DIP-05-卷积：线性滤波

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dip学习心得

dip学习心得
DIP是指数字图像处理，是计算机科学领域的一个重要分支。

通过DIP，可以对数字图像进行一系列的处理和分析，如图像增强、图像压缩、图像恢复等。

DIP的学习可以帮助我们深入理解图像的特性和处理方法，提高图像处理的效果和质量。

在进行DIP学习的过程中，我发现以下几个重要的要点和经验：
1. 掌握图像的表示和处理方法：了解图像的表示方法是DIP学习的
基础。

图像可以表示为二维矩阵或三维张量，每个元素代表图像的像
素值。

通过合适的处理方法，可以对图像进行增强、压缩等操作。

2. 熟悉常见的图像处理算法：了解和掌握常见的图像处理算法是
DIP学习的重要内容。

例如，线性滤波和非线性滤波是图像增强的常用方法；离散余弦变换（DCT）和小波变换（Wavelet Transform）是图像压缩的重要技术。

3. 实践是提高技能的关键：通过进行实践和项目实践，可以提高
DIP的技能水平。

例如，可以编写图像处理的代码，并应用于实际图像，观察结果和效果。

在实践中，可以更好地理解和掌握图像处理算法。

4. 深入了解图像处理的领域和应用：学习DIP并不仅仅是掌握基本
的理论和算法，还需要了解图像处理的领域和应用。

例如，医学图像
处理、视频处理和计算机视觉等都是图像处理的重要领域，可以进一
步研究和探索。

总结起来，DIP学习的关键在于掌握图像的表示和处理方法，熟悉常见的图像处理算法，并通过实践和深入了解图像处理的领域和应用来提高技能水平。

DIP的学习是一个持续学习和实践的过程，希望通过我的努力和探索，能够在DIP领域有所突破和贡献。

信号卷积滤波

信号卷积滤波
信号卷积滤波是一种时域滤波方法，用于处理信号中的噪声或者提取信号的特定频率成分。

它基于卷积运算的原理，将信号与滤波器的冲激响应进行卷积运算，得到滤波后的信号。

具体而言，给定一个输入信号x(n)和一个滤波器的冲激响应
h(n)，信号卷积滤波的过程可以用以下公式表示：
y(n) = Σ x(k) * h(n-k)
其中，y(n)表示滤波后的输出信号，k为滤波器冲激响应的位移（通常从0开始），*表示乘法运算。

通过对输入信号与滤波器冲激响应进行卷积运算，可以得到滤波后的输出信号。

信号卷积滤波的主要目的是通过改变滤波器的冲激响应，实现对不同频率成分的增强或者抑制。

例如，使用低通滤波器可以滤除高频噪声，使用高通滤波器可以滤除低频噪声，使用带通滤波器可以提取特定频率范围内的信号成分。

在实际应用中，信号卷积滤波可以通过离散卷积运算或者快速傅里叶变换（FFT）等方法实现。

离散卷积运算适用于信号长度较短的情况，而FFT方法适用于信号长度较长的情况，可以提高计算效率。

总之，信号卷积滤波是一种基于卷积运算的滤波方法，通过改变滤波器的冲激响应实现对信号的增强或者抑制。

它在信号处理领域有广泛的应用，如音频处理、图像处理等。

第11章滤波器设计

G(s)
(
s s
)
(s
s0
)
1 2
(
f1
f2
(s s0)
),
s f2 f1
g
(t
)
s
sin(st st
)
2
cos(2
s0t
)
2s
sin(st st
)
cos(2
s0t
)
低频包络
高频载波
中国传媒大学信息工程学院
6
DIP
数字图像处理
Digital Image Processing
理想带通滤波器的冲激响应
征。因此，若n(t)是遍历性随机变量，则它是一个有着
已知自相关函数的未知函数。
n(t)的自相关函数为：Rn ( ) n(t)n(t )dt
则功率谱为：
Pn(s) F Rn()
也就是说，知道n(t)的幅度谱，但不知其相位谱。实
际上，成员函数集由无限多的仅在相位谱上有区别的
中国传媒函大数学均信息值工构程成学院。
中国传媒大学信息工程学院
7
DIP
11.3.2 理想带阻滤波器
数字图像处理
Digital Image Processing
s
G(s)
1
0 G(s)
f1 s f2
-f2 -f1
f1 s0 f2 s
1 else
G(
s)
1
(
s s
)
(
s
s0
)
(
s
s0
)
g
(t
)
(t
)
2s
sin(st st
)
cos(2

机器视觉图像预处理之线性滤波器

机器视觉图像预处理之线性滤波器图像常被强度随机信号(也称为噪声)所污染.一些常见的噪声有椒盐(Salt & Pepper) 噪声、脉冲噪声、高斯噪声等.椒盐噪声含有随机出现的黑白亮度值.而脉冲噪声则只含有随机的白强度值(正脉冲噪声)或黑强度值(负脉冲噪声).与前两者不同，高斯噪声含有亮度服从高斯或正态分布的噪声(如图5.4所示）.高斯噪声是许多传感器噪声的很好模型，例如摄像机的电子干扰噪声。

线性平滑滤波器去除高斯噪声的效果很好，且在大多数情况下，对其它类型的噪声也有很好的效果.线性滤波器使用连续窗函数内象素加权和来实现滤波.特別典型的是，同一模式的权重因子可以作用在每一个窗口内，也就意味着线性滤波器是空间不变的，这样就可以使用卷积模板来实现滤波.如果图像的不同部分使用不同的滤波权重因子，且仍然可以用滤波器完成加权运算，那么线性滤波器就是空间可变的.任何不是象素加权运算的滤波器都属于非线性滤波器.非线性滤波器也可以是空间不变的，也就是说，在图像的任何位置上可以进行相同的运算而不考虑图像位置或空间的变化.5.4节中所提出的中值滤波器就是空间不变的非线性滤波器.下面主要介绍两种线性滤波器，均值滤波器和高斯滤波器。

5.3.1均值滤波器最简单的线性滤波器是局部均值运算，即每一个象素值用其局部邻域内所有值的均值置换其中，M是邻域N内的象素点总数.例如，在象素点[i，j]处取3×3邻域，得到该方程与方程(5.6)对比，对于卷积模板中的每一点[i，j],有g [i，j]= 1/9,那么方程(5.6) 就退化成方程(5.10)所示的局部均值运算.这一结果表明，均值滤波器可以通过卷积模板的等权值卷积运算来实现（见图5.5).实际上，许多图像处理运算都可以通过卷积来实现，邻域N的大小控制着滤波程度，对应大卷积模板的大尺度邻域会加大滤波程度.作为去除大噪声的代价，大尺度滤波器也会导致图像细节的损失.不同尺度下均值滤波的结果见图5.6.在设计线性平滑滤波器时，选择滤波权值应使得滤波器只有一个峰值，称之为主瓣，并且在水平和垂直方向上是对称的.一个典型的3×3平滑滤波器的权值模板如下:线性平滑滤波器去除了高频成分和图像中的锐化细节，例如：会把阶跃变化平滑成渐近变化，从而牺牲了精确定位的能力。

DIP5国科大数字图像处理第5章PPT

s4 448 0.11
32
例
步骤5：计算p(sk)。
计算 n1
：（见表） n n 64 64， n1 790, n3 1023, n5 850, n 6 985, n7 448 n 0.19, n3 n 0.25, n5 n 0.21, n6 n 0.24, n7 n 0.11
直方图均衡化
直方图均衡化是将原图像的直方图通过变换函数修正为均匀的直方图，然后按均衡直方图修正原图像。图像均衡化处理后，图像的直方图是平直的，即各灰度级具有相同的出现频数。
15
直方图均衡化
连续灰度的直方图-非均匀分布
16
直方图均衡化
连续灰度的直方图-均匀分布
17
直方图均衡化
直方图均衡化
40
直方图均衡化
直方图均衡化技术是图像增强的实质：直方图均衡化实质上是减少图象的灰度级以换取对比度的加大。在均衡过程中，原来的直方图上频数较小的灰度级被归入很少几个或一个灰度级内。若这些灰度级所构成的图象细节比较重要，则需采用局部区域直方图均衡。
41
直方图均衡化
直方图均衡化技术是图像增强的实质：（1）两个占有较多像素的灰度变换后，灰度之间的差距增大。一般，背景和目标占有较多的像素，这种技术实际上加大了背景和目标的对比度。（2）占有较少像素的灰度变换后需要归并。一般，目标与背景的过渡处像素较少，由于归并，其或者变为背景点或者变为目标点，从而使边界变得陡峭。
s4 448
30
例
步骤4：计算nsk 。
计算对应每个 s k的像元数目 n k： r0 0 s 0 1, 所以有 790 个像元取 s 0 1这个灰度值； r1 s1 , 所以有 1023 个像元取 s1 3 这个灰度值； r2 s 2 , 所以有 850 个像元取 s 2 5 这个灰度值；而 r3 和 r4 都映射到 s 3 s 4 6, 所以有 656 329 985 个像元取 s3,4 6 这个灰度值；同理 r5 , r6 , r7 都映射到 s 5 ,6 ,7 1, 所以有 245 122 81 448 个像元取 s 5 ,6 ,7 1这个灰度值。

