数字信号处理 实验二 数字滤波器结构设计分析
数字信号处理实验报告
《数字信号处理》实验报告学院：信息科学与工程学院专业班级：通信1303姓名学号：实验一 常见离散时间信号的产生和频谱分析一、 实验目的（1） 熟悉MATLAB 应用环境，常用窗口的功能和使用方法；（2） 加深对常用离散时间信号的理解；（3） 掌握简单的绘图命令；（4） 掌握序列傅里叶变换的计算机实现方法，利用序列的傅里叶变换对离散信号进行频域分析。
二、 实验原理（1） 常用离散时间信号a ）单位抽样序列⎩⎨⎧=01)(n δ00≠=n n 如果)(n δ在时间轴上延迟了k 个单位，得到)(k n -δ即：⎩⎨⎧=-01)(k n δ0≠=n k n b ）单位阶跃序列⎩⎨⎧=01)(n u 00<≥n n c ）矩形序列 ⎩⎨⎧=01)(n R N 其他10-≤≤N nd ）正弦序列)sin()(ϕ+=wn A n xe ）实指数序列f ）复指数序列()()jw n x n e σ+=（2）离散傅里叶变换：设连续正弦信号()x t 为0()sin()x t A t φ=Ω+这一信号的频率为0f ，角频率为002f πΩ=，信号的周期为00012T f π==Ω。
如果对此连续周期信号()x t 进行抽样，其抽样时间间隔为T ，抽样后信号以()x n 表示，则有0()()sin()t nT x n x t A nT φ===Ω+，如果令w 为数字频率，满足000012s sf w T f f π=Ω=Ω=，其中s f 是抽样重复频率，简称抽样频率。
为了在数字计算机上观察分析各种序列的频域特性，通常对)(jw e X 在[]π2,0上进行M 点采样来观察分析。
对长度为N 的有限长序列x(n), 有∑-=-=10)()(N n n jw jw k k e n x e X其中 1,,1,02-==M k k Mw k ，π 通常M 应取得大一些，以便观察谱的细节变化。
取模|)(|k jw e X 可绘出幅频特性曲线。
数字信号实验报告材料 (全)
数字信号处理实验报告实验一：用 FFT 做谱分析 一、 实验目的1、进一步加深 DFT 算法原理和基本性质的理解。
2、熟悉 FFT 算法原理和 FFT 子程序的应用。
3、学习用FFT 对连续信号和时域离散信号进行谱分析的方法，了解可能出现的分析误差及其原因，以便在实际中正确应用 FFT 。
二、实验原理用FFT 对信号作频谱分析是学习数字信号处理的重要内容。
经常需要进行谱分析的信号是模拟信号和时域离散信号。
对信号进行谱分析的重要问题是频谱分辨率D 和分析误差。
频谱分辨率直接和FFT 的变换区间N 有关，因为FFT 能够实现的频率分辨率是2π/N ≤D 。
可以根据此时选择FFT 的变换区间N 。
误差主要来自于用FFT 作频谱分析时，得到的是离散谱，而信号（周期信号除外）是连续谱，只有当N 较大时离散谱的包络才能逼近于连续谱，因此N 要适当选择大一些。
周期信号的频谱是离散谱，只有用整数倍周期的长度作FFT ，得到的离散谱才能代表周期信号的频谱。
如果不知道信号周期，可以尽量选择信号的观察时间长一些。
对模拟信号的频谱时，首先要按照采样定理将其变成时域离散信号。
如果是模拟周期信号，也应该选取整数倍周期的长度，经过采样后形成周期序列，按照周期序列的谱分析进行。
三、实验内容和步骤对以下典型信号进行谱分析：⎪⎩⎪⎨⎧≤≤-≤≤-=⎪⎩⎪⎨⎧≤≤-≤≤+==其它nn n n n n x 其它nn n n n n x n R n x ,074,330,4)(,074,830,1)()()(32414()cos4x n n π=5()cos(/4)cos(/8)x n n n ππ=+6()cos8cos16cos20x t t t t πππ=++对于以上信号，x1(n)~x5(n) 选择FFT 的变换区间N 为8和16 两种情况进行频谱分析。
分别打印其幅频特性曲线。
并进行对比、分析和讨论;；x6(t)为模拟周期信号，选择 采样频率Hz F s 64=，变换区间N=16,32,64 三种情况进行谱分析。
计算机控制实验二数字滤波
学院：********** 班级：********** 姓名：****** 学号：**********实验二 数字滤波实验项目名称：数字滤波 实验项目性质：普通所属课程名称：计算机控制技术 实验计划学时：2学时一、实验目的1．通过实验熟悉数字滤波器的实现方法； 2．研究滤波器参数的变化对滤波性能的影响。
二、实验内容和要求1．设计一个带尖脉冲（频率可变）干扰信号和正弦信号输入的模拟加法电路； 2．设计并调试一阶数字滤波器； 3．设计并调试高阶数字滤波器。
4、实验原理1）在许多信息处理过程中，如对信号的滤波，检测，预测等都要广泛地用到滤波器。
数字滤波器是数字信号处理中广泛使用的一种线性环节，它从本质上说是将一组输入的数字序列通过一定规则的运算后转变为另一组希望输出的数字序列。
一般可以用两种方法来实现：一种是用数字硬件来实现；另一种是用计算机的软件编程来实现。
一个数字滤波器，它所表达的运算可用差分方程来表示：∑∑==-+-=Ni i N i i i n y b i n x a n y 0)()()(2）一阶数字滤波器及其数字化一阶数字滤波器的传递函数为 11)()()(+==s s X s Y s G F τ（τ=RC ） 利用一阶差分法离散化，可以得到一阶数字滤波器的算法： )1()1()()(--+=k y T k x T k y SSττ其中T S 为采样周期，τ为滤波器的时间常数。
T S 和τ应根据信号的频谱来选择。
3．高阶数字滤波器高阶数字滤波器算法很多，这里只给出一种加权平均算法：)3()2()1()()(4321-+-+-+=K x A K x A K x A K x A K y其中权系数i A 满足：∑==411i iA。
同样，i A 也根据信号的频谱来选择。
三、实验主要仪器设备和材料1．THTJ-1型计算机控制技术实验箱2．THVLW-1型USB数据采集卡一块(含37芯通信线、USB电缆线各1根)3．PC机1台(含上位机软件“THTJ-1”)四、实验方法、步骤及结果测试1、实验接线及准备1.1启动计算机，在桌面双击图标THTJ-1，运行实验软件；1.2打开实验箱“电源总开关”，按图1接线，先将“信号发生器”单元输出端连接到采集卡的“AD1”通道,并选择方波输出。
数字信号处理实验报告
数字信号处理实验报告
实验报告
