武漢科技大學信息科學與工程學院碩士專業(yè)名稱：論文答辯日期：檢測技術與自動化裝置武漢科技大學答辯委員會主席：評閱人：千典洪王典洪劉曉玉武漢科技大學研究生學位論文創(chuàng)新性聲明本人鄭重聲明：所呈交的學位論文是本人在導師指導下，獨立進行研究所取得的成果。除了文中已經注明引用的內容或屬合作研究共同完成的工作外，本論文不包含任何其他個人或集體己經發(fā)表或撰寫過的作品成果。對本文的研究做出重要貢獻的個人和集體，均已在文中以明確方式標明。申請學位論文與資料若有

2、不實之處，本人承擔一切相關責任。論文作者簽名：埠日期：上型叫。研究生學位論文版權使用授權聲明本論文的研究成果歸武漢科技大學所有，其研究內容不得以其它單位的名義發(fā)表。本人完全了解武漢科技大學有關保留、使用學位論文的規(guī)定，同意學校保留并向有關部門（按照武漢科技大學關于研究生學位論文收錄工作的規(guī)定執(zhí)行）送交論文的復印件和電子版本，允許論文被查閱和借閱，同意學校將本論文的全部或部分內容編入學校認可的國家相關數據庫進行檢索和對外服務。論文作者簽名：指導教師簽名：武漢科技大學碩士學位論文第頁摘要近年來過采樣濾波器組因其優(yōu)越的去噪性能和較高的設計自由度，在許多領域得到廣泛關注，在圖像編碼領域的應用也是一個研

3、究熱點。現有的圖像編碼技術主要是基于變換，對信道中引入的噪聲信號和分塊變換導致的塊效應不能很好的去除。過采樣時域重疊變換的引入，可以很大程度上削弱圖像中的塊效應。用過采樣線性相位完全重構濾波器組替代原有的變換，可以很好的起到消除噪聲的效果。隨著多媒體、網絡化、移動化技術的發(fā)展，系統對運算速度、系統功耗以及做數字信號處理的硬件平臺的要求越來越高。因其并行處理結構，在進行復雜計算時性能可以遠遠優(yōu)于傳統芯片。另外，可以快速方便的通過修改邏輯結構和配置，完成系統的升級，快速地適應市場變化。本文研究格型結構過采樣濾波器組的實現問題，主要工作有：、給出了時域過采樣重疊變換的實現，提出了詳細硬件電路結構，并

4、且對硬件模塊開展了仿真研究。仿真結果表明所設計模塊達到了功能要求。時域過采樣重疊變換是一個通用的結構，將前置濾波器和后置濾波器的硬件實現部分，封裝為用戶自定義，在調用的時候通過修改參數就可以完成該模塊的設計，很大程度的簡化了后續(xù)開發(fā)的設計周期。、給出了最優(yōu)去噪格型結構濾波器組的實現，提供了各功能模塊硬件結構圖及參數配置說明。功能仿真表明，所給出的硬件模塊滿足功能要求，對后續(xù)核設計具有重要參考價值。關鍵字：過采樣；濾波器組；格型結構；圖像編碼；第頁武漢科技，。碭，孚，玲昏地觚咖，：，武漢科技大學碩士學位論文第頁目錄摘要第一章緒論。濾波器組設計及應用一濾波器組的發(fā)展歷程：濾波器組的應用。發(fā)展發(fā)展現

5、狀及應用領域發(fā)展趨勢本章小結。第二章濾波器組與基礎知識抽取內插和多相分解信號的抽取。信號的內插。有理數倍抽樣率變換多相結構濾波器組的完全重構濾波器組兩通道濾波器組完全重構通道濾波器組的完全重構器件。定義器件結構。（認的配置基于的數字信號處理簡介設計流程與一起構建系統本章小結第三章時域過采樣重疊變換的理論及其實現時域過采樣重疊變換重疊變換時域重疊變換時域過采樣重疊變換第頁武漢科技大學碩士學位實現分析結構圖搭建硬件模塊在仿真轉換為硬件模塊并仿真生成核本章小結第四章基于格型結構的最優(yōu)去噪設計及其實現的性質及其格型設計方法過采樣完全重構濾波器組性質格型結構分解最優(yōu)去噪綜合濾波器組的設計原理濾波器組的實

