【正文】 碼過(guò)濾用數(shù)字進(jìn)行數(shù)值計(jì)算處理器 3 的信號(hào)抽樣值 . 處理器的可能通用計(jì)算機(jī)等 PC 或?qū)I(yè)發(fā)展計(jì)劃圖 (數(shù)字信號(hào)處理器 )芯片 . 模擬信號(hào)必須先投入使用的取樣和數(shù)碼藝術(shù)發(fā)展局 (模擬到數(shù)字轉(zhuǎn)換器 ). 由此二元多 ,占抽樣連續(xù)輸入信號(hào)的價(jià)值 ,轉(zhuǎn)移到處理器 ,進(jìn)行數(shù)字計(jì)算 . 這些計(jì)算通常涉及多方面的投入和增加產(chǎn)品價(jià)值的共同因素 . 如有必要 ,這些計(jì) 算結(jié)果 ,現(xiàn)在是抽樣信號(hào)值的過(guò)濾 ,產(chǎn)出通過(guò)發(fā)展援助委員會(huì) (類(lèi)比數(shù)位轉(zhuǎn)換器來(lái) )信號(hào)轉(zhuǎn)換回模擬形式 。例如，在軍事上被大量應(yīng)用于導(dǎo)航、制導(dǎo)、電子對(duì)抗、戰(zhàn)場(chǎng)偵測(cè)；在電力系 統(tǒng)中 被 應(yīng)用于能源分布規(guī)劃和自動(dòng)檢測(cè)；在環(huán)境保護(hù)中被應(yīng)用于對(duì)空氣和噪聲干擾的自動(dòng)檢測(cè)；在經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域中被應(yīng)用于股票市場(chǎng)預(yù)測(cè)和經(jīng)濟(jì)效益分析，等等。 （ 6）生物醫(yī)學(xué)信號(hào)處理 數(shù)字濾波器在醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用日益廣泛，如對(duì)腦電圖和心電圖的分析、層析 X射線攝影的計(jì)算機(jī)輔助分析、胎兒心音的自適應(yīng)檢測(cè)等。在現(xiàn) 代雷達(dá)系統(tǒng)中，數(shù)字信號(hào)處理部分是不可或缺的，因?yàn)閺男盘?hào)的產(chǎn)生、濾波、加工到目標(biāo)參數(shù)的估計(jì)和目標(biāo)成像顯示都離不開(kāi)數(shù)字濾波器技術(shù)。 （ 5）雷達(dá) 雷達(dá)信號(hào)占有的頻帶非常寬，數(shù)據(jù)傳輸速率也非常高，因而壓縮數(shù)據(jù)量好降低數(shù)據(jù)傳輸速率是雷達(dá)信號(hào)數(shù)字處理面臨的首要問(wèn)題。高清晰度電視的普及指日可待，與之配套的視頻光盤(pán)技術(shù)已經(jīng)形成具有巨大市場(chǎng)的產(chǎn)業(yè)；可視電話和會(huì)議電視產(chǎn)品不斷更新?lián)Q代。其中，被認(rèn)為是通信技術(shù)未來(lái)發(fā)展方向的軟件無(wú)線 電技術(shù)，更是以數(shù)字濾波器為基礎(chǔ)。 （ 3）通信 在通信技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)，幾乎沒(méi)有一個(gè)分支不受到數(shù)字濾波技術(shù)的影響。 例如，盲人閱讀器、啞人語(yǔ)音合成器、口授打印機(jī)、語(yǔ)音應(yīng)答機(jī)，各種會(huì)說(shuō)話的儀器和玩具，以及通信和視 聽(tīng)產(chǎn)品大量使用的音頻編碼技術(shù)。主要用于語(yǔ)音數(shù)據(jù)壓縮，目前已經(jīng)建立了一系列語(yǔ)音編碼的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，大量用于通信和語(yǔ)音處理。即從噪音或干擾中提取被掩蓋的語(yǔ)音信號(hào)。即利用專(zhuān)用數(shù)字硬件或在通用計(jì)算機(jī)上運(yùn)行軟件來(lái)產(chǎn)生語(yǔ)音；第三，語(yǔ)音識(shí)別。該領(lǐng)域主要包括 5個(gè)方面的內(nèi)容：第一，語(yǔ)音信號(hào)分析。在近代電信設(shè)備和各類(lèi)控制系統(tǒng)中，數(shù)字濾波器的應(yīng)用極為廣泛，這里只列舉部分應(yīng)用最成功的領(lǐng)域。 在信號(hào)處理過(guò)程中，所處理的信號(hào)往往混有噪聲，從接收到的信號(hào)中消除或減弱噪音是信號(hào)處理和傳輸中十分重要的問(wèn)題。