【正文】 。第一，數(shù)字濾波器可以做到很多模擬濾波器難以達(dá)到的精度，模擬濾波器所使用的器件精度一般不是很高，參數(shù)存在一定的離散性，由于受到了器件精度的影響，所以模擬濾波器一般不能十分精確的實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)指標(biāo)，但數(shù)字濾波器中的參數(shù)卻很容易達(dá)到較高的精度，使得實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的指標(biāo)自然就比模擬濾波器簡單 [3]。 3 第二章數(shù)字濾波器基本理論 定義 所謂數(shù)字濾波器，是指輸入、輸出均為數(shù)字信號，通過一定運(yùn)算關(guān)系改變輸入信號所含頻率成分的相對比例或者濾除某些頻率成分的器件。 雷達(dá) 雷達(dá)信號占據(jù)了一個(gè)很寬的 頻帶 ,數(shù)據(jù)傳輸速率也很高 ,所以壓縮數(shù)據(jù)、減少數(shù)據(jù)傳輸速率是雷達(dá)信號數(shù)字處理的問題。其中 ,被認(rèn)為是一種通信技術(shù)未來發(fā)展方向的軟件無線電技術(shù)也 是 基于數(shù)字濾波技術(shù)。近年來 ,這五個(gè)方面都取得了很多的研究成果 ,在市場 ,已經(jīng)有一些相關(guān)的軟件和硬件產(chǎn)品 ,例如 ,閱讀機(jī)為盲人 ,啞巴語音合成器、聽寫、打印機(jī)、電話答錄機(jī)、各種各樣的談話、儀表、玩具以及通信和視頻音頻壓縮編碼技術(shù)是廣泛應(yīng)用于產(chǎn)品。第四 ,語音增強(qiáng)。第二 ,語音合成。在近代電信設(shè)備和各類控制系統(tǒng)中，數(shù)字濾波器應(yīng)用極為廣泛，這里只列舉部分應(yīng)用最成功的領(lǐng)域。在所有的電子系統(tǒng)中，使用最多技術(shù)最復(fù)雜的要算數(shù)字濾波器了。 數(shù)字信號處理是數(shù)字序列與 數(shù)值計(jì)算的方法對各種加工、信號變換到符合需要的某種形式。 實(shí)際生活 當(dāng) 中 會 遇到多種多樣的信號，例如廣播信號、電視信號、雷達(dá)信號、通信信號、導(dǎo)航信號、射電天文信號、生物醫(yī)學(xué)信號、控制信號、氣象信號、地震勘探信號、機(jī)械振動信號、遙感遙測信號等等 [1]。 Finite impulse response filter。DSPBuilder 本質(zhì)上就是 Matlab 的一個(gè) Simulink 工具箱 ， 它能夠讓 FPGA 設(shè)計(jì)的 DSP 系統(tǒng) 以 Simulink 的圖形化界面進(jìn)行建模 和 系統(tǒng)級 的 仿真。 本文使用 DSP Builder 實(shí)現(xiàn)有限沖激響應(yīng)濾波器 （ FIR 濾波器） 的設(shè)計(jì)方案 , 并以一個(gè) 20 階低通 FIR 數(shù)字濾波器的實(shí)現(xiàn)為例 ,設(shè)計(jì)并完成軟件仿真與驗(yàn)證 以及硬件的實(shí)現(xiàn) 。 DSPBuilder。這些信號 中 大部分是擬信號 ， 模擬信號是自變量連續(xù)的函數(shù)，自變量是一維 、 二維 以及 多維的。例如 ,數(shù)字信號濾波器來限制他的樂隊(duì)或過濾掉噪音 和干擾 ,或?qū)?它 們的信號分開從信號譜分析和功率譜分析來理解信號頻譜 ,然后進(jìn)行信號識別以及信號的變換 ,使其更適合于傳輸、存儲和應(yīng)用程序 ,等等。數(shù)字濾波器的優(yōu)劣直接決定產(chǎn)品的優(yōu)劣。 