实验六用窗函数设计FIR滤波器附思考题程序
窗函数法设计FIR滤波器
FIR 数字滤波器的设计方法IIR 数字滤波器最大缺点：不易做成线性相位，而现代图像、语声、数据通信对线性相位的要求是普遍的。
正是此原因，使得具有线性相位的FIR 数字滤波器得到大力发展和广泛应用。
1． 线性相位FIR 数字滤波器的特点FIR DF 的系统函数无分母，为∑∑-=--=-==11)()(N n n N i ii z n h zb z H ，系统频率响应可写成：∑-=-=10)()(N n jwn jwe n h e H ，令)(jw e H ＝)()(w j e w H Φ，H(w)称为幅度函数，)(w Φ称为相位函数。
这与模和幅角的表示法有所不同，H(w)为可正可负的实数，这是为了表达上的方便。
如某系统频率响应)(jw e H ＝wj we34sin -，如果采用模和幅角的表示法，w 4sin 的变号相当于在相位上加上)1(ππj e =-因，从而造成相位曲线的不连贯和表达不方便，而用)()(w j e w H Φ这种方式则连贯而方便。
线性相位的FIR 滤波器是指其相位函数)(w Φ满足线性方程：)(w Φ＝βα+-w （βα,是常数）根据群时延的定义，式中α表示系统群时延，β表示附加相移。
线性相位的FIR 系统都具有恒群时延特性，因为α为常数，但只有β＝0的FIR 系统采具有恒相时延特性。
问题：并非所有的FIR 系统都是线性相位的，只有当它满足一定条件时才具有线性相位。
那么应满足什么样的条件？从例题入手。
例题：令h(n)为FIR 数字滤波器的单位抽样相应。
N n n ≥<或0时h(n)=0，并假设h(n)为实数。
（a ） 这个滤波器的频率响应可表示为)()()(w j jwew H e H Φ=（这是按幅度函数和相位函数来表示的，不是用模和相角的形式），)(w H 为实数。
（N 要分奇偶来讨论） （1） 当h(n)满足条件)1()(n N h n h --=时，求)(w H 和)(w Φ（π≤≤w 0） （2） 当h(n)满足条件)1()(n N h n h ---=时，求)(w H 和)(w Φ（π≤≤w 0）（b ） 用)(k H 表示h(n)的N 点DFT（1） 若h(n)满足)1()(n N h n h ---=，证明H(0)=0； （2） 若N 为偶数，证明当)1()(n N h n h --=时，H(N/2)=0。
fir滤波器窗函数设计法
fir滤波器窗函数设计法
FIR (Finite Impulse Response)滤波器的窗函数设计法是一种经典的数字滤波器设计方法。
它通过选择一个合适的窗函数来对滤波器的频率响应进行加权，从而实现对信号的滤波。
窗函数设计法的基本步骤如下：
1. 确定滤波器的设计规格：包括截止频率、通带和阻带的幅频响应要求等。
2. 根据设计规格，计算出滤波器的理想频率响应：可以使用理想滤波器的频率响应作为目标。
3. 选择一个合适的窗函数：常用的窗函数有矩形窗、汉宁窗、汉明窗等。
选择窗函数的关键是考虑到主瓣宽度和副瓣衰减的平衡。
4. 将选择的窗函数应用于理想频率响应上，得到加权后的频率响应。
5. 对加权后的频率响应进行反变换，得到滤波器的时域响应。
6. 根据需要，对时域响应进行截断或零增益处理，以满足设计规格。
7. 最后，根据计算得到的滤波器系数，可以通过巴特沃斯频率抽样公式将其转换为巴特沃斯直接型或传输函数型，以便在数字系统中实现滤波。
需要注意的是，FIR滤波器的窗函数设计法是一种近似方法，设计的滤波器无法完全符合理想要求。
设计过程中需要权衡主瓣宽度和副瓣衰减等因素，以及选择合适的截断或零增益处理方式，以获得满
足实际需求的滤波器性能。
实验六用窗函数法设计FIR滤波器分析解析
实验六用窗函数法设计FIR滤波器分析解析一、引言数字滤波器是数字信号处理中的重要组成部分。
滤波器可以用于去除噪声、调整频率响应以及提取感兴趣的信号。
有许多方法可以设计数字滤波器，包括窗函数法、频域法和优化法等。
本实验将重点介绍窗函数法设计FIR滤波器的原理和过程。
二、窗函数法设计FIR滤波器窗函数法是设计FIR滤波器的一种常用方法。
其基本原理是将滤波器的频率响应与理想滤波器的频率响应进行乘积。
理想滤波器的频率响应通常为矩形函数，而窗函数则用于提取有限长度的理想滤波器的频率响应。
窗函数的选择在FIR滤波器的设计中起着重要的作用。
常用的窗函数包括矩形窗、汉宁窗、汉明窗、布莱克曼窗等。
对于每种窗函数，都有不同的特性和性能指标，如主瓣宽度、副瓣抑制比等。
根据不同的应用需求，可以选择合适的窗函数。
窗函数法设计FIR滤波器的具体步骤如下：1.确定滤波器的阶数N。
