FIR数字滤波器的(海明)窗函数法设计
用海明窗函数法设计数字FIR带阻滤波器
信号与系统课程设计论文题目用海明窗函数法设计数字FIR带阻滤波器学院通信与电子工程学院专业班级电子085班学生姓名朱彦春指导教师苗凤娟年月日信号与系统课程设计论文摘要在用海明窗窗函数法设计FIR数字滤波器时，设计的优化主要是通过调整窗函数来进行的。
文中提出一种新的优化算法，其基本思想是在窗函数和滤波器阶数不变的情况下，通过迭代运算寻找一个最佳的频率响应函数，对此频率响应函数的傅里叶反变换进行加窗所设计出的滤波器的频率响应相对于理想频率响应的逼近误差最小。
关键词：数字滤波器；窗函数法；优化算法；逼近误差I信号与系统课程设计论文AbstractIn the window with hamming window function method design FIR digital filters, design optimization is mainly by adjusting the window function, This paper presents a new optimization algorithm,the basic idea is in window function and filter order number under the condition of invariable, through the iterative operation looking for an optimal frequency response function,to this frequency response function of Fourier inverse transform add window place that the design of the frequency response of the filter relative to the ideal frequency response approximation error smallest.Keywords: Digital filters； Window function method； Optimization algorithm; Approximation errorII信号与系统课程设计论文目录摘要 (I)Abstract (II)第1章绪论 (1)1.1 概述 (1)1.2 窗函数的定义···········································································错误！未定义书签。
(整理)FIR数字滤波器的(海明)窗函数法设计.
FIR数字滤波器的（海明）窗函数法设计1．课程设计目的（1）熟悉并掌握MATLAB中有关声音（wave）录制、播放、存储和读取的函数。
（2）加深对FIR数字滤波器设计的理解，并用窗函数法进行FIR数字滤波器的设计。
（3）将设计出来的FIR数字滤波器利用MATLAB进行仿真。
（4）对一段音频文件进行加入噪声处理，对带有噪声的文件进行滤波处理。
2.设计方案论证2.1 Matlab语言概述MATLAB是一种以矩阵运算为基础的交互式程序语言，专门针对科学、工程计算及绘图的需求。
随着版本的不断升级，内容不断扩充，功能更加强大，从而被广泛应用于仿真技术、自动控制和数字信号处理领域。
此高级语言可用于技术计算此开发环境可对代码、文件和数据进行管理交互式工具可以按迭代的方式探查、设计及求解问题数学函数可用于线性代数、统计、傅立叶分析、筛选、优化以及数积分等二维和三维图形函数可用于可视化数据各种工具可用于构建自定义的图形用户界面各种函数可将基于MATLAB的算法与外部应用程序和语言（如C、C++、Fortran、Java、COM 以及Microsoft Excel）集成不支持大写输入，内核仅仅支持小写2.2声音处理语音是人类获取信息的重要来源和利用信息的重要手段。
语音信号处理是一门发展十分迅速，应用非常广泛的前沿交叉学科，同时又是一门跨学科的综合性应用研究领域和新兴技术。
声音是一种模拟信号，而计算机只能处理数字信息0和1。
因此，首先要把模拟的声音信号变成计算机能够识别和处理的数字信号，这个过程称为数字化，也叫“模数转换”。
在计算机对数字化后的声音信号处理完后，得到的依然是数字信号。
必须把数字声音信号转变成模拟声音信号，然后再图1 选择windows下的录音机”或是点击快捷按钮图5 加噪后语音信号和频谱图7 滤波器幅频特性与相频特性设计的滤波器是用单位采样响应h(n)表示的，可以利用带噪声语音图8滤波器系统函数。
实验三 窗函数法设计FIR数字滤波器
h(n) hd (n) w(n)
h(n) 就作为实际设计的FIR数字滤波器的单
位脉冲响应序列，其频率响应函数H (e
H (e ) h(n)e jwn
jw n 0 N 1
jw
)
为
式中，Ｎ为所选窗函数 w(n) 的长度(阶数)。
如果要求线性相位特性，则h(n) 还必须满足：
p
s s
调用格式： w=boxcar(n)，根据长度 n 产生一个矩形窗 w。 （2）三角窗（Triangular Window） 调用格式： w=triang(n)，根据长度 n 产生一个三角窗 w。 （3）汉宁窗（Hanning Window） 调用格式： w=hanning(n)，根据长度 n 产生一个汉宁窗 w。 （4）海明窗（Hamming Window） 调用格式： w=hamming(n)，根据长度 n 产生一个海明窗 w。 （5）布拉克曼窗（Blackman Window） 调用格式： w=blackman(n)，根据长度 n 产生一个布拉克曼窗 w。 （6）恺撒窗（Kaiser Window） 调用格式： w=kaiser(n,beta)，根据长度 n 和影响窗函数旁瓣的β参数产 生一个恺撒窗w。
例2、 设计线性相位带通滤波器，其长度 N=15，上下边带截止频率分别为W1= 0.3π， W2=0.5π
