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  • DSP有限冲击响应滤波器(FIR)
  • 有限冲击响应滤波器

    2015-02-03 20:35:29
    本为有限冲击响应滤波器,可以去除音频信号中的噪声。
  • 一、设计目的1,掌握数字滤波器的设计过程;2,了解FIR 的原理和特性;3,熟悉设计FIR 数字滤波器的原理和方法;4 ,学习FIR 滤波器的DSP 实现原理;5 ,学习使用ccs 的波形观察窗口观察输入、输出信号波形和频谱...
  • 该文将有限冲击响应数字滤波器与电压积分模型法相结合,提出了一种新的定子磁链观测器电压积分+有限冲击响应数字滤波器(UI&FDF),通过实验比较了该观测器与传统观测器、基于Chebyshev滤波的磁链观测器的效果。...
  • 根据四频差动激光陀螺的特性参数计算滤波器的通带截止频率及阻带截止频率,使用MATLAB的滤波器设计和分析工具 FDATool完成了有限冲击响应(FIR)数字滤波器的参数设计,并利用Xilinx公司的FPGA集成开发环境ISE实现FIR...
  • 介绍了有限冲击响应滤波器的原理、设计思路,讨论了提高FIR滤波器性能的主要途径。
  • 第35章 FIR有限冲击响应滤波器设计 FIR滤波器设计到的内容比较多,本章节主要经行了总结性的介绍,以帮助没有数字信号处理基础的读者能够有个整体的认识,有了这个整体的认识之后再去查阅相关资料可以到达事半功倍...

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    第35章   FIR有限冲击响应滤波器设计

    FIR滤波器设计到的内容比较多,本章节主要经行了总结性的介绍,以帮助没有数字信号处理基础的读者能够有个整体的认识,有了这个整体的认识之后再去查阅相关资料可以到达事半功倍的效果。

    目录

    35.1   基本概念

    35.1.1      什么是数字滤波器

    35.1.2      数字滤波器的工作原理

    35.1.3      数字滤波器的分类

    35.1.4      滤波器的技术要求

    35.1.5      滤波器的基本运算

    35.1.6      数字滤波器的表述方法

    35.2   FIR数字滤波器的基本网络结构

    35.2.1      直接型结构

    35.2.2      级联型结构

    35.2.3      快速卷积型结构

    35.2.4      线性相位型结构

    35.2.5      频率抽样型结构

    35.3   FIR数字滤波器的设计方法

    35.4   总结


    35.1   基本概念

    35.1.1      什么是数字滤波器

    数字滤波器的作用是对输入信号起到滤波的作用;即DF(Digital Filter)是由差分方程描述的一类特殊的离散时间系统。它的功能是把输入序列通过一定的运算变换成输出序列。不同的运算处理方法决定了滤波器的实现结构的不同。

    35.1.2      数字滤波器的工作原理

    上面的截图可以形象的解释

    35.1.3      数字滤波器的分类

    滤波器的种类很多,分类方法也不同。

    • 从功能上分;低通、带通、高通、带阻。
    • 从实现方法上分:FIR、IIR
    • 从设计方法上来分:Chebyshev(切比雪夫),Butterworth(巴特沃斯)
    • 从处理信号分:经典滤波器、现代滤波器

    经典滤波器从功能上分又可分为:

    低通滤波器(LPAF/LPDF):Low pass analog filter

    带通滤波器(BPAF/BPDF):Bandpass analog filter

    高通滤波器(HPAF/HPDF):High pass analog filter

    带阻滤波器(BSAF/BSDF):Bandstop analog filter

    35.1.4      滤波器的技术要求

    数字滤波器的传输函数:

    35.1.5      滤波器的基本运算

    35.1.6      数字滤波器的表述方法

    把上述三个基本单元互联,可构成不同数字网络或运算结构,也有方框图表示法和流图表示法。

    35.2   FIR数字滤波器的基本网络结构


     

