数字滤波器设计方案综述【文献综述】

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1、毕业论文文献综述电子信息工程数字滤波器设计方案综述摘要：文章首先简单介绍数字滤波器的应用背景和分类，然后对基于matlab的数字滤波器设计进行阐述，并介绍了现在数字滤波器设计的3中方法:程序设计法；FDAtool设计法；SPtool设计法。在文中介绍了各种方法，并且其比较优劣。关键字：FIR数字滤波器；matlab；FDAtool；SPtool；程序1.引言随着数字信息与技术的发展，数字信号处理已经成为数字处理领域中的重要环节。而在数字信号处理中，滤波器占有极其重要的地位，数字滤波器有非常广泛的用途，例如语音和图像处理，HDTV，模式识别，频谱分析等。数字滤波器实际上是一个

2、采用有限精度算法实现的线性非时变离散系统[1]。根据其冲击脉冲响应函数的时域特性可分为两类[2]:无限冲击响应IIR滤波器和有限冲击响应FIR滤波器。FIR滤波器与IIR滤波器相比有更好的稳定性，精度更高而且FIR滤波器满足幅频响应要求，能得到严格的线性相位特性，所以在许多领域中被使用。2FIR滤波器的原理和设计方案2．1FIR滤波器原理对于一个FIR滤波器系统，冲击响应总是有限长的，其系统函数为[3]：（式2-1）FIR滤波器的输出方程可用差分方程表示为：（式2-2）其中，为输入信号采样序列；表示输出序列；是滤波器的系数；k是滤波器的阶数。根据方程（2-2）可以知：数字滤

3、波器设计的主要任务就是找寻一个函数，使该函数在频率域得到所希望的频率指标，图1列出了K阶的FIR滤波器框图。图1FIR滤波器的结构示意图2.2滤波器设计方法FIR滤波器的设计方法有许多种，如程序法，窗函数法，频率采样法等等，在以下要介绍3种比较常用的设计方法：程序法，FDATool法和SPTool法。2.2.1程序法设计在滤波器传统设计中，要得到其幅频和相频响应特性，需要根据这些方法进行大量的计算，着使得滤波器的设计慢，周期变长，不利于设计的优化。MATLAB信号处理箱中提供了基于滤波器设计的工具函数[4]，以下图表1中给出了MATLAB自带的函数[5]：下面将以remez

4、函数为例，设计滤波器。程序如下：Fs=8000；%采样频率f=[12001600];a=[10];dev=[0.010.1];[n,fo,ao,w]=temezord(f,a,dev,Fs);%估计滤波器是参数b=remez(n,fo,ao,w);%用remez函数设计滤波器freqz（b,1,1024,Fs）;%滤波器的频率响应，如图2t=（0:100）/Fs;x=sin(2*pi*t*1000)+sin(2*pi*t*2000);%设置输入信号xx1=filter（b,1,x）;%对信号X进行滤波，等输出信号x1figureSubplot（211）；Plot（t，x）；

5、grid；Subplot（212）；Plot（t，x1）；grid；运行该程序得到运行结果如图3,4图3滤波器输入信号的幅频和相频曲线图4滤波器输出信号的幅频和相频曲线在运行界面里输入n，能确定该滤波器的阶数n=27。22.2FDATool法设计FDAtool(FilterDesign&AnalysisTool)是MATLAB软件信号处理工具箱里的滤波器设计分析工具，它几乎可以设计所有常规滤波器，包含FIR和IIR的各种设计方法，操作简单方便。使用的FDATool可以分为2个部分：第一部分是designfilter,其位于MATLAB界面的下部，用来设置所需要滤波器是各项参

6、数；第二部分是特性区，位于该界面的上部，用于显示滤波器的各项性能，例如幅频、相频等等特许，并且在设计过程中实时显示各项参数，方便使用者的选择。利用它可以方便地设计出各种性能指标的滤波器，并且可查看该滤波器的各种分析图形。在设计满意后可以直接导出为Matlab变量，文本文件或C语言头文件等。在Matlab命令窗口中输入FDATool命令，并按回车确认，调出FDATool界面，如图5。图5FDATool滤波器设计界面在该界面中，有滤波器类型选择，响应类型，阶数，采样频率，输入频率和截止频率。为了对比程序法设计滤波器，在这里同样设计一个FIR滤波器。在ResponseType选择

7、lowpass，在DesignMethod选择FIR，filterorder选择阶数27阶，Fs为8000，Fpass为1200，Fstop为1600，点击Designfilter就能得到我们所需要设计的滤波器，点击Analysis分析该滤波器的相频特性，幅频特性等等如图6。图6滤波器的幅频和相频曲线2.2.3SPTool法设计SPTool(SignalProcessingTool)是MATLAB信号处理工具箱中的一个具有交互式图形界面的信号处理工具[7][8]。该工具包含了信号处理工具箱的大部分函数，可以方便快捷