Window=blackman(16); b=fir1(15,[0.3 0.5],Window); freqz(b,1)
例3 、用窗函数法设计一FIR带通滤波 器：
阻带下截止频率： ls 0.2
[h,w] = freqz(hd,n)：离散系统频响特 性
abs(X) ：绝对值（复数的幅值） P = angle(Z) ：相位角 text（x,y,‘s’）：在图面（x,y）位置 处书写字符注释。
信号实验三 用窗函数设计FIR滤波器
实验三用窗函数设计FIR滤波器一、实验目的1.熟悉FIR滤波器设计的基本方法。
2.掌握用窗函数设计FIR数字滤波器的原理及方法，熟悉相应的计算机高级语言编程。
3.熟悉线性相位FIR滤波器的幅频特性和相位特性。
4.了解各种不同窗函数对滤波器性能的响应。
二、实验内容1、以下是几种常用的窗函数：1.矩形窗：2.Hanning（汉宁）窗：3.Hamming（海明）窗：4.Blackman窗：5.Kaiser窗：窗函数法设计线性相位FIR滤波器可以按如下步骤进行：1．确定数字滤波器的性能要求。
确定各临界频率{错误！未找到引用源。
}和滤波器单位脉冲响应长度N。
2.根据性能要求和N值，合理地选择单位脉冲响应h(n)有奇偶对称性，从而确定理想频率响应H d(Ω)的幅频特性和相位特性。
3.用傅里叶反变换公式，求得理想单位脉冲响应h d(n)。
4.选择适当的窗函数W(n)根据式h(n)=h d(n)w(n)求得所设计的FIR滤波器单位脉冲响应。
5.用傅理叶变换求得其频率响应H(Ω)，分析它的幅频特性，若不满足要求，可适当改变窗函数形式或长度N，重复上述过程，直至得到满意的结果。
2. 生成四种窗函数：矩形窗、三角窗、汉宁窗、海明窗，并观察其频率响应。
n=30;%矩形窗及其频响window1=rectwin(n);[h1,w1]=freqz(window1,1);subplot(4,2,1);stem(window1);title('矩形窗');subplot(4,2,2);plot(w1/pi,20*log(abs(h1))/abs(h1(1)));title('矩形窗频响');%三角窗及其频响window2=triang(n);[h2,w2]=freqz(window2,1);subplot(4,2,3);stem(window2);title('三角窗');subplot(4,2,4);plot(w2/pi,20*log(abs(h2))/abs(h2(1)));title('三角窗频响');%汉宁窗及其频响window3=hann(n);[h3,w3]=freqz(window3,1);subplot(4,2,5);stem(window3);title('汉宁窗');subplot(4,2,6);plot(w3/pi,20*log(abs(h3))/abs(h3(1)));title('汉宁窗频响');%汉明窗频响window4=hamming(n);[h4,w4]=freqz(window4,1);subplot(4,2,7);stem(window4);title('汉明窗');subplot(4,2,8);plot(w4/pi,20*log(abs(h4))/abs(h4(1)));title('汉明窗频响');3、（1）用Hanning窗设计一个线性相位带通滤波器，其长度N=15，上下边带宽截止频率分别为ω=0.3π错误！未找到引用源。
用窗口法设计FIR数字滤波器
实验8用窗口法设计FIR 数字滤波器8.1实验目的了解一个实际滤波器设计过程，加深掌握用窗口法设计FIR 数字滤波器的原理和窗函数对数字滤波器性能的影响。
8.2基本原理设所希望得到的滤波器的理想频率响应为H d （e jw ）。
那FI 滤波器的设计就在于寻找一个频率响应为()()∑=--=N n jwn jwH 0e n h e 去逼近H d （e jw ）。
在这种逼近中最直接的一种方法是从单位冲激响应序列h(n)着手，使h(n)逼近理想的单位冲激响应h d (n)。
我们知道h d (n)可以从理想频率响应H d （e jw ）通过傅里叶反变换得到，即： ()()∑∞∞=-=n jwn jwH e n h e dd ()⎰-=ππωπd H jwn jw de )(e 21n h d但是一般来说，这样得到的单位冲激响应h d (n)往往都是无限长序列，而且是非因果的。
我们以一个截止频率为ωC 的线性相位理想低通滤波器为例来说明。
设低边滤波器的时延为ɑ，即()πωωωωα≤≤≤⎩⎨⎧-cc jw jw H 0e ed (8-2) 则 ()()[]()απαωωπωωα--==⎰--n n d c jwn jw sin e e 21n h c c d 这是一个以ɑ为中心的偶对称的无限长非因果序列。
这样一个无限长的序列怎样用一个有限长主序列去近似呢?最简单的办法就是直接截取它的一段来代替它。
例如n=0到n=N —1的一段截取来作为h(n)，但是为了保证所得到的是线性相位滤波器，必须满足h(n)的对称性，所以时延ɑ应该取h(n)长度的一半，即ɑ=(N —1)/2。
()()n100h n h d 其他-≤≤⎩⎨⎧N n n (8-3) 这种直接截取的办法可以形象地想象为，h(n)好比是通过一个窗口所看到的一段h d (n)。
h(n)为h d (n)和一个"窗口函数"的乘积。
在这里，窗口函数就是矩形序列R N (n)，即h(n)=h d (n)·R N (n) (8-4)但是一般来说，窗口函数并不一定是矩形序列，可以在矩形以内对h d (n)作一定的加权处理，因此，一般可以表示为h(n)=h d (n)·ω(n) (8-5)这里ω(n)就是窗口函数。
归纳窗函数法设计fir滤波器的设计过程
归纳窗函数法设计fir滤波器的设计过程“归纳窗函数法设计FIR滤波器的设计过程”是一个涉及数字信号处理领域的内容。
FIR滤波器是一种常用的数字滤波器，广泛应用于信号处理、通信系统等领域。
设计FIR滤波器的过程中，窗函数是其中一个重要的设计工具。