6、現算法描述。：濾波器組的實現轉化硬件模塊并仿真。自定義本章小結第五章總結與展望參考文獻致謝武漢科技大學碩士學位論文第頁工昨）尺（）符號、術語說明抽取因子內插因子對稱濾波器組的個數反對稱濾波器組的個數濾波器組的通道數分析濾波器組的多相結構綜合濾波器組的多相結構格型結構模塊矩陣對角重疊變換中前置濾波器組重疊變換中后置濾波器組武漢科技大學碩士學位論文第頁第一章緒論濾波器組作為數字信號處理的一個新的分支，從世紀八十年代開始得到迅速發(fā)展，并廣泛的應用到了工程實踐領域。技術是現代電子技術的一個重要發(fā)展分支，與傳統電子產品的設計相比，它廣泛運用計算機技術，自動化程度高，開發(fā)周期短。本論文研究格型結構過采樣濾

7、波器組的實現問題。本章綜述多抽樣率信號處理理論的發(fā)展歷程和主要的應用場合，介紹的發(fā)展現狀和應用前景，以及未來的發(fā)展趨勢。濾波器組設計及應用濾波器組的發(fā)展歷程最早的濾波器組是在年提出的兩通道濾波器組【】，抽取和內插因子都是的正交鏡像濾波器組（），不能夠實現完全重建。正交鏡像濾波器組分為和兩類。其中能夠滿足線性相位，卻不能夠保證完全的無幅度失真，可以用優(yōu)化算法使幅度失真盡量容易實現無幅度失真，但需要優(yōu)化設計使得相位失真盡量小，實現近似地完全重構【。在年，等人提出的兩通道共軛正交濾波器組，是第一個能夠實現完全重構的濾波器組，隨后他們又提出了仿酉濾波器組的設計方法【。設計濾波器的方法依然很繁瑣，直到年

8、由引入了多相分解的方法【】，獲取高效的濾波器組結構，才大大的簡化了濾波器組的設計。正是及其工作組成員提出的多相分解方法、無損系統的格型結構理論等相關研究成果【】【嘲，極大的推動了多抽樣率信號處理學科的發(fā)展。在上個世紀八十年代后期，等學者通過擴展提出了通道濾波器組，并證明了使用多相分解可以很大程度上簡化完全重構理論【。年和使用格型分解方法設計了帶線性相位濾波器組，獲得了大量的研究成果【】。又是和他的同事，在年提出了帶線性相位正交濾波器組的理論【。對線性相位濾波器組在圖像處理中的應用做了一系列的研究，提出了很多算法和理論【】。等學者在格型結構方面也做出了重要的改進，使濾波器組的設計更加簡化【】【】

9、。等人提出一種求解具有最優(yōu)去噪效果的格型結構重構濾波器組【。隨后一類重要的濾波器組提出，那就是調制濾波器組。調制濾波器組不僅可以容易實現完全重構，而且設計和實現過程非常方便，計算復雜度也較以往設計方法有很大程度地降低。這類濾波器組是由一個低通原型濾波器，經過適當的調制得到的。調制濾波器組有兩種，一種叫做復調制濾波器組又稱調制濾波器組，另一種叫做實數調制濾波器組又稱余弦調制濾波器組【】。等人在余弦調制濾波器組理論方面做了很多研究，獲得了大量的成果【】【，為該理論的發(fā)展起到起到的推動作用。將濾波器長度為的完全重構濾波器組系統與重疊下交變換（）建立起了等效關系【。和對長度為整數倍的濾波器組的完全重構

