利用虛擬儀器進(jìn)行數(shù)字信號處理設(shè)計(08-100)

　　群延遲補償器

　　在對定點濾波器進(jìn)行設(shè)計和發(fā)布的過程中，有一種特性的重要性是不言而喻的，就是需要能夠直接、交互式地查看設(shè)計結(jié)果。傳統(tǒng)的通過文本軟件定點實現(xiàn)的方法往往效率高、成本低，但是由于算法精度較低，其設(shè)計過程也更為復(fù)雜。

　　使用LabVIEW和數(shù)字濾波器設(shè)計工具包，定點數(shù)字濾波器設(shè)計過程首先是對浮點濾波器進(jìn)行原型設(shè)計，并轉(zhuǎn)換成定點設(shè)計。轉(zhuǎn)換成定點設(shè)計會大大改變?yōu)V波器的特性和性能。實現(xiàn)了指定定長寄存器的整數(shù)字長、濾波器拓?fù)涞绕渌麉?shù)，這些對于確保濾波器按照設(shè)計期望進(jìn)行工作是十分關(guān)鍵的。對定點設(shè)計進(jìn)行適當(dāng)?shù)姆抡婧头治隹梢员苊庵笤谡{(diào)試設(shè)計的時候，在千萬行嵌入式系統(tǒng)代碼中進(jìn)行調(diào)試查找。集成在VI設(shè)計環(huán)境中的定點建模、仿真和分析工具簡化了從浮點設(shè)計到定點設(shè)計之間的過渡。

　　另外一個使得定點數(shù)字濾波設(shè)計非常困難的原因是，參數(shù)量化、中間運算和結(jié)果向系統(tǒng)引入了噪聲。此外，如果在數(shù)據(jù)存儲中沒有足夠的空間，就會發(fā)生上溢出。LabVIEW數(shù)字濾波器設(shè)計工具包中的定點建模、仿真和分析功能能夠在設(shè)計階段找出實現(xiàn)的錯誤源頭。例如，對于圖1設(shè)計的低通濾波器進(jìn)行定點實現(xiàn)。用戶使用定點建模VI，就可以在多個設(shè)計方案中選擇定點系統(tǒng)、指定字長、整數(shù)字長以及設(shè)計中關(guān)鍵位置的舍入和溢出模式。為了對最終實現(xiàn)進(jìn)行進(jìn)一步控制，還提供了超過23種不同的濾波器拓?fù)洌瑥腇IR直接形式1到IIR級聯(lián)二階部分(形式I或II、轉(zhuǎn)置)，直至網(wǎng)格ARMA(基本、一個乘法器或歸一化部分)。

　　圖2展示了包含選擇濾波器拓?fù)?、定點設(shè)計工具以及用于定點和浮點設(shè)計仿真與分析的范例VI。這個VI提供了能夠隨著仿真運行對實現(xiàn)參數(shù)進(jìn)行交互式修改的接口。首先，可以保持定點建模參數(shù)不變，使用默認(rèn)的濾波器拓?fù)?，使用正態(tài)分布的白噪聲信號作為濾波器輸入，測試濾波器在所有頻率下的響應(yīng)。圖3給出了仿真結(jié)果。很明顯，定點濾波器并沒有給出與浮點仿真相同的結(jié)果，盡管設(shè)計的濾波器具有幾乎相同的幅度、相位和零極點圖。濾波器分析報告指出由于在乘法、加法、延遲中產(chǎn)生了上溢出和下溢出，因此得到的結(jié)果不夠理想。利用在VI環(huán)境中給出的信息，用戶可以對定點實現(xiàn)進(jìn)行運行時修改，例如增加問題區(qū)域中的整數(shù)字長、嘗試其他濾波器拓?fù)浠蚴切薷亩c建模的其他屬性。對于這個設(shè)計而言，提高乘法、加法和延遲的整數(shù)字長就可以得到希望的定點設(shè)計結(jié)果，如圖4所示。

　　圖2 程序框圖展示了濾波器的設(shè)計，可以修改濾波器拓?fù)洹⒄麛?shù)字長、對正態(tài)分步的白噪聲進(jìn)行定點和浮點設(shè)計仿真以及仿真分析

　　圖3 前面板顯示了定點濾波器設(shè)計和浮點濾波器設(shè)計的幅度、相位和零極點圖特性以及仿真結(jié)果和第一個測試的分析