本文将从基本概念、设计过程和实例分析三个方面来详细介绍归纳窗函数法设计FIR滤波器的设计过程。
一、基本概念归纳窗函数法是一种常用的FIR滤波器设计方法。
其基本思想是通过选取合适的窗函数来对滤波器的频率响应进行近似，从而实现对信号的滤波。
在设计过程中，需要明确以下几个基本概念：1.1 FIR滤波器FIR滤波器（Finite Impulse Response Filter）是一种无穷冲激响应的滤波器，其输出序列只与输入序列的有限个值有关。
FIR滤波器由一组滤波器系数决定，称为滤波器的冲激响应。
常见的FIR滤波器类型有低通滤波器、高通滤波器、带通滤波器等。
1.2 窗函数窗函数（Window Function）是信号处理中常用的一种数学函数，用于将信号在时域或频域上进行截断、平滑或加权。
在归纳窗函数法中，利用窗函数对滤波器的频率响应进行调整。
常见的窗函数有矩形窗、汉宁窗、汉明窗等。
二、设计过程下面将详细介绍归纳窗函数法设计FIR滤波器的设计过程。
2.1 确定滤波器的规格首先，需要明确滤波器的规格，包括滤波器的类型（低通、高通、带通等）、截止频率、通带和阻带的衰减要求等。
2.2 确定滤波器的阶数根据滤波器的规格，可以确定滤波器的阶数。
阶数决定了滤波器的复杂度和滤波器系数的数量，一般通过经验公式进行估算。
2.3 选择窗函数根据滤波器的阶数和设计要求，选择合适的窗函数。
不同的窗函数具有不同的频域特性，适用于不同的应用场合。
一般而言，矩形窗适用于近似理想滤波器，汉宁窗适用于要求较窄过渡带的滤波器，汉明窗适用于要求极窄过渡带的滤波器。
2.4 确定窗函数的参数根据滤波器的阶数和设计要求，确定窗函数的参数。
窗函数设计fir滤波器的原理
窗函数设计fir滤波器的原理
FIR滤波器是数字信号处理中常用的一种滤波器，其特点是具有线性相位和稳定性。
在FIR滤波器中，窗函数是一种常用的设计方法，它可以用来控制滤波器的频率响应和滤波器的截止频率等参数。
窗函数的设计原理是基于信号的截断和补零，即将信号限制在一个有限的时间段内，并在信号的两端补零，使得信号在有限时间内变得平滑。
这样做的目的是为了避免信号在频域上出现不必要的波动，从而影响滤波器的性能。
在FIR滤波器中，窗函数的设计可以分为两个步骤：首先选择一个合适的窗函数，然后将该窗函数与理想滤波器的频率响应相乘，得到实际滤波器的频率响应。
常用的窗函数包括矩形窗、汉明窗、汉宁窗、布莱克曼窗等。
其中，矩形窗是最简单的窗函数，其频率响应为常数，但其截止频率较高，不适合用于滤波器的设计。
汉明窗和汉宁窗的频率响应较为平滑，但其截止频率较低，适合用于低通滤波器的设计。
布莱克曼窗的频率响应最为平滑，但其计算较为复杂，适合用于高精度的滤波器设计。
在选择窗函数后，需要将其与理想滤波器的频率响应相乘，得到实际
滤波器的频率响应。
理想滤波器的频率响应可以通过傅里叶变换得到，其截止频率和通带宽度可以根据滤波器的设计要求进行调整。
将窗函
数与理想滤波器的频率响应相乘后，得到的实际滤波器的频率响应可
以通过傅里叶反变换得到时域响应，从而得到滤波器的系数。
总之，窗函数是一种常用的FIR滤波器设计方法，其原理是通过信号
的截断和补零来控制滤波器的频率响应和截止频率等参数。
在设计过
程中，需要选择合适的窗函数，并将其与理想滤波器的频率响应相乘，得到实际滤波器的频率响应，从而得到滤波器的系数。
窗函数法设计FIR滤波器
10-1 课程设计名称：信号分析与处理课程设计课程设计题目：用窗函数法设计FIR 数字滤波器初始条件：1. Matlab 软件；2. 课程设计辅导资料：“Matlab 语言基础及使用入门”、“信号与系统”、“数字信号处理原理与实现”、“Matlab 及在电子信息课程中的应用”等；3. 先修课程：信号与系统、数字信号处理、Matlab 应用实践及信号处理类课程等。
要求完成的主要任务：（包括课程设计工作量及其技术要求，以及说明书撰写等具体要求）1. 课程设计时间：1周；2. 课程设计内容：用窗函数法设计FIR 数字滤波器，具体包括：用窗函数法设计FIR 数字滤波器基本方法，各种窗函数的应用、比较、选择，线性相位FIR 滤波器的设计等；3. 本课程设计统一技术要求：研读辅导资料对应章节，对选定的设计题目进行理论分析，针对具体设计部分的原理分析、建模、必要的推导和可行性分析，画出程序设计框图，编写程序代码（含注释），上机调试运行程序，记录实验结果（含计算结果和图表），并对实验结果进行分析和总结，按要求进行实验演示和答辩等；4. 课程设计说明书按学校“课程设计工作规范”中的“统一书写格式”撰写，具体包括：① 目录；② 与设计题目相关的理论分析、归纳和总结；③ 与设计内容相关的原理分析、建模、推导、可行性分析；④ 程序设计框图、程序代码（含注释）、程序运行结果和图表、实验结果分析和总结；⑤ 课程设计的心得体会（至少500字）；⑥ 参考文献（近5年的、不少于5篇）；⑦ 其它必要内容等。
时间安排：1周附——具体设计内容：1. 用矩形窗设计一个FIR 线性相位数字低通滤波器，已知0.5,21c N ωπ==。
求出()h n 并画出幅频响应特性曲线。
2. 用三角形窗设计一个FIR 线性相位数字低通滤波器，已知51,5.0==N πωc ；要求画出滤波器的20log ()j H e ω曲线。
3. 用布莱克曼窗设计一个FIR 线性相位 90相移的数字带通滤波器0000,()0,0,jw j c c d c c je H e αωωωωωωωωωωωωπ-⎧-≤≤+⎪=⎨≤<-+<≤⎪⎩ 设51,6.0,2.00===N πωπωc 。
用窗函数法设计FIR数字低通滤波器要点
河北科技大学课程设计报告学生姓名: 学号:专业班级：课程名称:学年学期指导教师:20年月课程设计成绩评定表目录1. 窗函数设计低通滤波器1.1设计目的 (1)1.2设计原理推导与计算 (1)1．3设计内容与要求 (2)1.4设计源程序与运行结果 (3)１.5思考题……………………………………………………………………１01．6心得体会 (14)参考文献……………………………………………………………………… 1５１.窗函数设计低通滤波器1.1设计目的1. 熟悉设计线性相位数字滤波器的一般步骤。