10、題進行了更深入的探討，第頁武漢科技大學碩士學位論文并用格型結構形式設計實現了通道濾波器組【】。后來學者的不斷研究發(fā)現，提出仿酉余弦調制濾波器組，不僅在設計和實現的復雜性上最小，而且可以將系數設計為的冪級數，從而實現了無乘法的完全重建調制濾波器組瞄】。非均勻濾波器組也是研究的一個熱點，通過非均勻濾波器組可以一次將信號劃分成不同頻寬的子帶，適合要求多分辨率的場合。世紀年代，等學者提出了非均勻濾波器組重建和設計理論【。年，等學者提出了用余弦調制濾波器組來設計非均勻濾波器組】。隨后等人又對余弦調制方法進行了該進【。今年來，和揭示了多抽樣率濾波器組與小波的關系【】，提出了用多分辨率理論構建小波的方法。年

11、月提出了雙正交組的概念【引。雙正交組在信道均衡理論中有著重要作用，為多輸入多輸出系統提供新的研究角度，為系統完全重構提供了新思路。多維多抽樣率系統的理論也一直是研究的熱點，和等人將多維濾波器組系統應用到圖像編碼中，取得了很多成果【?，F在許多研究成果已經在圖像和視頻的子帶編碼技術中得到了廣泛應用例。在國內，有關多抽樣率信號處理的研究起步于世紀年代初期。早期的代表作有年清華大學宗孔德教授著寫的多抽樣率數字信號處理，改書系統而全面的介紹了抽取、內插、多相結構和濾波器組設計的一些基礎理論。之后有許多國內學者投入這一領域，也取得了許多成果。陶然教授等人出版的書籍多抽樣率數字信號處理理論及其應用，為國內的

12、從業(yè)人員提供了一本不可多得的參考資料，該書介紹了多抽樣率的系統的基本理論，重點討論了常用的濾波器組的性質，給出了多抽樣率信號處理技術在數字通信、音視頻處理及轉換中的應用引。濾波器組的應用、在數字通信中的應用在數字通信領域，多用戶傳輸技術是廣泛采用的技術，它包括頻分多址、碼分多址、時分多址三種。從本質上講，這些通信系統可以等效于濾波器組，發(fā)送端看作分析濾波器組，接收端看作綜合濾波器組【蚓。用濾波器組的方法設計時分多址和頻分多址系統，成功地應用到通信中。在第三代和第四代通信系統中的正交頻分復用技術，也可以使用通道濾波器組的相關理論來設計實現。數字通信系統的信道均衡問題也是一個具有重要意義的問題【，

13、解決的是如何使接收端的信號最大程度的逼近于輸入端的信號的問題。從濾波器組的角度來看是設計綜合濾波器組以使與發(fā)送端的分析濾波器構成近似完全重構濾波器組。、音視頻處理中的應用語音壓縮是最先應用濾波器組的領域【，隨后延伸到圖像和視頻壓縮領域【。基本原理是將信號劃分為不同的頻帶，根據人的感官特性，對不同頻帶區(qū)域采用不同的量化編碼方式，比如對人體較為敏感的頻段的系數采用更為細致的量化步長和較長的比特編碼，而不敏感的頻段內的系數則用較為粗略的量化步長和較短的比特編碼。這種處理既可以達到在數據量較少的情形下，獲得更好的人體主觀感受。多媒體技術的蓬勃發(fā)展，以及武漢科技大學碩士學位論文第頁通信中帶寬的有限性，決

14、定了音視頻壓縮技術一直都是研究的熱點，許多使用濾波器組理論推導出的優(yōu)秀算法在逐漸被學者提出。語音識別和視頻識別技術也應用了多抽樣率信號處理的理論。目前識別技術基本的思想是：用濾波器組分割信號頻帶，并提取關鍵特征值與設定的目標模板比對。等人提出了一種方向濾波器組】，應用到指紋匹配中。與以往的指紋識別方法相比，該方法需要的存儲容量有所減小，而且匹配的時間也大大的縮短了。隨著濾波器組的研究會有更優(yōu)秀的算法應用到實際工程中去。在知識產權意識越來越強化的今天，數字水印技術提供了保護知識產權的利器。在音像制品中添加數字水印，可以有力地保護作者的著作權和收益權免受侵犯。在音頻數字水印的嵌入和提取中使用的就是

