《数字信号处理》课程设计 FIR、IIR滤波器的设计与实现.doc

发布时间：2022-05-30 发布人：admin 分类：说明书资料大小：0.56M 资料格式：doc 举报版权申诉

ahzhangrui-2552776-16359647499187203964.doc.pdf-第1页.png

第1页 / 共24页

ahzhangrui-2552776-16359647499187203964.doc.pdf-第2页.png

第2页 / 共24页

ahzhangrui-2552776-16359647499187203964.doc.pdf-第3页.png

第3页 / 共24页

ahzhangrui-2552776-16359647499187203964.doc.pdf-第4页.png

第4页 / 共24页

ahzhangrui-2552776-16359647499187203964.doc.pdf-第5页.png

第5页 / 共24页

ahzhangrui-2552776-16359647499187203964.doc.pdf-第6页.png

第6页 / 共24页

ahzhangrui-2552776-16359647499187203964.doc.pdf-第7页.png

第7页 / 共24页

ahzhangrui-2552776-16359647499187203964.doc.pdf-第8页.png

第8页 / 共24页

设计题目：FIR、IIR滤波器的设计与实现

学院：信息工程与自动化学院

专业：通信工程

年级： 2007 级

姓名：张瑞

学号： 200710404201

指导老师：黄欢

摘要

第一章概述

1.1 背景知识

1.2 滤波器概述

第二章 FIR滤波器设计

2.1 MATLAB仿真过程

2.1.1FIR滤波器的基本结构

2.2 FIR滤波器的MATLAB设计

2.2.1. fir1函数

2.2.2. fir2函数

2.3滤波器的设计（矩形窗）

2.3.1高通FIR矩形窗实现

2.3.2低通FIR矩形窗实现

2.3.3带通FIR矩形窗实现

2.4滤波器的设计（汉明窗）

2.5滤波器的设计（汗宁窗）

2.6滤波器的设计（布莱克曼）

2.7滤波器的设计（凯撒窗）

第三章 IIR滤波器设计

3.1 IIR滤波器

3.1.1.滤波器的特点：

3.1.2、IIR滤波器的结构：

3.2 IIR滤波器的设计原理

3.2.1 IIR滤波器的设计概述

3.2.2 IIR 滤波器的MATLAB设计原理（巴特沃斯）

3.3 设计说明

3.3.1 IIR滤波器的MATLAB设计程序

3.3.2.音频文件采集数据

3.3.3主要函数分析：

3.4 结果分析

结论

总结与收获

谢辞

参考文献

昆明理工大学《数字信号处理》课程设计设计题目：FIR、IIR 滤波器的设计与实现学专年姓学院：信息工程与自动化学院业：通信工程级： 2007 级名：张瑞号： 200710404201 指导老师：黄欢 - 1 - 通信 072 张瑞

摘要 FIR、IIR 数字滤波器是一类重要的滤波器，它用较低的阶数就可以很好地实现频率选择特性，因此在通信、语言与信号处理、HDTV（高画质电视）、生物医学以及地震勘测等许多方面都得到了广泛的应用。因此，FIR、IIR 数字滤波器设计一直是数字信号处理领域中重要的研究课题之一。多年来，国内外学者在 FIR、IIR 数字滤波器设计问题上作了大量的探索并提出了许多有效的设计方法。本文采用“巴特沃斯方法”建立了 IIR 数字滤波器模拟滤波器模型，用窗函数法—— 矩形窗、汉明窗、汉明窗、汗宁窗、凯撒窗建立了 FIR 数字滤波器模拟滤波器模型, 并用 MATLAB 方法对该优化数学模型的系数进行求解。由于窗函数法设计类似只是加的窗函数不同，故本文重点阐述矩形窗的设计方法。关键字：滤波器巴特沃斯 IIR FIR 矩形窗汉明窗汉明窗汗宁窗凯撒窗 - 2 - 通信 072 张瑞

