【正文】 的實時性場合，在可編程邏輯器件容量不斷增大、速度不斷提高的情況下，使單片系統(tǒng)集成成為了可能。 本課題研究內(nèi)容方法 數(shù)字濾波器的實現(xiàn)，大體上有如下幾種方法： 單片通用數(shù)字濾波器集成電路 單片通用數(shù)字濾波器的最大優(yōu)點就是使用簡單便捷，但是其如果使用多字長和階數(shù)規(guī)格不夠多，在實際應(yīng)用中有很大局限性。 音樂 數(shù)字濾波器為音樂領(lǐng)域開辟了一個新局面，在對音樂信號進行編譯、合成、以及在音樂中加入交混回響、合聲等特殊效果特殊方面，數(shù)字濾波技術(shù)都顯示出了強大的威力。于是數(shù)字器件的出現(xiàn)促進了雷達信號處理技術(shù)的進步。 電視 數(shù)字電視取代模擬電視已是必然趨勢。 圖像處理 數(shù)字濾波技術(shù)以成功地應(yīng)用于靜止圖像和活動圖像的恢復(fù)和增強、數(shù)據(jù)壓縮、去噪音和干擾、圖像識別以及層析 X 射線攝影，還成功地應(yīng)用于雷達、聲納、超聲波和紅外信號的可見圖像成像。即從噪音或干擾中提取被掩蓋的語音信號。該領(lǐng)域只要包括 5個方面的內(nèi)容：第一，語音信號分析。 研究現(xiàn)狀 在信號處理過程中，所處理的信號往往混有雜音，從接收到的信號中消除 2 或減弱噪音是信號傳輸和處理中 十分重要的問題。 數(shù)字濾波技術(shù)是數(shù)字信號分析、處理技術(shù)的重要分支。大多數(shù)情況下一維模擬信號的自變量是時間，經(jīng)過時間上的離散化（采樣）和幅度上的離散化（量化），這類模擬信號便成為一維數(shù)字信號。 關(guān)鍵詞： 數(shù)字濾波器 通信 集成電路 DSP FPGA Abstract Digital filter is a digital signal processing system is one of the important ponent, analog filters cannot be replaced by the new characteristic, therefore in the munication, speech and image processing, automatic control and other fields have a wide range of applications, it can reduce noise, improve the signal to noise ratio and signal spectrum purity has important significance. Digital filter according to unit impulse response of different, can be divided into FIR ( finite impulse response filter ) and IIR ( infinite i mpulse response ) filter, FIR have the advantages of good phase characteristics, IIR have the advantages of good amplitudefrequency characteristics, according to different system performance requirements of different filter. The filter main realizing methods has three kinds, respectively is: the monolithic integrated circuit, digital filter with DSP device and FPGA ( field programmable gate array ) device. This paper uses FPGA to realize filter design, the realization method on the first MATLAB / Simulink toolbox to establish filter model, then use SignalCompiler the Simulink model file ( the suffix is . MDL ) into the VHDL hardware description language file, finally using QuartusII plete filter simulation, configure, pile and download. Finally, examples of the FIR digital filter and IIR digital filter implementation process. Keywords: digital filter munication integrated circuit DSP FPGA 目 錄 1． 