數(shù)字濾波器設計方案綜述【文獻綜述】

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1、畢業(yè)論文文獻綜述電子信息工程數(shù)字濾波器設計方案綜述摘要：文章首先簡單介紹數(shù)字濾波器的應用背景和分類，然后對基于matlab的數(shù)字濾波器設計進行闡述，并介紹了現(xiàn)在數(shù)字濾波器設計的3中方法:程序設計法；FDAtool設計法；SPtool設計法。在文中介紹了各種方法，并且其比較優(yōu)劣。關鍵字：FIR數(shù)字濾波器；matlab；FDAtool；SPtool；程序1.引言隨著數(shù)字信息與技術的發(fā)展，數(shù)字信號處理已經(jīng)成為數(shù)字處理領域中的重要環(huán)節(jié)。而在數(shù)字信號處理中，濾波器占有極其重要的地位，數(shù)字濾波器有非常廣泛的用途，例如語音和圖像處理，HDTV，模式識別，頻譜分析等。數(shù)字濾波器實際上是一個

2、采用有限精度算法實現(xiàn)的線性非時變離散系統(tǒng)[1]。根據(jù)其沖擊脈沖響應函數(shù)的時域特性可分為兩類[2]:無限沖擊響應IIR濾波器和有限沖擊響應FIR濾波器。FIR濾波器與IIR濾波器相比有更好的穩(wěn)定性，精度更高而且FIR濾波器滿足幅頻響應要求，能得到嚴格的線性相位特性，所以在許多領域中被使用。2FIR濾波器的原理和設計方案2．1FIR濾波器原理對于一個FIR濾波器系統(tǒng)，沖擊響應總是有限長的，其系統(tǒng)函數(shù)為[3]：（式2-1）FIR濾波器的輸出方程可用差分方程表示為：（式2-2）其中，為輸入信號采樣序列；表示輸出序列；是濾波器的系數(shù)；k是濾波器的階數(shù)。根據(jù)方程（2-2）可以知：數(shù)字濾

3、波器設計的主要任務就是找尋一個函數(shù)，使該函數(shù)在頻率域得到所希望的頻率指標，圖1列出了K階的FIR濾波器框圖。圖1FIR濾波器的結構示意圖2.2濾波器設計方法FIR濾波器的設計方法有許多種，如程序法，窗函數(shù)法，頻率采樣法等等，在以下要介紹3種比較常用的設計方法：程序法，F(xiàn)DATool法和SPTool法。2.2.1程序法設計在濾波器傳統(tǒng)設計中，要得到其幅頻和相頻響應特性，需要根據(jù)這些方法進行大量的計算，著使得濾波器的設計慢，周期變長，不利于設計的優(yōu)化。MATLAB信號處理箱中提供了基于濾波器設計的工具函數(shù)[4]，以下圖表1中給出了MATLAB自帶的函數(shù)[5]：下面將以remez

4、函數(shù)為例，設計濾波器。程序如下：Fs=8000；%采樣頻率f=[12001600];a=[10];dev=[0.010.1];[n,fo,ao,w]=temezord(f,a,dev,Fs);%估計濾波器是參數(shù)b=remez(n,fo,ao,w);%用remez函數(shù)設計濾波器freqz（b,1,1024,Fs）;%濾波器的頻率響應，如圖2t=（0:100）/Fs;x=sin(2*pi*t*1000)+sin(2*pi*t*2000);%設置輸入信號xx1=filter（b,1,x）;%對信號X進行濾波，等輸出信號x1figureSubplot（211）；Plot（t，x）；

5、grid；Subplot（212）；Plot（t，x1）；grid；運行該程序得到運行結果如圖3,4圖3濾波器輸入信號的幅頻和相頻曲線圖4濾波器輸出信號的幅頻和相頻曲線在運行界面里輸入n，能確定該濾波器的階數(shù)n=27。22.2FDATool法設計FDAtool(FilterDesign&AnalysisTool)是MATLAB軟件信號處理工具箱里的濾波器設計分析工具，它幾乎可以設計所有常規(guī)濾波器，包含F(xiàn)IR和IIR的各種設計方法，操作簡單方便。使用的FDATool可以分為2個部分：第一部分是designfilter,其位于MATLAB界面的下部，用來設置所需要濾波器是各項參

6、數(shù)；第二部分是特性區(qū)，位于該界面的上部，用于顯示濾波器的各項性能，例如幅頻、相頻等等特許，并且在設計過程中實時顯示各項參數(shù)，方便使用者的選擇。利用它可以方便地設計出各種性能指標的濾波器，并且可查看該濾波器的各種分析圖形。在設計滿意后可以直接導出為Matlab變量，文本文件或C語言頭文件等。在Matlab命令窗口中輸入FDATool命令，并按回車確認，調出FDATool界面，如圖5。圖5FDATool濾波器設計界面在該界面中，有濾波器類型選擇，響應類型，階數(shù)，采樣頻率，輸入頻率和截止頻率。為了對比程序法設計濾波器，在這里同樣設計一個FIR濾波器。在ResponseType選擇

7、lowpass，在DesignMethod選擇FIR，filterorder選擇階數(shù)27階，F(xiàn)s為8000，F(xiàn)pass為1200，F(xiàn)stop為1600，點擊Designfilter就能得到我們所需要設計的濾波器，點擊Analysis分析該濾波器的相頻特性，幅頻特性等等如圖6。圖6濾波器的幅頻和相頻曲線2.2.3SPTool法設計SPTool(SignalProcessingTool)是MATLAB信號處理工具箱中的一個具有交互式圖形界面的信號處理工具[7][8]。該工具包含了信號處理工具箱的大部分函數(shù)，可以方便快捷