实验名称：IIR数字滤波器设计及软件实现
实验目的：
1.了解数字滤波器的概念和原理；
2.学习IIR数字滤波器的设计方法；
3.实现IIR数字滤波器的软件模拟。
实验设备：
1.计算机；
2.MATLAB或其他数学软件。
实验原理：
IIR数字滤波器是一种反馈式滤波器，其输入与输出之间存在着递归关系，即当前输出值与前一时刻的输出值有关。
IIR数字滤波器的传递函数可以表示为有理函数的形式，由零点和极点所确定。
常见的IIR数字滤波器有低通滤波器、高通滤波器、带通滤波器和带阻滤波器等。
实验步骤：
1.确定滤波器的类型和参数，如滤波器的阶数、截止频率等；
2.根据所需滤波器的传递函数形式，设计其零点和极点；
3.根据设计的零点和极点，利用相应的方法计算出滤波器的系数；
4.利用得到的滤波器系数，实现IIR数字滤波器的软件模拟；
5.输入合适的信号，对其进行滤波处理，并进行结果分析。
实验结果与分析：
根据所设计的IIR数字滤波器的类型和参数，得到了相应的滤波器系数，并利用这些系数进行了滤波器的软件模拟。
将输入信号经过滤波器处理后，得到了滤波后的输出信号。
通过比较输入信号和输出信号，可以观察到滤波器对输入信号的影响，如降低噪声、增强目标信号等。
实验结论：
通过实验，我们了解了IIR数字滤波器的设计方法和实现过程，以及其在信号处理中的应用。
通过对比输入信号和输出信号，我们可以评估滤波器的性能，并据此对滤波器参数进行调整和优化。
《数字信号处理》课程中的数字滤波器实验设计
20211DOI：10.19392/ki.1671-7341.202102030《数字信号处理》课程中的数字滤波器实验设计王为天津师范大学电子与通信工程学院天津300387摘要:数字信号处理是电子信息、通信类专业核心课程，因其内容多、概念抽象、理论性强等特点，传统讲授式教学方法效果不理想，同时也无法突出该课程的应用性特色。
本文探索将数字信号处理中理论知识与实验设计相结合的教学方法，将理论知识讲解贯彻到实验设计过程，以无限冲激响应数字低通滤波器设计为例，通过对滤波器设计原理讲解、程序设计介绍以及实验仿真分析进一步加深理解理论知识以及相关知识如何应用，取得了较好的教学效果。
关键词：数字信号处理；数字滤波器；级联结构；实验教学;教学方法一、绪论作为电子信息、通信工程等相关专业重要的核心课程,《数字信号处理》课程具有内容多、概念抽象、理论性强、公式繁多等特点，并与《高等数学》《电路原理》《信号与系统》《通信原理》等课程知识联系紧密门⑷。
在实际教与学过程中，一方面教师大多数注重知识的理论性、逻辑性进行讲解,突出数字信号的频域变换方法和数字滤波器系统的理论设计方法介绍;另一方面学生对理论知识、数学公式等兴趣不足,或者理解上有困难,造成学习参与度不高，课程教学效果不理想。
同时《数字信号处理》课程知识具有很强的应用性，广泛应用于在实际生活、工程实践中，如关于信号的频谱分析与显示、数字信号的传输、运用数字滤波器系统进行信号处理等。
但在《数字信号处理》实验实践教学方面多采用仪器箱或者Matlab已有函数进行仿真，往往只能展示结果或现象，无法体现出《数字信号处理》课程中各种理论知识是如何具体应用的,学生无法将所学的数学理论知识和实验实践建立有效的联系,进一步降低了《数字信号处理》课程教学质量-5切#为了改善《数字信号处理》教学效果,提高教学质量，特别是提高学生学以致用的能力,本文将以无限冲激响应低通滤波器知识点的理论知识讲解和仿真实验程序设计为例,探索理论与实践相结合的《数字信号处理》教学方式。
数字信号处理实验报告
数字信号处理报告IIR数字滤波器上海理工大学教师：苏湛组员：王世豪徐骞刘新2016.1.4一、实验简介Butterworth 和Chebyshev 低通滤波器方法：1) 根据性能参数，先设计一个模拟滤波器，按照一定的算法转换为满足预定指标的数字滤波器。
利用模拟原型滤波器的逼近算法和特性。
2）计算机辅助设计，从统计概念出发，对所要提取的有用信号从时域进行估计，在统计指标最优的意义下，使得估计值最优逼近有用信号，减弱或消除噪声。
1）Butterworth 低通滤波器 1 幅频特性：21|()|1()a NcH j Ω=Ω+Ω，其中N 为滤波器的阶数，c Ω为通带截止频率。
在Ω=0处，有最大值|(0)|1a H =；2）在通带截止频率c Ω=Ω处，不同阶次的幅频量值都相同，即为|()|0.707|(0)|a a H j H Ω=；3）阶数N 增加时，通带幅频特性变平，阻带衰减更快，逐渐趋近于理想滤波器的幅频特性。
幅频特性通常用衰减函数1020log |()/(0)|a a H j H α=-Ω描述。
分贝（dB ） 2 极点一共有2N 个，并且以圆点为对称中心成对的出现。
21()22k j N k c s eππ-+=Ω k=1,2,…,N系统函数：122()()()()N a c N KH s K s s s s s s ==Ω--- …3 通带衰减函数p α、阻带衰减函数s α 和系统幅频特性20log |()|a H j -Ω的关系：10p 20log |()|a p H j α-Ω≤Ω≤Ω p Ω为通带截止频率 10s 20log |()|a s H j α-Ω≥Ω≥Ω s Ω为阻带截止频率4 阶数N 0.10.11010log [(101)/(101)]2log (/)p s p s N αα----≥ΩΩ5 通带截止频率c Ω 0.10.11/21/2(101)(101)ps psc NNαα--ΩΩΩ==--确定了滤波器的阶数N 和通带截止频率c Ω，就可以求出系统的极点，从而求出系统函数()a H s ，这样就完成了Butterworth 低通滤波器的设计。
数字信号处理(IIR数字滤波器设计及软件实现)实验报告
计算机科学与工程学院《数字信号处理》实验报告[4]专业班级实验时间2012 年 5月 25 日学生学号实验地点学生姓名指导教师实验项目数字信号处理（IIR数字滤波器设计及软件实现）实验类别实验学时实验目的及要求（1）熟悉用双线性变换法设计IIR数字滤波器的原理与方法；（2）学会调用MATLAB信号处理工具箱中滤波器设计函数（或滤波器设计分析工具fdatool）设计各种IIR数字滤波器，学会根据滤波需求确定滤波器指标参数。
（3）掌握IIR数字滤波器的MATLAB实现方法。
（4）通过观察滤波器输入输出信号的时域波形及其频谱，建立数字滤波的概念。
