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An integrated FIR adaptive filter design by hybridizing canonical signed digit (CSD) and approximate booth recode (ABR) algorithm in DA architecture for the reduction of noise in the sensor nodes
Multidimensional Systems and Signal Processing ( IF 1.7 ) Pub Date : 2021-06-17 , DOI: 10.1007/s11045-021-00783-y
N. Arumugam , B. Paramasivan

The Finite Impulse Response (FIR) filter plays an important role in many signal processing applications. This manuscript proposes an intuitive adaptive filter based on fixed-point finite impulse response with approximate distributed arithmetic (DA) circuits. For digital signal and image processing requirements, several floating-point multiplications are mandatory. The floating point multiplication is implied by the canonically signed integer (CSD) and contrasts with the conventional multiplication technique. Moreover, a new multiplier method is introduced that translates 2's supplement into CSD in real time. The Booth algorithm is a multiplication algorithm that uses two additional notations of signed bits to multiplier multiplication. The Booth approach allows the count of partial products (PPs) to be diminished efficiently through categorizing consecutive bits to the multitude of signed multiples as one of the operands. The operand encoded by Booth is known as the multiplier and the other operand is called multiplicand. By incorporating the CSD and approximate booth recode (ABR) number representation in the multiplier and improving multiplier output and energy consumption the number of non-zero components is minimized. An intensive DA-based approach is proposed on the technology based on an exact and optimized dispersed arithmetic, which reconfigures finite impulse response filters, whose filter coefficients transition in runtime. The algorithm of this prototype is used to restrict the number of component DA products with the CSD and ABR, although there is no explicit multiplication. The partial products are provided by decreasing data input by offsetting errors. A wallace tree is known for its partial product accumulation that reduces the cost of hardware. The proposed hardware design reduces partial non-zero products to minimum and restricts the number of arithmetic operations in the carrying saved device. The proposed architectural framework is implemented in Verilog with a Xilinx 14.5 ISE simulation. Utilization of hardware is reduced and also critical path delay of the propose architecture is reduced to 5 s. Maximum operating frequency of the proposed architecture is 126.9 MHz. The experimental results demonstrate that the proposed motion estimation algorithm has better performance likened to the existing works.



中文翻译:

通过在 DA 架构中混合规范符号数字 (CSD) 和近似布斯重新编码 (ABR) 算法的集成 FIR 自适应滤波器设计,以减少传感器节点中的噪声

有限脉冲响应 (FIR) 滤波器在许多信号处理应用中发挥着重要作用。本手稿提出了一种基于定点有限脉冲响应和近似分布式算术 (DA) 电路的直观自适应滤波器。对于数字信号和图像处理要求,几个浮点乘法是强制性的。浮点乘法由规范符号整数 (CSD) 隐含,并与传统乘法技术形成对比。此外,还引入了一种新的乘法器方法,可将 2 的补充实时转换为 CSD。Booth 算法是一种乘法算法,它使用两个附加的有符号位符号来进行乘法运算。Booth 方法允许通过将连续位分类为多个有符号倍数作为操作数之一来有效减少部分乘积 (PP) 的数量。Booth 编码的操作数称为乘数,另一个操作数称为被乘数。通过在乘法器中加入 CSD 和近似布斯重新编码 (ABR) 数字表示并提高乘法器输出和能耗,非零组件的数量被最小化。基于精确和优化的分散算法的技术提出了一种基于 DA 的密集方法,该技术重新配置有限脉冲响应滤波器,其滤波器系数在运行时发生变化。该原型的算法用于限制具有 CSD 和 ABR 的组件 DA 产品的数量,虽然没有明确的乘法。通过抵消误差来减少数据输入来提供部分产品。华莱士树以降低硬件成本的部分产品积累而闻名。所提出的硬件设计将部分非零乘积减少到最少,并限制了携带保存设备中的算术运算次数。建议的架构框架是在 Verilog 中通过 Xilinx 14.5 ISE 仿真实现的。减少了硬件的使用,并且建议架构的关键路径延迟也减少到 5 秒。建议架构的最大工作频率为 126.9 MHz。实验结果表明,所提出的运动估计算法与现有工作相比具有更好的性能。通过抵消误差来减少数据输入来提供部分产品。华莱士树以降低硬件成本的部分产品积累而闻名。所提出的硬件设计将部分非零乘积减少到最少,并限制了携带保存设备中的算术运算次数。建议的架构框架是在 Verilog 中通过 Xilinx 14.5 ISE 仿真实现的。减少了硬件的使用,并且建议架构的关键路径延迟也减少到 5 秒。建议架构的最大工作频率为 126.9 MHz。实验结果表明,所提出的运动估计算法与现有工作相比具有更好的性能。通过抵消误差来减少数据输入来提供部分产品。华莱士树以降低硬件成本的部分产品积累而闻名。所提出的硬件设计将部分非零乘积减少到最少,并限制了携带保存设备中的算术运算次数。建议的架构框架是在 Verilog 中通过 Xilinx 14.5 ISE 仿真实现的。减少了硬件的使用,并且建议架构的关键路径延迟也减少到 5 秒。建议架构的最大工作频率为 126.9 MHz。实验结果表明,所提出的运动估计算法与现有工作相比具有更好的性能。华莱士树以降低硬件成本的部分产品积累而闻名。所提出的硬件设计将部分非零乘积减少到最少,并限制了携带保存设备中的算术运算次数。建议的架构框架是在 Verilog 中通过 Xilinx 14.5 ISE 仿真实现的。减少了硬件的使用,并且建议架构的关键路径延迟也减少到 5 秒。建议架构的最大工作频率为 126.9 MHz。实验结果表明,所提出的运动估计算法与现有工作相比具有更好的性能。华莱士树以降低硬件成本的部分产品积累而闻名。所提出的硬件设计将部分非零乘积减少到最少,并限制了携带保存设备中的算术运算次数。建议的架构框架是在 Verilog 中通过 Xilinx 14.5 ISE 仿真实现的。减少了硬件的使用,并且建议架构的关键路径延迟也减少到 5 秒。建议架构的最大工作频率为 126.9 MHz。实验结果表明,所提出的运动估计算法与现有工作相比具有更好的性能。建议的架构框架是在 Verilog 中通过 Xilinx 14.5 ISE 仿真实现的。减少了硬件的使用,并且建议架构的关键路径延迟也减少到 5 秒。建议架构的最大工作频率为 126.9 MHz。实验结果表明,所提出的运动估计算法与现有工作相比具有更好的性能。建议的架构框架是在 Verilog 中通过 Xilinx 14.5 ISE 仿真实现的。减少了硬件的使用,并且建议架构的关键路径延迟也减少到 5 秒。建议架构的最大工作频率为 126.9 MHz。实验结果表明,所提出的运动估计算法与现有工作相比具有更好的性能。

更新日期:2021-06-18
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