15、正交鏡像濾波器組進行頻帶分割【。此外，濾波器組在信號去除噪聲方面也有很多應用。、高速轉換中的應用數字系統的工作頻率有越來越高的趨勢，這也要求信號轉換速度越來越快。但由于器件自身物理特性的限制，常常不能滿足速度上的要求。這時應用多抽樣率信號處理，可以在一定程度上的解決這一問題【。例如多路并行采集系統中，每個的采樣頻率為廠，用路并行采樣，這個以相同的時間間隔輪流順序采樣，路系統同次序輪流輸出，這時系統的采樣頻率就達到了。這整個系統是個簡單的通道濾波器組，輕易地將的頻率提升了倍。濾波器組在中還有其他方式的應用，如基于離散時問正交鏡像濾波器組的、一型、基于混合濾波器組的等，都能夠有效地提高轉換的效率。

16、發(fā)展發(fā)展現狀及應用領域發(fā)展歷程了解必須先了解一個概念，（）指的是電子設計自動化，它是迅速發(fā)展的新型技術【。這種技術的設計載體是大規(guī)?？删幊踢壿嬈骷饕◤碗s可編程邏輯器件和現場可編程邏輯門陣列。設計開發(fā)人員利用計算機和大規(guī)?？删幊踢壿嬈鞯拈_發(fā)軟件作為設計工具，用硬件描述語言描述系統邏輯，計算機自動將軟件設計的系統轉化為硬件系統，最終生成專用芯片或者專用集成電路系統。技術有以下特點：、硬件系統的設計全部由軟件方式完成；、自動化，從軟件方式設計系統到最終生成集成電路，都是由開發(fā)軟件自動完成，將設計人員從單調而乏味的布線中解脫出來；、各種仿真保障設計過程的正確性，在設計的不同階段都有相應的仿真；

17、、系統可實現現場可編程，設計的升級和修改靈活方便；、高度集成，設計出的整個系統都可以集成到一塊芯片上，體積更小、功耗更低、可靠性高。第頁武漢科技大學碩士學位論文器件是技術的設計載體之一，世界上第一款器件是由美國的腿公司于年推出的。當時采用的是岬生產工藝，邏輯陣列塊和其他邏輯資源也非常有限，可用的門僅有多個。當時應用的場合也只是做膠合邏輯。器件采用邏輯單元陣列結構、靜態(tài)隨機存取存儲器工藝，所以設計靈活，集成度高，在理論上可無限次重復擦寫，還支持現場可編程，這些優(yōu)點一直以來被人們看好。隨著生產工藝的不斷進步，電子元件內部集成的晶體管數目按照電子界的摩爾定理增加，集成度不斷提升。經過二十多年的發(fā)展，

18、器件已經在市場上廣泛的應用。其中最大的兩個廠家砧托和）（腿占有市場最大份額，各自都有多個檔次的多款器件。應用領域、傳統領域最初是應用在邏輯接口的粘合上。各種設備與機通信時，不同的設備可能有不同的通信接口，如、等等，而機上的接口是有限的。故需要專門的接口芯片引入到設計中才可以完成通信，這樣做的同時也增加了外圍電路的體積和復雜度?？梢詫⑦@些接口融合到設計內部，而不增加外圍電路的體積。此外，在數據采集領域的應用也是的傳統應用領域。模數轉化器的接口不可與單片機和傳統器件接口直接通信，對于低速的模數轉換器，可以通過接口傳給處理器，而對于高速模數轉換器則用來實現邏輯粘合。、數字信號處理領域需要高效率數字信

19、號處理領域，如通信、高清編解碼，已經開始使用來替代傳統器件。器件做有這么幾個優(yōu)點：首先，是并行運算的，而且數據位寬可配置，所以運行速度會優(yōu)于串行執(zhí)行的傳統器件；第二，器件中還可以集成其他功能模塊，使得總體系統外接器件更少，體積上更小；第三，有些算法有最優(yōu)的架構，用能更容易地實現這種理想的架構；第四，的功耗比芯片要低。、消費電子領域嵌入式開發(fā)技術逐漸成熟，引入穩(wěn)定高效的處理器和可以掛接各種外設的總線，設計人員能靈活快捷地定制出滿足需求的硬件平臺。軟件開發(fā)人員可以在這個定制的硬件平臺上做應用型的開發(fā)，類似于做單片機或者傳統開發(fā)一樣方便，總體的成本卻要更低些。所以已經廣泛應用到終端消費電子領域，如車