成绩评定表类别评分标准分值得分合计上机表现按时出勤、遵守纪律认真完成各项实验内容30分报告质量程序代码规范、功能正确填写内容完整、体现收获70分说明：评阅教师：日期： 2010年月日实验内容一.实验目的（1）熟悉用双线性变换法设计IIR数字滤波器的原理与方法；（2）学会调用MATLAB信号处理工具箱中滤波器设计函数（或滤波器设计分析工具fdatool）设计各种IIR数字滤波器，学会根据滤波需求确定滤波器指标参数。
（3）掌握IIR 数字滤波器的MATLAB 实现方法。
（4）通过观察滤波器输入输出信号的时域波形及其频谱，建立数字滤波的概念。
二. 实验内容及步骤（1）调用信号产生函数mstg 产生由三路抑制载波调幅信号相加构成的复合信号st ，该函数还会自动绘图显示st 的时域波形和幅频特性曲线，如图10.4.1所示。
由图可见，三路信号时域混叠无法在时域分离。
但频域是分离的，所以可以通过滤波的方法在频域分离，这就是本实验的目的。
图10.4.1 三路调幅信号st 的时域波形和幅频特性曲线（2）要求将st 中三路调幅信号分离，通过观察st 的幅频特性曲线，分别确定可以分离st 中三路抑制载波单频调幅信号的三个滤波器（低通滤波器、带通滤波器、高通滤波器）的通带截止频率和阻带截止频率。
数字信号处理实验报告-FIR滤波器的设计与实现
数字信号处理实验报告-FIR滤波器的设计与实现在数字信号处理中，滤波技术被广泛应用于时域处理和频率域处理中，其作用是将设计信号减弱或抑制被一些不需要的信号。
根据滤波器的非线性抑制特性，基于FIR（Finite Impulse Response）滤波器的优点是稳定，易设计，可以得到较强的抑制滤波效果。
本实验分别通过MATLAB编程设计、实现、仿真以及分析了一阶低通滤波器和平坦通带滤波器。
实验步骤：第一步：设计一阶低通滤波器，通过此滤波器对波型进行滤波处理，分析其对各种频率成分的抑制效果。
为此，采用零极点线性相关算法设计滤波器，根据低通滤波器的特性，设计的低通滤波器的阶次为n=10，截止频率为0.2π，可以使设计的滤波器被称为一阶低通滤波器。
第二步：设计平坦通带滤波器。
仿真证明，采用兩個FIR濾波器組合而成的阻礙-提升系統可以實現自定義的總三值響應的設計，得到了自定義的總三值響應函數。
实验结果：1、通过MATLAB编程，设计完成了一阶低通滤波器，并通过实验仿真得到了一阶低通滤波器的频率响应曲线，证明了设计的滤波器具有良好的低通性能，截止频率为0.2π。
在该频率以下，可以有效抑制波形上的噪声。
2、设计完成平坦通带滤波器，同样分析其频率响应曲线。
从实验结果可以看出，此滤波器在此频率段内的通带性能良好，通带范围内的信号透过滤波器后，损耗较小，滞后较小，可以满足各种实际要求。
结论：本实验经过实验操作，设计的一阶低通滤波器和平坦通带滤波器具有良好的滤波特性，均已达到预期的设计目标，证明了利用非线性抑制特性实现FIR滤波处理具有较强的抑制滤波效果。
本实验既有助于深入理解FIR滤波器的设计原理，也为其他应用系统的设计和开发提供了指导，进而提高信号的处理水平和质量。
数字信号处理实验FIR数字滤波器的设计
数字信号处理实验：FIR数字滤波器的设计1. 引言数字滤波器是数字信号处理的关键技术之一，用于对数字信号进行滤波、降噪、调频等操作。
FIR (Finite Impulse Response) 数字滤波器是一种常见的数字滤波器，具有线性相应和有限的脉冲响应特性。
本实验旨在通过设计一个FIR数字滤波器来了解其基本原理和设计过程。
2. FIR数字滤波器的基本原理FIR数字滤波器通过对输入信号的每一个样本值与滤波器的冲激响应（滤波器的系数）进行线性加权累加，来实现对信号的滤波。
其数学表达式可以表示为：y(n) = b0 * x(n) + b1 * x(n-1) + b2 * x(n-2) + ... + bN * x(n-N)其中，y(n)表示滤波器的输出，x(n)表示滤波器的输入信号，b0~bN表示滤波器的系数。
FIR数字滤波器的脉冲响应为有限长度的序列，故称为有限冲激响应滤波器。
3. FIR数字滤波器的设计步骤FIR数字滤波器的设计主要包括以下几个步骤：步骤1: 确定滤波器的阶数和截止频率滤波器的阶数决定了滤波器的复杂度和性能，而截止频率决定了滤波器的通带和阻带特性。
根据实际需求，确定滤波器的阶数和截止频率。
步骤2: 选择滤波器的窗函数窗函数是FIR滤波器设计中常用的一种方法，可以通过选择不同的窗函数来实现不同的滤波器特性。
常用的窗函数有矩形窗、汉宁窗、汉明窗等。
根据实际需求，选择合适的窗函数。
步骤3: 计算滤波器的系数根据选择的窗函数和滤波器的阶数，使用相应的公式或算法计算滤波器的系数。
常见的计算方法有频率采样法、窗函数法、最小二乘法等。
步骤4: 实现滤波器根据计算得到的滤波器系数，可以使用编程语言或专用软件来实现滤波器。
步骤5: 评估滤波器性能通过输入测试信号，观察滤波器的输出结果，评估滤波器的性能和滤波效果。
常见评估指标有滤波器的幅频响应、相频响应、群延迟等。
4. 实验步骤本实验将以Matlab软件为例，演示FIR数字滤波器的设计步骤。
IIR滤波器分析与设计(数字信号处理课程设计报告)
数字信号处理课程设计报告选题名称:IIR滤波器分析与设计摘要：数字滤波器是具有一定传输选择特性的数字信号处理装置,其输入、输出均为数字信号,实质上是一个由有限精度算法实现的线性时不变离散系统。
它的基本工作原理是利用离散系统特性对系统输入信号进行加工和变换,改变输入序列的频谱或信号波形,让有用频率的信号分量通过,抑制无用的信号分量输出。
数字滤波器根据其冲激响应函数的时域特性，可分为两种，即无限长冲激响应(IIR)数字滤波器和有限长冲激响应(FIR)数字滤波器。
文章介绍IIR数字滤波器的设计、是使用MATLAB程序来设计一个界面，进行IIR滤波器设计，设计中使用的方法有双线性变换法、脉冲不变响应法，通过界面的按钮等控件的一些方式来选择，如巴特沃斯低通滤波器的分析和功能测试。