数字图像处理复习(参考版)

题型：选择10道20分，填空10-15道10-15分，名词解析3-4道15-20分，简答题2道20分，程序题1道10分，计算2道20分一、1、数字图像的特点：图像数据量庞大；精度高；再现性好2、数字图像的应用领域：医学：x-ray，超声波成像，CT遥感：农作物估产，地质勘探，天气预报工业：无损探伤，外观自动检查。

军事公安：巡航导弹地形识别，指纹识别，手迹鉴定考题：如医学上数字图像的应用表现在：x-ray，超声波成像，CT3、DIP的应用：电磁波，声波，超声波，电子，合成；电磁波：Gamma 射线（PET），X射线（CT），紫外线，可见光，红外（多光谱遥感），微波（雷达），无线电波（MRI）二、1、人眼的构造：锥状细胞：分辨力强，色彩；白昼视觉；杆状细胞：对低照度敏感；夜视觉（填空或选择题）2、不同照明下，人眼辨别光强度变化的能力不同。

（低照明时，亮度辨别较差（韦伯比大）高照明时，亮度辨别力好（韦伯比小）（填空题）3、马赫带效应：当亮度发生跃变时，视觉上会感到边缘的亮侧更亮些，暗侧更暗些。

在图像轮廓部分发生的主观亮度对比度加强的现象，又称为边缘对比效应。

（名词解析题）4、同时对比效应：眼睛对物体的主观亮度强烈的依赖于物体自身的背景。

当灰色物体周围是黑色背景时，主观亮度增强；当周围背景变明亮时，主观亮度会减弱。

（名词解析题）5、1）图像获取的步骤答：采样Sampling：图像空间坐标的数字化。

将空间上连续的图像变换成离散点的操作。

量化Quantization：图像函数值（灰度值）的数字化。

将像素灰度转换成离散的整数值的过程。

2）影响采样和量化的因素答：空间分辨率：图像中可辨别的最小细节。

采样。

采样间隔越小，像素数越多，空间分辨率高，图像质量好，但数据量大。

采样间隔越大，像素数越少，空间分辨率低，图像质量差，严重时出现像素呈块状的国际棋盘效应；灰度级分辨率：灰度级别中可分辨的最小变化。

量化量化等级越多，图像层次越丰富，灰度分辨率高，图像质量好，但数据量大；量化等级越少，图像层次欠丰富，灰度分辨率低，会出现假轮廓现象，图像质量变差，但数据量小。

DIP实验报告6-Parametric Wiener Filter

8
其中，z 表示灰度值，表示 z 的均值，σ表示 z 的标准差。标准差的平方内，有大约 95%落在范围
称为 z 的
，
，
内。
图 1 高斯噪声的概率密度函数
2．图像退化/复原过程的模型
如图 2 所示，退化过程被建模为一个退化函数和一个加性噪声项，对一副输入图像 x,y
进行处理，产生一副退化后的图像 g x,y 。给定 g x,y 和关于退化函数 H 的一些知识以及加我们希望这一估计尽可能地接近原始输入图像，并且 H 和η的信息知道得越多，所得到的 x,y
图 3 Fig5.26(a)原始图像
图 4 运动模糊图像后的结果
5
图 5 叠加均值为 0，方差为 10 的高斯噪声后的污损图像
图 6 复原图与原图像对比图
6
附录：MATLAB 程序
function Noise=Gaussian_Noise(im,z,sigma) %输入参数： % im 需要添加噪声的图像 % z 均值 % sigma 方差 %输出参数： % noise 噪声 [M,N]=size(im); R=z+sigma*randn(M,N); Noise=uint8(R); end function g=blur(im,a,b,T) %输入参数： % im 需要污损的图像 % a 横向位移 % b 纵向位移 % T 曝光时间 %输出参数： % g 经过污损的图像 [m,n]=size(im); IM=fft2(im); L=zeros(m,n); H=zeros(m,n); G=zeros(m,n); for u=1:m for v=1:n L(u,v)=pi*(u*a+v*b); H(u,v)=(T*sin(L(u,v))*exp(-1j*L(u,v)))/L(u,v); G(u,v)=IM(u,v)*H(u,v); end end g=uint8(abs(ifft2(G))); return function ima=wiener(im,g,K) %输入参数： % im 原始图像 % g 经过污损+噪声的图像 % K 特定常数 %输出参数： % ima 复原图像 [m,n]=size(im); H=zeros(m,n); P=zeros(m,n); F=zeros(m,n); IM=fft2(im); G=fft2(g); for u=1:m for v=1:n H(u,v)=G(u,v)/IM(u,v); P(u,v)=conj(H(u,v))*H(u,v); F(u,v)=(P(u,v)/(H(u,v)*(P(u,v)+K)))*G(u,v); end end

物料编码表

物料编码表备注：1、误差值表示法：J ：±1% B ：±5% K ：±10% M ：±20% C ：＋20% －10%2、功率表示法：A ：1/4W H ：1/2W 1：1W3、品牌表示法：统一用两个字母表示“CD ”长电 “FS ”仙童 “MI ”MIC “PH ”PHILIPS “TO ”东芝 “SY ”三友 “SH ”夏普 “CG ” 创格 “TD ” TDK “CH ”MICROCHIP “CL ” 创力 “AI ”艾华编号具体说明如下:一、电阻：1、贴片电阻编号：如：1.2K 0805 ±5%；其编号为：RS08B-0012000NO ；2、贴片电阻编号：如:1.2k 1206 ±1%；其编号为:RS12J-0012000NO;3、水泥电阻编号：如0.3欧姆5W ±10%；其编号为：RN00K-0000003NO;4、氧化膜电阻编号：如:100K 1W ±5%；其编号为：RY10B-1000000NO5、碳膜电阻编号：如：2.2K 1/4W ±5%；其编号为：RTA0B-0022000NO6、热敏电阻编号：如：5D-9；其编号为：THR50-0005090NO7、压敏电阻编号：如：471KD07；其编号为：VR05K-0074710NO备注：1、1210的封装的贴片的表示方法为： “10”2、有多位小数的在多位小数前加“*”。