語音處理 語音處理是最早的數(shù)字濾波器的應(yīng)用領(lǐng)域 ,也是最早推動數(shù)字信號處理理論領(lǐng)域發(fā)展 2 的領(lǐng)域。它是使用特殊的數(shù)字硬件或軟件運(yùn)行在一臺通用計(jì)算機(jī)生成的聲音 。這是噪音或干擾中提取語音信號的封面。 圖像處理 數(shù)字濾波技術(shù)成功地應(yīng)用于圖像恢復(fù)和增強(qiáng)靜止圖像和活動圖像、數(shù)據(jù)壓縮、噪聲和干擾 ,圖像識別和色譜 x射線攝影 ,并成功地應(yīng)用 于雷達(dá)、聲納、超聲波成像的圖像和紅外可見信號。 電視 取代模擬電視是數(shù)字電視發(fā) 展的必然趨勢。所以數(shù)碼設(shè)備的出現(xiàn)提高了進(jìn)步的雷達(dá)信號處理技術(shù)。因此，數(shù)字濾波的概念和模擬濾波相同，只是信號的形式和實(shí)現(xiàn)濾波方法不同。第二，數(shù)字濾波器的性能不易受到外界環(huán)境因素的干擾，其各項(xiàng)性能穩(wěn)定性很高。目前數(shù)字濾波器不僅能實(shí)現(xiàn)一維信號處理，而且能夠?qū)崿F(xiàn)二維甚至更高維的信號的處理，在圖像的傳輸、靜態(tài)圖像壓縮、動態(tài)圖像壓縮等方面有著巨大的應(yīng)用價(jià)值 [1] 。 FIR 是線性相位的，無論多少階，在通帶內(nèi)的信號群時(shí)延相等，即無色散，對于 PSK 這類信號傳輸尤為重要， IIR 通常是非線性的，但是目前也有準(zhǔn)線性相位設(shè)計(jì)方法得到 IIR 數(shù)字濾波器的系數(shù)，其結(jié)果是使得通帶內(nèi)的相位波動維持在一個(gè)工程可接受的范圍內(nèi)。 FIR 濾波器在圖像處理、通信 、模式識別 等 諸多 領(lǐng)域都有著廣泛的應(yīng)用。軟件實(shí)現(xiàn)方法簡單 ,但實(shí)時(shí)性能 差 。 ASIC 器件可靠性高，實(shí)時(shí)性好，但過長的開發(fā)周期使其不適合于科研和小批量生產(chǎn)。 如果濾波器的 單位函數(shù)響應(yīng)的波形關(guān)于 21?N 奇對稱 ，即 )1()( nNhnh ???? （ 33） 相比之下，這種系統(tǒng)的相頻特性上多了 2? 的相移。由 線性相位 FIR 數(shù)字濾波器系數(shù)對稱的特點(diǎn) 可 知直接型結(jié)構(gòu)是其最佳選擇 ,式（ 31） 的差分方程表達(dá)式為： ??? ??10 )()()(Nm mnxmhny （ 34） 直接型結(jié)構(gòu)所對應(yīng)的濾波器結(jié)構(gòu)就是式 14， N 為濾波器的階數(shù)， )(mh 為濾波器的系數(shù)（性能確定的 FIR 數(shù)字濾波器 所 對應(yīng) 的 一組系數(shù) 也是 確定的， 因此 )(mh 為常數(shù)） , )( mnx ? 為第 )( mn? 個(gè)單位時(shí)間的采樣輸入， )(ny 是 第 n 個(gè)單位時(shí)間 上 的 6 采樣輸入 )(nx 所 對應(yīng)的輸出。一般用窗函數(shù)設(shè)計(jì) FIR 數(shù)字濾波器時(shí)，先要給出所求的理想濾波器頻率響應(yīng))( ?jeH ，再 通過設(shè)計(jì) ??? ?? 10 )()( Nn njjd enheH ?? 來逼近 )( ?jH 。一個(gè) 20階的低通FIR濾波器其系統(tǒng)函數(shù)可以表示為： 1111 )19()18()1()0()( ???? ????? zhzhzhzhzH ?? （ 310） 20 階的 FIR 濾波器系統(tǒng)函數(shù)如果用原理框圖表示，則如下圖 : 窗函數(shù) 旁瓣峰值 /dB 主瓣寬度 過渡帶寬度 )/2/( N??? 