关键词：数字滤波器；IIR数字滤波器；双线性变换法；脉冲不变响应法目录1 引言 (1)2 课题综述 (1)2.1课题简介 (1)2.2 面对的问题 (1)3 系统分析 (2)3.1涉及的基础知识 (2)3.2总体方案 (5)4 系统设计 (5)4.1总体设计思路 (5)4.2界面设计 (7)5 代码编写 (8)5.1自编函数IIR_C REATEFILTER (8)5.2显示相位谱函数IIR_D ISP A NGLE (9)5.3显示幅度谱函数IIR_D ISP M AG (10)5.4选择波形文件函数IIR_G ET W A VF ILE (10)5.5播放原始波形文件函数IIR_P LAYORG (10)5.6显示零极点图函数IIR_D ISP Z PLANE (10)5.7显示幅度谱函数IIR_P LAYMOD (11)6 程序调试 (11)7 运行结果 (11)7.1主界面运行结果 (11)7.2滤波器选择及分析 (12)7.3功能测试 (14)总结 (15)致谢 (16)参考文献 (17)1 引言数字滤波器是对数字信号实现滤波的线性时不变系统。
数字信号处理第五章-IIR数字滤波器的设计
2、由模平方函数确定系统函数
模拟滤波器幅度响应常用幅度平方函数表示：
| H ( j) |2 H ( j)H *( j)
由于冲击响应h(t)为实函数，H ( j) H *( j)
| H ( j) |2 H ( j)H ( j) H (s)H (s) |s j
H (s)是模拟滤波器的系统函数，是s的有理分式；
分别对应：通带波纹和阻带衰减(阻带波纹)
（4种函数）
只介绍前两种
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无论N多大，所 有特性曲线均通 过该点
特性曲线单调减小，N越大，减小越慢 阻
特性曲线单调减小，N越大，减小越快
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20Nlog2：频率增加一倍，衰减6NdB
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另外：
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无论N多大，所 有特性曲线均通 过Ωc点: 衰减3dB, Ωc 为 3dB带宽
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根据
(线性相位滤波器)
非线性相位滤波器
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问题：
理想滤波器的幅度特性中，频带之间存 在突变，单位冲击响应是非因果的；
只能用逼近的方法来尽量接近实际的要 求。
滤波器的性能要求以频率响应的幅度特 性的允许误差来表征，如下图：
10
p
11
低通滤波器的频率响应包括：
通带：在通带内，以幅度响应的误差δp逼近 于1；
20
3、数字滤波器设计的基本方法
利用模拟理论进行设计 先按照给定的技术指标设计出模拟滤波 器的系统函数H(s)，然后经过一定的变 换得到数字滤波器的系统函数H(z),这实 际上是S平面到Z平面的映射过程： 从时域出发，脉冲响应不变法 从频域出发，双线性变换法 适合于设计幅度特性较规则的滤波器， 如低通、高通等。
由于系统稳定， H(s)的极点一定落在s的左半 平面，所以左半平面的极点一定属于H(s)，右 半平面的极点一定属于H(-s)。
数字信号处理IIR数字滤波器实验报告
数字信号处理IIR数字滤波器实验报告通信与信息系统****** dragon_hm@一、实验名称设计IIR数字低通滤波器二、实验目的1、掌握IIR数字低通滤波器的设计方法和步骤；2、掌握频率变换的原理和方法；3、利用设计的IIR数字滤波器，检验、观察滤波效果。
三、实验原理1、设计IIR数字滤波器一般有两种方法：a)先设计一个相应指标的模拟滤波器H a(s)，然后将其数字化，即将s平面映射到z平面得到所需的数字滤波器H(z)；b)在z平面直接设计IIR数字滤波器，给出闭合形式的公式，或是以所希望的滤波器响应作为依据，直接在z平面上通过多次选定极点和零点的位置，以逼近该响应；本实验使用第一种方法。
2、用双线性变换法设计数字低通巴特渥斯滤波器设定：阶次，数字域截止频率1)巴特渥斯模拟滤波器幅度平方函数：()|H a( )|()其中为整数，是滤波器的阶次；为截止频率。
2)令，则，故3阶巴特渥斯滤波器的系统函数为：H a(s)(s s s)3)将模拟滤波器的系统函数H a(s)表示为一般形式：H a(s)∑sss s s上式已假定分子与分母的阶次都等于，若分子阶次小于分母的阶次，则只需中后面几个为零值就可以了。
4)通过双线性变换法将所求得的模拟滤波器的系统函数H a(s)数字化为数字滤波器的系统函数H(z)，双线性变换公式为：z s s5)双线性变换得到的数字系统函数H(z)的一般表达式为：H(z)∑zzz z z由H a(s)的系数表示经双线性变换后的H(z)的系数（表中⁄）参见课本P194中的表5-2。
至此，用双线性变换法设计数字低通巴特渥斯滤波器的工作已全部完成。
3、IIR数字滤波器的频率变换实际中使用的数字滤波器除低通型外，还有高通型、带通型、带阻型等，设计高通、带通、带阻等数字滤波器常用的方式是：先设计低通型的数字滤波器，然后用数字频率变换法将它转换成某种类型的数字滤波器。
由截止频率为的低通数字滤波器变换成高通数字滤波器的公式为：z其中s()s()为要求的截止频率。
dsp实验报告
dsp实验报告DSP实验报告一、引言数字信号处理（Digital Signal Processing，DSP）是一种对数字信号进行处理和分析的技术。
它在许多领域中被广泛应用，如通信、音频处理、图像处理等。
本实验旨在通过实际操作，探索和理解DSP的基本原理和应用。
二、实验目的1. 理解数字信号处理的基本概念和原理；2. 掌握DSP实验平台的使用方法；3. 进行一系列DSP实验，加深对DSP技术的理解。
三、实验器材和软件1. DSP开发板；2. 电脑；3. DSP开发软件。
四、实验内容1. 实验一：信号采集与重构在此实验中，我们将通过DSP开发板采集模拟信号，并将其转换为数字信号进行处理。
首先，我们需要连接信号源和开发板，然后设置采样频率和采样时间。
接下来，我们将对采集到的信号进行重构，还原出原始模拟信号，并进行观察和分析。
2. 实验二：滤波器设计与实现滤波器是DSP中常用的模块，用于去除或增强信号中的特定频率成分。
在此实验中，我们将学习滤波器的设计和实现方法。
首先，我们将选择合适的滤波器类型和参数，然后使用DSP开发软件进行滤波器设计。
最后，我们将将设计好的滤波器加载到DSP开发板上，并进行实时滤波处理。