如贴片电阻0.11Ω 1210 正负5%；其编号为：RS10B-0000*11NO3、以兆为单位的电阻在编号后加M.如1206贴片电阻2M 正负5%；其编号为：RS12B-00002M0NO 举例说明: R S 08 B 00 1200 0 NO电阻贴片 0805封装误差值为正负5% 不够位补“0” 1.2K 小数位无品牌要求二、电容：1、电解电容编号：如：100uF/400V 16*20mm,+20% -10%,品牌为艾华;其编号为：CA16C-1004000AI2、贴片电容编号:如:104/50V 0805 ±20%,品牌为创力;其编号为:CS08M-0104500CL3、X 电容编号：如：224K/275V;其编号为：CX15K-2242750NO4、Y 电容编号：如：222M/250V ；其编号为：CY10M-2222500NO5、瓷片电容编号：如：222M/1KV ；其编号为：CC10M-2221KV0NO举例说明:C A 16 C 100400 0 AI电容电解直径误差值为+20%－10% 规格小数位品牌艾华二、晶体：1、三极管编号：如：13001 TO-92封装，品牌为长电；其编号为：QC920-0130010CD2、开关二极管编号：如：1N4148 DO-35插件开关二极管,品牌为ST；其编号为：DKD35-0041480ST3、快速二极管编号：如：FR1007 DO-41,品牌为MIC；其编号为：DF410-0010070MI4、插件稳压二极管编号：如：15V 1/2W DO-41 , 品牌为ST；其编号为：DW410-000015ST5、贴片稳压二极管编号:如：2V LL34，品牌为ST；其编号为：DW340-0000020ST6、萧特基二极管编号：如：STPR1020CT D0-220，品牌为ST；其编号为：DX220-0001020ST7、发光二极管编号：如：￠5mm RED；其编号为：LE5R0-0000050NO8、整流二极管编号：如：1N4007 DO-41, 品牌为MIC；其编号为:DZ410-0040070MI9、场效应管编号：如：K2996 TO-220封装，品牌为友士；其编号为： M2200-0029960YS10、可控硅编号：如：BT134-600 TO-126封装，品牌为PHILIPS；其编号为：BT126-1346000PH11、双向二极管：如:DB3 ST DO-35封装，品牌为ST；其编号为：DS350-000DB30ST12．温控器编号：如：AMC 5A250V 100℃；其编号为：KT100-0052500NO13．整流桥编号：DB000-举例说明:Q C 92 0 0 13001 0 CD 三极管插件 TO-92封装误差值不够位补“0”规格小数位品牌为长电三、 IC:1、PWM IC编号：如：UC2843 SO-8，品牌为ON；其编号为：ICS80-0028430ON2、控制IC编号：如：TL431 DIP封装，品牌为ST；其编号为：ICD30-0004310ST3、四比较器IC编号：如LM324 SOP-14封装, 品牌为TI；其编号为：ICS14-0003240TI4、光电藕合器编号：如：PC817 DIP-4封装；品牌为SHARP；其编号为：PHD40-0008170SH举例说明:IC S8 0 00 2843 0 ONIC SO-8封装无误差值不够位用0补规格小数位品牌为ON四、变压器：1、变压器编号：如：PQ2620 2006120401其编号为：TRM26-6120401NO2、线性滤波器编号：如：UU10.5；其编号为：LF100-0000105NO3．棒型电感：φ5*12MM 100uH ；其编号为：LF050-0005120NO备注：“M”表示卧式“F”表示立式“NO”没有品牌要求举例说明:TR M 26 6120401 NO变压器卧式 PQ2620封装规格编号无品牌要求六、磁芯：1、铁氧体磁芯编号：如：PQ2620 PC40材质，品牌为TDK；其编号为：TRCO0-0026200TD2、变压器骨架编号：如：EE-30/30 PT(电木)材质，黑色；其编号为：TRBOO-0030300NO3、磁珠编号:如：φ3.5*1.0*3.0MM；其编号为：TRC00-0035130NO举例说明: TR C 00 3513 0变压器类型磁珠不够位用0补规格小数位七、绝缘片：1、矽胶片(散热布)编号：如：27*24*0.12mm矽胶片；其编号为：IS000-2724*12NO2、PET编号：如：200*30*0.2mm PET 绝缘片；其编号为：PET00- 0200302NO举例说明: IS 00 0 2724 *12 NO散热布类型误差值尺寸27*24mm 小数位0.12 无品牌要求八、套管：1、热缩套管编号：如：￠5*15mm；其编号为： GRS000-0005150NO2、铁弗龙套管编号：如：19#*21mm；其编号为：GTEF0-0019210NO举例说明: G RS 000 515 0 NO套管热缩拼音缩写不够位用0补规格φ5*15MM 小数位无品牌要求九、跳线：跳线编号：如：￠0.6*25mm引脚长度：8mm；其编号为：J0006-0002580NO举例说明:J 0 00 6 000 258 0 NO跳线类型封装直径不够位用0补规格25mm 脚长8mm 小数位无品牌要求十、外壳：塑胶外壳编号：如：116*63*38mm外壳；其编号为：WS000-0116630NO举例说明:W S 00 0 0116630 NO外壳塑料封装误差值规格116*63mm(长*宽) 无品牌要求十一、PCB板：1、PCB编号：如：109*56*1.6mm CEM-1单面板；其编号为：CEMD1-1095616NO2、PCB编号：如：109*56*1.6mm FR-4双面板；其编号为：FR4S2-1095616NO 举例说明:CEM D 1 10955616 NOPCB材质单面板 1盎丝铜规格109*56*1.6 无品牌要求十二、螺丝：1、平头螺丝编号：如：3*8mm M3螺纹；其编号为：SP030-0003080NO2、螺母编号：如：M3螺母；其编号为：SM030-0000030NO举例说明:S P 03 0003080 NO螺丝平头 M3螺纹规格3*8mm 无品牌要求十三、线材：1、输出线编号：如：1015 18# 黑线800mm；其编号为：1015B-0188000NO2、电源线编号：如：1500mm 日规线；其编号为：WIJA0-0015000NO举例说明:1015 B 018 8000 NO线材规格黑色 18号线材规格800.0mm 无品牌要求十四、胶纸：MYLAR 胶纸编号：如：65*65mm；其编号为：TAPM0-0065650NO举例说明:TAP M 0 0065650 NO胶纸麦拉误差规格65*65mm 无品牌要求十五、胶水：硅胶编号：如：704；其编号为：GJ000-0007040NO举例说明:GJ 000 0007040 NO硅胶误差规格：704 无品牌要求十六、保险管：1、保险管编号：如：T5A/250V 直径为：3.6mm；其编号为：FT360-0052500NO2、保险管编号：如：F5A/250V 直径为：3.6mm；其编号为：FF360-0052500NO举例说明:F T 36 0 0052500 NO保险管慢断直径误差规格5A/250V 无品牌要求备注：“FT”为慢断保险管“FF”为快断保险管十七、散热片：散热片编号：如：127*29*2.0mm；其编号为：HSL00-1272920NO举例说明:HS L 00 1272920 NO散热片材料：铝补位规格127*29*2.0mm 无品牌要求十八、包材：1、纸箱：1、纸箱编号：如：83*66*77mm礼盒；其编号为：BBOX0-8366770NO2、标签：1、标签编号：如:CM-01 740*60mm；其编号为：BLA01-0740600NO3、青壳纸：1．青壳纸编号：如：78*64*0.3mm；其编号为：BQKZ0-0078643NO举例说明:B LA 01 0740600 NO包材标签机种规格740*60mm 无品牌要求十九、其它1．洗板水编号：SXB00-2．酒精编号：AL000-3．助焊剂编号：HJ000-4．箭头纸编号：LA000-5．导热硅脂编号：ZG000-6．锡条编号：ET000-7．陶瓷上座固定片编号：PGT00-8．吸塑编号:BS000-9．吸盘编号:XIPAO-10．反光罩编号:GFZ00-11．H4-2左滑块编号：H42Z0-12．透明罩编号：H45Z0-13．蛇皮软管编号：RGS00-14．鱼缸灯杯前盖编号：LCQ00-15．黑胶编号：JDZ00-16．陶瓷公座编号：TCGZJ-17．钢化玻璃编号：BLGH0-18．安普头编号：AMP00-19．防水圈编号：QF000-20．毛泡编号：HI000-21.铜插片编号：PCCU0-22.CM-01面板编号：MB010-23.半成品：BCP00-举例说明： P GT片陶瓷比较不规则的一些物料，在不重复的前提下用其拼音或英文的缩写作为编号。

芯片滤波器设计实战指南

芯片滤波器设计实战指南一、前言对于滤波器这个名词，相信做射频微波的同学们都不陌生，这大概是学习微波网络的经典案例分析器件了吧。

本篇推文，也将以一个带通滤波器芯片的工程实例出发，带大家进入RFIC/MMIC的大门，用芯片设计的视角去考虑RFIC/MMIC设计。

可能同学们会问，既然滤波器理论和设计流程都这么完善了，我们只要懂一些指标常识，然后买成熟产品就行了呗，干嘛还要花大量精力去学习呢？对于此，笔者认为尽管滤波器设计理论成熟且研究发展了多年，但根据近年来的供需关系，我们工程师们还是应该注意到：1.滤波器市场巨大智研咨询发布的《2021-2027年中国滤波器行业市场运行格局及投资前景分析报告》数据显示2020年全球智能手机出货量为12.92亿部，同比下降5.8%；2021年第一季度全球智能手机出货量为3.46亿部。