無(wú)論是信號(hào)的獲取、傳輸，還是信號(hào)的處理和交換都離不開(kāi)濾波技術(shù)，它對(duì)信號(hào)安全可靠和有效靈活地傳輸是至關(guān)重要的。例如，對(duì)數(shù)字信號(hào)經(jīng)過(guò)濾波以限制他的頻帶或?yàn)V除噪音和干擾，或?qū)⑺麄兣c其他信號(hào)進(jìn)行分離；對(duì)信號(hào)進(jìn)行頻譜分析或功率譜分析以了解信號(hào)的頻譜組成，進(jìn)而對(duì)信號(hào)識(shí)別；對(duì)信號(hào)進(jìn)行某種變換，使之更適合傳輸、存儲(chǔ)和應(yīng)用；對(duì)信號(hào)進(jìn)行編碼以達(dá)到數(shù)據(jù)壓縮的目的，等等。因此，數(shù)字信號(hào)實(shí)際上是用數(shù)字序列表示的信號(hào)，語(yǔ)音信號(hào)經(jīng)采樣和量化，得到的數(shù)字信號(hào)是一個(gè)一維離散的時(shí)間序列；而圖像信號(hào)經(jīng)采樣和量化后，得到的數(shù)字信號(hào)是一個(gè)二維離散空間序列。模擬信號(hào)是自變量的連續(xù)函數(shù)，自變量可以是一維的，也可以是二維或多維的。 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(shì)，而數(shù)字化是智能化和網(wǎng)絡(luò)化的基礎(chǔ)，實(shí)際生活中遇到的信號(hào)多種多樣，例如廣播信號(hào)、電視信號(hào)、雷 達(dá)信號(hào)、通信信號(hào)、導(dǎo)航信號(hào)、射電天文信號(hào)、控制信號(hào)、氣象信號(hào)、遙感遙測(cè)信號(hào)，等等。江西理工大學(xué)應(yīng)用科學(xué)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 )外文資料翻譯 系 ： 信息工程系 專(zhuān) 業(yè)： 通信工程 班 級(jí)： 092 姓 名 彭凱華 學(xué) 號(hào)： 08060409231 附 件： ； 。 指導(dǎo)教師評(píng)語(yǔ)： 簽名： 年 月 日 1 附件一： 外文資料翻譯譯文 數(shù)字濾波器的仿真與實(shí)現(xiàn) 當(dāng)今，數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)正飛速發(fā)展，它不但自成一門(mén)學(xué)科，更是以不同形式影響和滲透到其他學(xué)科；它與國(guó)民經(jīng)濟(jì)息息相關(guān)，與國(guó)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，因此受到人們的普遍關(guān)注。上述信號(hào)大部分是模擬信號(hào)，也有小部分?jǐn)?shù)字信號(hào)。大多數(shù)情況下一維模擬信號(hào)的自變量是時(shí)間，經(jīng)過(guò)時(shí)間上的離散化（采樣）和幅度上的離散化（量化），這類(lèi)模擬信號(hào)便成為一維數(shù)字信號(hào)。數(shù)字信號(hào)處理，就是用 數(shù)值計(jì)算的方法對(duì)數(shù)字序列進(jìn)行各種處理，把信號(hào)變換成符合需要的某種形式。 數(shù)字濾波技術(shù)是數(shù)字信號(hào)分析、處理技術(shù)的重要分支。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)字濾波器的優(yōu)劣直接決定產(chǎn)品的優(yōu)劣。根據(jù)有用信號(hào)和噪音的不同特性，提取有用信號(hào)的過(guò)程稱(chēng)為濾波，實(shí)現(xiàn)濾波的系統(tǒng)稱(chēng)為濾波器。 （ 1）語(yǔ)音處理 語(yǔ)音處理是最早應(yīng)用數(shù)字濾波器的領(lǐng)域之一，也是最早推動(dòng)數(shù)字信號(hào)處理理論發(fā)展的領(lǐng)域之一。即對(duì)語(yǔ)音信號(hào)的波形特征、 統(tǒng)計(jì)特征、模型參數(shù)等進(jìn)行分析計(jì)算；第二，語(yǔ)音合成。