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1、青岛农业大学 毕 业 论 文（设计）题 目：基于 Matlab 的数字滤波器的设计与开发学 院： 理学与信息科学学院 专 业： 通信工程 I目录目录前 言 .1第一章 绪 论 .21.1 数字滤波器的应用现状和发展趋势.21.2 数字滤波器的研究背景和意义.31.3 数字滤波器的实现方法分析.3第二章 数字滤波器的设计 .42.1 数字滤波器的简介.52.2 数字滤波器的基本结构.52.3 数字滤波器的基本原理.62.4MATLAB软件简介.9第三章 数字滤波器的 MATLAB 实现 .103.1 IIR 滤波器的设计与开发 .103.2 FIR 滤波器的设计与开发 .123.3 IIR 和
2、FIR 比较 .153.4 IIR 滤波器和 FIR 滤波器的 MATLAB实现 .16第四章 滤波器在图像处理中的应用 .254.1 图像的传输中图像压缩的重要性 .254.2 数字滤波器在图像压缩中的应用 .254.3 数字滤波器在图像处理中的实现 .25致 谢 .30参考文献 .31I基于 Matlab 的数字滤波器的设计与开发摘要摘要：本文分析了数字信号在当今信息传输中的重要作用，并且详细描述了数字滤波器发展的历史与在现代的生活中发挥的重要作用，最重要的是数字滤波器的意义。本文还基于 Matlab 语言对数字滤波器进行设计，主要对 IIR 数字滤波器中的巴特沃斯滤波器和 FIR 数字滤
3、波器中的矩形窗，汉宁窗及布拉克曼窗进行设计，并对各种滤波器之间进行对比，发现其各自的优缺点，在其优缺点的基础上，发现其各自适合用的方向。由于数字滤波器应用的方向很多，所以本文主要浅层次的阐述了数字滤波器在图像处理的用处。在图像传输过程中，对图像的滤波，作为图像压缩的基本前提。关键字：关键字：数字滤波器；IIR；FIR；Matlab；图像处理IIThe Design of Digital Filter based on MatlabAbstract:Digital signals are analyzed in this paper play an important role in the m
4、odern information transmission, and describes in detail the development of the digital filter history and play an important role in modern life, the most important thing is that the meaning of the digital filter. This paper also based on the MATLAB language to design digital filter, the main of IIR
5、digital filter, butterworth filter and FIR digital filter in the rectangular window and hanning window and braque, window design, and the comparison between various kinds of filter, find their respective advantages and disadvantages, on the basis of its strengths and weaknesses, find their own direc
6、tion for use. Due to the direction of the digital filter application a lot, so this article mainly elaborated the shallow level use of digital filter in image processing. In the process of image transmission, image filtering, as the basic premise of image compression. Key words:digital filter;IIR;FI