2015-2021年第一季度全球智能手机出货量资料来源：IDC、智研咨询整理滤波器是射频前端芯片中价值量最高的细分领域，且增长最快。

从射频前端价值分布占比来看，滤波器占比达53%。

射频前端价值分布资料来源：Yole、智研咨询整理2015-2020年全球滤波器市场规模资料来源：Yole、智研咨询整理2.摩尔定律的发展，间接地推动着小型化、低成本、高性能的滤波器的发展随着新材料，新工艺的不断发展，根据IEEE和IET等期刊论文的调研发现，目前滤波器的研究存在两极分化的研究态势，一则是利用各种炫酷的数学公式推导出各种传输零点极点进而实现一款复杂的滤波器，一则是面向新材料、新工艺的滤波器研究。

而对于简单实用，低成本，高性能的滤波器研究，大多是在专利中可见。

笔者认为，自己后续对滤波器的研究大致可以分为三个方向去努力：一是高性能的全可调（可重构）滤波器的研究，以实现多系统、多场景复用的功能；二是高选择性的极窄带滤波器的研究，滤波器的本质工作就是选择有用信号滤除干扰信号，而对于无线系统而言一款高抑制度，低插损的滤波器是十分有用的，常规射频微波平面材料来设计此类滤波器就要面临高Q值的难题。

滤波算法

常用的8种数字滤波算法2010-02-22 11:081引言在微机控制系统的模拟输入信号中，一般均含有各种噪声和干扰，他们来自被测信号源本身、传感器、外界干扰等。

为了进行准确测量和控制，必须消除被测信号中的噪声和干扰。

噪声有2大类：一类为周期性的，其典型代表为50 Hz的工频干扰，对于这类信号，采用积分时间等于20 ms整倍数的双积分A/D转换器，可有效地消除其影响；另一类为非周期的不规则随机信号，对于随机干扰，可以用数字滤波方法予以削弱或滤除。

所谓数字滤波，就是通过一定的计算或判断程序减少干扰信号在有用信号中的比重，因此他实际上是一个程序滤波。

数字滤波器克服了模拟滤波器的许多不足，他与模拟滤波器相比有以下优点：(1)数字滤波器是用软件实现的，不需要增加硬设备，因而可靠性高、稳定性好，不存在阻抗匹配问题。

(2)模拟滤波器通常是各通道专用，而数字滤波器则可多通道共享，从而降低了成本。

(3)数字滤波器可以对频率很低(如0.01 Hz)的信号进行滤波，而模拟滤波器由于受电容容量的限制，频率不可能太低。

(4)数字滤波器可以根据信号的不同，采用不同的滤波方法或滤波参数，具有灵活、方便、功能强的特点。

2常用数字滤波算法数字滤波器是将一组输入数字序列进行一定的运算而转换成另一组输出数字序列的装置。

设数字滤波器的输入为X(n)，输出为Y(n)，则输入序列和输出序列之间的关系可用差分方程式表示为：其中：输入信号X(n)可以是模拟信号经采样和A/D变换后得到的数字序列，也可以是计算机的输出信号。

具有上述关系的数字滤波器的当前输出与现在的和过去的输入、过去的输出有关。

由这样的差分方程式组成的滤波器称为递归型数字滤波器。

如果将上述差分方程式中bK取0，则可得：说明输出只和现在的输入和过去的输入有关。

这种类型的滤波器称为非递归型数字滤波器。

参数aK 、bK的选择不同，可以实现低通、高通、带通、带阻等不同的数字滤波器。

2.1算术平均值滤波算术平均值滤波是要寻找一个Y，使该值与各采样值X(K)(K=1～N)之间误差的平方和为最小，即：这时，可满足式(3)。

有限长度滤波器对时间信号的卷积

有限长度滤波器对时间信号的卷积一、什么是有限长度滤波器？有限长度滤波器是数字信号处理中的一类滤波器。

它们的特点是滤波器的单位冲激响应（impulse response）是有限长的，因而滤波器输出的响应仅受输入信号有限时间段内的影响。

这使得有限长度滤波器非常适合用于处理有限长度且完全确定的信号，如音频数据和图像数据等。

二、有限长度滤波器的卷积运算有限长度滤波器与输入信号之间的卷积运算是一种非常常见的数字信号处理操作。

这种卷积运算可以用离散时间序列的形式表示为：y(n) = Sum { h(k) * x(n-k) } (k=0, 1, 2, …, N-1)其中，y(n) 表示卷积运算的输出信号，h(k) 是有限长度滤波器的单位冲激响应，x(n) 是输入信号，N 是有限长度滤波器的长度。

在这个公式中，输入信号 x(n) 的时间轴被沿着 n 轴移动，代表了各个时间点的信号。

而每个时间点的输出信号 y(n) 是由输入信号的当前时间点，和有限长度滤波器当前时间点的单位冲激响应之间的乘积加和而得到的。

三、卷积运算的实现在数学上，卷积运算是一种非常简单的运算。

但是，在计算机实现中，由于需要遍历输入信号和有限长度滤波器的所有可能的组合，计算复杂度较高。

为了提高卷积运算的效率，一些优化方法可以被应用。

其中一种常见的优化方法是快速傅里叶变换（FFT）算法。

这种算法在一些情况下可以将卷积运算的时间复杂度从 O(N^2) 降至 O(NlogN)。

除此之外，一些专门设计的硬件加速器也可以用来加速卷积运算。

这些加速器可以在更快的时钟速度下执行运算，从而提高运算效率。

总之，有限长度滤波器的卷积运算在数字信号处理中是一种非常常见的操作。

它的实现涉及到一些高级数学知识和计算机科学技术。

在实际应用中，我们需要选择最适合当前情况下的卷积算法去实现这个操作，以达到最优的运算效率和精度。

基于深度图像先验的散焦图像去模糊

基于深度图像先验的散焦图像去模糊作者：***来源：《现代信息科技》2020年第24期摘要：在散焦模糊圖像中单个像素的模糊量由其景深确定，因此散焦模糊是空间变化的。

传统的去模糊方法在解决这种空间变化的反卷积问题的时候，会在不同散焦程度的边界处产生明显的振铃效应。

针对上述存在的问题，文章提出了基于深度图像先验的散焦图像去模糊算法。

实验结果表明，与现有的散焦图像去模糊算法对比，该算法具有更好的去散焦模糊的性能。

关键词：散焦图像;去模糊;振铃效应;深度图像先验中图分类号：TP391 文献标识码：A 文章编号：2096-4706（2020）24-0084-05Defocused Image Deblurring Based on Depth Image PriorCHEN Tianming（College of Electronic and Information Engineering，Nanjing University of Aeronautics and Astronautics，Nanjing 210016，China）Abstract：In a defocused and blurred image，the blur amount of a single pixel is determined by its depth of field，so the defocus blur is spatially variable. When traditional deblurring methods are used to solve the deconvolution problem of this kind of spatial variation，obvious ringing effect will appear at the boundary of different defocus degrees. Aiming at the above problems，this paper proposes a defocused image deblurring algorithm based on depth image prior. Experimental results show，comparing with the existing defocused image deblurring algorithm，this algorithm has better defocusing and deblurring performance.Keywords：defocused image;deblurring;ringing effect;depth image prior0 引言在人们使用照相机等成像设备获得目标图像的过程中，由于光学成像系统的浅景深导致的散焦模糊，是影响图像视觉质量的一个重要因素。

DIP课程10次实验报告

研究生课程：数字图像处理课程作业实验报告实验名称：Image Interpolation实验编号：Proj02-01摘要：本实验采用双线性插值技术对图像进行缩放，实验的原理是来源于数值分析中的插值问题。

双线性插值算法是一种比较好的图像缩放算法，它充分的利用了源图中虚拟点四周的四个真实存在的像素值来共同决定目标图中的一个像素值，因此缩放效果比较好。

实验内容概述关于编程的一点说明:本课程实验的主要目的如下：(1)掌握图像处理的基本方法与步骤，(2) 帮助学生建立图像处理技术解决问题的感性概念，以及解决问题的软件原型。