阶数N决定了滤波器的复杂度，一般情况下，阶数越低，滤波器的简单度越高，但频率响应的近似程度也会降低。
2.确定滤波器的截止频率。
根据应用需求，确定滤波器的截止频率，并选择合适的窗函数。
3.根据窗函数长度和截止频率计算理想滤波器的频率响应。
根据所选窗函数的特性，计算理想滤波器的频率响应。
4.根据理想滤波器的频率响应和窗函数的频率响应，得到所需的FIR滤波器的频率响应。
将理想滤波器的频率响应与窗函数的频率响应进行乘积，即可得到所需滤波器的频率响应。
5.对所得到的频率响应进行逆傅里叶变换，得到时域的滤波器系数。
6.实现滤波器。
利用所得到的滤波器系数，可以通过卷积运算实现滤波器。
三、实验结果与分析本实验以Matlab软件为平台，利用窗函数法设计了一个低通滤波器。
滤波器的阶数为16，截止频率为500Hz，采样频率为1000Hz，选择了汉宁窗。
根据上述步骤，计算得到了所需的滤波器的频率响应和时域的滤波器系数。
利用这些系数，通过卷积运算，实现了滤波器。
为了验证滤波器的性能，将滤波器应用于输入信号，观察输出信号的变化。
实验六 用窗函数法设计FIR数字滤波器
实验六 用窗函数法设计FIR 数字滤波器一，实验目的1.掌握窗函数法设计FIR 数字滤波器的原理及具体方法；2.深入理解吉布斯现象，理解不同窗函数的特点。
二，实验内容例6.1 利用fir1函数和矩形窗设计一个N=51，截止频率ωc =0.5π的低通滤波器，画出幅频特性。
MATLAB 程序： clearN=51;wc=0.5;h=fir1(50,wc,boxcar(N)) [H,W]=freqz(h,1) plot(W/pi,abs(H));title(‘矩形窗振幅特性/dB ’);xlabel(‘相对频率’);ylabel(‘H(w)’)00.10.20.30.40.50.60.70.80.910.20.40.60.811.21.4矩形窗振幅特性/dB相对频率H (w )例6.2 利用fir1函数和布莱克曼窗设计一个N=51，截止频率为1p ω=0.3π，2p ω=0.4π的带通滤波器。
MATLAB 程序：clearN=51;wc=[0.3,0.4];h=fir1(50,wc,'bandpass',blackman(N)) [H,W]=freqz(h,1) plot(W/pi,abs(H));title('布莱克曼窗带通振幅特性/dB'); xlabel('相对频率');ylabel('H(w)')0.10.20.30.40.50.60.70.80.9100.10.20.30.40.50.60.70.80.91布莱克曼窗带通振幅特性/dB相对频率H (w )6.3.1窗函数法设计低通数字滤波器，{πωπωπωω4.0||0,||4.0,02/)(≤≤≤<-=N j e j d eH（1）N=26，分别利用矩形窗，汉宁窗和布莱克曼窗设计该滤波器，且滤波器具有线性相位。
绘出脉冲响应()n h 及滤波器的频率响应； （2）增加N ，观察过渡带和最大肩峰值的变化。
窗函数法设计fir滤波器步骤
窗函数法设计fir滤波器步骤
设计FIR滤波器的窗函数法步骤如下：
1. 确定滤波器的理想频率响应：根据滤波器的要求和设计目标，确定滤波器的理想频率响应。
例如，低通滤波器的理想频率响应为在截止频率以下通过全部信号，而在截止频率以上完全阻断信号。
2. 确定滤波器的截止频率：根据滤波器的要求，确定滤波器的截止频率，即理想频率响应中的-3dB截止点。
3. 计算滤波器的长度：根据滤波器的设计要求和所选窗函数的性能，计算滤波器的长度。
滤波器的长度通常与截止频率、过渡带宽和窗函数的主瓣宽度相关。
4. 选择合适的窗函数：根据滤波器的设计要求和性能需求，选择合适的窗函数。
常用的窗函数有矩形窗、汉宁窗、汉明窗、布莱克曼窗等。
5. 生成滤波器的理想冲激响应：根据滤波器的理想频率响应和截止频率，生成滤波器的理想冲激响应。
可以使用理想低通滤波器或频域采样方法生成。
6. 应用窗函数：将生成的理想冲激响应与所选的窗函数进行乘积，得到窗函数法设计的FIR滤波器的冲激响应。
7. 可选的调整和优化：根据需要，对生成的滤波器进行进一步的调整和优化，以满足特定的性能需求。
例如，可以通过改变窗函数的参数或使用多个窗函数的组合来调整主瓣宽度、副瓣抑制等。
8. 可选的滤波器实现：将得到的滤波器冲激响应进行频域或时域的变换，得到FIR滤波器的差分方程或频域表达式，然后进行滤波器的实现。
9. 滤波器性能评估：对设计的滤波器进行性能评估，包括频率响应、幅频特性、相位响应、群延迟等。
10. 如有需要，对滤波器的设计进行调整和优化，直至满足设计要求。
实验六用窗函数设计FIR滤波器
