【導讀】附件：（約3000漢字）；(與課題相關的1萬印刷符號左右)。seriesY.

　　

【正文】 把輸入序列 X 通過一定的運算變換成輸出序列 Y。 根據(jù)數(shù)字濾波器沖激響應函數(shù)的時域特性，可將數(shù)字濾波器分為兩種，即無限長沖激相應 IIR 濾波器和有限長沖激響應 FIR 濾波器。 IIR 數(shù)字濾波器的優(yōu)點是可以利用模擬濾波器設計的結果，而模擬濾波器的設計有大量圖表可查，方便簡單。它的缺點是相位的非線性；若需要線性相位，則要采用全通網(wǎng)絡進行相位校正。圖象處理以及數(shù)據(jù)采集傳輸都要求濾波器具有線性相位特性。而 FIR 數(shù)字濾波器可以實現(xiàn)線性相位，又 可具有任意幅度特性。從數(shù)字濾波器的單位沖擊響應來看，可分為兩大類：有限沖擊響應（ FIR）數(shù)字濾波器和無限沖擊響應（ IIR）數(shù)字濾波器。 FIR 濾波器卻可以得到嚴格的線性相位，然而由于 FIR 濾波器的系統(tǒng)函數(shù)的極點固定在原點，所以只能用較高的階數(shù)來實現(xiàn)其高選擇性，對于同樣的濾波器設計指標， FIR 濾波器所要求的階數(shù)要比 IIR 高 5 至 10 倍，所以成本較高，信號延遲也較大。但是如果要求相同的線性相位，則 IIR 濾波器就必須加全通網(wǎng)絡進行相位校正，同樣也要增加濾波器網(wǎng)絡的節(jié)數(shù)和復雜性。 FIR 濾波器可以用非遞歸的方法實現(xiàn)，在 有限精度下不會產(chǎn)生振蕩，同時由于量化舍入以及系數(shù)的不確定性所引起的誤差的影響要比 IIR 濾波器小的多，并且 FIR 濾波器可以采用 FFT 算法，運算速度快。但是不象 IIR 濾波器可以借助模擬濾波器的成果， FIR 濾波器沒有現(xiàn)成的計算公式，必須要用計算機輔助設計軟件（如 MATLAB）來計算。由此可知， FIR 濾波器應用比較廣，而 IIR 濾波器則用在相位要求不是很嚴格的場合。 濾波器從功能上分又可分為如下 4 類 : (1)低通濾波器 (LPF)； (2)高通濾波器 (HPF )； (3)帶通濾波器 (BPF )； (4)帶阻濾波器 (BSF)。 理想濾波器的幅頻特性下圖虛線為： MATLAB 介紹 ： MATLAB 是矩陣實驗室（ Matrix Laboratory）之意。除具備卓越的數(shù)值計算能力外，它還提供了專業(yè)水平的符號計算，文字處理，可視化建模仿真和實時控制等功能。 MATLAB 作為世界頂尖的數(shù)學應用軟件，以其強大的工程計算、算法研究、工程繪圖、應用程序開發(fā)、數(shù)據(jù)分析和動態(tài)仿真等功能，在航空航天、機械制造和工程建筑等領域發(fā)揮著越來越重要的作用。而 C 語言 功能豐富，使用靈活方便，目標程序效率高。既有高級語言的優(yōu)點，又有低級語言的特點。因此， C 語言 是目前應用最廣的編程語言。雖然 MATLAB是一個完整的、功能齊全的編程環(huán)境，但在某些情況下，與外部環(huán)境的數(shù)據(jù)和程序的交互是非常必須而且有益的。 利用 MATLAB 設計濾波器， 可以隨時對比設計要求和濾波器特性調整參數(shù)，直觀簡便，極大的減輕了工作量，有利于濾波器設計的最優(yōu)化。 在電力系統(tǒng)微機保護和二次控制中，很多信號的處理與分析都是基于正旋基波和某些整次諧波而進行的，而系統(tǒng)電壓電流信號（尤其是故障瞬變過程）中混有各種復雜成分，所以濾波器一直是電力系統(tǒng)二次裝置的關鍵部件。目前微機保護和二次信號處理軟件主要采用數(shù)字濾波器。傳統(tǒng)的數(shù)字濾波器設計使用繁瑣的公式計算，改變參數(shù)后需要重新計算，在設計濾波器尤其是高階濾波器時工作量很大。利用 MATLAB 信號處理箱可以快速有效地實現(xiàn)數(shù)字濾波器的設計 與仿真。 MATLAB 的基本數(shù)據(jù)單位是矩陣，它的指令表達式與數(shù)學 ,工程中常用的形式十分相似 ,故用 MATLAB 來解算問題要比用 C,FORTRAN 等語言完相同的事情簡捷得多 .當前流行的 MATLAB 數(shù)的主包和三十幾種工具包 (Toolbox)。 工具包又可以分為功能性工具包和學科工具包 .功能工具包用來擴充 MATLAB 的符號計算 ,可視化建模仿真 ,文字處理及實時控制等功能 .