阻帶最小衰減/dB 矩形窗 13 4? /N 21 三角形窗 25 8? /N 25 漢寧窗 31 8? /N 44 海明窗 41 8? /N 53 布萊克曼窗 57 12? /N 74 凱澤窗 57 5 80 8 圖 2 系統(tǒng)原理框圖 波器原理 Yaobao Yaobao 寄存器 1 寄存器 20 寄存器 2 )19()19()1()1()0()0( dhdhdhy ??????? 寄存器 19 乘 h(17) 乘 h(0) 乘 h(18) 乘 h（ 19) ... ... 求和電路 X(0) X(1) X(18) X(19) 9 第四章濾波器設(shè)計(jì) Matlab 中的 FDATool 計(jì)算濾波系數(shù)并做基本的分析， MATLAB 的名稱源自 Matrix Laboratory，是一種 用來進(jìn)行 科學(xué)計(jì)算 的 軟件，專門以矩陣的形式處理數(shù)據(jù)。 DSP Builder 是美國 Altera 公司推出的一個(gè)面向 DSP 開發(fā)的系統(tǒng)級設(shè)計(jì)工具，它 能夠 在 QuartusⅡ 設(shè)計(jì)環(huán)境中集成 Matlab 和 SimuIinkDSP 開發(fā)軟件。 FDATool 工具設(shè)計(jì)濾波器 啟動 Matlab 的 (Filter Design amp。 顯然由于本系統(tǒng)設(shè)計(jì)的是低通濾波器所以 Filter Type（濾波器類型）選擇 Lowpass（低通）；由于設(shè)計(jì)的是 FIR濾波器所以選擇 Design Method（設(shè)計(jì)方法）為FIR，由于祖帶最小衰減為 50dB更具第三章 FIR濾波器的數(shù)學(xué)原理以及 表一種各種窗函數(shù)的參數(shù)本文 使用 window（窗口法）并選擇窗口類型為 Hamming； Fiter Order(濾波器階數(shù) )選擇 19，而不是 20因?yàn)?FIR濾波器的常系數(shù)是從 )0(h 開始的；由于 7kHz處衰減為50dB所以 Fs設(shè)置為 20kHz Fc設(shè)置為 4kHz，采樣頻率越低濾波器會越鋒利，理論上來說采樣頻率只要是截止頻率的兩倍就可以了，但事實(shí)上采樣頻率一般都需要是截止頻率的 6倍才能有比較好的效果；最后點(diǎn)擊最下面的按鈕“ Design Fiter”讓 Matlab計(jì)算 FIR濾波器的系數(shù)并且做必要的分析。相 比對達(dá)到設(shè)計(jì)要求。其實(shí) Matlab 給出的系數(shù)是假設(shè)輸入是數(shù)值為 1~ 1 的 信號，實(shí)際應(yīng)用中要更具輸入信號位數(shù)乘以 2n， 例如如果輸入信號是 8 位的 信號則至少要對所有系數(shù)乘以 27. 為了導(dǎo)出設(shè)計(jì)好的濾波系數(shù)，在 FDATool 中 點(diǎn)擊菜單“ File”再點(diǎn)擊“ Export...” ,進(jìn)入如下圖的（ Export）對話框。因此將濾波系數(shù)乘以 28并取整。 首先先要搭建一個(gè) 5階的濾波器然后打包成一個(gè)器件命名 SubSystem，即完成如下公式 11111 )4()3()2()1()0()( ????? ????? zhzhzhzhzhzH (42) 當(dāng)然這不是硬性的要求但這樣做會使得設(shè)計(jì)界面整潔、清爽，減少可能會發(fā)生錯(cuò)誤的幾率。這是因?yàn)檩斎氲男盘柦?jīng)過多次乘法和加法運(yùn)算其數(shù)值變得很大，如果截取位數(shù)較低則會出現(xiàn)明顯的失真，一般來說 out1 的位數(shù)應(yīng)該是輸入信號位數(shù)的 2 倍略多一點(diǎn)。 修改 S