Contribuições para implementação eficiente de filtros Volterra explorando características de hardware

Abstract

Este trabalho de pesquisa apresenta uma nova estratégia de implementação de filtros Volterra com complexidade reduzida. Para tal, uma forma alternativa de representação de estruturas de posto reduzido é definida, permitindo, assim, que o fator de significância de cada um dos ramos dessas estruturas seja transferido à entrada do ramo correspondente. Com isso, torna-se possível não apenas remover os ramos menos significativos da estrutura, mas também explorar os diferentes graus de significância, visando definir tamanhos de palavra individuais a serem utilizados para implementação de cada ramo. Como resultado, são obtidas estruturas para implementação de filtros Volterra com reduções significativas de custo computacional, especialmente em implementações realizadas em FPGAs (field-programmable gate arrays) ou ASICs (application-specific integrated circuits). Também são apresentadas, neste trabalho, duas abordagens para avaliar a importância de cada ramo da estrutura de posto reduzido. Com essas abordagens, são definidos critérios que permitem identificar de maneira objetiva os ramos que não contribuem significativamente para a saída do sistema e que podem ser removidos. O custo computacional associado à estratégia de implementação proposta é avaliado através da implementação de três filtros Volterra, sendo dois com não linearidades de ordem quadrática e um de ordem cúbica. Os resultados obtidos com tais implementações confirmam a eficácia da estratégia proposta em definir estruturas de implementação para filtros Volterra com complexidade reduzida.

Abstract : This research work presents a new approach for the reduced-complexity implementation of Volterra filters. To this end, an alternative form to represent reduced-rank Volterra structures is defined, allowing to transfer the branch significance factor to the input of the corresponding branch. Thus, it becomes possible not only to remove the least significant branches of the structure, but also to exploit the different degrees of significance in order to define individual word lengths to be used for implementing each branch. As a result, structures for implementing Volterra filters with significant reductions of computational cost are obtained, especially in field-programmable gate arrays (FPGAs) or application-specific integrated circuits (ASICs). Two approaches to assess the importance of each branch of the reduced-rank structure are also presented in this work. These approaches allow defining objective criteria that allow identifying the branches that do not contribute significantly to the output of the system and thus can be removed. The computational cost associated with the proposed approach is evaluated by means of the implementation of three Volterra filters, two with quadratic order and one with cubic order. The results obtained in such implementations confirm the effectiveness of proposed approach in defining reduced-complexity structures to implement Volterra filters.