基于Verilog HDL濾波器的設(shè)計(jì)

　現(xiàn)代計(jì)算機(jī)和通信系統(tǒng)中廣泛采用數(shù)字信號(hào)處理的技術(shù)和方法，其基本思路是先把信號(hào)用一系列的數(shù)字來(lái)表示，然后對(duì)這些數(shù)字信號(hào)進(jìn)行各種快速的數(shù)學(xué)運(yùn)算。其目的是多種多樣的，有的是為了加密，有的是為了去掉噪聲等無(wú)關(guān)的信息，稱為濾波；有時(shí)也把某些種類的數(shù)字信號(hào)處理運(yùn)算成為變換，如離散的傅里葉變換，小波變換等。VerilogHDL是目前應(yīng)用最廣泛的一種硬件描述語(yǔ)言，用于數(shù)字電子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)?？捎盟M(jìn)行各種級(jí)別的邏輯設(shè)計(jì)，并進(jìn)行數(shù)字邏輯系統(tǒng)的仿真驗(yàn)證，時(shí)序分析，邏輯綜合。小波濾波器的設(shè)計(jì)屬于復(fù)雜算法的電路設(shè)計(jì)，因此利用Veril—ogHDL對(duì)雙正交小波濾波器進(jìn)行建模、仿真，實(shí)現(xiàn)電路的自動(dòng)化設(shè)計(jì)，將是一種較為理想的方法。

　　Verilog HDL介紹

　　Verilog HDL是一種硬件描述語(yǔ)言，是一種以文本形式來(lái)描述數(shù)字系統(tǒng)硬件的結(jié)構(gòu)和行為的語(yǔ)言，用它可以表示邏輯電路圖、邏輯表達(dá)式，還可以表示數(shù)字邏輯系統(tǒng)所完成的邏輯功能。 Verilog HDL和VHDL是目前世界上最流行的兩種硬件描述語(yǔ)言，都是在20世紀(jì)80年代中期開發(fā)出來(lái)的。前者由Gateway Design Automation公司開發(fā)。兩種HDL均為IEEE標(biāo)準(zhǔn)。

　　Verilog HDL就是在用途最廣泛的C語(yǔ)言的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的一種硬件描述語(yǔ)言，它是由GDA公司的PhilMoorby在1983年末首創(chuàng)的，最初只設(shè)計(jì)了一個(gè)仿真與驗(yàn)證工具，之后又陸續(xù)開發(fā)了相關(guān)的故障模擬與時(shí)序分析工具。1985年Moorby推出它的第三個(gè)商用仿真器Verilog-XL,獲得了巨大的成功，從而使得Verilog HDL迅速得到推廣應(yīng)用。1989年CADENCE公司收購(gòu)了GDA公司，使得VerilogHDL成為了該公司的獨(dú)家專利。1990年CADENCE公司公開發(fā)表了Verilog HDL,并成立LVI組織以促進(jìn)Verilog HDL成為IEEE標(biāo)準(zhǔn)，即IEEE Standard 1364-1995.

　　Verilog HDL的最大特點(diǎn)就是易學(xué)易用，如果有C語(yǔ)言的編程經(jīng)驗(yàn)，可以在一個(gè)較短的時(shí)間內(nèi)很快的學(xué)習(xí)和掌握，因而可以把Verilog HDL內(nèi)容安排在與ASIC設(shè)計(jì)等相關(guān)課程內(nèi)部進(jìn)行講授，由于HDL語(yǔ)言本身是專門面向硬件與系統(tǒng)設(shè)計(jì)的，這樣的安排可以使學(xué)習(xí)者同時(shí)獲得設(shè)計(jì)實(shí)際電路的經(jīng)驗(yàn)。與之相比，VHDL的學(xué)習(xí)要困難一些。但Verilog HDL較自由的語(yǔ)法，也容易造成初學(xué)者犯一些錯(cuò)誤，這一點(diǎn)要注意。

　　l 小波濾波器的設(shè)計(jì)

　　對(duì)于小波函數(shù)，要求它具有正交性、緊支集、對(duì)稱性和平滑性。正交性可以使變換無(wú)冗余；緊支集則帶來(lái)優(yōu)良的空間分辨率；對(duì)稱性保證了與其對(duì)應(yīng)濾波器的相位為線性；平滑性可以產(chǎn)生較小的失真。這樣使離散二進(jìn)小波變換受到很大的限制，為此，人們提出一種雙正交的小波變換。本文設(shè)計(jì)小波濾波器正是基于雙正交小波變換的一種雙通道完全重構(gòu)濾波器，因此可以對(duì)信號(hào)進(jìn)行分解后實(shí)現(xiàn)精確重構(gòu)，所以對(duì)信號(hào)的濾波有很好的作用。由于它具有正變換二元上抽樣采樣和反變換二元下抽樣采樣特性，在進(jìn)行濾波器設(shè)計(jì)時(shí)可以將雙正交小波濾波器設(shè)計(jì)成具有多相結(jié)構(gòu)的雙通道完全重構(gòu)濾波器。雙正交小波變換可以看成原始信號(hào)通過(guò)一系列高低通濾波器濾波并經(jīng)過(guò)抽樣后所得到的結(jié)果，重構(gòu)過(guò)程與此相反。為了使變換后的信號(hào)能夠完全重建，須滿足Y（n）=x-kX（n），在這里取k=1。雙正交小波濾波器分解和重構(gòu)過(guò)程如圖1所示。

　　設(shè)G（z），H（z）分別為分解低通，高通濾波器，下采樣后用H（z）濾波等價(jià)于先用H（z2）濾波，然后下采樣，所以：

　　其中：Ge和Go分別是G（z）的偶數(shù)項(xiàng)和奇數(shù)項(xiàng)，He和H。分別是H（z）的偶數(shù)項(xiàng)和奇數(shù)項(xiàng)。根據(jù)式（1），式（2）可以建立雙正交小波濾波器的多相結(jié)構(gòu)模型如圖2所示。