2. 掌握用窗函数法设计FIR 数字滤波器的原理和方法。
3. 熟悉各种窗函数的作用以及各种窗函数对滤波器特性的影响。
4. 学会根据指标要求选择合适的窗函数。
1.2设计原理推导与计算如果所希望的滤波器的理想的频率响应函数为()ωj d e H ，则其对应的单位脉冲响应为()()ωπωωππd e e H n h j j d d ⎰-=21 （４.1）窗函数设计法的基本原理是设计设计低通FIR 数字滤波器时，一般以理想低通滤波特性为逼近函数()ωj e H ，即()⎪⎩⎪⎨⎧≤<≤=-πωωωωωαωc c j jd ，，e e H 0，其中21-=N α()()()[]()a n a n d e e d e eH n h c j j j j d d cc--===⎰⎰---πωωπωπωαωωωαωππωsin 2121用有限长单位脉冲响应序列()n h 逼近()n h d 。
由于()n h d 往往是无限长序列，而且是非因果的，所以用窗函数()n ω将()n h d 截断,并进行加权处理，得到:()()()n n h n h d ω=(4．2)()n h 就作为实际设计的FI Ｒ数字滤波器的单位脉冲响应序列，其频率响应函数()ωj e H 为()()nj N n j en h eH ωω∑-==1ﻩ ﻩ（4.3)式中,N 为所选窗函数()n ω的长度。
FIR滤波器的设计
实验六、用窗函数法设计FIR 数字滤波器一、实验目的：（1）熟悉基本的窗函数，及其特点。
（2）掌握用窗函数法设计FIR 数字滤波器的原理和方法。
（3）熟悉线性相位FIR 数字滤波器特性。
二.实验原理（一）FIR 滤波器的设计FIR 滤波器具有严格的相位特性，这对于语音信号处理和数据传输是很重要的。
目前FIR 滤波器的设计方法主要有三种：窗函数法、频率取样法和切比雪夫等波纹逼近的最优化设计方法。
本实验中的窗函数法比较简单，可应用现成的窗函数公式，在技术指标要求不高的时候是比较灵活方便的。
它是从时域出发，用一个窗函数截取一个理想的)(n h d 得到h(n)，以有限长序列h(n)近似理想的)(n h d ：如果从频域出发，用理想的)(jw d e h 在单位圆上等角度取样得到H （k ），根据h(k)得到H(z)将逼近理想的)(z H d 这就是频率取样法。
（二）窗函数设计法同其它的的数字滤波器设计的方法一样，用窗函数设计滤波器也是首先要对滤波器提出性能指标。
一般是给定一个理想的频率响应)(jw d e h ，使所设计的FIR 滤波器的频率响应)(jw e h 去逼近所要求的理想的滤波器的响应)(jw d e h 窗函数设计的任务在于寻找一个可实现（有限长单位脉冲响应）的传递函数。
∑-=-=1)()(N n jw jwn e n h e H去逼近)(jw d e h 。
我们知道，一个理想的频率响应)(jw d e h 的傅里叶变换⎰=ππ20)(21)(dw e e H n h jwnjw d d 所得到的理想的单位脉冲响应)(n h d 往往是一个无限长序列，对)(n h d 经过适当的加权、截取处理才得到一个所需要的有限长脉冲响应序列。
对应不同的加权、截断，就有不同的窗函数。
所要寻找的滤波器脉冲响应就等于理想脉冲响应和窗函数的乘积。
即:)()()(n w n h n h d =由此可见，窗函数的性质就决定了滤波器的品质。
用窗函数法设计FIR数字滤波器
实验五用窗函数法设计FIR 数字滤波器一、实验目的：1.掌握用窗函数法设计FIR 数字滤波器的原理和方法 2.熟悉线性相位FIR 数字滤波器特性。
3.了解各种窗函数对滤波特性的影响。
二、实验原理线性相位特点在实际应用中非常重要，如在数据通信、图像处理、语音信号处理等领域，往往要求系统具有线性相位特性，因而常采用容易设计成线性相位的有限冲激响应FIR 数字滤波器来实现。
1. 常用窗函数：1) 矩形窗10[]0k M w k ≤≤⎧=⎨⎩其他〔5.21〕 2) Hann 〔汉纳〕窗0.5-0.5cos(2/)0[]0k M k M w k π≤≤⎧=⎨⎩其他〔5.22〕3) Hamming 〔汉明〕窗 0.54-0.46cos(2/)0[]0k M k M w k π≤≤⎧=⎨⎩其他〔5.23〕4) Blackman 〔布莱克曼〕窗 0.42-0.5cos(2/)0.08cos(4/)0[]0k M k M k M w k ππ+≤≤⎧=⎨⎩其他〔5.24〕 5) Kaiser 〔凯泽〕窗0[]0w k k M =≤≤〔5.25〕 其中2201(/2)()1!n x I x n ∞=⎡⎤=+⎢⎥⎣⎦∑ 下面介绍用窗函数设计FIR 滤波器的步骤：a) 根据技术要求确定待求滤波器的单位取样响应[]d h k 。
b) 根据对过渡带和阻带衰减的要求，选择窗函数的形式，并估计窗函数长度/N A w ≈∆，A 决定于窗口的形式，w ∆表示滤波器的过渡带。
c) 利用选好的窗函数计算滤波器的单位取样响应[][][]d h k h k w k =。
d) 验算技术指标是否满足要求。
设计出来的滤波器的频率响应用10()[]N j j n n H e h k e -Ω-Ω==∑来计算。
2. Matlab 数字信号处理工具箱中常用的FIR 数字滤波器设计函数hanning 汉纳窗函数。
hamming 汉明窗函数。
blackman 布莱克曼窗函数。
基于窗函数法FIR数字滤波器的设计(毕业设计)
重庆三峡学院毕业设计（论文）题目基于窗函数法FIR数字滤波器的设计专业电子信息工程年级 2 0 0 6 级学生姓名郝海学生学号 200615190154指导教师徐正坤职称助教完成毕业设计（论文）时间2009年12月基于窗函数法FIR数字滤波器的设计郝海重庆三峡学院应用技术学院电子信息工程（仪器仪表）专业06级重庆万州 404100摘要简述了数字滤波器中的有限长单位冲激响应(FIR)滤波器的原理,对FIR滤波器的窗函数设计方法进行了研究。