20、載電子設備、醫(yī)療器械、測試儀表、軍事雷達等。發(fā)展趨勢技術有以下四個發(fā)展方向【刪【：、器件高性能、高密度、低電壓、低功耗隨著工藝的不斷提升，不再僅僅負責接口邏輯的設計，逐漸在電路設計的核心部分占有重要地位，許多場合中已經開始取代傳統的器件，作高性能計算和大吞吐量的數據交換。復雜的功能需要更多的邏輯資源，所以對高性能、高密度的武漢科技大學碩士學位論文第頁器件的需求是越來越多。在功耗方面雖然器件比器件小，但是與專用集成芯片相比還是顯得很高，各種新的工藝和技術將會被應用，以降低的功耗。、基于口庫設計隨著項目規(guī)模的逐漸擴大，用逐個編寫代碼的傳統的設計方法很難滿足工程需求。工程師個體涉及的領域是有限的，對

21、某些算法可能沒有太深了解，在短期內很難做出比較優(yōu)秀的算法實現模塊。各種文件設計應需而生，它們實現的是專業(yè)領域的算法，由專門研發(fā)人員開發(fā)，并經過多種驗證正確的模塊，可以方便的移植、整合到設計中，而且性能是非常穩(wěn)定優(yōu)越的。各種組成文件庫，用戶基于這些庫設計，在減輕設計人員開發(fā)負擔的同時，也大大的縮短了設計周期，這也符合分工日益細致的發(fā)展趨勢。、嵌入式開發(fā)的嵌入式開發(fā)也就是片上系統技術，該技術可以將硬件系統的設計和軟件編程開發(fā)分離開來，這樣對工程師的自身素質的要求會降低，硬件工程師和軟件工程師各負其責即可，不用延伸到對方領域。硬件工程師根據項目需求定制一個優(yōu)化的微型控制系統。通常一個完整的系統包括處

22、理器、存儲器、時鐘和復位電路以及各種核等。如果有需要還可以將處理器整合到系統中，或者多個處理器聯合協調。軟件工程師在硬譬件工程師提供的嵌入式硬件平臺上，做滿足工程需要的軟件開發(fā)。隨著集成技術的不斷提高，在一塊器件上實現一個復雜的系統，不僅成本低，而且外圍電路簡單，功耗也會較傳統設計的低。嵌入式開發(fā)設計必將更受青睞，終將成為設計的趨勢。、動態(tài)可重構技術動態(tài)重構技術指的是在一定的邏輯控制下，在不同的時間段對器件的部分或者全部資源進行重新的配置，即實現硬件資源的分時復用的一種技術。這種技術的應黿用背景是，越來越復雜的系統需要消耗越來越多的邏輯資源，重新配置一次芯片將會消耗很多時間，不能保證實時性，而

23、對局部邏輯實行按需動態(tài)分配，可以很快完成，配置效率高。例如在通信系統中，和（標準同時在應用，有時我們的設備需要使用標準，而有時又使用（標準，根據使用的標準不同，動態(tài)分配通信標準對應的邏輯，其他相同部分則不必重新配置，這樣可以節(jié)省大量的資源而且對通信不會造成影響。動態(tài)可重構技術在大型設計系統中會被重視。本章小結本章先介紹了濾波器組設計的發(fā)展歷程和應用領域，對國內外發(fā)展的狀況和取得的研究成果做簡要說明，然后總結了技術的發(fā)展現狀、應用領域和發(fā)展趨勢。第頁武漢科技大學碩士學位論文第二章濾波器組與基礎知識本章先介紹信號抽取和內插的概念，以及在多抽樣率的數字系統中占重要地位的多相結構，接著分析基于多相結構