即用專(zhuān)用硬件或計(jì)算機(jī)識(shí)別人講的話，或者識(shí)別說(shuō)話的人；第四，語(yǔ)音增強(qiáng)。第五，語(yǔ)音編碼。近年來(lái)，這 5 個(gè)方面都取得可不少的研究成果，并且，在市場(chǎng)上已出現(xiàn)了一些相關(guān)的軟件和硬件產(chǎn)品 。 （ 2）圖像處理 數(shù)字濾波技術(shù)以成功地應(yīng)用于靜態(tài)圖像和活動(dòng)圖像的恢復(fù)和增強(qiáng)、數(shù)據(jù)壓縮、去噪音和干擾、圖 2 像識(shí)別以及層析 X 射線攝影，還成功地應(yīng)用于雷達(dá)、聲納、超聲波和紅外信號(hào)的可見(jiàn)圖像成像。信源編碼、信道編碼、調(diào) 制、多路復(fù)用、數(shù)據(jù)壓縮以及自適應(yīng)信道均衡等，都廣泛應(yīng)用數(shù)字濾波器，特別是在數(shù)字通信、網(wǎng)絡(luò)通信、圖像通信、多媒體通信等應(yīng)用中，離開(kāi)了數(shù)字濾波器，幾乎寸步難行。 （ 4）電視 數(shù)字電視取代模擬電視已是必然趨勢(shì)。視頻壓縮和音頻壓縮技術(shù)所取得的成就和標(biāo)準(zhǔn)化工作，促成了電視領(lǐng)域產(chǎn)業(yè)的蓬勃發(fā)展，而數(shù)字濾波器及其相關(guān)技術(shù)是視頻壓縮和音頻壓縮技術(shù)的重要基礎(chǔ)。高速數(shù)字器件的出現(xiàn)促進(jìn)了雷達(dá)信號(hào)處理技術(shù)的進(jìn)步。雷達(dá)信號(hào)的數(shù)字濾波器是當(dāng)今十分活躍的研究領(lǐng)域之一。 （ 7）其他領(lǐng)域 數(shù)字濾波器的應(yīng)用領(lǐng)域如此廣泛，以至于想完全列舉他們是根本不可能的，除了以上幾個(gè)領(lǐng)域外，還有很多其他的應(yīng)用領(lǐng)域。 數(shù)字濾波器介紹 ： 模擬和數(shù)字濾波器 在信號(hào)處理、過(guò)濾功能是一個(gè)不 排 除部分信息 ,如隨機(jī)噪音、提取有用的信號(hào)部分 ,如部分地勢(shì)在一定的頻率范圍 . 有兩大類(lèi)型的過(guò)濾 , 模擬以及數(shù)字 。 濾波器是指用來(lái)對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行濾波的硬件或軟件。數(shù)字濾波器的功能，就是把輸入序列 X 通過(guò)一定的運(yùn)算變換成輸出序列 Y。 IIR 數(shù)字濾波器的優(yōu)點(diǎn)是可以利用模擬濾波器設(shè)計(jì)的結(jié)果，而模擬濾波器的設(shè)計(jì)有大量 圖表可查，方便簡(jiǎn)單。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。從數(shù)字濾波器的單位沖擊響應(yīng)來(lái)看，可分為兩大類(lèi)：有限沖擊響應(yīng)（ FIR）數(shù)字濾波器和無(wú)限沖擊響應(yīng)（ IIR）數(shù)字濾波器。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(luò)進(jìn)行相位校正，同樣也要增加濾波器網(wǎng)絡(luò)的節(jié)數(shù)和復(fù)雜性。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(méi)有現(xiàn)成的計(jì)算公式，必須要用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件（如 MATLAB）來(lái)計(jì)算。 濾波器從功能上分又可分為如下 4 類(lèi) : (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)。除具備卓越的數(shù)值計(jì)算能力外，它還提供了專(zhuān)業(yè)水平的符號(hào)計(jì)算，文字處理，可視化建模仿真和實(shí)時(shí)控制等功能。而 C 語(yǔ)言功能豐富，使用靈活方便，目標(biāo)程序效率高。因此， C 語(yǔ)言 是目前應(yīng)用最廣的編程語(yǔ)言。 利用 MATLAB 設(shè)計(jì)濾波器，可以隨時(shí)對(duì)比設(shè)計(jì)要求和濾波器特性調(diào)整參數(shù)，直觀簡(jiǎn)便，極大的減輕了工作量，有利于濾波器設(shè)計(jì)的最優(yōu)化。