    35.2.1      直接型结构

    35.2.2      级联型结构

    35.2.3      快速卷积型结构

    已知两个长度为N的序列的线性卷积,可用2N-1点的循环卷积来代替。

    这种结构的特点是能对信号进行高速处理。需要实时处 理时采用此结构。

    35.2.4      线性相位型结构

    这种结构涉及到的内容较多,我们这里不做讨论,大家查询相关书籍进行了解即可。

    35.2.5      频率抽样型结构

    这种结构涉及到的内容较多,我们这里不做讨论,大家查询相关书籍进行了解即可。

    35.3   FIR数字滤波器的设计方法

    基本特性:

    1. FIR滤波器永远是稳定的(系统只有零点);
    2.  FIR滤波器的冲激响应是有限长序列;
    3. FIR滤波器的系统函数为多项式;
    4.  FIR滤波器具有线性相位。

    目前,FIR数字滤波器的设计方法主要是建立在对理想滤波器频率特性做某种近似的基础上。这些近似方法有窗函数法,频率抽样法及最佳一直逼近法。

    关于窗函数法,频率抽样法及最佳一直逼近法我们这里不做讨论了,这三种方法涉及的内容都比较多,大家有兴趣的可以查阅相关书籍资料进行了解。

    35.4   总结

    本期教程主要对FIR滤波进行了总结性的介绍,每个知识点并没有进行详细的介绍,如果将这些知识点也进行展开的话将占用大量的篇幅,而且大家不容易看懂。尽管这样,还是希望有兴趣的读者去查阅相关的书籍进行深入的了解,只有你对这些理论有了升入的理解,你的实际应用才能事半功倍。还是那句经常说的话:理论高度决定实践高度。

    展开全文
  • 1、加深对数字滤波器的常用指标理解。 2、学习数字滤波器的设计方法。
  • 按照数字滤波器的特性,它可以被分为线性与非线性、因果与非因果、无限长冲击响应(IIR)与有限冲击响应(FIR)等等。其中,线性时不变的数字滤波器是最基本的类型;IIR 滤波器的特征是具有无限持续时间冲激响应,...
  • 毕业论文有限冲击响应(FIR)滤波器和无限冲激响应(IIR)滤波器摘 要 本文简要阐述了数字滤波器的基本原理,并设计实现了有限冲击响应(FIR)滤波器和无限冲激响应(IIR)滤波器。在设计中借助MATLAB信号处理工具箱FDAtool...

    毕业论文

    有限冲击响应(FIR)滤波器和无限冲激响应(IIR)滤波器摘 要 本文简要阐述了数字滤波器的基本原理,并设计实现了有限冲击响应(FIR)滤波器和无限冲激响应(IIR)滤波器。在设计中借助MATLAB信号处理工具箱FDAtool工具设计了滤波器系数,然后在CCS中以TMS320C55x芯片的汇编语言编程实现了该滤波器。利用MATLAB设计滤波器,可以随时对比设计要求和滤波器特性调整参数,直观简便,极大的减轻了工作量,有利于滤波器设计的最优化。另外文中还介绍CCS开发环境。文中所给程序已经经过软件仿真验证,所设计的滤波器符合设计要求。