最后，需要说明的是，完成本课程实验所需要的编程环境可以是C++等常规的程序开发环境，也可以是包含有已经存在的具有可扩展能力的函数集合组成的集成编程环境。

最典型的例子是MATLAB的图像处理工具箱（Image Processing Toolbox，IPT）编程环境。

建议实验中使用后一种类型的集成编程环境。

下面是具体的实验题目及其说明：PROJECT 02-01(Image Interpolation)(a) 编写一个线性插值程序，将64*64大小的图像插值为256*256的图像，并与matlab的imresize函数的结果相比较；(b) 图像变换函数采用仿射变换，图像x和y方向都放大4倍，并逆时针旋转15度，未定义区域赋值0。

一、技术论述对于双线性插值算法，首先进行初始化，读取所要缩放的图像，获取目标大小64*64，以及目标像素点的横坐标和纵坐标，然后根据所提供的公式算法逐点做双线性内插，根据双线性插值算法的思路（即目标图像中的像素值由原图像中在空间位置上最接近的四个像素值按照特定的公式：S =(a)(b)S1+(1-a)(b)S2+(a)(1-b)S3+(1-a)(1-b)S4进行计算）对目标图像点计算相应的a、b、S1、S2、S3、S4，然后根据上述公式计算出该像素点的值，最后显示图像效果。

DIP高倍率算法

DIP高倍率算法
DIP高倍率算法是数字图像处理（DIP）中一种常用的图像放大算法。

它主要通过插值和卷积等技术实现对低分辨率图像的放大，使得图像的清晰度和细节得到提升。

以下是该算法的具体流程和步骤：
1. 图像补零
将原始图像的边界进行零值扩展，使得原始图像大小扩大一定倍数，以便后续插值处理。

2. 插值处理
按照设定的倍率，对扩展后的图像中的每一个像素点进行插值处理，得到放大后的图像。

3. 卷积处理
将放大后的图像与高斯滤波器进行卷积，消除图片噪声和锐化边角，提高图像质量。

4. 利用小波变换检测和处理图像高频细节
利用小波变换的多分辨率分析特性，定位和增强图像高频细节，提高图像的清晰度和细节表现力。

5. Gamma校正处理
进行Gamma校正处理，调整图像的亮度和对比度，以便最终输出。

DIP高倍率算法的优点是能够有效提高图像的清晰度和细节，处理结果也更加自然和真实。

同时，该算法操作简单，运算速度快。

但是，该算法也存在一定的缺陷，例如放大过程中容易产生锯齿状的伪像，对于大幅度的放大，效果可能不尽如人意。

因此，针对不同的图像放大需求，需要选择合适的算法组合，以达到最佳图像放大效果。

TV PCB动作检查

TV PCB 动作检查一耐压测试检查:PCB运送人员遵"HI-POT"测试手顺作正确的作业。

绿色灯亮为"OK"、红色灯亮为"NG"。

发现不良及时上报班长。

二捆包检查:确认出荷捆包状态:电源线放在静电袋外面。

附属品检查:附属品欠品或机种错误为不良。

静电袋外观检查:静电袋破损、裂缝长度大于袋长的50%为不良。

静电袋与PCB配合是否合适:静电袋的宽度／长度小于或等于PCB的宽度/长度为不良。

三 PCB正反面目视检查:1 机种名标签、S/NO标签、底座标签(贴付标签)有无欠品、破损。

S/NO标签有无浮起、贴付底座标签有无完全盖住下面的印刷字符、标签上的印刷字符是否清晰、有无残缺。

2 自插立式部品有无倒伏在PCB表面/60度以上的倾斜(非处理部品);手插部品有无浮足、特别是造型部品要插到位;电阻、电容、电感外观有无损伤、掉字符、破损等现象;部品脚有无变形。

3 安全部品上的安全标记是否齐全、完整、清晰可见;锁付在散热板上的IC、三极管是否紧贴散热板、散热油是否充足、散热板有无浮足。

4 排线、排插、电源线插入方向是否与印刷标志相同、是否方向相反;电源线有无破裂、烫伤的痕迹;电源线表面是否赃污、插头是否断裂;排线、排插有无折足、错位、误配等现象。

5 高频头及插孔上是否沾有焊锡等脏污;插孔内是否有异物。

6 焊锡面的焊锡是否饱满、有无假焊、漏焊、针孔、连焊、脱焊、饱焊等现象;安全规定加锡点是否做到100% 加锡;确认加锡点部品脚是否因脏污、异物、氧化等原因不沾锡;是否有部品脚过长。

7 自插、手插部品是否有平足、折足、短路等现象。

8 机板是否有裂缝、缺口、折断;铜箔是否翘起或断裂;PCB上是否有剪脚的碎屑、机板碎片、接着剂、松香等脏污及异物;印刷机板上的印刷文字等要能辨读。

有螺丝锁付的地方是否出现螺丝欠品、松动、滑丝等现象。

9 印刷基板(纸碳酸基板)如变形、上翘程度不可超过机板对角线长度的5%。

各种滤波器及其典型电路

第一章滤波器1.1 滤波器的基本知识1、滤波器的基本特性定义：滤波器是一种通过一定频率的信号而阻止或衰减其他频率信号的部件。

功能：滤波器是具有频率选择作用的电路或运算处理系统，具有滤除噪声和分离各种不同信号的功能。

类型：按处理信号形式分：模拟滤波器和数字滤波器。

按功能分：低通、高通、带通、带阻、带通。

按电路组成分：LC无源、RC无源、由特殊元件构成的无源滤波器、RC有源滤波器按传递函数的微分方程阶数分：一阶、二阶、…高阶。

如图1.1中的a、b、c、d图分别为低通滤波器、高通滤波器、带通滤波器、带阻滤波器传输函数的幅频特性曲线。

图1.1 几种滤波器传输特性曲线.2、模拟滤波器的传递函数与频率特性（一）模拟滤波器的传递函数模拟滤波电路的特性可由传递函数来描述。

传递函数是输出与输入信号电压或电流拉氏变换之比。

经分析，任意个互相隔离的线性网络级联后，总的传递函数等于各网络传递函数的乘积。

这样，任何复杂的滤波网络，可由若干简单的一阶与二阶滤波电路级联构成。

（二）模拟滤波器的频率特性模拟滤波器的传递函数H(s)表达了滤波器的输入与输出间的传递关系。

若滤波器的输入信号Ui是角频率为w的单位信号，滤波器的输出Uo(jw)=H(jw)表达了在单位信号输入情况下的输出信号随频率变化的关系，称为滤波器的频率特性函数，简称频率特性。

频率特性H(jw)是一个复函数，其幅值A(w)称为幅频特性，其幅角∮(w)表示输出信号的相位相对于输入信号相位的变化，称为相频特性（三）滤波器的主要特性指标1、特征频率：（1）通带截止频f p=wp/(2π)为通带与过渡带边界点的频率，在该点信号增益下降到一个人为规定的下限。

