【正文】 d of window function method is to use finite length pulse response sequence to approach pulse response sequence. Its basic design concept is to achieve linear phase FIR digital filter by first selecting an ideal frequency selective digital filter, and then intercepting its pulse response. The paper is based on a design method of window function. This paper introduces the basic knowledge of FIR digital filter firstly, outlines the FIR digital filter design methods and processes. The paper uses the MATLAB software to learn basic knowledge of digital filter。 關(guān)鍵字： 數(shù)字濾波器 。 首先介紹了 FIR 數(shù)字濾波器的基礎(chǔ)知識(shí)，簡(jiǎn)述了 FIR 數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì)方法與流程。用窗函數(shù)設(shè)計(jì) FIR 數(shù)字濾波器就是用有限長(zhǎng)的脈沖相應(yīng)逼近序列， 其基本設(shè)計(jì)思想為 ： 首先選定一個(gè)理想的選頻濾波器， 然后截取它的脈沖響應(yīng)得到線性相位。在現(xiàn)代電子系統(tǒng)中， FIR 數(shù)字濾波器以其良好的線性特性被廣泛使用。 目錄 摘 要 I ABSTRACT II 引言 1 1 數(shù)字濾波器的概述 2 數(shù)字濾波器的發(fā)展現(xiàn)狀 2 國(guó)內(nèi)外相關(guān)領(lǐng)域的研究進(jìn)展 2 主要研究?jī)?nèi)容 3 2 FIR濾波器基礎(chǔ) 4 FIR 濾波器的特點(diǎn) 4 數(shù)字濾波器類(lèi)型 4 FIR 濾波器的線性相位 4 FIR 濾波器的設(shè)計(jì)方法 5 利用窗函數(shù)法設(shè)計(jì) FIR濾波器 5 用頻率抽樣法設(shè)計(jì) FIR濾波器 10 利用切比雪夫逼近法設(shè)計(jì) FIR濾波器 11 FIR 濾波器的實(shí)現(xiàn) 方法 12 FIR 濾波器的實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu) 12 FIR 濾波器的實(shí)現(xiàn)方法 16 3 基于 MATLAB 的 FIR濾波 器的設(shè)計(jì) 18 MATLAB 簡(jiǎn)介 18 基于 MATLAB 的 FIR 濾波器的設(shè)計(jì) 19 濾波器指標(biāo) 19 設(shè)計(jì)過(guò)程 20 ４ 結(jié)束語(yǔ) 28 致謝 29 參考文獻(xiàn) 30 I 摘要 數(shù)字信號(hào)處理學(xué)科的一項(xiàng)重大進(jìn)展是關(guān)于數(shù)字濾波器設(shè)計(jì)方法的研究。而 FIR 數(shù)字濾波器可以方便地實(shí)現(xiàn)線性相位且其群時(shí)延不隨頻率變化的，因此在數(shù)字信號(hào)處理中占有非常重要的地位。 FIR 數(shù)字濾波器傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法有窗函數(shù)法、頻率抽樣法和等波紋逼近法 。本文是以窗函數(shù)設(shè)計(jì)方法為基礎(chǔ)的。本課題主要應(yīng)用 MATLAB 軟件設(shè)計(jì) FIR 數(shù)字濾波器，并對(duì)所設(shè)計(jì)的濾波器進(jìn)行仿真。 MATLAB。 to design and imitate the FIR digital filter. Keyword： digital filter。 FIR數(shù)字濾波器 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) —— FIR 數(shù)字濾波器設(shè)計(jì) 1 引言 21 世紀(jì)是數(shù)字化的時(shí)代，隨著越來(lái)越多的電子產(chǎn)品將數(shù)字信號(hào)處理作為技術(shù)核心， DSP 已經(jīng)成為推動(dòng)數(shù)字化進(jìn)程的動(dòng)力。 近年來(lái) ，不論是在科學(xué)技術(shù)研究，還是在產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)等方面，數(shù)字信號(hào)處理應(yīng)用越來(lái)越廣泛，并取得了豐碩的成果。像處理、模式識(shí)別、譜分析等應(yīng)用中的一個(gè)基本 處理算法。數(shù)字濾波器容易實(shí)現(xiàn)不同的幅度和相位頻率特性指標(biāo)，克服了與模擬濾波器器件性能相關(guān)的電壓漂移、溫度漂移和噪聲問(wèn)題。 FIR濾波器具有不含反饋環(huán)路、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單以及可以實(shí)現(xiàn)的嚴(yán)格線性相位等優(yōu)點(diǎn)，因而在對(duì)相位要求比較嚴(yán)格的條件下，采用 F1R 數(shù)字濾波器。有限長(zhǎng)單位沖激響應(yīng)(FIR)數(shù)字濾波器，與傳統(tǒng)的通過(guò)硬件電路實(shí)現(xiàn)的模擬濾波器相比有以下優(yōu)點(diǎn) : (1)簡(jiǎn)化了硬件電路的設(shè)計(jì)，提高了硬件電路的集成度和可靠性。 (3)數(shù)字濾波器的參數(shù)調(diào)節(jié)比起模擬濾波器來(lái)更加方便、靈活 。數(shù)字濾波器 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) —— FIR 數(shù)字濾波器設(shè)計(jì) 2 1 數(shù)字濾波器的概述 數(shù)字濾波器的發(fā)展現(xiàn)狀 數(shù)字濾波是從 20 世紀(jì) 60 年代發(fā)展起來(lái)的，當(dāng)時(shí)主要采用計(jì)算機(jī)模擬的方法研究數(shù)字濾波問(wèn)題。但是由于微處理器速度不高，在很多場(chǎng)合都難以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)處理。 80 年代，通用數(shù)字信號(hào)處理器的成熟和大量涌現(xiàn)，使得音頻范圍內(nèi)數(shù)字濾波技術(shù)迅速得到廣泛的應(yīng)用。在數(shù)字信號(hào)處理中，濾波占有極其重要的地位。目前，數(shù)字信號(hào)濾波器的 設(shè)計(jì)圖像處理、數(shù)據(jù)壓縮等方面的應(yīng)用取得了令人矚目的進(jìn)展和成就。 目前 ，可作視頻實(shí)時(shí)處理的 FIR（有限沖擊響應(yīng)）數(shù)字濾波器芯片就有幾十種。有的還可以實(shí)現(xiàn)自適應(yīng) FIR 濾波器或用作 IIR（ 無(wú)限沖擊響應(yīng)）濾波器。常見(jiàn)的高速、實(shí)時(shí)信號(hào)處理結(jié)構(gòu)有： 1） 流水線處理 。 2）并行處理 。顯然，并行結(jié)構(gòu)會(huì)提高系統(tǒng)的數(shù)據(jù)吞吐率和數(shù)據(jù)處理能力。 陣列處理的最大優(yōu)點(diǎn)在于最大限度地利用了 VLSI 技術(shù)的特點(diǎn)，采用高度并行 — 流水結(jié)構(gòu)形式，非常適合完成數(shù)據(jù)處理量大、運(yùn)算規(guī)整、具有局部模塊特性的實(shí)時(shí)數(shù)字濾波任務(wù)。在 20 多年時(shí)間里 DSP 芯片已經(jīng)在信號(hào)處理、通信、自動(dòng)控制、儀表技術(shù)、信息家電等許多領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。位串行乘法器使得乘法器的硬件 規(guī) 模達(dá)到了最省，但是由于是串行運(yùn)算，使得它的運(yùn)算周期過(guò)長(zhǎng)，運(yùn)算速度與硬件規(guī)模綜合考慮時(shí)不是數(shù)字濾波器 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) —— FIR 數(shù)字濾波器設(shè)計(jì) 3 最優(yōu)的。分布式算法在完成乘累加功能時(shí)是通過(guò)將各輸入數(shù)據(jù)每一對(duì)應(yīng)位產(chǎn)生的部分積預(yù)先進(jìn)行相加形成相應(yīng)的部分積，然后再對(duì)各個(gè)部分積累加形成最終結(jié)果，而傳統(tǒng)算法是等到所有乘積已經(jīng)產(chǎn)生之后再來(lái)相加來(lái)完成乘累加運(yùn)算的。 主要研究?jī)?nèi)容 本課題主要應(yīng)用 MATLAB 軟件設(shè)計(jì) FIR 數(shù)字濾波器， 對(duì)所設(shè)計(jì)的濾波器進(jìn)行仿真 ， 通過(guò)對(duì) PSK 帶通 信號(hào)的濾波 ， 檢驗(yàn) FIR 濾波器的性能 。 具體工作包括 ： 介紹 FIR 數(shù)字濾波器的特點(diǎn)， 分析 FIR 濾波器的設(shè)計(jì)方法，重點(diǎn)研究窗函數(shù)設(shè)計(jì) FIR 濾波器 ； 采用 MATLAB 軟件來(lái)學(xué)習(xí)數(shù)字濾波器的基本知識(shí)，對(duì)FIR 帶通數(shù)字濾波器進(jìn)行設(shè)計(jì)和仿真 ，結(jié)合圖形對(duì)濾波器的性能進(jìn)行分析 。數(shù)字濾波器是語(yǔ)音與圖像處理、模式識(shí)別、雷達(dá)信號(hào)處理、頻譜分析 等應(yīng)用中的一種基本的處理部件，它能滿(mǎn)足濾波器對(duì)幅度和相位特性的嚴(yán)格要求，避免模擬濾波器所無(wú)法克服的電壓漂移和噪聲等問(wèn)題。隨著數(shù)字技術(shù)的發(fā)展，用數(shù)字技術(shù)設(shè)計(jì)濾波器的功能越來(lái)越受到人們的注意和廣泛的應(yīng)用。 數(shù)字濾波器 從實(shí)現(xiàn)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)或者從單位脈沖響應(yīng)分類(lèi)， 可以分成無(wú)限脈沖響應(yīng) (IIR)濾波器和有限脈沖響應(yīng) (FIR)濾波器。 在 數(shù)字信號(hào)處理應(yīng)用中往往需要設(shè)計(jì)線性相位的濾波器， FIR 濾波器在保證幅度特性滿(mǎn)足技術(shù)要 求的同時(shí)，很容易做到嚴(yán)格的線性相位特性。在數(shù)字濾波器中， FIR 濾波器的最主要的特點(diǎn)是沒(méi)有反饋回路，不存在不穩(wěn)定的問(wèn)題 ； 同時(shí)，可以在幅度特性是隨意設(shè)置的同時(shí)，保證精確的線性相位。另外，它還有以下特點(diǎn) ： 設(shè)計(jì)方式是線性的 ； 硬件容易實(shí)現(xiàn) ； 濾波器過(guò)渡過(guò)程具有有限區(qū)間 ； 相對(duì) IIR 濾波器而言，階次較高，其延遲也要比同樣性能的 IIR 濾波器大得多 。因此，就必須設(shè)計(jì)能夠