    关键词:DSP;数字滤波器;MATLAB;Code Composer Studio(CCS);TMS320C55x

    1 数字滤波器设计原理2

    1.1数字滤波器的定义和分类2

    1.2数字滤波器的优点2

    1.3 FIR滤波器基本原理3

    1.3.1 FIR数字滤波器的特点及结构3

    1 .3.2 FIR滤波器具有的优点5

    1.4 IIR数字滤波器基本原理5

    1.5FIR和IIR滤波器的比较6

    2 TMS320C5X的硬件结构7

    2.1 C55X的CPU体系结构7

    2.2 指令缓冲单元(I)7

    2.3 程序流程单元(P)7

    2.4 地址程序单元(A)8

    2.5 数据计算单元(D)8

    3 数字滤波器设计方法9

    3.1 窗函数法9

    3.2 模拟数字变换法10

    4 数字滤波器的MATLAB辅助设计12

    4.1 MATLAB简介12

    4.2FDAtool界面介绍12

    4.3 FIR数字滤波器设计13

    4.3.1得到滤波器冲激响应序数方法13

    4.3.2 FIR参数设定及频域响应特性14

    5 数字滤波器的CCS实现15

    5.1 简述CCS环境15

    5.1.1 CCS主要特点15

    5.1.2 DSP/BIOS和API函数以及RTDX插件16

    5.2 CCS配置16

    5.3 CCS环境中工程文件的使用17

    5.3.1 建立工程文件17

    5.3.2 创建新文件17

    5.3.3 向工程项目中添加文件17

    5.4 编译链接和运行目标文件18

    5.4.1 对程序进行编译链接18

    5.4.2 装载.out文件18

    6运行并观察结果20

    结 论22

    致 谢23

    参考文献24

    附录C 程序清单25

    附录D 滤波器输出系数33

    21世纪是数字化的时代,随着越来越多的电子产品将数字信号处理(PSP)做为技术核心,DSP已经成为推动数字化进程的动力。作为数字化最重要的技术之一,DSP无论在其应用的深度还是广度,正在以所未有的速度向前发展。

    数字信号处理器,也称DSP芯片,是针对数字信号处理需要而设计的一种具有特殊结构的微处理器,它是现代电子技术、相结合的产物。一门主流技术,随着信息处理技术的飞速发展,计算机技术和数字信号处理技术数字信号处理技术逐渐发展成为它在电子信息、通信、软件无线电、自动控制、仪表技术、信息家电等高科技领域得到了越来越广泛的应用。

    数字信号处理由于运算速度快,具有可编程特性和接口灵活的特点,使得它在许多电子产品的研制、开发和应用中,发挥着重要的作用。采用DSP芯片来实现数字信号处理系统是当前发展的趋势。

    近年来,DSP技术在我国也得到了迅速的发展,不论是在科学技术研究,还是在产品的开发等方面,在数字信号处理中,其应用越来越广泛,并取得了丰硕的成果。数字滤波占有极其重要的地位。数字滤波是语音和图象处理、模式识别、谱分析等应用中的一个基本处理算法。

    在许多信号处理应用中用数字滤波器替代模拟滤波器具有许多优势。数字滤波器容易实现不同的幅度和相位频率特性指标,克服了与模拟滤波器器件性能相关的电压漂移、温度漂移和噪声问题。用DSP芯片实现数字滤波除了具有稳定性好、精确度高、不受环境影响外,还具有灵活性好的特点。用可编程DSP芯片实现数字滤波可通过修改滤波器的参数十分方便的改变滤波器的特性。几乎每一科学和工程领域例如声学、物理学、通信、数据通信、控制系统和雷达等都涉及信号。在许多应用中都希望根据期望的指标把一个信号的频谱加以修改、整形或运算。这些过程都可能包含衰减一个频率范围,阻止或隔离一些频率成分,用数字滤波器来实现这些功能是方便、有效、可行的。

    1 数字滤波器

    数字滤波器的定义和分类 数字滤波器是指完成信号滤波处理功能的,用有限精度算法实现的离散时间线性非时变系统,其输入是一组数字量,其输出是经过变换的另一组数字量。因此,数字滤波器本身既可以是用数字硬件装配成的一台完成给定运算的专用的数字计算机,也可以将所需要的运算编

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  • 从名字上看,“无限冲激响应”和“有限冲激响应”的区别一定在“冲激响应”上。在之前的文章里我们讲到了冲激响应的概念,文章里用被打了一巴掌(单位脉冲)后鼓起来的“包”来描述的冲激响应。 有些人的“包”几...