窗函数法在FIR 数字滤波器的设计中有着广泛的应用。
介绍了一种基于等波纹切比雪夫逼近准则的FIR 数字滤波器的设计方法,通过MATLAB 的仿真实现。
传统的数字滤波器设计方法繁琐且结果不直观,本文利用MATLAB具有强大的科学计算和图形显示这一优点,与窗函数法设计理论相结合共同设计FIR数字滤波器,不但使设计结果更加直观,而且提高了滤波器的设计精度,从而更好地达到预期效果。
关键字FIR数字滤波器窗函数等波纹切比雪夫逼近 MATLAB仿真目录1 引言 ---------------------------------------------------------------------------- 12 FIR数字滤波器的介绍------------------------------------------------------------- 22.1FIR数字滤波器的特点--------------------------------------------------------- 22.2线性相位FIR数字滤波器的特点------------------------------------------------- 22.2.1 单位冲激响应h(n)的特点------------------------------------------------- 22.2.2 线性相位的条件---------------------------------------------------------- 22.2.3 线性相位特点和幅度函数的特点-------------------------------------------- 22.3FIR数字滤波器的设计原理----------------------------------------------------- 42.4数字滤波器的性能指标--------------------------------------------------------- 5 3窗函数设计法--------------------------------------------------------------------- 63.1窗函数设计原理分析----------------------------------------------------------- 63.2设计方法--------------------------------------------------------------------- 73.3窗函数介绍------------------------------------------------------------------- 93.4窗函数法设计步骤------------------------------------------------------------ 133.5设计实例-------------------------------------------------------------------- 133.6窗函数法计算中的主要问题---------------------------------------------------- 144 FIR数字滤波器的优化------------------------------------------------------------ 154.1均方误差最小化准则---------------------------------------------------------- 154.2切比雪夫最佳一致逼近定理---------------------------------------------------- 164.3利用切比雪夫逼近理论设计FIR数字滤波器-------------------------------------- 174.4瑞米兹算法------------------------------------------------------------------ 175 MATLAB简介与数字滤波器的MATLAB实现-------------------------------------------- 195.1MATLAB简介----------------------------------------------------------------- 195.2MATLAB程序----------------------------------------------------------------- 20 结论 ----------------------------------------------------------------------------- 26 谢辞 ----------------------------------------------------------------------------- 26 参考文献 ------------------------------------------------------------------------- 26 附录 ----------------------------------------------------------------------------- 271 引言数字信号处理(DSP,digital signal processing)是从20世纪60年代以来，随着信息学科和计算机的高速发展而迅速发展起来的一门新兴学科。
用窗函数法设计FIR数字滤波器