3. 实验三：频谱分析与频域处理频谱分析是DSP中常用的方法，用于分析信号的频率成分和能量分布。
在此实验中，我们将学习频谱分析的基本原理和方法，并进行实际操作。
我们将采集一个包含多个频率成分的信号，并使用FFT算法进行频谱分析。
然后，我们将对频谱进行处理，如频率选择、频率域滤波等，并观察处理后的效果。
4. 实验四：音频处理与效果实现音频处理是DSP中的重要应用之一。
在此实验中，我们将学习音频信号的处理方法，并实现一些常见的音频效果。
例如，均衡器、混响、合唱等。
我们将使用DSP开发软件进行算法设计，并将设计好的算法加载到DSP开发板上进行实时处理。
五、实验结果与分析通过以上实验，我们成功完成了信号采集与重构、滤波器设计与实现、频谱分析与频域处理以及音频处理与效果实现等一系列实验。
数字信号处理实验报告--滤波器设计
大连理工大学实验报告学院（系）： 专业： 班级：姓 名： 学号： 组： ___实验时间： 实验室： 实验台： 指导教师签字： 成绩：实验三 滤波器设计一、实验结果与分析IIR 部分：1.用buttord 和butter 函数，直接设计一个巴特沃兹高通滤波器，要求通带截止频率为0.6π，通带内衰减不大于1dB ，阻带起始频率为0.4π，阻带内衰减不小于15dB ，观察其频谱响应的特点： clc,clearwp=0.6*pi/pi; ws=0.4*pi/pi; ap=1,as=15;[N,wn]=buttord(wp,ws,ap,as); [bz,az]= butter(N,wn,'high'); [H,W]=freqz(bz,az);plot(W,20*log10(abs(H))); grid on;xlabel('频率/弧度') ;ylabel('对数幅频响应/dB') ; axis([0.2*pi pi -40 1]);1 1.522.53-40-35-30-25-20-15-10-50频率/弧度对数幅频响应/d B2. 给定带通滤波器的技术指标：通带上下截止频率为0.4,0.3ππ，通带内衰减不大于3dB ，阻带上下起始频率为0.5,0.2ππ，阻带内衰减不小于18dB 。
用buttord 和butter 函数，对比巴特沃兹和切比雪夫的效果： clc,clearwp=[0.3*pi/pi,0.4*pi/pi]; ws=[0.2*pi/pi,0.5*pi/pi]; ap=3,as=18;[N,wn]=buttord(wp,ws,ap,as); [bz,az]= butter(N,wn); [H,W]=freqz(bz,az);plot(W,20*log10(abs(H))); grid on;xlabel('频率/弧度') ;ylabel('对数幅频响应/dB') ; axis([0 pi -60 1]);00.511.52 2.53-60-50-40-30-20-10频率/弧度对数幅频响应/d B3.用双线性变换法的模拟滤波器原型设计一个巴特沃兹低通滤波器，给定技术指标是100p f Hz =300st f Hz =3p dB α=20s dB α=，抽样频率为1000sF Hz =：clc,clear;Rp=3; Rs=20;wp=0.2*pi; ws=0.3*pi; Fs=1000;wap=2*Fs*tan(wp/2);was=2*Fs*tan(ws/2);[N,Wn]=buttord(wap,was,Rp,Rs,'s'); [Z,P,K]=buttap(N);[Bap,Aap]=zp2tf(Z,P,K); [b,a]=lp2lp(Bap,Aap,Wn); [bz,az]=bilinear(b,a,Fs); %绘制频率响应曲线 [H,W]=freqz(bz,az);plot(W,20*log10(abs(H))); grid on;xlabel('频率/弧度')ylabel('对数幅频响应/dB') axis([0 0.5*pi -50 1])0.511.5-50-45-40-35-30-25-20-15-10-50频率/弧度对数幅频响应/d B4. 用双线性变换法的模拟滤波器原型和直接设计法（buttord 以及butter ）两种方法，设计一个数字系统的抽样频率Fs=2000Hz ，试设计一个为此系统使用的带通数字滤波器。
实验二滤波器设计
实验二基于MATLAB数字滤波器的设计1．示例基于MATLAB的语音信号分析与处理1.1实验目的综合运用数字信号处理的理论知识进行频谱分析和滤波器设计，通过理论推导得出相应结论，再利用MATLAB作为编程工具进行计算机实现，从而加深对所学知识的理解，建立概念。
1.2 实验基本要求●掌握数字信号处理的基本概念、基本理论和基本方法●掌握MATLAB设计FIR和IIR数字滤波器的方法●学会用MATLAB对信号进行分析与处理●学会MATLAB的使用，掌握MATLAB的程序设计方法●掌握在Windows环境下语音信号采集的方法1.3 实验内容和要求录制一段自己的语音信号，并对录制的信号进行采样；画出采样后语音信号的时候波形和频谱图；给定滤波器的性能指标，采用窗函数法或双线性变换设计滤波器，并画出滤波器的频率响应；然后用自己设计的滤波器对采集的语音信号进行滤波，画出滤波后信号的时域波形和频谱，并对滤波前后的信号进行对比，分析信号的变化；回放语音信号。
1.4 实验实现步骤（1）语音信号的采集利用Windows下的录音机或其他软件，录制一段自己的话音，时间控制在1s左右；然后在MATLAB软件平台下，利用函数wavread对语音信号进行采样，记住采样频率和采样点数。
通过使用wavread 函数，理解采样频率，采样位数等概念。
wavread 函数调用格式如下。
y=wavread(file)，读取file 所规定的wav 文件，返回采样值放在向量y 中。
[y,fs,nbits]=wavread(file)，采样值放在向量y 中，fs 表示采样频率（Hz ），n bits 表示采样位数y=wavread(file ，N)读取前N 点的采样值放在向量y 中。
y=wavread(file ，[N 1，N 2])，读取从N 1点到 N 2点的采样值放在向量y 中 （2）语音信号的频谱分析要求首先画出语音信号的时域波形，然后对语音信号进行频域分析，在MATLAB 中可以利用函数fft 对信号进行快速的傅立叶变换，从而得到信号的频谱特性，从而加深对频谱特性的理解。
数字信号处理滤波器设计实验报告
