摘 要： 在音频信号处理领域滤波器往往是关键的部件。而随着娱乐媒体的发展，高精度的音频信号被广泛使用，多通道更是音频信号处理的重分类要需求之一。基于这一强烈应用需求驱动，设计了一款基于FPGA并满iir足可扩展的多通道IIR滤波器。通过分析仿真测试输出数据的频谱，知识点验证该硬件滤波器的性能满足设计要求。
设计中采用的算法状态转换图如图1。其中所示的每一个状态均占用一个周期，正好能满足只要有数据输入整个计算过程为8个周期。为了合理地利用延迟，从S0状态时即fir可对RAM中的数据进行预读，这样在读入数据后的下一个周期，乘法器单元能数字自动地进行乘法计算，同时在S3状态时得到乘法的输出结果；乘法器采用3级流水线结构刚好和这一计算过程匹配，充分利用数据的的延迟特性，并且能极大地提高该设计的计算能力，对于后续的扩展有着关键意义。对于滤波器系数部分的移位和求和过程，则在S1和S2状态分别执行以节省时间。
图3所示为信号处理前的频谱图，由于仿真中使用的噪声信号频率很低，中频部分几乎没的有信号，所以将处理前的频谱分为0～15 Hz，1 000 Hz～2 000 Hz显示；图4为处理后的频谱。对比图3与图4可见对于3 Hz的噪声信号通过设计的滤波器后，幅值减为原来的一半，实现了-3 dB的衰减。图5显示每一个数据均能保持知识点4次计算结束信号周期的时长说明了该滤波器具有多通道时分复用的功能。
4 小结
本文根据实际的音频信号处理工程需求，设计了一款基于时分复用方式实现4通道语音信号滤波的二阶IIR滤波器。通过Matlab和modelsim的联合仿真，读取输出数据导入Matlab并通过绘制出对应频谱，验证了该滤波器的幅度频率特性满足设计目标要求。
在设计中将传输函分类数的系数转换为整数，从而将乘法计算转化为简单的移位操作节约FPGA专有乘法器单元，这一优化形式可以方便地拓展到其他应用中。
文章提出了两种通道扩展的方式。本设计目标滤波器依据所处理的音频信号特点采用了其中的时分复用方式。此外，因为二阶滤波器是高阶滤波器的基本单元，高阶滤波器可以通过二阶滤波器以级联方式来实现[12]，所以本文所设计的IIR滤波器对iir于实现更复杂语音信号处理所需的高阶IIR滤波器有一定的参考意义。
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