緒論 ..................................................... 1 研究背景 ..................................................... 1 研究現(xiàn)狀 ..................................................... 1 本課題研究內(nèi)容方法 ............................................ 3 2． 相關(guān)知識簡介 .............................................. 5 數(shù)字濾波器概述 .............................................. 5 數(shù)字濾波器的定義 ........................................ 5 數(shù)字濾波器的分類 ........................................ 6 FIR 和 IIR 數(shù)字濾波器的比較 ............................... 6 數(shù)字濾波器的設(shè)計要求和方法 .............................. 8 設(shè)計軟件簡介 ................................................ 9 軟件安裝問題 ............................................... 10 3． 數(shù)字濾波器的總體設(shè)計方案 .................................. 12 FIR 和 IIR設(shè)計方法概述 ..................................... 12 濾波器設(shè)計方法比較 ......................................... 12 4． FIR 設(shè)計實例 ............................................. 16 FIR 數(shù)字濾波器原理 ......................................... 16 16 階 FIR 濾波器 ............................................ 16 5． IIR 設(shè)計實例 ............................................. 27 IIR 數(shù)字濾波器原理 ......................................... 27 使用 DSP BUILDER設(shè)計 IIR 濾波器 .............................. 30 4階直接Ⅱ型 IIR 濾波器設(shè)計 .............................. 30 4階級聯(lián)型 IIR 濾波器設(shè)計 ................................ 32 6． 總結(jié) .................................................... 38 參考文獻 .................................................... 40 致謝 ....................................................... 41 1 1． 緒論 研究背景 當(dāng)今，數(shù)字信號處理（ DSP： Digtal Signal Processing）技術(shù)正飛速發(fā)展，它 不但自成一門學(xué)科，更是以不同形式影響和滲透到其他學(xué)科：它與國民經(jīng)濟息息相關(guān)，與國防建設(shè)緊密相連；它影響或改變著我們的生產(chǎn)、生活方式，因此受到人們普遍的關(guān)注。數(shù)字濾波器根據(jù)單位脈沖響應(yīng)的不同，可分為 FIR(有限長脈沖響應(yīng) )濾波器和 IIR(無限長脈沖響應(yīng) )濾波器， FIR 的優(yōu)點在于具有良好的相位特性， IIR 的優(yōu)點在于具有良好的幅頻特性，可以根據(jù)不同的系統(tǒng)性能要求選擇不同的濾波器。目前濾波器的主要實現(xiàn)方法有三種，分別是：單片通用數(shù)字濾波器集成電路、采用 DSP 器件和 FPGA(現(xiàn)場可編程門陣列 )器件。 數(shù)字化、智能化和網(wǎng)絡(luò)化是當(dāng)代信息技術(shù)發(fā)展的大趨勢，而數(shù)字化是智能化和網(wǎng)絡(luò)化的基礎(chǔ)，實際生活中遇到的信號多種多樣，例如廣播信號、電視信號、雷達信號、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、機械振動信號、遙感遙測信號，等等。