學科工具包是專業(yè)性比較強的工具包 ,控制工具包 ,信號處理工具包 ,通信工具包等都屬于此類 。 開放性使 MATLAB 廣受用戶歡迎 .除內(nèi)部函數(shù)外 ,所有 MATLAB 主包文件和各種工具包都是可讀可修改的文件 ,用戶通過對源程序的修改或加入自己編寫程序構造新的專用工具包 。 數(shù)字濾波器的設計 數(shù)字濾波器設計的基本要求 數(shù)字濾波器設計要經(jīng)過三個步驟： （ 1）確定指標：在設計一個濾波器前，必須有一些指標。這些指標要根據(jù)應用確定。在很多實際應用中，數(shù)字濾波器常常被用來實現(xiàn)選頻操作。因此，指標的形式一般在頻域中給出幅度和相位響應。幅度指標主要以兩種方式給出。第一種是絕對指標。它提供對幅度響應函數(shù)的要求，一般應用 于 FIR 濾波器的設計。第二種指標是相對指標。它以分貝值的形式給出要求。在工程實際中，這種指標最受歡迎。對于相位響應指標形式，通常希望系統(tǒng)在通頻帶中人有線性相位。運用線性相位響應指標進行濾波器設計具有如下優(yōu)點：① 只包含實數(shù)算法，不涉及復數(shù)運算； ② 不存在延遲失真，只有固定數(shù)量的延遲； ③ 長度為 N 的濾波器（階數(shù)為 N1），計算量為 N/2 數(shù)量級。 （ 2）模型逼近：一旦確定了指標，就可利用前面學習過的基本原理和關系式，提出一個濾波器模型來逼近給定的指標體系。 （ 3）實現(xiàn)：上面兩步的結果得到的濾波器，通常是以差分方程、系 統(tǒng)函數(shù)或脈沖響應來描述的。根據(jù)這個描述用硬件或者計算機軟件來實現(xiàn)它。 DSP 簡介 今天， DSP 廣泛應用于現(xiàn)代技術中，它已是許多產(chǎn)品的關鍵部分，在我們?nèi)粘Ｉ钪邪缪葜絹碓街匾慕巧Ｗ罱?，系西北工業(yè)大學 Aviation 微電子研究中心完成了數(shù)字信號處理器的核心 NDSP25 的設計，它是以TexasTms320 系列為指導來完成 TMS320C25 的數(shù)字信號處理器設計的目標，通過用一低端設計流， NDSP25 兼容了 TMS320C25 的時間界面和指導內(nèi)容。 數(shù)字信號處理器 (Digital Signal Processor)是一種適合對數(shù)字信號進行高速實時處理的專用處理器，其主要用來實時快速地實現(xiàn)各種數(shù)字信號處理算法。在當今的數(shù)字化時代背景下， DSP 已成為通信、計算機、消費類電子產(chǎn)品等領域的基礎器件。 數(shù)字信號處理器與數(shù)字信號處理有著密不可分的關系，我們通常說的“DSP”也可以指數(shù)字信號處理 (Digital Signal Processing )，在本文里都是指數(shù)字信號處理器。數(shù)字信號處理是一門包括了許多學科并應用于很多領域的學科， 是指利用計算機或是專用處理設備，以數(shù)字形式對信號進行采集、變換、濾波、估值、增強、壓縮、識 別等處理，得到符合要求的信號形式。數(shù)字信號處理器是用于處理數(shù)字信號的器件，因此它是伴隨著數(shù)字信號處理才產(chǎn)生的。 DSP 發(fā)展歷程大致分為三個階段： 20 世紀 70 年代理論先行， 80 年代產(chǎn)品普及和 90 年代的突飛猛進。在 DSP 出現(xiàn)之前數(shù)字信號處理只能依靠微處理器(MPU)來完成。但 MPU 較低的處理速度無法滿足高速實時的要求。因此，直到 20 世紀 70 年代，有人才提出了 DSP 的理論和算法基礎。隨著大規(guī)模集成電路技術的發(fā)展， 1982 年世界上誕生了首枚 DSP 芯片。幾年后，第二代基于CMOS 工藝的 DSP 芯片應運而生。 80 年代后期 ，第三代 DSP 芯片問世。 90年代 DSP 發(fā)展最快，相繼出現(xiàn)了第四代和第五代 DSP 器件。經(jīng)過 20 多年的發(fā)展， DSP 產(chǎn)品的應 用已擴大到人們的學習、工作和生活的各個方面，并逐漸成為電子產(chǎn)品更新?lián)Q代的決定 因素。 作者： Sanjit 國籍： USA 出處： Digital Signal Processing A ComputerBased Approach 3e