（2）阻带截止频f r=wr/(2π)为阻带与过渡带边界点的频率，在该点信号衰耗(增益的倒数)下降到一人为规定的下限。

（3）转折频率f c=wc/(2π)为信号功率衰减到1/2(约3dB)时的频率，在很多情况下，常以fc作为通带或阻带截频。

一种可重构有源滤波器芯片设计

一种可重构有源滤波器芯片设计作者：余俊伟刁盛锡来源：《华东师范大学学报（自然科学版）》2022年第02期摘要：近年来，多模多带收发机的研究成为了研究热点，而软件定义无线电系统是一个很好的候选方案. 为了减小带外干扰对软件无线电系统收发机性能产生的负面影响，提出了一个可调带宽、可调增益的高带外抑制中频滤波器①. 该滤波器由双二次 Gm-C 滤波器、增益提高级、5阶椭圆滤波器组成. 滤波器增益的调节通过双二次 Gm-C 滤波器和增益提高级实现，带宽的调节通过开关电容阵列实现. 同时，为了提高带外抑制，增加了一级5 阶椭圆滤波器. 后仿真结果表明，滤波器带宽在1 MHz ～30 MHz 可调， 2倍带宽频率的带外抑制最小值达到了44.56 dB，增益控制范围为–20 dB ～20 dB，模拟部分的功耗和核心面积分别为 5.1 mW 和1.23 mm2. 提出的滤波器可适用于多种模式通信设备中的模拟前端.关键词：有源滤波器; 带宽可调; 增益可调; 高带外抑制; 低功耗中图分类号： TN713 文献标志码： A DOI： 10.3969/j.issn.1000-5641.2022.02.017Design of a reconfigurable active filter chipYU Junwei， DIAO Shengxi（School of Communication and Electronic Engineering， East China Normal University，Shanghai 200241， China）Abstract： Recently， research on multi-mode， multi-band transceivers has garnered significant interest; in this context， the Software-Define Radio （SDR） system is considered a good candidate. To reduce the negative influence of out-of-band interference on transceiver performance of the SDR system， a high out-of-band rejection IF （intermediate frequency） filter with tunable bandwidth and programable gain is proposed. The proposed filter consists of a biquadratic Gm-C filter， a gain- boosting stage， and a 5th-order elliptic filter. In the proposed filter， the variable gain is achieved using a biquadratic Gm-C filter and a gain-boosting stage， and the tunable bandwidth is achieved using capacitor arrays. In addition， a 5th-order elliptic filter is added to improve out-of-band rejection. The post-layout simulation shows that the bandwidth is tuned over a range of 1 MHz–30 MHz， and the minimum out-of-band rejection at twice the bandwidth reaches 44.56 dB. The gain control range is from –20 dB to 20 dB， and the power consumption and active area for the analog counterpart is 5.1 mW and 1.23 mm2 ， respectively. The proposed filter is suitable for the analog front- end of multi-mode communication terminals.Keywords： active filter; bandwidth tunable; gain programable; high out-of-band rejection; low power consumption0 引言隨着通信技术的高速发展，根据不同的通信需求，各式各样的通信协议被制定出.然而，这些通信协议却互不兼容，对采用不同协议的设备的相互通信造成了极大的不便.软件无线电技术正是为了解决这个难题而提出的.它是基于通用的硬件平台依靠软件配置不同的通信模式.其优点是允许1 个设备适用不同的通信系统，如蓝牙、 GPS、Wi-Fi （Wireless Fidelity）和 WLAN （Wireless Local Area Network）等交换数据，提高了设备的灵活性.软件无线电对模拟前端的设计提出了挑战，因为其需要具有大的动态范围和低功耗[1]. 在接收机中，具有多模的中频低通滤波器是一个必不可少的模块.因为通信协议的信道带宽不同且环境中存在较多的干扰信号，所以关于多模低通滤波器的研究大多集中在带宽调节范围和带外抑制上.文献[ 1- 2]提出的滤波器结构均具有较高的带外抑制，但两者的功耗均较高;文献[ 3- 4]中提出的滤波器均具有较宽的带宽调节范围，前者具有带通、低通和高通这 3种输出模式，且功耗较低，后者具有低功率和高功率这2种模式，但两者的带外抑制均较小.而且文献[ 1- 4]中的滤波器均不具有增益调节功能，还需要搭配可变增益放大器才能对输出信号幅度进行控制.本文系统地阐述了模拟前端中频低通滤波器的设计方法：首先，从应用出发，分析了无线通信对滤波器的带宽、带外抑制以及增益动态范围的需求;根据带外抑制的要求，在比较了同样的带外抑制需求下各种滤波器所需的阶数后，选择椭圆滤波器;根据增益动态范围的需求，对比了可变增益放大器和双二次 Gm-C滤波器的优缺点，选择双二次 Gm-C 滤波器;为了进一步提高增益范围，增加了一级增益提高级;带宽的调节方式是通过电容阵列对电路中使用的电容值进行放大和缩小来实现. 然后，给出了双二次 Gm-C 滤波器、增益提高级和椭圆滤波器具体的电路实现. 仿真结果验证了本文提出的可变增益、可变带宽滤波器设计的可行性.1 滤波器的要求由于通信协议多种多样，不同的通信协议使用的信道带宽是有差别的，例如，蓝牙（IEEE802.15）的信道带宽为1 MHz;地面数字视频广播（Digital Video Broadcasting-Terrestrial， DVB-T）的信道带宽包括6 MHz、7 MHz 和8MHz; Wi-Fi （Wireless Fidelity，802.11）的信道带宽为20 MHz;长期演进技术（Long Term Evolution， LTE）的信号带宽包括1.4 MHz、3 MHz、5 MHz、10 MHz、15 MHz 和20 MHz.本文设计的滤波器的带宽调节范围为1 MHz ～30 MHz，覆盖了Wi-Fi、蓝牙、地面数字视频广播和长期演进技术等通信协议定义的信道带宽范围.随着 Wi-Fi 的普及以及数字蜂窝通信的演进，环境中的射频信号越来越复杂. 信号间的相互干扰会导致有用信号的信噪比降低，因此需要接收机具有很高的抑制带外干扰信号的能力. 在接收机中，中频域采用低通滤波器用于抑制带外干扰信號. 通常有用信号和干扰信号的频段较高，经过接收机的混频器下变频后，强干扰信号会距离有用信号较近，因此需要低通滤波器具有高带外抑制.滤波器的带外抑制要求可以从通信标准规定的干扰测试环境中得出，例如， LTE 通信标准中，对于 Band21频段和10 MHz 信道带宽，有用信号电平为–91 dBm，而在22.5 MHz 频率处的干扰信号为–56 dBm[5]. 为了使有用信号电平不低于干扰信号电平，低通滤波器在10 MHz 频率处的增益要大于在22.5 MHz 频率处的增益至少35 dB.在同一个通信标准下，接收机在距离发射机不同位置接收到的信号幅度是不同的.在通信标准中，同样规定了有用信号的最大值和最小值，分别称为最大输入电平和参考灵敏度，例如，在 LTE 标准下，对于 Band21频段和10 MHz 信道带宽，最大输入电平和参考灵敏度分别为–25 dBm 和–91 dBm.在接收机中，由于模数转换器的输入动态范围是固定的，因此需要接收机具有一定的增益动态范围来对接收到的信号幅度进行调节. 如图 1所示，在传统接收机中，往往将低通滤波器和可变增益放大器级联来抑制干扰信号和放大有用信号;如果模拟数字转换器的最大输入信号为0 dBm，前几级电路的最小增益为45 dB，则滤波器和增益可调放大器需要提供20 dB 的衰减. 所以，可变增益放大器的增益范围为–20 dB ～20 dB 较为合适.本文设计了一个增益可调的低通滤波器来替代传统的级联方案，从而减小接收机的面积.因此，根据上述的性能需求，最后确定的指标是带宽的调节范围为1 MHz ～30 MHz，其中在1 MHz ～10 MHz 范围内，步进为500 kHz;在 10 MHz ～20 MHz 范围内，步进1 MHz;在 20 MHz ～30 MHz 范围内，步进为2 MHz;在 2倍带宽频率处的带外抑制达到40 dB;增益范围为–20 dB ～20 dB，步长为1 dB.2 滤波器的架构为了使滤波器带宽在10 MHz 时，能够在20 MHz 频率处达到40 dB 的带外抑制，巴特沃斯滤波器（Butterworth filter）和切比雪夫Ⅰ型滤波器（Chebyshev Ⅰ filter）阶数分别至少为7 阶和6 阶，切比雪夫Ⅱ型滤波器（Chebyshev Ⅱ filter）和椭圆滤波器的阶数至少为5 阶[6]. 而椭圆滤波器使用的电感值总和小于切比雪夫Ⅱ型滤波器使用的电感值总和.而更小的感值，所需的面积也更小.同时，图 2表明椭圆滤波器的幅频曲线在截止频率（f）处更加陡峭，具有更窄的过渡带. 因此，本文选用椭圆滤波器来提高带外抑制.然而仅使用椭圆滤波器无法实现对增益的调节，因此需要增加增益调节电路.这个电路的需求有：①其增益可以调节，并且对整体滤波器的带宽影响小或无影响;②为了获得更高的带外抑制，其带宽需要与椭圆滤波器的截止频率接近，并且调节的范围要达到1 MHz ～30 MHz 的要求;③电路的功耗要小.虽然可变增益放大器可以实现可变增益，但是为了获得较大的带宽调节范围，往往需要消耗较大的功率[7]. 同时，在一个固定的带宽时，可变增益放大器的带宽通常比中频低通滤波器的带宽大得多，无法进一步提高带外抑制.基于上述考虑，本文中采用的增益调节电路为双二次 Gm-C 滤波器电路.它的增益调节可以通过调节电路中跨导运算放大器的跨导之比来实现. 并且，如果采用的跨导运算放大器没有内部节点，则不会有额外的寄生零极点影响整体的传输函数[8]. 因为跨导运算放大器工作时处于开环状态，其工作频率范围取决于单位增益带宽，所以能够达到很高的频率. Gm-C 滤波器还能够在低频下工作[9-10]. 因此， Gm-C 滤波器可以具有很宽的频率调节范围. 同时，双二次 Gm-C 滤波器还能够进一步提高整体滤波器的带外抑制.因为通信协议的信道带宽不同且环境中存在较多的干扰信号，所以关于多模低通滤波器的研究大多集中在带宽调节范围和带外抑制上.