用窗函数法设计FIR 数字滤波器一、实验目的1、加深对窗函数法设计FIR 数字滤波器的基本原理的理解2、学习用MATLAB 语言的窗函数法编写设计FIR 数字滤波器的程序3、了解MATLAB 有关窗函数法设计的常用子函数二、实验涉及的MATLAB 子函数1、boxcar ：矩形窗2、triang ：三角窗3、bartlett ：巴特利特窗4、hamming ：哈明窗5、hanning ：汉宁窗6、blackman ：布莱克曼窗7、chebwin ：切比雪夫窗8、kaiser ：凯瑟窗9、firl ：基于窗函数的FIR 数字滤波器设计——标准频率响应，以经典方法实现加窗线性相位FIR 滤波器设计，可设计出标准的低通、带通、高通和带阻滤波器。
三、实验原理1、运用窗函数法设计FIR 数字滤波器 FIR 数字滤波器的系统函数为ωN-1-n n=0H(z)=h(n)z ∑N-1-n n=0H(z)=h(n)z ∑这个公式也可以看成是离散LSI 系统的系统函数M-m-1-2-m mm=0012m N -1-2-k-k12k k k=1bz b +b z +b z ++b z Y(z)b(z)H(z)====X(z)a(z)1+a z +a z ++a z1+a z ∑∑ 分母a 0为1，其余a k 全都为0时的一个特例。
由于极点全部集中在零点，稳定和线性相位特性是FIR 滤波器的突出优点，因此在实际中广泛使用。
FIR 滤波器的设计任务是选择有限长度的h(n)，使传输函数H(e jw )满足技术要求。
用窗函数法设计FIR 数字滤波器的基本步骤是：1)根据过渡带和阻带衰减设计指标选择窗函数类型，估算滤波器的阶数N ； 2)由数字滤波器的理想频率响应H(e jw )求出其单位冲击响应h d (n)。
2、各种窗函数特性的比较窗函数 旁瓣峰值/dB 近似过渡带宽 精确过渡带宽阻带最小衰减/dB矩形窗 -13 4/N π 1.8/N π 21 三角形窗 -25 8/N π 6.1/N π 25 汉宁窗 -31 8/N π 6.2/N π 44 哈明窗 -41 8/N π 6.6/N π 53 布莱克曼窗 -57 12/N π11/N π 74 凯塞窗-5710/N π803、用窗函数设计FIR 数字低通滤波器4、用窗函数法设计FIR 数字高通滤波器5、用窗函数法设计FIR 数字带通滤波器6、用窗函数法设计FIR 数字带阻滤波器四、实验内容选择合适的窗函数设计FIR 数字低通滤波器，要求：通带ωp =0.2π，Rp=0.05dB ；阻带ωs =0.3π，As=40dB 。
(完整word版)用窗函数法设计FIR数字滤波器
用窗函数法设计FIR 数字滤波器一、实验目的1.掌握用窗函数法设计FIR 数字滤波器的原理和方法。
2.熟悉线性相位FIR 数字滤波器特征。
3.了解各种窗函数对滤波特性的影响。
二、实验仪器微型计算机 matlab 软件 三、实验原理和方法如果所希望的滤波器的理想频率响应函数为 )(ωj d eH ，则其对应的单位脉冲响应为)(n h d =π21ωωωππd e e H j j d )(⎰-（2-1）窗函数设计法的基本原理是用有限长单位脉冲响应序列)(n h 逼近)(n h d 。
由于)(n h d 往往是无限长序列，且是非因果的，所以用窗函数)(n ω将)(n h d 截断，并进行加权处理，得到：)(n h ＝)(n h d )(n ω (2-2))(n h 就作为实际设计的FIR 数字滤波器的单位脉冲响应序列，其频率响应函数)(ωj d e H 为： )(ωj d eH ＝∑-=-1)(N n j e n h ω (2-3)式中，N 为所选窗函数)(n ω的长度。
由第七章可知，用窗函数法设计的滤波器性能取决于窗函数)(n ω的类型及窗口长度N 的取值。
设计过程中，要根据对阻带最小衰减和过渡带宽度的要求选择合适的窗函数类型和窗口长度N 。
各种类型的窗函数可达到的阻带最小衰减和过渡带宽度见第七章。
这样选定窗函数类型和长度N 后，求出单位脉冲响应)(n h ＝)(n h d ·)(n ω，并按式（2-3）求出)(ωj e H 。
)(ωj e H 是否满足要求，要进行验算。
一般在)(n h 尾部加零使长度满足于2的整数次幂，以便用FFT 计算)(ωj e H 。
如果要观察细节，补零点数增多即可。
如果)(ωj eH 不满足要求，则要重新选择窗函数类型和长度N ，再次验算，直至满足要求。
如果要求线性相位特性，则)(n h 还必须满足)1()(n N h n h --±= (2-4)根据上式中的正负号和长度N 的奇偶性又将线性相位FIR 滤波器分成四类。
2016-2017年用窗函数法设计FIR数字滤波器（总结）
用窗函数法设计FIR 数字滤波器一、实验目的1.掌握用窗函数法设计FIR 数字滤波器的原理和方法。
2.熟悉线性相位FIR 数字滤波器特征。
3.了解各种窗函数对滤波特性的影响。
二、实验仪器微型计算机 matlab 软件三、实验原理和方法如果所希望的滤波器的理想频率响应函数为 )(ωj d e H ，则其对应的单位脉冲响应为)(n h d =π21ωωωππd e e H j j d )(⎰- （2-1）窗函数设计法的基本原理是用有限长单位脉冲响应序列)(n h 逼近)(n h d 。
由于)(n h d 往往是无限长序列，且是非因果的，所以用窗函数)(n ω将)(n h d 截断，并进行加权处理，得到：)(n h ＝)(n h d )(n ω (2-2))(n h 就作为实际设计的FIR 数字滤波器的单位脉冲响应序列，其频率响应函数)(ωj d e H 为： )(ωj d e H ＝∑-=-10)(N n j e n h ω (2-3)式中，N 为所选窗函数)(n ω的长度。
由第七章可知，用窗函数法设计的滤波器性能取决于窗函数)(n ω的类型及窗口长度N 的取值。
设计过程中，要根据对阻带最小衰减和过渡带宽度的要求选择合适的窗函数类型和窗口长度N 。
各种类型的窗函数可达到的阻带最小衰减和过渡带宽度见第七章。
这样选定窗函数类型和长度N 后，求出单位脉冲响应)(n h ＝)(n h d ·)(n ω，并按式（2-3）求出)(ωj e H 。
)(ωj e H 是否满足要求，要进行验算。