因此，數(shù)字信號實際上是用數(shù)字序列表示的信號，語音信號經(jīng)采樣和量化后，得到的數(shù)字信號是一個一維離散時間序列；而圖像信號經(jīng)采樣和量化后，得到的數(shù)字信號是一個二維離散空間序列。無論是信號的獲取、傳輸，還是信號的處理和交換都離不開濾波技術(shù)，它對信號安全可靠和有效靈活地傳輸是至關(guān)重要的。根據(jù)有用信號和噪音的不同特性，提取有用信號的過程成為濾波，實現(xiàn)濾波功能的系統(tǒng)稱為濾波器。即對語音信號的波形特征、統(tǒng)計特性、模型參數(shù)等進行分析計算；第二，語音合成。第五，語音編碼。 通信 在現(xiàn)代通信技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)，幾乎沒有一個分支不受到數(shù)字濾波技術(shù)的影響。高清晰度電視的普及指日可待，與之配套的視頻光盤技術(shù)已形成具有 巨大市場的產(chǎn)業(yè)；可視電話和會議電視產(chǎn)品 3 不斷更新?lián)Q代。在現(xiàn)代雷達系統(tǒng)中，數(shù)字信號處理部分是不可缺少的，因為從信號的產(chǎn)生、濾波、加工到目標(biāo)參數(shù)的估計和目標(biāo)成像都離不開數(shù)字濾波技術(shù)。數(shù)字濾波器還可用于作曲、錄音和播放，或?qū)εf錄音帶的音質(zhì)進行恢復(fù)等。片擴展的方式則能使其應(yīng) 4 用范圍變廣，但是這會使濾波器的體積和功耗增加，導(dǎo)致另一種局限性。 本文介紹的數(shù)字濾波器采用 FPGA 器件來實現(xiàn)。在更多地情況下，被窄義地理解為選頻系統(tǒng)，如低通、高通、帶通、帶阻。采樣濾波器（ SF）由電阻、電容、電荷轉(zhuǎn)移器件、運放等組成，屬于離散時間系統(tǒng)，其幅度是連續(xù)的。其缺點是需要抽樣、量化、編碼，以及手時鐘頻率所限，所能 處理的信號最高頻率還不夠高。正因為有該不同點，數(shù)字濾波器具有比模擬濾波器精度高、穩(wěn)定、體積小、重量輕、靈活、不要求阻抗匹配以及實現(xiàn)模擬濾波器無法實現(xiàn)的特殊濾波功能等優(yōu)點。一類稱為經(jīng)典濾波器，即一般的濾波器，特點是輸入信號中有用的頻率成分和希望濾除的頻率成分各占有不同的頻帶，通過一個 合適的選頻濾波器達到濾波的目的。理想濾波器是不可能實現(xiàn)的，因為他們的單位脈沖響應(yīng)均是非因果且是無限長的，我們只能按照某些準(zhǔn)則設(shè)計濾波器，使之盡可能逼近它，這些理想濾波器可作為逼近的 標(biāo)準(zhǔn)用。這兩種類型的設(shè)計方法有很大的區(qū)別， 下面對它們進行簡要比較。相反， FIR 濾波器卻可以得到嚴格的線性相位，然而由于 FIR濾波器傳輸函數(shù)的極點固定在原點，所以只能用較高的階數(shù)達到高的選擇性；對已同樣的濾波器設(shè)計指標(biāo)， FIR 濾波器所要求的階數(shù)可以比 IIR 濾波器高 5— 10 倍，結(jié)果，成本較高，信號延時也較大；如果按相同的選擇性和相同的線性要求來說，則 IIR 濾波器就必須加全通網(wǎng)絡(luò)進行相位校正，同樣要大大增加濾波器的節(jié)數(shù)和復(fù)雜性。此外， FIR 濾波器可以采用快速傅里葉變換算法，在相同階數(shù)的條件下，運算速度可以快得多。一般，F(xiàn)IR濾波器的設(shè)計只有計算機程序可循，因此對計算工具要求較高。例如，從使用要求上來看，在對相位要求不敏感的場合，如語言通訊等，選用 IIR 較為合適，這樣可以充分發(fā)揮其經(jīng)濟高效的特點，而對于圖像信號處理，數(shù)據(jù)傳輸?shù)纫圆ㄐ螖y帶信息的系統(tǒng)，則對線性相位要求較高，如果有要求，采用 FIR 濾波器較好。一般對 IIR 數(shù)字濾波器，通常只用幅頻響應(yīng)函數(shù) |H（ ejw） |來描述設(shè)計指標(biāo)，相頻特性一般不作要求。 設(shè)計軟件簡介 DSP Builder 簡介 DSP Builder 是美國 Altera 公司推出的一個面向 DSP 開發(fā)的系統(tǒng)級設(shè)計工具，它在 QuartusⅡ 設(shè)計環(huán)境中集成了 Matlab 和 SimuIinkDSP 開發(fā)軟件。設(shè)計模型可直接向 VHDL 硬件描述語言轉(zhuǎn)換，并自動調(diào)用 QuartusⅡ 等 EDA 設(shè)計軟件，完成綜合、網(wǎng)表生成以及器件適配乃至FPGA 的配置下載，使得系統(tǒng)描述與硬件實現(xiàn)有機地融合，充分體現(xiàn)了現(xiàn)代 電子技術(shù)自動化開發(fā)的特點與優(yōu)勢。 10 Quartus 簡介 Altera Quartus II 作為一種可編程邏輯的設(shè)計環(huán)境 , 由于其強大的設(shè)計能力和直觀易用的接口，越來越受到 數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計