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1、数字滤波器调研报告 一、数字滤波器 数字滤波器由数字乘法器、加法器和延时单元组成的一种算法或装置。数字滤波器的功能是对输入离散信号的数字代码进行运算处理，以达到改变信号频谱的目的。数字滤波器对信号滤波的方法是：用数字计算机对数字信号进行处理，处理就是按照预先编制的程序进行计算。数字滤波器的原理如图所示,它的核心是数字信号处理器。 二、数字滤波器发展背景 随着信息科学与计算技术的迅速发展，数字信号处理的理论与应用得到飞跃式发展,形成了一门极为重要的学科。不仅如此,它还以不同的形式影响及渗透到其他的学科中去。不论是国民经济或者是国防建设都与之息息相关,紧密相连。 我们现实生活中会遇到多种多样的信号
2、,例如广播信号、电视信号、雷达信号、通信信号、导航信号、射电天文信号、生物医学信号、控制信号、气象信号、地震勘探信号、机械振动信号、遥感遥测信号等等。上述这些信号大部分是模拟信号,也有小部分是数字信号。模拟信号是自变量的连续函数,自变量可以是一维的，也可以是二维或多维的。大多数情况下一维模拟信号的自变量是时间，经过时间上的离散化（采样)和幅度上的离散化(量化)，这类模拟信号便成为一维数字信号。因此,数字信号实际上是用数字序列表示的信号，语音信号经采样和量化后，得到的数字信号是一个一维离散时间序列;而图像 信号经采样和量化后，得到的数字信号是一个二维离散空间序列。信号处理的目的一般是对信号进行分
3、析、变换、综合、估值与识别等。如何在较强的噪声背景下提取出真正的信号或信号的特征，并将其应用于工程实际是信号处理的首要任务。根据处理对象的不同，信号处理技术分为模拟信号处理系统和数字信号处理系统。数字信号处理（iaignprocei,sp)与模拟信号处理相比有许多优点,如相对于温度和工艺的变化数字信号要比模拟信号更稳健，在数字表示中，精度可以通过改变信号的字长来更好地控制,所以dsp技术可以在放大信号的同时去除噪声和干扰,而在模拟信号中信号和噪声同时被放大，数字信号还可以不带误差地被存储和恢复、发送和接收、处理和操纵。许多复杂的系统可以用高精度、大信噪比和可重构的数字技术来实现。 目前,数字信
4、号处理已经发展成为一项成熟的技术，并且在许多应用领域逐步代替了传统的模拟信号处理系统，如通讯、系统控制、电力系统、故障检测、语音、图像、自动化仪器、航空航天、铁路、生物医学工程、雷达、声纳、遥感遥测等。 数字信号处理中一个非常重要且应用普遍的技术就是数字滤波。所谓数字滤波,是指其输入、输出均为数字信号，通过一定的运算关系改变输入信号所含的频率成分的相对比例或滤除某些频率成分，达到提取和加强信号中的有用成份，消弱无用的干扰成份的目的。数字滤波与模拟滤波相比,有精度高、可靠性高、灵活性好等突出优点， 可以满足对幅度和相位的严格要求,还能降低开发费用，缩短研制到应用的时间,在很多领域逐步代替了传统的
5、模拟信号系统。 数字滤波器,在数字信号处理中有着广泛的应用,因此,无论是在理论研究上还是在如通讯、hdtv（高清晰度电视)、雷达、图象处理、数字音频等实际应用上都有着美好的技术前景和巨大的实用价值。 三、国内外发展状况 数字滤波器精确度高、使用灵活、可靠性高，具有模拟设备所没有的许多优点,已广泛地应用于各个科学技术领域,例如数字电视、语音、通信、雷达、声纳、遥感、图像、生物医学以及许多工程应用领域。随着信息时代数字时代的到来，数字滤波技术已经成为一门极其重要的学科和技术领域。以往的滤波器大多采用模拟电路技术，但是,模拟电路技术存在很多难以解决的问题,例如，模拟电路元件对温度的敏感性,等等。而采
6、用数字技术则避免很多类似的难题，当然数字滤波器在其他方面也有很多突出的优点，这些都是模拟技术所不能及的,所以采用数字滤波器对信号进行处理是目前的发展方向。关于数字滤波器的研究，在0年代末期就有人研究过它的可能性问题，在5年代也有人在研究生班讨论过数字滤波的问题。直到60年代中期美国科学家库利、图基总结前人的研究成果,经过长期的研究，才开始形成了一套完整关于数字滤波器的正规理论。在这一时期,各种各样的数字滤波器原理结构和特性被提出,并且出现了各 种数字滤波器的逼近方法和实现方法,对递归和非递归两类滤波器作了全面的比较和分析。数字滤波器经历了有限冲激响应（ir)和无限冲激响应(iir）关系的认识转
7、化过程。当利用快速傅利叶变换（fft）来实现卷积运算的概念被提出之后,发现高阶有限冲激响应滤波器也可用较高的运算效率来实现,因此使得人们对高性能的有限冲激响应滤波器的设计方法进行了大量的研究分析,从而出现了此后数字滤波器设计中频域方法与时域方法的局面。 我国在dsp技术起步较早，产品的研究开发成绩斐然，基本上与国外同步发展，而在pg方面起步较晚。全国有00来所高等院校从事sppg的教学和科研,除了一部分sp芯片需要从国外进口外，在信号处理理论和算法方面，与国外处于同等水平。而在fga信号处理和系统方面，有了喜人的进展，正在进行与世界先进国家同样的研究。比如西北工业大学和国防科学技术大学的atr