实用文档数字信号处理实验报告实验名称：滤波器设计实验班级： 09信息工程3班姓名：学号：指导教师：**实验日期： 11月18号一、实验目的1、加深对数字滤波器的常用指标理解。
2、学习数字滤波器的设计方法。
二、实验原理图1 FIR幅值函数低通滤波器的常用指标：（1）通带边缘频率；（2）阻带边缘频率；（3）通带起伏；（4）通带峰值起伏，（5）阻带起伏，最小阻带衰减。
三、实验结果及分析1、求系统的零、极点和幅度频率响应和相位响应。
实验结果如下：零点为zs = -1.5870 + 1.4470i，-1.5870 - 1.4470i，0.8657 + 1.5779i，0.8657 - 1.5779i，-0.0669极点为ps =0.1328 + 0.9221i，0.1328 - 0.9221i，0.4736 + 0.4752i，0.4736 - 0.4752i，0.5979幅度频率响应和相位响应如下：源代码如下：b=[0.0528 0.0797 0.1295 0.1295 0.797 0.0528];a=[1 -1.8107 2.2947 -1.8801 0.9537 -0.2336];zs=roots(b)ps=roots(a)freqz(b,a)2、利用MATLAB编程,分别用窗函数法和等波纹滤波器法设计两种FIR数字滤波器，指标要求如下：通带边缘频率：，通带峰值起伏：。
阻带边缘频率：，最小阻带衰减：。
用窗函数法设计的FIR数字滤波器如下：源代码如下：[n,Wn,beta,ftype]=kaiserord([0.3 0.45 0.65 0.75],[0 1 0],[0.01 0.1087 0.01]); h=fir1(n,Wn,ftype,kaiser(n+1,beta),'noscale');[h1,w1]=freqz(h,1,256);subplot(2,1,1)plot(w1/pi,20*log10(abs(h1)))xlabel('归一化的频率w')ylabel('幅度响应/dB')gridsubplot(2,1,2)plot(w1/pi,angle(h1))xlabel('归一化的频率w')ylabel('相位/rad')grid用等波纹滤波器法设计的FIR数字滤波器如下：源代码如下：[n,fpts,mag,wt]=remezord([0.3 0.45 0.65 0.75],[0 1 0],[0.01 0.1087 0.01]); h=remez(n,fpts,mag,wt);%设计出等波纹滤波器[h1,w1]=freqz(h,1,256);subplot(2,1,1)plot(w1/pi,20*log10(abs(h1)));xlabel('归一化的频率w')ylabel('幅度响应/dB')gridsubplot(2,1,2)plot(w1/pi,angle(h1))xlabel('归一化的频率w')ylabel('相位/rad')grid分析：在幅度频谱上等波纹滤波器阻带边缘比用窗函数实现的更平滑（理想滤波器为垂直下降的）。
数字信号处理实验matlab版用双线性变换法设计IIR数字滤波器
实验21用双线性变换法设计IIR 数字滤波器(完美格式版，本人自己完成，所有语句正确，不排除极个别错误，特别适用于山大，勿用冰点等工具下载，否则下载之后的word 格式会让很多部分格式错误，谢谢)XXXX 学号姓名处XXXX一、实验目的1. 加深对双线性变换法设计IIR 数字滤波器基本方法的了解。
2. 掌握用双线性变换法设计数字低通、高通、带通、带阻滤波器的方法。
3. 了解MA TLAB 有关双线性变换法的子函数。
二、实验内容1. 双线性变换法的基本知识。
2. 用双线性变换法设计IIR 数字低通滤波器。
3. 用双线性变换法设计IIR 数字高通滤波器。
4. 用双线性变换法设计IIR 数字带通滤波器。
5. 用双线性变换法设计IIR 数字带阻滤波器。
三、实验环境MATLAB7.0四、实验原理1.实验涉及的MATLAB 子函数Bilinear功能：双线性变换——将s 域(模拟域)映射到z 域(数字域)的标准方法，将模拟滤波器变换成离散等效滤波器。
调用格式：[numd,dend]=bilinear(num,den,Fs);将模拟域传递函数变换为数字域传递函数,Fs 为取样频率。
[numd,dend]=bilinear(num,den,Fs,Fp);将模拟域传递函数变换为数字域传递函数,Fs 为取样频率,Fp 为通带截止频率。
[zd,pd,kd]=bilinear(z,p,k,Fs);将模拟域零极点增益系数变换到数字域,Fs 为取样频率。
[zd,pd,kd]=bilinear(z,p,k,Fs,Fp);将模拟域零极点增益系数变换到数字域,Fs 为取样频率,Fp 为通带截止频率。
[Ad,Bd,Cd,Dd]=bilinear(A,B,C,D,Fs);将模拟域状态变量系数变换到数字域,Fs 为取样频率。
2. 双线性变换法的基本知识双线性变换法是将整个s 平面映射到整个z 平面，其映射关系为11z 1z 1T 2s --+-=或2sT/12sT/1z -+=双线性变换法克服了脉冲响应不变法从s 平面到z 平面的多值映射的缺点，消除了频谱混叠现象。
数字信号处理课程设计报告---IIR滤波器分析与设计
数字信号处理课程设计报告选题名称:系（院）:专业:班级:姓名:学号:指导教师:学年学期:2010 ~ 2011 学年第 1 学期2011 年01 月08 日设计任务书指导教师（签章）：年月日摘要：数字滤波器是指输入、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频率成分的相对比例或滤除某些频率成分的器件。
它在各种数字信号处理领域均有广泛的应用，其质量的优劣直接决定着数字产品的质量，数字滤波器按网络结构可分为IIR数字滤波器和FIR数字滤波器，其中IIR数字滤波器因结构简单，体积小，可靠性高，运算速度快等优点，在一些对相位要求不十分严格的场合有重要作用。
本设计是利用Matlab语言对IIR数字滤波器设计建立一个软件仿真平台，系统由巴特沃斯滤波器、切比雪夫Ⅰ型滤波器、切比雪夫Ⅱ型滤波器等组成,每种滤波器也包含低通、高通、带通、带阻滤波的设计，设计结果由时域单位脉冲响应图形幅度谱、相位谱以及极零点图表示，并输入音频文件测试滤波功能，还可任意修改各系统参数以分析研究滤波器设计结果，形象直观。