目前微機(jī)保護(hù)和二次信號(hào)處理軟件主要采用數(shù) 字濾波器。利用 MATLAB 信號(hào)處理箱可以快速有效地實(shí)現(xiàn)數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì)與仿真。 工具包又可以分為功能性工具包和學(xué)科工具包 .功能 工具包用來(lái)擴(kuò)充 MATLAB 的符號(hào)計(jì)算 ,可視化建模仿真 ,文字處理及實(shí)時(shí)控制等功能 .學(xué)科工具包是專(zhuān)業(yè)性比較強(qiáng)的工具包 ,控制工具包 ,信號(hào)處理工具包 ,通信工具包等都屬于此類(lèi) 。 數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì) 數(shù)字濾波器設(shè)計(jì)的基本要求 數(shù)字濾波器設(shè)計(jì)要經(jīng)過(guò)三個(gè)步驟： （ 1）確定指標(biāo)：在設(shè)計(jì)一個(gè)濾波器前，必須有一些指標(biāo)。在 很多實(shí)際應(yīng)用中，數(shù)字濾波器常常被用來(lái)實(shí)現(xiàn)選頻操作。幅度指標(biāo)主要以?xún)煞N方式給出。它提供對(duì)幅度響應(yīng)函數(shù)的要求，一般應(yīng)用于 FIR 濾波器的設(shè)計(jì)。它以分貝值的形式給出要求。對(duì)于相位響應(yīng)指標(biāo)形式，通常希望系統(tǒng)在通頻帶中人有線性相位。 （ 2）模型逼近：一旦確定了指標(biāo)，就可利用前面學(xué)習(xí)過(guò)的基本原理和關(guān)系式，提出一個(gè)濾波器模型來(lái)逼近給定的指標(biāo)體系。根據(jù)這個(gè)描述用硬件或者計(jì)算機(jī)軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)它。特別是 FPGA（ Field Programmable Gate Array）的產(chǎn)生與發(fā)展，使其成為繼微處理器、存儲(chǔ)器之后的為電子數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)而確定的又一種新的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn) (即可以按標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品目錄在銷(xiāo)售市場(chǎng)上購(gòu)到 )。 使用 FPGA 器件設(shè)計(jì)數(shù)字電路，不僅可以簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)過(guò)程，而且可以降低整個(gè)系統(tǒng)的體積和成本，增加系統(tǒng)的可靠性。使用 FPGA 器件設(shè)計(jì)數(shù)字系統(tǒng)電路的主要優(yōu)點(diǎn)如下： （ 1）設(shè)計(jì)靈活 使用 FPGA 器件，可不受標(biāo)準(zhǔn)系列器件在邏輯功能上的限制。 （ 2）增大功能密集度 功能密集度是指在給定的空間能集成的邏輯功能數(shù)量。用 FPGA 器件實(shí)現(xiàn)數(shù)字系統(tǒng)時(shí)用的芯片數(shù)量少，從而減少芯片的使用數(shù)目，減少 印刷線路板面積和印刷線路板數(shù)目，最終導(dǎo)致系統(tǒng)規(guī)模的全面縮減。 具有較高集成度的系統(tǒng)比用許多低集成度的標(biāo)準(zhǔn)組件設(shè)計(jì)的相同系統(tǒng)具有高得多的可靠性。 （ 4）縮短設(shè)計(jì)周期 由于 FPGA 器件的可編程性和靈活性，用它來(lái)設(shè)計(jì)一個(gè)系統(tǒng)所需時(shí)間比傳統(tǒng)方法大為縮短。同時(shí)，在樣機(jī)設(shè)計(jì)成功后，由于開(kāi)發(fā)工具先進(jìn)，自動(dòng)化程度高，對(duì)其進(jìn)行邏輯修改也十分簡(jiǎn)便迅速。 （ 5）工作速度快 FPGA/CPLD 器件的工作速度快，一般可以達(dá)到幾百兆赫茲，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于 DSP 器件。 （ 6）增加系統(tǒng)的保密性能 很多 FPGA 器件都具有加密功能，在系統(tǒng)中廣泛的使用 FPGA 器件 可以有效防止產(chǎn)品被他人非法仿制。首先，使用 FPGA 器件修改設(shè)計(jì)方便，設(shè)計(jì)周期縮短，使系統(tǒng)的研制開(kāi)發(fā)費(fèi)用降低；其次， FPGA器件可使印刷線路板面積和需要的插件減少，從而使系統(tǒng)的制造費(fèi)用降低；再次，使用 FPGA 器件能使系統(tǒng)的可靠性提高，維修工作量減少，進(jìn)而使系統(tǒng)的維修服務(wù)費(fèi)用降低。 FPGA 設(shè)計(jì)原則： FPGA 設(shè)計(jì)的一個(gè)重要指導(dǎo)原則：面積和速度的平衡與互換，這個(gè)原則在后邊的濾波器設(shè)計(jì)中有大量的驗(yàn)證體現(xiàn)。 “速度 ”指設(shè)計(jì)在芯片上穩(wěn)定運(yùn)行所能夠達(dá)到的最高頻率，這個(gè)頻率由設(shè)計(jì)的時(shí)序狀況決定，和設(shè)計(jì)滿(mǎn)足的時(shí)鐘周期， PADto PAD Time, Clock Setup Time, Clock Hold Time, ClocktoOutput Delay 等眾多時(shí)序特征量密切相關(guān)。關(guān)于面積和速度的兩個(gè)最基本的概念：面積與速度的平衡和面積與速度的互換。要求一個(gè)設(shè)計(jì)同時(shí)具備設(shè)計(jì)面積最小，運(yùn)行頻率最高是不現(xiàn)實(shí)的。或者在所規(guī)定的面積下，使設(shè)計(jì)的時(shí)序余量更大，頻率跑得更高。關(guān)于面積和速度的要求，不應(yīng)該簡(jiǎn)單地理解為工程師水平的提高和設(shè)計(jì)完美性的追求，而應(yīng)該認(rèn)識(shí)到它們是和產(chǎn)品的質(zhì)量和成本直接相關(guān)的。作為矛盾的兩個(gè)組成部分，面積和速度的地位是不一樣的。 面積和速度的互換是 FPGA 設(shè)計(jì)的一個(gè)重要思想。 舉一個(gè)例子。這種情況下，就應(yīng)該利用 “面積換速度 ”的思想，至少?gòu)?fù)制成 3 個(gè)處理模塊，首先將輸入數(shù)據(jù)進(jìn)行串并轉(zhuǎn)換，然后利用這三個(gè)模塊并行處理分配的數(shù)據(jù)，然后將處理結(jié)果 “并串變換 ”，就完成數(shù)據(jù)速率的要求。 FPGA是英文 Field Programmable Gate Array 的縮寫(xiě)，即現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列，它是在 PAL、 GAL、EPLD 等可編程器件的基礎(chǔ)上進(jìn)一步發(fā)展的產(chǎn)物。 FPGA 采用了邏輯單元陣列 LCA（ Logic Cell Array）這樣一個(gè)新概念，內(nèi)部包括可配置邏輯模塊 CLB（ Configurable Logic Block）、輸出輸入模塊 IOB（ Input Output Block）和內(nèi)部連線 8 （ Interconnect）三個(gè)部分。 （ 2） FPGA 可做其它全定制或半定制 ASIC 電路的中試樣片。 （ 4） FPGA 是 ASIC 電路中設(shè)計(jì)周期最短、開(kāi)發(fā)費(fèi)用最低、風(fēng)險(xiǎn)最小的器件之一。 可以說(shuō)， FPGA 芯片是小批量系統(tǒng)提高系統(tǒng)集成度、可靠性的最佳選擇之一。 FPGA 是由存放在片內(nèi) RAM 中的程序來(lái)設(shè)置其工作狀態(tài)的，因此，工作時(shí)需要對(duì)片內(nèi)的 RAM進(jìn)行編程。 加電時(shí)， FPGA 芯片將 EPROM 中數(shù)據(jù)讀入片內(nèi)編程 RAM 中，配置完成后， FPGA 進(jìn)入工作狀態(tài)。 FPGA 的編程無(wú)須專(zhuān)用的 FPGA 編程器，只須用通用的 EPROM、 PROM 編程器即可。這樣，同一片 FPGA，不同的編程數(shù)據(jù)，可以產(chǎn)生不同的電路