24、的濾波器組的完全重構問題，最后對器件做簡單的介紹，并對基于的數字信號處理開發(fā)流程做一個說明。抽取內插和多相分解我們把信號由較高頻率轉化為較低頻率的過程稱為抽取，把信號由較低頻率轉化成為較高頻率的過程稱為內插。多相結構的提出為多抽樣率信號處理的研究擴展了新的視角，具有重大意義。本節(jié)將從時域和頻率分別來介紹抽取和內插的概念及性質，以及多相結構在多抽樣率系統中的應用【。信號的抽取圖抽取器時域分析：對信號進行抽取就是將原始序列每隔個值抽取一個形成新的序列。我們稱為抽取因子，圖是一個抽樣器，令輸入信號為石（，），輸出信號為（），則有如下關系式：（療）（）一（棚，佃）（）頻域分析：記數字序列（）的頻域表示

25、為（扣）六（）嘲（）二“抽取后序列的頻譜為：一）古篆坤）（）由公式（）可以看出，抽樣后的序列的頻譜實際上是原始序列的頻譜經過一系列的變換得到的：先將原始序列的頻譜在頻率軸上進行倍拉伸，幅度則變?yōu)樵瓉淼男?。再在頻率軸上進行萬，（切的平移；最后將這些平移后的頻譜圖疊加起來，就得到了抽武漢科技大學碩士學位論文第頁樣后序列的頻譜。抗混疊濾波：因為抽取后信號的頻譜是由原始序列頻譜的擴展、平移、疊加而來，所以會出現有頻譜混疊的情形。為避免抽取后出現頻譜混疊，信號工（珂）與抽取因子必須滿足一定限制：工仍）的頻帶必須在區(qū)間【一吾，百】上。更通常的做法是在抽取前，先對信號進行抗混疊濾波，確保通過這個頻帶的信號不

26、會出現頻譜混疊。帶抗混疊濾波的抽取器如圖。酬（廿州圖帶抗混疊濾波的抽取器抗混疊濾波器），它的頻率響應為：肌加）；，【吾，吾】（）【，其它通過抗混疊濾波器伽）后，伽）在卜三，吾】頻段內的信號保存下來了。這種方法雖然避免了信號在抽取后的頻譜混疊，卜吾，吾】頻段內可以完全無失真的恢復，但是也丟棄了信號的高頻部分。所以在選擇這種方法的時候，必須考慮高頻部分在分析中占有的地位。信號的內插時域分析：對信號的內插就是在原始序列相鄰的兩個點之間插入一個零值點。假設輸入信號為工伽），輸出信號為（玎），則有如下關系式：，苫肛我們稱為內插因子，圖是一個內插器。，工，（）其它。頻域分析：記數字序列（）的頻域表示為：圖

27、內插器第頁武漢科技大學碩士學位論文沖扣）專纂礦加（）內插后輸出序列（）的傅里葉變換為：（）（）（）由公式（）可以看出，內插后的序列的頻譜實際上是原始信號的頻譜在頻率軸上做倍的壓縮。原始信號的頻率是以萬為周期，內插后信號頻譜經過壓縮，周期變?yōu)?。去鏡像濾波：內插后信號的頻譜在孕，七，處呈現對稱，兩邊的波形互成鏡像，我們稱之為鏡像對稱。每個石頻段內有個相同的波形，一個波形稱為原始波形的鏡像。顯然，我們看到在卜手，手】這一段內的波形就足以包含原始信號的頻譜信息，（只要將其倍的拉伸，就得到原始信號的頻譜波形），所以那一個鏡像屬于冗余信息，可以濾除掉。通常的做法是在抽取器后級聯一個低通濾波器來濾除鏡像。理