8、实验室采用了fpga可重构计算系统进行机载图像处理和自动目标识别,主要是利用该系统进行复杂的卷积运算，同时利用它的可变柔性来达到自适应的目的。北京理工大学研究利用fpga提高加解密运算的速度，等等。 随着我国科学技术的快速发展,国内有很多专家教授在数字滤波领域展开长期的深入研究,如天津大学的王兆华教授、山东大学的赖晓平教授等。无论是在理论方面还是在工程技术领域，都有很多科研成果。因而数字滤波器不断应用在各行各业里,我国现有滤波器的种类及应用技术己基本上满足现有各种电信设备需求。从整体而言，我 国无源滤波器发展比有源滤波器迅速,而数字滤波器比模拟滤波器的发展较缓慢。 关于数字滤波器理论研究的发展
9、也带来了数字滤波器在实现上的空前发展。2世纪60年代起，由于计算机技术、集成工艺和材料工业的发展，滤波器的发展上了一个新台阶，朝着低功耗、高精度、小体积、多功能、稳定可靠和价廉等方向努力，其中高精度、小体积、多功能、稳定可靠成为70年代以后的主攻方向,导致数字滤波器、c有源滤波器、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己被研制出来并得到应用，0年代至现在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。 目前,国外有许多院校和科研机构在研究基于ga的sp应用,比较突出的有enmark大学的研究小组正在从事
10、pga实现数字滤波器的研究。由于fp实现乘法器有困难，因此他们重点研究开发无乘法的滤波器算法。加州大学洛杉矶分校的研究小组采用运行时重构技术开发了一种视频通讯系统，该系统用一片fg可每帧重构四次完成视频图像压缩和传送的操作。此外,他们还在进行mojav项目的开发工作,力图采用运行时重构技术来实现自动目标识别应用。 第二篇：数字滤波器设计实验报告实验三ir数字滤波器设计实验报告 一、实验目的: 1.通过仿真冲激响应不变法和双线性变换法2.掌握滤波器性能分析的基本方法 二、实验要求： 1.设计带通iir滤波器 2.按照冲激响应不变法设计滤波器系数3.按照双线性变换法设计滤波器系数4分析幅频特性和相
11、频特性 5生成一定信噪比的带噪信号，并对其滤波，对比滤波前后波形和频谱 三、基本原理： ir模拟滤波器与数字滤波器 iir数字滤波器的设计以模拟滤波器设计为基础，常用的类型分为巴特沃斯(bueoth)、切比雪夫（chbyshev）型、切比雪夫型、贝塞尔（bessl）、椭圆等多种。在atlab信号处理工具箱里，提供了这些类型的iir数字滤波器设计子函数。 (二)性能指标 1假设带通滤波器要求为保留600hz000hz频段，滤除小于021和大宇900频段 2.通带衰减设为3db,阻带衰减设为30d，双线性变换法中t取1s. 四、实验步骤： 1.初始化指标参数 .计算模拟滤波器参数并调用巴特沃斯函数
12、产生模拟滤波器 3.利用冲激响应不变法和双线性变换法求数字ii滤波器的系统函数h(z) 4分别画出两种方法的幅频特性和相频特性曲线5生成一定信噪比的带噪信号6画出带噪信号的时域图和频谱图 6.对带噪信号进行滤波，并画出滤波前后波形图和频谱图 五、实验结果 模拟滤波器的幅频特性和相频特性:10matude0-5110010-201frequen(ra/s)10101hase（rees）2002101-1freueny(ds）0010 在本实验中,采用的带通滤波器为60-700hz,换算成角频率为4.7-0.55，在上图中可以清晰地看出到达了题目的要求。 冲击响应不变法后的幅频特性和相频特性: 0
13、gntude（b)-10010.10.20.30.4.60.0.1nalzedfrequcy(prasample)hase(eees)000-50000.10.20.300.50.6.70.80.91 noaizedfrequncy(pra/smple） 双线性变换法的幅频特性和相频特性：0mgntude(db)-200-400.1020.0.405.70.80.91normalizedfrqny（pad/sample）phase(eres）-500-1000.10.20.3.0.5.0.70.80. nomaledfrequncy（prad/sampl） 通过上图比较脉冲响应不变法双线性变换
14、法的幅频特性和相频特性,而在在幅频曲线上几乎没有差别,都能达到相同的结果。 下图为直接调用matlab系统内切比雪夫滤波器得到的频谱图: -100magntude(b)-0-300-40-500.10.30400.6normlizdeqecy（prad/sle)0.7080.0-10-20phas(derees)-30-00-500-60-70-8000.10.2.304050.6ormaizedfeueny（pd/ple)0.7.80.9 比较图一得知，都能达到相同的结果。 下图为对带噪信号进行滤波前后的时域和频域图： 脉冲相应不变法: 带噪信号时域波形500.511带噪信号的频谱图5010050-42.5103-3-10滤波信号的时域图23x10420-00.51滤波信号的频谱图150043-210123x10441.22.5x10-3 当经过脉冲响应不变法设计的滤波器滤波以后,在通带内的波形得到了较好的恢复。频谱图中,噪声的频谱也显著的下降。 双线性变换法: 滤波信号的时域图210-1-20.1滤波信号的频谱图.522.510-315000中心频率=650hz500-4-2-101231044 当经过双线性变换法设计的滤波器滤波以后，在通带内的波形得到了较好的恢复。频谱
