طراحی و شبیه سازی فیلترهای وفقی پاسخ ضربه نامتناهی دو بعدی با استفاده از vhdl

هدف از این پژوهش طراحی، شبیه سازی و سنتز فیلترهای وفقی پاسخ ضربه نامحدود(iir) دو بعدی با استفاده از زبان توصیف سخت افزاری vhdl جهت پیاده سازی روی تراشه fpga می باشد. در این طرح از قابلیت ذاتی فیلتر iir در رسیدن به پاسخی معادل فیلترهای fir با تعداد ضرایب کمتر، و درنتیجه کاهش سطح سخت افزاری ، افزایش فرکانس کاری و کاهش توان مصرفی جهت پیاده سازی و کاربردهای سخت افزاری استفاده می شود. برای این منظور روش فرمول بندی خطای معادله جهت حفظ پایداری فیلتر در طول عمل تطبیق و الگوریتم وفقی lms به منظور تطبیق ضرایب بکار گرفته می شود. ابتدا یک فیلتر وفقی iir یک بعدی طراحی ، شبیه سازی و سنتز می شود و عملکرد آن برای کاربردهای حذف نویز وفقی و شناسایی معکوس سیستم ارزیابی می شود. نتایج شبیه سازی و سنتز توانایی فیلتر وفقی iir را جهت حذف اغتشاش و شناسایی درست ضرایب سیستم ناشناس تایید می کند. در طراحی فیلترهای وفقی iir دو بعدی، معادله ی سیستمی این فیلترها به صورت مخرج قابل تفکیک، جهت دستیابی به ساختارهای یک بعدی وفقی و داشتن کنترل بیشتر بر روی قطب های سیستم تقریب زده می شود. نتایج به دست آمده صحت عملکرد فیلترهای وفقی iir دو بعدی قابل تفکیک با مرتبه 1×1 را جهت حذف نویز گوسی از تصاویر دیجیتال تایید می کند و در ادامه فیلترهای وفقی iir دو بعدی با مرتبه 2×2 و ساختار غیر قابل تفکیک با استفاده از الگوریتم دو بعدی lms برای حذف نویز گوسی طراحی، شبیه سازی و سنتز می شوند که در مقایسه با ساختارهای قابل تفکیک مقدار سیگنال به نویز بیشتری را نشان می دهند. برای بهینه سازی سخت افزاری معماری های ارائه شده و افزایش ماکزیمم فرکانس کاری از تکنیک هایی نظیر ماژول های محاسباتی خط لوله، الگوریتم dlms و کاهش مسیرهای بحرانی، استفاده می شود. همچنین برای کاهش نویز مربوط به کوانتش ضرایب و در نتیجه افزایش معیار سیگنال به نویز روش حساب ممیز شناور به کار گرفته می شود. در این پژوهش برای مدلسازی و شبیه سازی از نرم افزار های سنتز xlinx و quartus، شبیه ساز modelsim و همچنین دو نرم افزار مطلب و c# استفاده شده است.در پایان فیلترهای وفقی iir طراحی شده روی یک بورد سخت افزاری fpga از خانواده spartan3 پیاده سازی شده و صحت عملکرد آنها تایید می شود.