一般在)(n h 尾部加零使长度满足于2的整数次幂，以便用FFT 计算)(ωj e H 。
如果要观察细节，补零点数增多即可。
如果)(ωj e H 不满足要求，则要重新选择窗函数类型和长度N ，再次验算，直至满足要求。
如果要求线性相位特性，则)(n h 还必须满足)1()(n N h n h --±= (2-4)根据上式中的正负号和长度N 的奇偶性又将线性相位FIR 滤波器分成四类。
用窗函数法设计FIR滤波器
c
W R (
－ )
c
＝
c
c
－
W R (
2π N
－ )
＝
c
W R (
－ )
＝
c
＋
2π N
0 .0 8 9 5
0 .0 4 6 8
0 .5
－
c 0 .0 8
95
0 .0 4 6 8
－
2π N
c
＋
2π N
WR(ω)主瓣宽度为4π/N, 主瓣为原点两边第一个过零点间的区域
将理想低通的频率响应也写成
Hd(ej)Hd( )ejN21
c＋
2π N
0 .0 8 9 5
0 .5
0 .0 4 6 8
c － 0 .0 8 9 5
0 .0 4 6 8
2π N
WR(ω-θ)右旁瓣进入Hd(θ)通带，使H(ω)围绕H(0)值而波动
11
第15讲 有限长单位脉冲响应
▪ 复卷积过程 H ()2 1 H d()W R()d
5）ω=ωc+2π／Ｎ时的响应H(ωc+2π/N)
＝ c
W R ( － )
c－
2π N
＝ c －
2π N
W R ( － )
＝ c＋
c＋
2π N
0 .0 8 9 5
0 .5
0 .0 4 6 8
c
－ 0 .0 8 9 5
0 .0 4 6 8
H d ( )
2π N
(a ) (b ) (c ) (d )
－
－ c
o
－
2 / N
o H d ( )
2）ω=ωc时的响应H(ωc)
海明窗函数法设计数字FIR带阻滤波器
XX学院物理系《数字信号处理》课程设计报告书设计题目：海明窗函数设计FIR数字高通滤波器的仿真专业：电子信息科学与技术班级： 10电科本1学生姓名: xxx学号: xxxxxxxxx指导教师： xxxxx2013年5 月20 日XX学院物理系课程设计任务书专业：电子信息科学与技术班级： 10电科本12013年 5 月 10 日摘要数字滤波器可以理解为是一个计算程序或算法，将代表输入信号的数字时间序列转化为代表输出信号的数字时间序列，并在转化过程中，使信号按预定的形式变化。
数字滤波器有多种分类，根据数字滤波器冲激响应的时域特征，可将数字滤波器分为两种，即无限长冲激响应（iir）滤波器和有限长冲激响应（fir）滤波器。
fir数字滤波器的单位脉冲响应是有限长序列。
它的设计问题实质上是确定能满足所要求的转移序列或脉冲响应的常数问题，设计方法主要有窗函数法、频率采样法和等波纹最佳逼近法等。
用窗函数设计滤波器首先要对滤波器提出性能指标。
一般是给定一个理想的频率响应，使所设计的FIR滤波器的频率响应去逼近所要求的理想的滤波器的响应。
窗函数法设计的任务在于寻找一个可实现（有限长单位脉冲响应）的传递函数。
用一定宽度窗函数截取无限脉冲响应序列获得有限长的脉冲响应序列。
数字滤波在通信、图像编码、语音编码、雷达等许多领域中有着十分广泛的应用。
目前，数字信号滤波器的设计图像处理、数据压缩等方面的应用取得了令人瞩目的进展和成就。
近年来迅速发展起来的小波理论，由于其局部分析性能的优异在图像处理中的应用研究，尤其是在图像压缩图像、去噪等方面的应用研究，受到了越来越多的关注。
关键词：FIR 窗函数海明窗有限长冲激响应高通滤波器MATLAB目录1 绪论 ..................................................1.1 数字滤波器工作原理........................................1.2 海明窗函数定义............................................1.3 MATLAB软件简介............................................2 实验设计 ..............................................2.1设计FIR数字滤波器的基本方法...............................2.2 FIR数字滤波器设计的步骤...................................2.3窗函数法滤波器设计.........................................2.4数字滤波器一般实现方法.....................................2.5高通滤波器设计要求.........................................3 运行结果 ..............................................3.1 实验环境..................................................3.2 开发工具和汇编语言........................................3.3 程序设计..................................................3.4 实验结果..................................................4 总结 .................................................. 参考文献 .................................................1 绪论1.1数字滤波器工作原理（1）通过傅里叶逆变换获得理想滤波器的单位脉冲响应hd(n)。
实验六指导书 用窗函数法设计FIR数字滤波器
实验六 用窗函数法设计FIR 数字滤波器１、实验目的（１）掌握用窗函数法设计FIR 数字滤波器的原理和方法。
（２）熟悉线性相位FIR 数字滤波器特性。