文献[ 1- 2]提出的滤波器结构均具有较高的带外抑制，但两者的功耗均较高;文献[ 3- 4]中提出的滤波器均具有较宽的带宽调节范围，前者具有带通、低通和高通这 3种输出模式，且功耗较低，后者具有低功率和高功率这2种模式，但两者的带外抑制均较小.而且文献[ 1- 4]中的滤波器均不具有增益调节功能，还需要搭配可变增益放大器才能对输出信号幅度进行控制.本文系统地阐述了模拟前端中频低通滤波器的设计方法：首先，从应用出发，分析了无线通信对滤波器的带宽、带外抑制以及增益动态范围的需求;根据带外抑制的要求，在比较了同样的带外抑制需求下各種滤波器所需的阶数后，选择椭圆滤波器;根据增益动态范围的需求，对比了可变增益放大器和双二次 Gm-C滤波器的优缺点，选择双二次 Gm-C 滤波器;为了进一步提高增益范围，增加了一级增益提高级;带宽的调节方式是通过电容阵列对电路中使用的电容值进行放大和缩小来实现. 然后，给出了双二次 Gm-C 滤波器、增益提高级和椭圆滤波器具体的电路实现. 仿真结果验证了本文提出的可变增益、可变带宽滤波器设计的可行性.1 滤波器的要求由于通信协议多种多样，不同的通信协议使用的信道带宽是有差别的，例如，蓝牙（IEEE802.15）的信道带宽为1 MHz;地面数字视频广播（Digital Video Broadcasting-Terrestrial， DVB-T）的信道带宽包括6 MHz、7 MHz 和8MHz; Wi-Fi （Wireless Fidelity，802.11）的信道带宽为20 MHz;长期演进技术（Long Term Evolution， LTE）的信号带宽包括1.4 MHz、3 MHz、5 MHz、10 MHz、15 MHz 和20 MHz.本文设计的滤波器的带宽调节范围为1 MHz ～30 MHz，覆盖了Wi-Fi、蓝牙、地面数字视频广播和长期演进技术等通信协议定义的信道带宽范围.随着 Wi-Fi 的普及以及数字蜂窝通信的演进，环境中的射频信号越来越复杂. 信号间的相互干扰会导致有用信号的信噪比降低，因此需要接收机具有很高的抑制带外干扰信号的能力. 在接收机中，中频域采用低通滤波器用于抑制带外干扰信号. 通常有用信号和干扰信号的频段较高，经过接收机的混频器下变频后，强干扰信号会距离有用信号较近，因此需要低通滤波器具有高带外抑制.滤波器的带外抑制要求可以从通信标准规定的干扰测试环境中得出，例如， LTE 通信标准中，对于 Band21频段和10 MHz 信道带宽，有用信号电平为–91 dBm，而在22.5 MHz 频率处的干扰信号为–56 dBm[5]. 为了使有用信号电平不低于干扰信号电平，低通滤波器在10 MHz 频率处的增益要大于在22.5 MHz 频率处的增益至少35 dB.在同一个通信标准下，接收机在距离发射机不同位置接收到的信号幅度是不同的.在通信标准中，同样规定了有用信号的最大值和最小值，分别称为最大输入电平和参考灵敏度，例如，在 LTE 标准下，对于 Band21频段和10 MHz 信道带宽，最大输入电平和参考灵敏度分别为–25 dBm 和–91 dBm.在接收机中，由于模数转换器的输入动态范围是固定的，因此需要接收机具有一定的增益动态范围来对接收到的信号幅度进行调节. 如图 1所示，在传统接收机中，往往将低通滤波器和可变增益放大器级联来抑制干扰信号和放大有用信号;如果模拟数字转换器的最大输入信号为0 dBm，前几级电路的最小增益为45 dB，则滤波器和增益可调放大器需要提供20 dB 的衰减. 所以，可变增益放大器的增益范围为–20 dB ～20 dB 较为合适.本文设计了一个增益可调的低通滤波器来替代传统的级联方案，从而减小接收机的面积.因此，根据上述的性能需求，最后确定的指标是带宽的调节范围为1 MHz ～30 MHz，其中在1 MHz ～10 MHz 范围内，步进为500 kHz;在 10 MHz ～20 MHz 范围内，步进1MHz;在 20 MHz ～30 MHz 范围内，步进为2 MHz;在 2倍带宽频率处的带外抑制达到40 dB;增益范围为–20 dB ～20 dB，步长为1 dB.2 滤波器的架构为了使滤波器带宽在10 MHz 时，能够在20 MHz 频率处达到40 dB 的带外抑制，巴特沃斯滤波器（Butterworth filter）和切比雪夫Ⅰ型滤波器（Chebyshev Ⅰ filter）阶数分别至少为7 阶和6 阶，切比雪夫Ⅱ型滤波器（Chebyshev Ⅱ filter）和椭圆滤波器的阶数至少为5 阶[6]. 而椭圆滤波器使用的电感值总和小于切比雪夫Ⅱ型滤波器使用的电感值总和.而更小的感值，所需的面积也更小.同时，图 2表明椭圆滤波器的幅频曲线在截止频率（f）处更加陡峭，具有更窄的过渡带. 因此，本文选用椭圆滤波器来提高带外抑制.然而仅使用椭圆滤波器无法实现对增益的调节，因此需要增加增益调节电路.这个电路的需求有：①其增益可以调节，并且对整体滤波器的带宽影响小或无影响;②为了获得更高的带外抑制，其带宽需要与椭圆滤波器的截止频率接近，并且调节的范围要达到1 MHz ～30 MHz 的要求;③电路的功耗要小.虽然可变增益放大器可以实现可变增益，但是为了获得较大的带宽调节范围，往往需要消耗较大的功率[7]. 同时，在一个固定的带宽时，可变增益放大器的带宽通常比中频低通滤波器的带宽大得多，无法进一步提高带外抑制.基于上述考虑，本文中采用的增益调节电路为双二次 Gm-C 滤波器电路.它的增益调节可以通过调节电路中跨导运算放大器的跨导之比来实现. 并且，如果采用的跨导运算放大器没有内部节点，则不会有额外的寄生零极点影响整体的传输函数[8]. 因为跨导运算放大器工作时处于开环状态，其工作频率范围取决于单位增益带宽，所以能够达到很高的频率. Gm-C 滤波器还能够在低频下工作[9-10]. 因此， Gm-C 滤波器可以具有很宽的频率调节范围. 同时，双二次 Gm-C 滤波器还能够进一步提高整体滤波器的带外抑制.因为通信协议的信道带宽不同且环境中存在较多的干扰信号，所以关于多模低通滤波器的研究大多集中在带宽调节范围和带外抑制上.文献[ 1- 2]提出的滤波器结构均具有较高的带外抑制，但两者的功耗均较高;文献[ 3- 4]中提出的滤波器均具有较宽的带宽调节范围，前者具有带通、低通和高通这 3种输出模式，且功耗较低，后者具有低功率和高功率这2种模式，但两者的带外抑制均较小.而且文献[ 1- 4]中的滤波器均不具有增益调节功能，还需要搭配可变增益放大器才能对输出信号幅度进行控制.本文系统地阐述了模拟前端中频低通滤波器的设计方法：首先，从应用出发，分析了无线通信对滤波器的带宽、带外抑制以及增益动态范围的需求;根据带外抑制的要求，在比较了同样的带外抑制需求下各种滤波器所需的阶数后，选择椭圆滤波器;根据增益动态范围的需求，对比了可变增益放大器和双二次 Gm-C滤波器的优缺点，选择双二次 Gm-C 滤波器;为了进一步提高增益范围，增加了一级增益提高级;带宽的调节方式是通过电容阵列对电路中使用的电容值进行放大和缩小来实现. 然后，给出了双二次 Gm-C 滤波器、增益提高级和椭圆滤波器具体的电路实现. 仿真结果验证了本文提出的可变增益、可变带宽滤波器设计的可行性.1 滤波器的要求由于通信协议多种多样，不同的通信协议使用的信道带宽是有差别的，例如，蓝牙（IEEE802.15）的信道带宽为1 MHz;地面数字视频广播（Digital Video Broadcasting-Terrestrial， DVB-T）的信道带宽包括6 MHz、7 MHz 和8MHz; Wi-Fi （Wireless Fidelity，802.11）的信道带宽为20 MHz;长期演进技术（Long Term Evolution， LTE）的信号带宽包括1.4 MHz、3 MHz、5 MHz、10 MHz、15 MHz 和20 MHz.本文设计的滤波器的带宽调节范围为1 MHz ～30 MHz，覆盖了Wi-Fi、蓝牙、地面数字视频广播和长期演进技术等通信协议定义的信道带宽范围.随着 Wi-Fi 的普及以及数字蜂窝通信的演进，环境中的射频信号越来越复杂. 信号间的相互干扰会导致有用信号的信噪比降低，因此需要接收机具有很高的抑制带外干扰信号的能力. 在接收机中，中频域采用低通滤波器用于抑制带外干扰信号. 通常有用信号和干扰信号的频段较高，经过接收机的混频器下变频后，强干扰信号会距离有用信号较近，因此需要低通滤波器具有高带外抑制.滤波器的带外抑制要求可以从通信标准规定的干扰测试环境中得出，例如， LTE 通信标准中，对于 Band21频段和10 MHz 信道带宽，有用信号电平为–91 dBm，而在22.5 MHz 频率处的干扰信号为–56 dBm[5]. 为了使有用信号电平不低于干扰信号电平，低通滤波器在10 MHz 频率处的增益要大于在22.5 MHz 频率处的增益至少35 dB.在同一个通信标准下，接收机在距离发射机不同位置接收到的信号幅度是不同的.在通信标准中，同样规定了有用信号的最大值和最小值，分别称为最大输入电平和参考灵敏度，例如，在 LTE 标准下，对于 Band21频段和10 MHz 信道带宽，最大输入电平和参考灵敏度分别为–25 dBm 和–91 dBm.在接收机中，由于模数转换器的输入动态范围是固定的，因此需要接收机具有一定的增益动态范围来对接收到的信号幅度进行调节. 如图 1所示，在传统接收机中，往往将低通滤波器和可变增益放大器级联来抑制干扰信号和放大有用信号;如果模拟数字转换器的最大输入信号为0 dBm，前几级电路的最小增益为45 dB，则滤波器和增益可调放大器需要提供20 dB 的衰减. 所以，可变增益放大器的增益范围为–20 dB ～20 dB 较为合适.本文设计了一个增益可调的低通滤波器来替代传统的级联方案，从而减小接收机的面积.因此，根据上述的性能需求，最后确定的指标是带宽的调节范围为1 MHz ～30 MHz，其中在1 MHz ～10 MHz 范围内，步进为500 kHz;在 10 MHz ～20 MHz 范围内，步进1 MHz;在 20 MHz ～30 MHz 范围内，步进为2 MHz;在 2倍带宽频率处的带外抑制达到40 dB;增益范围为–20 dB ～20 dB，步长为1 dB.2 滤波器的架构为了使滤波器带宽在10 MHz 时，能够在20 MHz 频率处达到40 dB 的带外抑制，巴特沃斯滤波器（Butterworth filter）和切比雪夫Ⅰ型滤波器（Chebyshev Ⅰ filter）阶数分别至少为7 阶和6 阶，切比雪夫Ⅱ型滤波器（Chebyshev Ⅱ filter）和椭圆滤波器的阶数至少为5 阶[6]. 而椭圆滤波器使用的电感值总和小于切比雪夫Ⅱ型滤波器使用的电感值总和.而更小的感值，所需的面积也更小.同时，图 2表明椭圆滤波器的幅频曲线在截止频率（f）处更加陡峭，具有更窄的过渡带. 因此，本文选用椭圆滤波器来提高带外抑制.然而仅使用椭圆滤波器无法实现对增益的调节，因此需要增加增益调节电路.这个电路的需求有：①其增益可以调节，并且对整体滤波器的带宽影响小或无影响;②为了获得更高的带外抑制，其带宽需要与椭圆滤波器的截止频率接近，并且调节的范围要达到1 MHz ～30 MHz 的要求;③电路的功耗要小.虽然可变增益放大器可以实现可变增益，但是为了获得较大的带宽调節范围，往往需要消耗较大的功率[7]. 同时，在一个固定的带宽时，可变增益放大器的带宽通常比中频低通滤波器的带宽大得多，无法进一步提高带外抑制.基于上述考虑，本文中采用的增益调节电路为双二次 Gm-C 滤波器电路.它的增益调节可以通过调节电路中跨导运算放大器的跨导之比来实现. 并且，如果采用的跨导运算放大器没有内部节点，则不会有额外的寄生零极点影响整体的传输函数[8]. 因为跨导运算放大器工作时处于开环状态，其工作频率范围取决于单位增益带宽，所以能够达到很高的频率. Gm-C 滤波器还能够在低频下工作[9-10]. 因此， Gm-C 滤波器可以具有很宽的频率调节范围. 同时，双二次 Gm-C 滤波器还能够进一步提高整体滤波器的带外抑制.。