关键词：数字滤波器；Matlab；IIR数字滤波器；仿真目录1 课题综述 (1)1.1 课题来源及意义 (1)1.2 实现的功能 (1)2 系统分析 (1)2.1 设计的基础知识 (1)2.2 IIR滤波器的MATLAB实现 (3)3 系统设计 (3)3.1 IIR滤波器的设计 (3)3.2 系统框图 (4)4 代码编写 (5)4.1 巴特沃斯低通与高通的实现代码 (5)4.2 巴特沃斯带通与带阻实现代码 (5)4.3 切比雪夫1低通与高通的实现代码 (6)4.4 切比雪夫2低通与高通的实现代码 (6)5 运行与调试 (7)5.1 运行界面 (7)5.2 程序调试 (11)总结 (12)致谢 (13)参考文献 (14)1 课题综述1.1 课题来源及意义数字滤波是数字信号处理的重要内容，是由乘法器、加法器的单位掩饰器组成的一种运算过程，其功能是对输入离散信号进行运算处理，以达到改变信号频谱的目的。
数字滤波器结构 数字信号处理实验.
实验报告课程名称:数字信号处理实验实验名称:第六章数字滤波器结构一、实验目的1. 根据函数表达式熟练的表示出数字滤波器框图,并且判断该滤波器是否为线性相位。
2. 运用MATLAB各个函数分析滤波器的多种表达式,以及各种框图的实现。
二、实验内容Q6.1 Q6.2 Q6.3 Q6.4三、主要算法与程序程序P6.1num = input('Numerator coefficient vector = ';den = input('Denominator coefficient vector = '; [z,p,k] = tf2zp(num,den; sos =zp2sos(z,p,k四、实验结果与分析Q6.1运行程序P6.1输入 Numerator coefficient vector = [2 10 23 34 31 16 4] Denominator coefficient vector = [1 0 0 0 0 0 0] 可以得出 sos =2.0000 6.0000 4.0000 1.0000 0 0 1.0000 1.0000 2.0000 1.0000 0 0 1.0000 1.0000 0.5000 1.0000 0 0 因此可以得出表达式:212121212121122112211010015.0110012110014621((------------=----=++++⨯++++⨯++++=++++==∏∏z z z z z z z z z z z z z a z a z b z b b z H z H L k kk k k k Lk k (1z H 不是一种线性相位传递函数。
根据上式可以画出级联实现的框图。
x[n]y[n]Integer Delay 5 -1ZInteger Delay 4-1Z Integer Delay 3 -1ZInteger Delay 2-1Z Integer Delay 1 -1ZInteger Delay-1Z Gain 60.5Gain 51Gain 42Gain 31Gain 24Gain 16Gain2Q6.2运行程序P6.1将 Numerator coefficient vector = [6 31 74 102 74 31 6]Denominator coefficient vector = [1 0 0 0 0 0 0] 得到 sos =6.0000 15.0000 6.0000 1.0000 0 0 1.0000 2.0000 3.0000 1.0000 0 0 1.0000 0.6667 0.3333 1.0000 0 0 得出表达式:212121212121122112211010013333.06667.0100132100161561((------------=----=++++⨯++++⨯++++=++++==∏∏z z z z z z z z z z z z za z a zb z b b z H z H Lk k k k k k Lk k(2z H 是线性相位传递函数,根据上式画出实现的级联框图: x[n]y[n]Integer Delay 5 -1ZInteger Delay 4-1Z Integer Delay 3 -1ZInteger Delay 2-1Z Integer Delay 1 -1ZInteger Delay-1Z Gain 61/3Gain 52/3Gain 43Gain 32Gain 26Gain 115Gain6只用4个乘法器生成H(z的框图:x[n]y[n]Integer Delay 5-1Z Integer Delay 4-1Z Integer Delay 3-1Z Integer Delay 2-1Z Integer Delay 1-1Z Integer Delay-1Z Gain 3-K-Gain 274Gain 16Gain 61两个框图可以看出:第二个框图图比较简单Q6.3运行程序P6.1输入 Numerator coefficient vector = [3 8 12 7 2 -2]Denominator coefficient vector = [16 24 24 14 5 1] 得到结果 sos =0.1875 -0.0625 0 1.0000 0.5000 0 1.0000 2.0000 2.0000 1.0000 0.5000 0.25001.0000 1.0000 1.0000 1.0000 0.5000 0.5000 画出框图:x[n]y[n]Unit Delay 4z 1Unit Delay 3z 1Unit Delay 2z 1Unit Delay 1z 1Gain 81Gain 42Gain 11110.1875-K--0.5000-K--0.500-K--0.50-K--0.5-K--0.25-K--0.0625-K-z 16.4运行程序P6.1输入 Numerator coefficient vector = [2 10 23 34 31 16 4]Denominator coefficient vector = [36 78 87 59 26 7 1] 得到结果: sos =0.0556 0.1667 0.1111 1.0000 0.5000 0.2500 1.0000 1.0000 2.0000 1.0000 0.6667 0.33331.0000 1.0000 0.5000 1.0000 1.0000 0.3333 画出级联的实现框图: x[n]y[n]Unit Delay 4z 1Unit Delay 3z 1Unit Delay 2z 1Unit Delay 1z 1Gain 81Gain 41Gain 120.0556-K--4.5-K--2/3-K--1/3-K--0.500-K-320.5-1z1-9z1。