    从名字上看,“无限冲激响应”和“有限冲激响应”的区别一定在“冲激响应”上。在之前的文章里我们讲到了冲激响应的概念,文章里用被打了一巴掌(单位脉冲)后鼓起来的“包”来描述的冲激响应。

    有些人的“包”几分钟可以消肿直至消失,就是有限冲激相应;有些人的“包”虽然会慢慢变小,但是永远不会消失,就是无限冲激响应。

    那么问题来了,IIR和FIR数字滤波器有什么区别?

    区别1:结构形式

    两种滤波器最直观的区别就体现在结构形式上。

    这里直接放公式了,公式并不难理解:

    IIR的方程中,当前输出y(n)是由当前输入x(n)、过去输入x(n-1)、x(n-2)...、过去输出y(n-1)、y(n-2)...这三类值共同决定的。

    而在FIR方程中,则没有过去输出这一项。

    IIR的差分方程

    FIR的差分方程

    由于IIR的当前输出受到以前输出值的影响,所以它是有反馈的,或者说其输出值是递归的;相对应的,FIR就是无反馈、非递归的。

    需要注意的是,上述差分方程中的系数a和b不是单纯的常数。

    区别2:相位特性

    滤波会引起相位延迟,为什么呢。首先看下图:

    图1*图2=图3

    其中三张图分别是原始信号频谱图、滤波器频谱图和滤波后信号的频谱图。图2可以是理想情况下的低通滤波器。图1*图2=图3就是滤波在频域上的表示过程(相乘),也很好理解。不过看到这里大家会想起什么?之前的文章里提到过:频域上相乘即时域上卷积

    暂且把这个卷积写成y(k)=∑h(k)x(n-k)。(对于IIR,k取从0到n;对于FIR,k取从0到N-1)

    也就是说对于输出y(k),其值是由其之前N或n个输入点共同决定的,这就是引起相位延迟的原因。

    相位延迟

    IIR为非线性相位延迟,FIR为线性相位延迟。即IIR的相位延迟会随着输入波形的变化而变化,而FIR的相位延迟为一确定值。FIR的相位补偿只需要对输出结果平移即可,IIR的相位补偿复杂一些,不过在matlab上实现同样很容易。

    区别3:稳定性、运算速度、运算误差设计难度

    FIR的极点全部在原点(z变换),是稳定的。IIR不一定稳定。

    FIR运算速度快,IIR运算速度慢

    FIR运算误差小,IIR由于有反馈,可能会产生极限环。

    FIR设计难度高,需要借助计算机程序完成,IIR设计难度低。

    文章如要转载请私信与我联系,并注明来源知乎专栏与信号处理有关的那些东东作者Mr.括号。

    欢迎关注我的公众号“括号的城堡”,微信号为“khscience”,会有更多有趣的东西分享。

     

    【图文】数字滤波器_百度文库

    详解FIR滤波器和IIR滤波器的区别_百度文库

    https://www.douban.com/note/59297172/

    第六章 IIR数字滤波器的理论与设计

    第七章 FIR数字滤波器的原理与设计

    滤波器稳定性与极点_百度文库

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    概述:

    数字滤波:就是对数字信号进行一定规则的运算,进而对信号频率有所改变,使成位所需的、有利于系统处理的信号。

                时域关系:           y(n) = x(n) * h(n)
                Z 域关系:           Y(z) = X(z)  H(z)
                频域关系:           Y(jw) = H(jw) X(jw)
    

    数字滤波器主要分为FIR滤波器和IIR滤波器。对于FIR滤波器,冲激响应在有限时间内衰减为零,其输出仅取决于当前和过去的输入信号值。对于IIR滤波器,冲激响应理论上应会无限持续,其输出不仅取决于当前和过去的输入信号值,也取决于过去的信号输出值。

    FIR滤波器:

    FIR滤波器在保证幅度特性的同时,很容易做到严格的线性相位特性。在数字滤波器中,FIR滤波器的最主要特点是没有反馈回路,故不存在不稳定的问题;同时,在幅度特性可以任意设置的同时,保证了精确的线性相位。稳定和线性相位是FIR滤波器的突出优点。另外还有以下特点:设计方式是线性的;硬件容易实现;滤波器过渡过程具有有限区间;相对IIR滤波器而言,阶次较高,其延迟也要比同样性能的IIR滤波器大得多。

    长度为 N 的 FIR 滤波器系统函数:
    这里写图片描述
    由此式可见,H(z)是1z的(N-1)次多项式,它在Z平面上有(N-1)个零点,原点z=0是(N-1)阶重极点,位于r =1的单位圆内,系统永远稳定。稳定性和线性相位特性是FIR滤波器的突出优点。

    有限长 N 阶 FIR 滤波器传输函数:
    这里写图片描述
    式中 Hg(w) 称为幅度特性,Θ(w) 称为相位特性。线性相位是指 θ(w) = -τw 或者 θ(w) = -τw+θo ,(第一线性相位、第二线性相位)满足第一种的充要条件:h(n)为实序列信号,并且对 (N-1)/2偶对称,即 h(n)= h(N-n-1);满足第一种的充要条件:h(n)为序列实信号,并且对 (N-1)/2奇对称,即 h(n)= -h(N-n-1);

    FIR滤波器基本结构

    这里写图片描述

    IIR滤波器

    这里写图片描述

    对于IIR和FIR的比较:
    从性能上来说,IIR滤波器传递函数包括零点和极点两组可调因素,对极点的惟一限制是在单位圆内。因此可用较低的阶数获得高的选择性,所用的存储单元少,计算量小,效率高。但是这个高效率是以相位的非线性为代价的。选择性越好,则相位非线性越严重。FIR滤波器传递函数的极点固定在原点,是不能动的,它只能靠改变零点位置来改变它的性能。所以要达到高的选择性,必须用较高的阶数;对于同样的滤波器设计指标,FIR滤波器所要求的阶数可能比IIR滤波器高5-10倍,结果,成本较高,信号延时也较大;如果按线性相位要求来说,则IIR滤波器就必须加全通网络进行相位校正,同样要大大增加滤波器的阶数和复杂性。而FIR滤波器却可以得到严格的线性相位。
    从结构上看,IIR滤波器必须采用递归结构来配置极点,并保证极点位置在单位圆内。由于有限字长效应,运算过程中将对系数进行舍入处理,引起极点的偏移。这种情况有时会造成稳定性问题,甚至产生寄生振荡。相反,FIR滤波器只要采用非递归结构,不论在理论上还是在实际的有限精度运算中都不存在稳定性问题,因此造成的频率特性误差也较小。此外FIR滤波器可以采用快速傅里叶变换算法,在相同阶数的条件下,运算速度可以快得多。
    另外,也应看到,IIR滤波器虽然设计简单,但主要是用于设计具有分段常数特性的滤波器,如低通、高通、带通及带阻等,往往脱离不了模拟滤波器的格局。而FIR滤波器则要灵活得多,尤其是他易于适应某些特殊应用,如构成数字微分器或希尔波特变换器等,因而有更大的适应性和广阔的应用领域。
    从上面的简单比较可以看到IIR与FIR滤波器各有所长,所以在实际应用时应该从多方面考虑来加以选择。从使用要求上来看,在对相位要求不敏感的场合,如语言通信等,选用IIR较为合适,这样可以充分发挥其经济高效的特点;对于图像信号处理,数据传输等以波形携带信息的系统,则对线性相位要求较高。如果有条件,采用FIR滤波器较好。当然,在实际应用中可能还要考虑更多方面的因素。

    总结
    不论IIR和FIR,阶数越高,信号延迟越大;同时在IIR滤波器中,阶数越高,系数的精度要求越高,否则很容易造成有限字长的误差使极点移到单位园外。因此在阶数选择上是综合考虑的.

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空空如也

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有限冲击响应

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