滤波器的定义、参数以及测试方法

认证部物料培训滤波器主讲人：邹一鸣一、滤波器的定义滤波器是一种对信号有处理作用的器件或电路。

主要作用是：让有用信号尽可能无衰减的通过，对无用信号尽可能大的衰减。

滤波器，顾名思义，是对波进行过滤的器件。

“波”是一个非常广泛的物理概念，在电子技术领域，“波”被狭义地局限于特指描述各种物理量的取值随时间起伏变化的过程。

该过程通过各类传感器的作用，被转换为电压或电流的时间函数，称之为各种物理量的时间波形，或者称之为信号。

因为自变量时间‘是连续取值的，所以称之为连续时间信号，又习惯地称之为模拟信号(Analog Signal)。

随着数字式电子计算机(一般简称计算机)技术的产生和飞速发展，为了便于计算机对信号进行处理，产生了在抽样定理指导下将连续时间信号变换成离散时间信号的完整的理论和方法。

也就是说，可以只用原模拟信号在一系列离散时间坐标点上的样本值表达原始信号而不丢失任何信息，波、波形、信号这些概念既然表达的是客观世界中各种物理量的变化，自然就是现代社会赖以生存的各种信息的载体。

信息需要传播，靠的就是波形信号的传递。

信号在它的产生、转换、传输的每一个环节都可能由于环境和干扰的存在而畸变，有时，甚至是在相当多的情况下，这种畸变还很严重，以致于信号及其所携带的信息被深深地埋在噪声当中了。

滤波，本质上是从被噪声畸变和污染了的信号中提取原始信号所携带的信息的过程。

二、滤波器的分类滤波器按所处理的信号分为模拟滤波器和数字滤波器模拟滤波器可以分为声表滤波器和介质滤波器三、声表滤波器的原理及特点声表面波滤波器是利用石英、铌酸锂、钛酸钡晶体具有压电效应做成的。

所谓压电效应，即是当晶体受到机械作用时，将产生与压力成正比的电场的现象。

具有压电效应的晶体，在受到电信号的作用时，也会产生弹性形变而发出机械波（声波），即可把电信号转为声信号。

由于这种声波只在晶体表面传播，故称为声表面波。

声表面波滤波器的英文缩写为SAWF，声表面波滤波器具有体积小，重量轻、性能可靠、不需要复杂调整。