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实验二数字滤波器结构设计分析一、实验目的
二、实验原理
三、程序设计
程序源代码：
直接型
>>
>> b=[1,-3,11,27,18];
>> a=[1,16,12,2,-4,-1];
>> N=25;
>> h=impz(b,a,N);
>> x=[ones(1,5),zeros(1,N-5)];
>> y=filter(b,a,x);
>> subplot(1,2,1);stem(h);
>> title('直接II型h(n)');
>> subplot(1,2,2);stem(y);title('直接II型y(n)'); >>
级联型
>> clear all
>> b0=1;
>> B=[1,0,0;1,-4.7366,18.2390;1,1.7366,0.9869]; >> A=[1,15.2214,0;1,-0.2477,0.1246;1,1.0263,0.5272]; >> N=60;
>> delta=impseq(0,0,N);
>> h=casfilter(b0,B,A,delta);
>> x=[ones(1,5),zeros(1,N-5)];
>> y=casfilter(b0,B,A,x);
>> subplot(1,2,1);stem(h);title('级联型h(n)'); >> subplot(1,2,2);stem(y);title('级联型y(n)');
并联型
>> d=0;
>> N=30;
>> delta=impseq(0,0,N);
>> h=parfilter(d,r,p,delta);
>> x=[ones(1,5),zeros(1,N-5)];
>> y=parfilter(d,r,p,x);
>> subplot(1,2,1);stem(h);title('并联型h(n)'); >> subplot(1,2,2);stem(y);title('并联型y(n)');
Parfilter.m
function y=parfilter(c,b,a,x)
[K,L]=size(b);
N=length(x);
w=zeros(K+1,N);
w(1,:)=filter(c,1,x);
for i=1:K
w(i+1,:)=filter(b(i,:),a(i,:),x);
end
y=sum(w);
程序结果截图：直接型
级联型并联型
0102030
-0.5
0.5
1
1.5
2
2.5
3
3.5
28直接II型h(n)
0102030
-0.5
0.5
1
1.5
2
2.5
3
28直接II型y(n)
四、实验预习要求
五、实验报告要求
六、思考题
答：数字滤波器一般不会出现相位偏移，而模拟滤波器则会有相移。
通过使用可编程逻辑器件能够很方便的实现数字滤波器的设计。
然而只借助可编程器件实现不了模拟滤波器的设计。
它的设计通常可以采用电容，电阻和电感的组合来完成。
数字滤波器的滤波速度相对来说不是太快，而模拟滤波器有能够快速滤波的电路，信号的输出与输入几乎同步。
数字滤波器具有的优势是其可靠性比较高，精度也不低，能够通过编程改变特性，易集成等等。
通常模拟滤波器的信号噪声比要比数字滤波器的低一些，这是由于数字滤波器是通过数字设备来执行操作，因此能够消除噪声的干扰如在模拟电路中的电阻热噪声。
噪声的主要来源是数字滤波器引入到模拟电路和在模拟系统转换成数字系统的过程中在输入端出现的量化噪声。
在对数字系统的操作处理中也许会使噪声增大，因此应该使用适当的结构对数字滤波器进行设计，这样来输入噪声对系统性能的影响便可以大大减弱。
数字滤波器的可靠性要比模拟
滤波器高出很多。
模拟滤波器电路中的各个电子元器件的特性会由于时间的改变，温度和电压的改变发生漂移,上述的问题在数字电路中并不会出现。
若要使数字滤波器以稳定和可靠的方式工作，数字电路就必须在一定的工作环境之中。
数字滤波器具有精度高，可靠性高，并且数字滤波器有很强的灵活性，只要把程序参数稍作修改便能够获得滤波器的相应性能。
另外就是数字滤波器能够使一个计算机有多个信号被操作处理，并且能够进行分时复用，能处理几赫兹频率信号。
数字滤波器可靠性很强，不容易受环境温度影响等。
但是，如果想要频域过渡区能够迅速衰减，它必须要有大量的计算工作。
模拟滤波器的优点还有就是模拟系统可以在较高的频率下工作，此频率在数字设备能够到达的最高时钟频率之上。
其次，有时模拟解决方案要比数字解决方案更具成本效益。
模拟滤波器在自身优越之处的研究价值还是很不错的。
一般在数字系统的前面，通常有一结构能够对微弱信号进行预处理，该结构经常借助模拟滤波器完成。
一般抽样量化开始时，还需要用模拟滤波器进行限制处理信号的最高频率。
答：分析说明高Q值的多阶IIR数字滤波器对系数量化的精度很敏感,系数量化后对于直接型结构实现,一个参数(因系数量化原因造成)的变化将影响H(z)的所有极点的位
置,有可能出现极点跑出位圆的情况,导致滤波器不稳定,输出发散。
而对于级联型结构实现,1个参数的变化将只影响到一个环节内的极点,对参数变化的敏感程度小于直接型结构。
当然,极点的偏移和滤波器的阶数也有关系,阶数越高,系数量化效应的影响就越大,极点的偏移越大,滤波器越容易出现不稳定。
同时在系数量化精度相同的条件下,用级联型Ⅱ结构实现数字滤波器比用直接型Ⅱ结构,前者的幅频特性精度要高,滤波器也更稳定,在定点处理器上实现所需的存储单元也要少。
当然也可以通过提高滤波器系数的量化精度来改善幅频特性精度并提高滤波器的稳定性。
但必然会增加DSP的存储容量,降低DSP 的实时信号处理速度。
答：数字滤波器的设计过程为：
1）按照实际需要，确定滤波器的性能要求。
通常（但不总是）是在频域中给定数字滤波器的性能要求，一般为幅度和相位响应，即技术指标。
2）寻找满足预定性能要求的离散时间线性系统，即用一个因果稳定的系统函数去逼近给定的性能要求，以确定滤波器系数。
3）用有限精度的运算实现所设计的系统。
这里包括选择运算结构，对滤波器的系数、输入变量、中间变量和输出变量量化到固定字长。
4）通过模拟，分析其频率特性和相位特性，验证所设计的系统是否符合给定性能要求。