28、想的去鏡像濾波器的頻率響應函數為：日（口一，）：厶卜三，蘭】（）其它因為濾除一個鏡像后，信號的能量減少為原來的，所以為了彌補這個能量的損失需要，將信號的增益提升倍。圖是一個帶去鏡像濾波的內插器。圖帶去鏡像濾波器的內插器以上簡要的介紹了抽取與內插的基本理論，詳細、深入的理論可以參考文獻【】。有理數倍抽樣率變換圖糾倍抽取器如果需要對信號伽）作有理數倍抽取的時候，可以轉化為做糾材倍抽取，其中的膨、均為整數，先進行倍內插，再進行膨倍抽取，如圖是叫倍抽取系統圖。武漢科技大學碩士學位論文第頁多相結構在介紹多相結構前，先必須了解多抽樣率系統中的幾個基本變換【】【】：（）信號乘以常數后內插或抽取，等價于信號內

29、插或抽取后乘以常數，如圖；圖抽取、內插與乘常數的變換（）兩個信號分別抽取或內插然后相加，等價于兩個信號相加后再抽取或內插，如圖：圖抽取、內插與加法的變換（）抽取器濾波器前置，等價于將濾波器后置，同時傳輸函數變換的冪次降為原濾波器的，如圖；匝乎廿匝毋圖濾波器與抽取器級聯（）內插器濾波器后置，等價于將濾波器前置，同時傳輸函數變換的冪次降為原濾波器的，如圖；區(qū)乎廿臣母圖濾波器與內插器級聯（）膨抽取器與內插器的位置也可以互換，只要滿足、互為質數的條件，如圖。匹廿臣廿圖抽取與內插級聯濾波器的長度為，若（、均為整數），不足可以補零，則可以按以下兩種方式將其變換式（）排列成個組：第頁口一如果我們把（剃肘）；

30、巨囝圖獅多相結構分解月物：薹（，肌廠薹（黼）啃斗，室（黼，一眥）一枷，、。，、柚一剃，。，、神（）。）斗刪）墨）把上式稱為聊多相表示，多相分量肼斗。（）篁（七）。肼）一。為多相分解的網絡結構圖。圖多相結構分解在這里回想帶有防混疊濾波器的抽取器結構圖，般是將防混疊濾波器置于抽取器的武漢科技大學碩士學位論文第頁前一級，將濾波器分解為多相形式，如圖（）所示。依據本節(jié)前面講述的多抽樣率系統的恒等變換式（）和恒等變換式（），經過以上變換之后，帶防混疊濾波的抽取器結構轉化為圖（）。信號通過濾波器，計算的時候是做卷積運算，抽取后許多數據丟掉。若是按（）結構，先抽取，數據量減少，再做卷積運算，運算量也減少了。

31、像這樣把卷積運算放在低抽樣率一側進行，可以很大程度的降低計算量，我們稱這種結構為高效結構。：“一。匝卜一（）（）圖抽取系統的多相分解帶去鏡像濾波的內插器結構多相分解后如圖（）所示，同理地，通過多抽樣率系統的恒等變換式（）和（），得到去鏡像濾波的內插器的高效結構，如圖（）所示。；匹扯州匹互扯州（）（）圖內插系統的多相分解濾波器組的完全重構【濾波器組我們把一組擁有共同輸入或者共同輸出的濾波器稱為濾波器組，如圖。在圖（）中的濾波器組都共有一個輸入信號（），有各自不同的輸出，我們把這種濾波器組稱為分析濾波器組；圖（）的濾波器組有各自不同的輸入信號，卻有一個共同的輸出端量（，），稱這種濾波器組為綜合濾波

32、器組。第頁武漢科技大學碩士學位論文一瓤）刊竺！竺卜一！蘭心巨：卜伍互睜臥著叫互攀區(qū)：。站一。（一墨：口口一（）：舊廠一了“，一，：（口）（）圖通道濾波器組兩通道濾波器組完全重構兩通道濾波器組是最簡單的濾波器組，記分析濾波器組為風（）、（），綜合濾波器組為（）、（），分析濾波器組按照多相分解，如圖（），其中風（）（）（）（）（）五（）。置（）（）由多抽樣率系統的高效結構一節(jié)，可以得出其高效結構如圖（）所示；（：）習口（）廣一一廠：一，一：?？舾币灰唬簭S囂”一瞄一妒地一置。置（：）陽廣：一，、（）（）圖兩通道分析濾波器組的高效結構高效結構示意圖中虛線部分用矩陣表示為：訛，瞄黝我們稱它為分析濾波器組