目录摘要 .......................................................................................................................................................................... 2 目录 ...................................................................................................................................................................3 第一章概述 ............................................................................................................................................................ 4 1.1 背景知识 ....................................................................................................................................................4 1.2 滤波器概述................................................................................................................................................4 第二章 FIR 滤波器设计.........................................................................................................................................5 2.1 MATLAB 仿真过程 ........................................................................................................................... 5 2.1.1FIR 滤波器的基本结构 ................................................................................................................... 5 2.2 FIR 滤波器的 MATLAB 设计...................................................................................................................6 2.2.1. fir1 函数 .......................................................................................................................................... 6 2.2.2. fir2 函数 .......................................................................................................................................... 7 2.3 滤波器的设计（矩形窗） ........................................................................................................................ 7 2.3.1 高通 FIR 矩形窗实现 ..................................................................................................................... 8 2.3.2 低通 FIR 矩形窗实现 ................................................................................................................... 10 2.3.3 带通 FIR 矩形窗实现 ................................................................................................................... 12 2.4 滤波器的设计（汉明窗） ...................................................................................................................... 14 2.5 滤波器的设计（汗宁窗） ...................................................................................................................... 14 2.6 滤波器的设计（布莱克曼） .................................................................................................................. 14 2.7 滤波器的设计（凯撒窗） ...................................................................................................................... 14 第三章 IIR 滤波器设计........................................................................................................................................14 3.1 IIR 滤波器................................................................................................................................................ 14 3.1.1.滤波器的特点： ............................................................................................................................14 3.1.2、IIR 滤波器的结构：................................................................................................................14 3.2 IIR 滤波器的设计原理 ............................................................................................................................15 3.2.1 IIR 滤波器的设计概述 ................................................................................................................. 15 3.2.2 IIR 滤波器的 MATLAB 设计原理（巴特沃斯） ..................................................................... 16 3.3 设计说明 ..................................................................................................................................................16 3.3.1 IIR 滤波器的 MATLAB 设计程序...............................................................................................16 3.3.2.音频文件采集数据 ........................................................................................................................17 3.3.3 主要函数分析： ............................................................................................................................21 3.4 结果分析 ..................................................................................................................................................21 结论 ........................................................................................................................................................................ 22 总结与收获 ............................................................................................................................................................ 22 谢辞 ........................................................................................................................................................................ 23 参考文献 ................................................................................................................................................................ 24 - 3 - 通信 072 张瑞

1.1 背景知识第一章概述数字信号处理（Digital Signal Processing，简称 DSP）是一门涉及许多学科而又广泛应用于许多领域的新兴学科。DSP 有两种含义：digital Signal Processing（数字信号处理）、 Digital Signal Processor（数字信号处理器）。我们常说的 DSP 指的是数字信号处理器。数字信号处理器是一种适合完成数字信号处理运算的处理器。20 世纪 60 年代以来，随着计算机和信息技术的飞速发展，数字信号处理技术应运而生并得到迅速的发展。在过去的二十多年时间里，数字信号处理已经在通信等领域得到极为广泛的应用。数字信号处理是利用计算机或专用处理设备，以数字形式对信号进行采集、变换、滤波、估值、增强、压缩、识别等处理，以得到符合人们需要的信号形式。它是以众多学科为理论基础的，它所涉及的范围极其广泛。例如，在数学领域，微积分、概率统计、随机过程、数值分析等都是数字信号处理的基本工具，与网络理论、信号与系统、控制论、通信理论、故障诊断等也密切相关。近来新兴的一些学科，如人工智能、模式识别、神经网络等，都与数字信号处理密不可分。可以说，数字信号处理是把许多经典的理论体系作为自己的理论基础，同时又使自己成为一系列新兴学科的理论基础。 1.2 滤波器概述 1917 年美国和德国科学家分别发明了 LC 滤波器，次年导致了美国第一个多路复用系统的出现。50 年代无源滤波器日趋成熟。自 60 年代起由于计算机技术、集成工艺和材料工业的发展，滤波器发展上了一个新台阶，并且朝着低功耗、高精度、小体积、多功能、稳定可靠和价廉方向努力，其中小体积、多功能、高精度、稳定可靠成为 70 年代以后的主攻方向，导致 RC 有源滤波器、数字滤波器、开关电容滤波器和电荷转移器等各种滤波器的飞速发展。到 70 年代后期，上述几种滤波器的单片集成被研制出来并得到应用。80 年代致力于各类新型滤波器性能提高的研究并逐渐扩大应用范围。90 年代至今主要致力于把各类滤波器应用于各类产品的开发和研制。当然对滤波器本身的研究仍在不断进行。滤波器的分类方法很多，目前尚无统一的划分方法。但总的来说，滤波器可以分为经典滤波器和现代滤波器两大类。经典滤波器是假定输入信号中的有用成分和无用成分各占不同的频带，通过滤波器后，便可将不需要的频率信号滤掉，留下有用信号。如果信号和噪声的频谱相互混叠，则经典滤波器无能为力。现代滤波器是从含有噪声的输入信号中估计 - 4 - 通信 072 张瑞

