1.一种低复杂度的稀疏线性相位FIR滤波器的设计方法,其特征在于该方法能够设计低非零抽头数的低通滤波器,使其实现所用的加法器、乘法器数目减少,从而能提高其运算速度、降低硬件成本,该方法的具体步骤包括:第1、根据设计要求,选择通带纹波δp、阻带纹波δs、通带最大截止频率ωp、阻带最大截止频率ωs,确定线性相位FIR滤波器的初始阶数为N,线性相位FIR低通滤波器的系数用向量h表示为:h=[h(M),2h(M-1),…,2h(0)]T (1)
其中M=N/2;将稀疏线性相位FIR低通滤波器设计问题转化为如下的数学优化问题:min ||h||0 (2a)
s.t. 1-δp≤c(ω)h≤1+δp,ω∈[0,ωp] (2b)-δs≤c(ω)h≤δs,ω∈[ωs,π] (2c)
其中||·||0代表0-范数运算,即表示系数向量中非零数字的个数;其中c(ω)为行向量,表示为c(ω)=[1,cos(ω),…cos(Mω)] (3)
第2、确定量化字长B,对稀疏FIR低通滤波器系数向量h进行CSD编码,得到N×B的CSD编码量化系数矩阵:为统计hq中所有j阶2项子式出现的位置,引入B-2个N×B的位置矩阵CSP(j),j=1,2,…B-2,CSP(j)标注了hq中所有具有形式bi0…0bi-j-1(中间有j个0)的j阶2项子式出现的位置;
矩阵中元素值为0,1或 若CSP(j)(n,i)=1或 则表示hq(n)中的 和 构成j阶偶(奇)
2项子式;若CSP(j)(n,i)=0,则表示在hq(n)中对应位置上不存在任何j阶2项子式;若CSP(0)(n,i)=1或 表示第n个量化系数hq(n)在第i位上存在独立的非零数字1或 在给定的低通滤波器的设计参数下,通过合理的选择2项子式或孤子进行重构,可以更快地得到期望的系数集;
第3、利用孤子和j阶2项子式的灵敏度函数;设置 表示系数集hq中第n个系数、第i比特位上的孤子, j=1,2,…B-2表示hq(n)中的 和 构成的j阶2项子式,则灵敏度函数 表示为:其中j=0,1,…B-2,L是采样点数,Hq(ω)是量化系数集hq对应的滤波器频率响应,是将j阶2项子式或孤子从系数集hq中移除后对应的频率响应;灵敏度函数代表了把j阶2项子式 或孤子 移除而引起的频率响应误差;
第4、根据灵敏度函数 计算系数集hq中各个j阶2项子式和孤子的灵敏度,对应结果放入B-1个N×B的灵敏度矩阵WEI(j),j=0,1,…B-2中。令hr表示N×B维的重构系数矩阵,其初始化为全0矩阵;在每次迭代中,将根据灵敏度的大小,依次选择合理的j阶2项子式或孤子复制到重构系数矩阵hr中,直至hr对应的滤波器通带纹波δp和阻带纹波δs满足要求,计算得到最终的稀疏的线性相位FIR低通滤波器。
2.根据权利要求1所述的一种稀疏的FIR低通滤波器的设计方法,其特征在于,基于公式(5)中 的表示,共同的子表达式有不同的灵敏度,为降低实现成本,可由主要的子表达式 表示为:其中j=0,1,…B-2。