33、的多相矩陣。綜合濾波器組按多相分解有：（）（）（）（）（）（）（）（）同理得到綜合濾波器組的多相矩陣肥，嘲黝億忉武漢科技大學碩士學位論文第頁兩通道濾波器組用多相矩陣來等效表示如圖，若要實現完全重構，則有（）（），或眩一（）用多相形式分析濾波器組的重構問題會更加直觀、清晰。五噸（）（）一十一阡圖兩通道濾波器組的多相結構即）通道濾波器組的完全重構通道濾波器組有樹形結構和平行結構。樹形結構的濾波器組是基于二叉樹形式，由兩通道濾波器組級聯而成。這種結構的濾波器組由于是以兩通道為基礎，所以有很多特性可以根據簡單的兩通道濾波器組特性來判斷。但是它卻對計算、存儲等帶來很大負荷，而且通道數也局限為的冪。樹形結

34、構都可以轉化成平行結構的濾波器組。膨通道平行結構濾波器組如圖。分析濾波器組按多相分解，綜合濾波器組按多相分解，日。（：）一（）（）肼（）肌卜（肘）（）把信號通過濾波器組表示為矩陣運算的形式有：（力日（力吼，（）（）量；篡。，（，）毛（，）卜（）量，一（），其中（）矩陣叫做通道濾波器組的分析濾波器組的多相分量矩陣。同樣的方式可以獲得綜合濾波器組的多相分量（）。將抽取和內插移動到適當位置，類似兩通道的濾波器組，得到多相分解的高效結構。濾波器組的完全重構問題，可以用多相分量矩陣來表示為：黝（）或（），扛；“第頁武漢科技大學碩士學位論文器件要掌握技術必需先了解器件的內部結構和工作原理，本節(jié)將以燦豫公司

35、的系列器件為例，簡單講解的基礎知識【剮【。定義是現場可編程門陣列的英文簡寫，全拼是蓼粗髓。首款器件由公司于年推出，當時它是采用工藝制作的一種新型高密度可編程邏輯器件。發(fā)展非?？?，種類繁多，但大體結構類似，一般都由可編程邏輯塊、可編程模塊和可編程內部連線構成。控制這些模塊連接方式和使用方式的數據稱為配置數據，一般存放在片內的熔絲圖上或者中。每個滿足特定功能的設計，都有著自己的模塊資源配置方式，以配置數據的形式，控制內各個模塊按照指定的方式工作著。對于基于的器件來說，每次斷電后，乙蝴中的配置數據會丟失，所以每次上電后都要從片外存儲器中加載配置數據。設計人員可以很方便的更改、加載這些存儲于片外存儲器

36、中的配置數據，從而達到修改邏輯設計的功能，實現現場可編程。經過多年的發(fā)展，在生產工藝和架構上都有了很多變化。生產廠商也有很多，主要的幾家有豫、】【、等，各自公司都有著不同類型的器件。但大體上可以根據邏輯功能塊的大小，分為粗粒度和細粒度：按編程方式的不同，可分為可重復編程型和一次編程型；從邏輯塊的結構上又可以分為多路開關結構、查找表結構和多級與非門結構三類。器件結構系列是豫公司的一款低成本、高性價比的芯片。采用的是生產工藝，與同樣采用工藝的其他公司的產品比較，系列的性能要高出，以上，而功耗卻低，更具有吸引力的是它的價格優(yōu)勢，的價格幾乎與專用集成電路芯片相當。如此優(yōu)異的性價比，使得系列芯片，一經推出便備受市場青睞。除了在傳統的數據運算領域外，通信、醫(yī)用設備、消費類電子、汽車導航等終端產品領域，也大量的使用了系列器件。下面以系列的為例，詳細分解芯片的內部結構則。如下圖所示是系列器件內部的基本結構排列。它主要由邏輯單元、邏輯陣列塊、鎖相環(huán)、嵌入式乘法器、輸入輸出單元以及各基本單元間的連接線構成。武漢科技大學碩