（３）了解各种窗函数对滤波特性的影响。
２、实验原理如果所希望的滤波器的理想频率响应函数为)(jw d e H ，则其对应的单位脉冲响应为：⎰-=πππdw e e H n h jwn jw d d )(21)(窗函数设计法的基本原理是用有限长单位脉冲响应h(n)逼近h d (n)。
由于h d (n)往往是无限长序列，且是非因果的，所以用窗函数ω(n)将h d (n)截断，并进行加权处理，得到：)()()(n w n h n h d ⋅=h(n)就作为实际设计的FIR 数字滤波器的单位脉冲响应序列，其频率响应函数H(e jω)为：∑-=-=10)()(N n jwn jwe n h e H 式中，N 为所选窗函数ω(n)的长度。
这种对理想单位取样响应的加窗处理对滤波器的频率响应会产生以下三点影响：（1）使理想特性不连续的边沿加宽，形成一个过渡带，过渡带的宽度取决于窗函数频谱的主瓣宽度。
（2）在过渡带两旁产生肩峰和余振，它们取决于窗函数频谱的旁瓣；旁瓣越多，余振也越多；旁瓣相对值越大，肩峰则越强。
（3）增加截断长度N ，只能缩小窗函数频谱的主瓣宽度而不能改变旁瓣的相对值；旁瓣与主瓣的相对关系只决定于窗函数的形状。
因此增加N ，只能相对应减小过渡带宽。
而不能改变肩峰值。
肩峰值的大小直接决定通带内的平稳和阻带的衰减，对滤波器性能有很大关系。
例如矩形窗的情况下，肩峰达8.95%，致使阻带最小衰减只有21分贝，这在工程上往往是不够的。
怎样才能改善阻带的衰减特性呢？只能从改善窗函数的形状上找出路，所以希望的窗函数频谱中应该减少旁瓣，使能量集中在主瓣，这样可以减少肩峰和余振，提高阻带衰减。
而且要求主瓣宽度尽量窄，以获得较陡的过渡带，然而这两个要求总不能同时兼得，往往需要用增加主瓣宽度带换取较大的阻带衰急，于是提出了海明窗、汉宁窗、布莱克曼窗、凯塞窗、切比雪夫窗等窗函数。
用窗函数法设计 FIR 数字滤波器实验报告及代码展示
本科生实验报告数字信号处理 课 程 实 验 报 告实验名称 用窗函数法设计 FIR 数字滤波器 一、实验原理、目的与要求1. 实验原理如果所希望的滤波器的理想频率响应函数为，则其对应的单位脉冲响应为：用窗函数w(n)将)(d n h 截断，并进行加权处理，得到：h(n)就作为实际设计的FIR 数字滤波器的单位脉冲响应序列，其频率响应函数）（jw H e 为：式中，N 为所选窗函数w(n)的长度。
用窗函数法设计的滤波器性能取决于窗函数w(n)的类型及窗口长度N 。
因此，在设计过程中，要根据对阻带最小衰减和过度带宽度的要求选择合适的窗函数类型和窗口长度N 。
选定窗函数了形和长度N 后，求出单位脉冲响应h(n)=hd(n)·w(n)，并可以求出）（jw H e 。
）（jw H e 是否满足要求，要进行验算。
一般在h(n)尾部加零使长度满足2的整数次幂，以便用FFT 计算）（jw H e 。
如果要观察细节，补零点数增多即可。
如果）（jw H e如果要求线性相位特性，则h(n)还必须满足：根据上式中的正、负号和长度N的奇偶性又将线性相位FIR滤波器分成四类。
要根据所设计的滤波特性正确选择其中一类。
例如，要设计线性相位低通特性，可选择h(n)=h(N-1-n)一类，而不能选h(n)=-h(N-1-n)一类。
2. 实验目的（1）掌握用窗函数法设计 FIR 数字滤波器的原理和方法。
（2）熟悉线性相位 FIR 数字滤波器特性。
（3）了解各种窗函数对滤波特性的影响。
3. 实验要求（1）简述实验目的及原理。
（2）按照实验步骤及要求，比较各种情况下的滤波性能，说明窗口长度 N 和窗函数类型对滤波特性的影响。
（3）总结用窗函数法设计 FIR 滤波器的主要特点。
（4）简要回答思考题。
二、实验仪器设备（标注实验设备名称及设备号）Windows 计算机台号 22Matlab 软件三、实验内容步骤及结果分析1.用升余弦窗设计一线性相位低通 FIR 数字滤波器，截至频率wc = π/ 4 rad。
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FIR数字滤波器的（海明）窗函数法设计
1．课程设计目的
（1）熟悉并掌握MATLAB中有关声音（wave）录制、播放、存储和读取的函数。
（2）加深对FIR数字滤波器设计的理解，并用窗函数法进行FIR数字滤波器的设计。
（3）将设计出来的FIR数字滤波器利用MATLAB进行仿真。
（4）对一段音频文件进行加入噪声处理，对带有噪声的文件进行滤波处理。
2.设计方案论证
2.1 Matlab语言概述
MATLAB是一种以矩阵运算为基础的交互式程序语言，专门针对科学、工程计算及绘图的需求。
随着版本的不断升级，内容不断扩充，功能更加强大，从而被广泛应用于仿真技术、自动控制和数字信号处理领域。
此高级语言可用于技术计算
此开发环境可对代码、文件和数据进行管理
交互式工具可以按迭代的方式探查、设计及求解问题
数学函数可用于线性代数、统计、傅立叶分析、筛选、优化以及数积分等
二维和三维图形函数可用于可视化数据
各种工具可用于构建自定义的图形用户界面
各种函数可将基于MATLAB的算法与外部应用程序和语言（如C、C++、Fortran、Java、COM 以及Microsoft Excel）集成
不支持大写输入，内核仅仅支持小写
2.2声音处理
语音是人类获取信息的重要来源和利用信息的重要手段。
语音信号处理是一门发展十分迅速，应用非常广泛的前沿交叉学科，同时又是一门跨学科的综合性应用研究领域和新兴技术。
声音是一种模拟信号，而计算机只能处理数字信息0和1。
因此，首先要把模拟的声音信号变成计算机能够识别和处理的数字信号，这个过程称为数字化，也叫“模数转换”。
在计算机对数字化后的声音信号处理完
图1 选择windows下的录音机
”或是点击快捷按钮
图5 加噪后语音信号和频谱
图7 滤波器幅频特性与相频特性
设计的滤波器是用单位采样响应h(n)表示的，可以利用带噪声语音
图8滤波器系统函数
图9 加噪后语音信号与滤波器处理之后信号图3.设计结果与分析。