7、R;MATLAB基于 Matlab 的数字滤波器的设计与开发1前 言从 20 世纪 60 年代开始，数字信号处理（digital signal processing ,DSP）成为随着计算机学科和信息学科的高速发展而迅速发展的一门新学科。对于精度、信噪比和可靠性，数字滤波器优于模拟滤波器，于是数字滤波器日益在社会的各种领域发挥着其重要作用1。随着计算机性能的不断提高，许多工程上的问题也可以通过强大的计算机各种运算功能实现,比如在计算的开发、数据可视化、数据的分析以及数值计算的高级技术在数字滤波器的设计中数字滤波器起到了非常大的作用。数字滤波器是一个典型的离散系统，在信号领域进行广泛的运用。数字
8、滤波器的研究主要涉及两个方面的问题：数字滤波器的设计和滤波过程的实现。其中线性与非线性、因果与非因果、无限脉冲响应（IIR）与有限脉冲响应（FIR）等等是按照数字滤波器的特性分类的，IIR 滤波器和 FIR 滤波器是线性数字滤波器行中最重要的两个基本类型2。本文主要讨论两种滤波器的设计方法及利用 Matlab 实现，然后分别对比用不同的函数实现所出现的差别效果。然后在图像处理的方面进行应用，选择出在特定条件下，达到最优效果的的滤波器和函数。基于 Matlab 的数字滤波器的设计与开发2第一章 绪 论1.1 数字滤波器的应用现状和发展趋势数字滤波器的应用现状和发展趋势在当今生活中我们接触着各种各
9、样的信号，这些信号中不仅包含有数字信号还有模拟信号，其中数字信号占了一大部分。因为，我们的生活越来越数字化、智能化以及网络化，我们了解到数字信号和模拟信号相比具有更好的保密性和稳定性等等优点，因此数字信号越来越受到我们的重视。在数字信号中，数字信号滤波是其中重要的一部分，因此数字滤波器也非常重要。比如在信息的传输过程中，信号的原始信息会被掺杂进噪声，因此我们会按照模拟滤波方法试图设计出数字滤波器的方式来滤除我们不需要的噪声3,4。所谓滤波器就是当原始信号经过它之后，能把自己所需要的信息保留下来，而滤除掉不需要的信号。在当代信息化的生活中，数字滤波器存在于方方面面，为我们服务并发挥着重要作用，我
10、们现在看一下数字滤波器的发展情况和历史1. 在最开始数字滤波器应用的方面不是很多，但是利用数字滤波器的方面其发展都很迅速，比如最早应用数字滤波器的领域之一，语音处理，我们都知道刚开始我们利用的都是模拟信号，如果对于语音信号的传输利用模拟信号传输，则可想而知，因为语音信号都是靠波形传输的，而且在传输过程中会遇到各种噪声的加入，则接受的信号不仅会很微弱，及时进行信号放大但是接收信号中会掺杂着大量的噪声，肯定失真情况会很严重。自从数字信号传输的发展，它不仅解决了以上这种复杂的问题，还对语音的加密做了很大的贡献。2. 接下来从语音处理方面自然的转到图像处理方面，我们知道现在图像也是由数据组成的，而且频
11、率的大小也和图像有很大的关系。在图像处理方面数字滤波器的应用不仅在去除噪声方面，还在图像传输方面，超声波和雷达成像方面发挥着重要作用。3. 在现代，数字滤波器几乎影响到通信领域的所有分支，例如在数字信号解调中，先让信号经过带通滤波器，而且在抽样前要通过低通滤波器。在数据压缩中，可以通过滤波器滤除不重要的不影响接受效果的信息来减少数据量，同样在信道编码、调制、数据压缩和多路复用等方面也是离开了数字滤波器就寸步难行的。4. 目前，因为我们越来越追求高品质的生活，特别是在娱乐方面的享受，比如看基于 Matlab 的数字滤波器的设计与开发3电视希望具有更好的图像质量，更棒的音响效果，看节目更有自由自主
12、性、自由性以及更多的服务项目，于是数字电视的应运而生，不用质疑的是数字电视在以后肯定会完全取代模拟电视。5. 在当今，雷达信号的数字滤波器应用非常活跃，并且贯穿于该系统的始末。因为雷达信号的传输所需要的频带很宽而且需要非常高的数据传输速率，所以我们所面临的的首要问题就是对信号进行数据压缩以及降低数据传输速率。6. 在以后，数字滤波器也会在医学界发挥其重大的作用并且做出巨大的贡献，例如对于心电图的分析、层析 X 射线摄影的计算机辅助分析等。当然，在以后数字滤波器的应用会越来越广泛，而且会让我们的生活发生巨大的改变，正是因为认识到数字滤波器的重要性，我们对于数字滤波器的设计越来越重视。谈到设计，软
13、件仿真就起到了非常重要的作用，其中 Matlab 的软件仿真为数字滤波器的设计提供了很大的便利，并且在一定程度上研制各种滤波器的步伐加快了，所以掌握 Matlab 仿真的应用具有非常重要的意义。 1.2 数字滤波器的研究背景和意义数字滤波器的研究背景和意义滤波器分为模拟滤波器和数字滤波器两种，数字滤波器比模拟滤波器有更多的优势，比如可靠性更好，有保密性，外界环境对它的影响更小等等，于是数字滤波器受到国内外的重视，并且现在的发展已经比较成熟。数字滤波器逐渐的影响着人们生活的各个方面，比如日渐步入各个家庭的数字电视，数字电视的出现让人们有了更高品质的享受。在图像处理方面，数字率波器对于图像中噪声的去除，图像的加强以及在图像压缩时先进行低通滤波来减少传输