出信号的某些特征或信号本身，它将信号和噪声都看作是随机信号，利用它们的统计特性（如自相关函数、功率谱等）推导出滤波器的传递函数。滤波器按照处理信号的类型可以分为模拟滤波器和数字滤波器两种。当滤波器的输入输出是连续时间信号时，滤波器的单位冲激响应 h（t）也是连续的，称为模拟滤波器（AnaloglogFilter，简称 AF）。它只能用硬件电路来实现，其元件是电阻、电容、电感和集成运算放大器等。当滤波器的输入输出是离散时间信号时，滤波器的单位脉冲响应 h（n）也必然是离散的，该滤波器称为数字滤波器（DigitalFilter，简称 DF）。它既可以用硬件实现，如延迟器、乘法器和加法器等，也可以用软件实现，即为一段线性卷积的程序。按照滤波功能可分为低通（LP），高通（HP）、带通（BP）和带阻（BS）滤波器四种。按照滤波器的实现方法，模拟滤波器可分为 LC 滤波器、螺旋滤波器、晶体滤波器、陶瓷滤波器、声表面滤波器、微带滤波器和有源滤波器等。数字滤波器可分为有限冲激响应滤波器和无限冲激响应滤波器。第二章 FIR 滤波器设计 2.1 MATLAB 仿真过程 2.1.1FIR 滤波器的基本结构数字滤波器是将输入新号序列，按规定的算法进行处理，从而得到所期望的输出序列。一个线性位移不变系统的输出序列 ( ) y n 和输入序列 ( ) x n 之间的关系，应满足常系数线性差 ( y n )  分方程：  1 N  i  0 ( b x n i  i )  M  i  1 ( a y n i  i ) 式中， ( ) x n 为输入序列； ( ) y n 为输出序列； ia 和 ib 为滤波器系数；N 为滤波器阶数。若所有的 ia 均为 0，则得到 FIR 滤波器的差分方程为 ( ) y n  N 1   i  0 b x n i  i ( ) ;对这式进行 Z 变换，整理后可得 FIR 滤波器的传递函数为 ( ) H z  ( ) Y z ( ) X z N 1    i  0  1 b z i ;FIR 滤波器的结构图如下： - 5 - 通信 072 张瑞

( ) x n 1z  1z  ( x n N  1) 1z  ( ) y n + ( x n  1) 2Nb  1b 0b FIR 滤波器的单位冲激响应 ( )h n 是一个有限长序列。若 ( )h n 为实数，且满足偶对称或奇对称的条件，即 ( ) h n  ( h N   或 ( ) 1 h n n )   ( h N 特性。偶对称线性相位 FIR 滤波器的差分方程为 1   ，则 FIR 滤波器具有线性相位 n ) ( ) y n  N 2 1   i  0 [ ( b x n i i   ) ( x n N  1   i )] 式中，N 为偶数。在数字滤波器中，FIR 滤波器无反馈回路，是一种无条件系统；并且可以设计成具有线性相位特性。 2.2 FIR 滤波器的 MATLAB 设计滤波器的设计包含在工具箱的 Signal 中，它提供了多重 FIR 滤波器设计方法。下面介绍标准频率响应设计法 fir1 和任意频率响应法 fir2. 2.2.1. fir1 函数用来设计标准频率响应的 FIR 滤波器，可实现加窗线性相位 FIR 数字滤波器设计。语法： b=fir1(n, b=fir1(n, nW ); nW ,’ftype’); - 6 - 通信 072 张瑞

b=fir1(n, b=fir1(n, nW ,’Window’); nW ’ftype’,Window); 其中，n 为滤波器的阶数； nW 为滤波器的截止频率；ftype 参数用来决定滤波器的类型， ftype=high 时，可设计高通滤波器，当 ftype=stop 时，可设计带阻滤波器。Window 参数用来指定滤波器采用的窗函数类型，其默认值为汉明窗。使用 fir1 函数可设计标准的低通、高通、带通和带阻滤波器。滤波器的系数包含在返回值 b 中，可表示为： ( ) b z  b (1)  b (2) z  1 ...   ( b n  1) z  n 2.2.2. fir2 函数用来设计有任意频率响应的各种加窗 FIR 滤波器。语法： b=fir2(n，f，m)； b=fir2(n，f，m，Window)； b=fir2(n，f，m，npt)； b=fir2(n，f，m，npt，Window)； b=fir2(n，f，m，npt，lap)； b=fir2(n，f，m，npt，lap，Window)；其中，参数 n 为滤波器的阶数；f 为频率矢量，且 [0,1] f  ，f=1 对应于 0.5 sf 。矢量 f 按升序排列，且第一个元素必须为 0，最后一个必须为 1，并可以包含重复的频率点；m 为幅度点矢量，在矢量 m 中包含了与 f 相对应的期望得到的滤波器幅度；Window 是用来指定所使用的窗函数类型，其默认值为汉明；参数 npt 用来指定 fir2 函数对频率响应进行内插的点数；lap 是用来指定 fir2 函数在重复频率点附近插入的区域大小。 2.3 滤波器的设计（矩形窗）此处设计的是一个采样频率为 16KHZ、截止频率为 200HZ 的一个滤波器，并且滤波器阶数为 30 阶。对采样频率和截止频率进行归一化处理，可以得出归一化后的截止频率，然后产生滤波器系数，并且利用上面的 WAV 文件读取结果进行滤波处理。下面是滤波器的主要代码： - 7 - 通信 072 张瑞

2.3.1 高通 FIR 矩形窗实现 - 8 - 通信 072 张瑞

分享到：

赞收藏

资料库

《数字信号处理》课程设计 FIR、IIR滤波器的设计与实现.doc

相关推荐

开发技术

热门标签

最新资料