实验六用窗函数设计FIR滤波器一、引言数字滤波器是用于处理数字信号的重要工具，而FIR（Finite Impulse Response）滤波器是其中一类常见的滤波器。
在FIR滤波器中，输出信号的每个样本值仅依赖于输入信号在过去固定时间窗口内的样本值。
窗函数则是用于设计FIR滤波器的一种常见方法。
本实验将介绍如何用窗函数设计FIR滤波器，并通过一系列实验验证其性能。
二、实验目的1.了解FIR滤波器的原理和窗函数设计方法。
2.利用MATLAB工具进行FIR滤波器设计与性能评估。
3.分析不同窗函数对FIR滤波器的影响。
三、窗函数设计方法在设计FIR滤波器时，可以通过选择不同的窗函数来实现不同的频率响应。
常见的窗函数有矩形窗、汉宁窗、汉明窗、布莱克曼窗等。
在本实验中，我们将以汉宁窗为例进行讲解。
1.首先确定滤波器的截止频率和通带误差。
2.根据通带误差和滤波器的截止频率计算阶数。
3.根据阶数选择合适大小的窗口长度。
4.选择合适的窗函数，如汉宁窗。
5.计算窗函数的系数，并与理想滤波器的冲击响应相乘得到最终的滤波器系数。
四、实验步骤1.确定滤波器参数：截止频率、通带误差等。
2.根据通带误差和截止频率计算滤波器的阶数。
3.选择合适大小的窗口长度，通常选择大于滤波器阶数的2倍。
4.选择窗函数，如汉宁窗，计算窗函数的系数。
5.根据窗函数系数和截止频率计算滤波器的系数。
6.绘制滤波器的频率响应曲线。
7.利用设计好的FIR滤波器对输入信号进行滤波，并观察滤波效果。
五、实验结果与分析在本实验中，我们选择了截止频率为1kHz的低通滤波器。
首先计算滤波器的阶数，假设通带误差为0.01，根据公式可得N=3.32/((截止频率*通带误差)/采样频率)≈60。
我们选择窗口长度为120，即滤波器的阶数的两倍。
接下来选择汉宁窗作为窗函数，并计算其系数。
最后通过窗函数系数和截止频率计算得到滤波器的系数。
实验采用不同窗函数设计的FIR滤波器进行滤波，观察不同窗函数对滤波器性能的影响。
窗函数法设计FIR滤波器实验报告
窗函数法设计FIR滤波器实验报告实验一窗函数法设计FIR滤波器数字滤波是数字信号处理的一种重要算法，广泛用于对信号的过滤、检测与参数的估计等信号处理中。
数字滤波器是使用最为广泛的装置，在工业、农业和其他行业均有应用数字滤波器按其单位脉冲响应的长度可分为有限脉冲响应（FIR）滤波器和无限脉冲响应（IIR）滤波器两类。
FIR 滤波器的线性与稳定性使其应用更为广泛。
1.FIR滤波器数字滤波器是一个能够完成特定任务的离散时间系统,它可以利用有限精度算法来实现。
当采用一个因果稳定的离散线性移不变系统的系统函数去逼近滤波器所要求的性能指标时,由于系统函数有无限长单位冲激响应(IIR)系统函数和有限长单位冲激响应(FIR)系统函数两种,相应地数字滤波器也就有无限长单位冲激响应(IIR)滤波器和有限长单位冲激响应(FIR)滤波器两种。
FIR 滤波器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的问题,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。
FIR 滤波器的基本结构可以理解为一个分节的延时线,把每一节的输出加权累加,可得到滤波器的输出。
FIR 滤波器的冲激响应h(n)是有限长的,数学上M阶FIR 滤波器可以表示为:y（n) = ∑h(i)x(n-i) （1）其系统函数为：H (z) =Y(Z)/X(Z)=∑b(n)z-n （2）2.窗函数法窗函数是一种用一定宽度窗函数截取无限长脉冲响应序列获取有限长脉冲响应序列的设计方法。
而其设计FIR 滤波器的基本思想: 根据给定的滤波器技术指标选取滤波器长度N和窗函数wd(n), 使其具有最窄宽度的主瓣和最小的旁瓣。
其核心是从给定的频率特性, 通过加窗确定有限长单位脉冲响应序列h(n)即实际滤波器的系数向量, 其是由理想滤波器脉冲响应hd(n)与窗函数函数hd(n)相乘得到。
工程上常用的窗函数有5种：矩形窗（Rectangular Window),三角窗（Triangular Window),汉宁窗（Hanning),汉明窗（Hanming)和凯泽窗（Kaiaser-Bassel Window)。
实验六 有限冲激响应(FIR)数字滤波器的设计
实验报告一、实验目的1.掌握用窗函数法设计FIR 数字滤波器的原理与方法；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。
4.加深对数字滤波器的常用指标和设计过程的理解。
二、实验原理低通滤波器的常用指标：P P P for H Ω≤Ω+≤Ω≤-,1)(1δδπδ≤Ω≤Ω≤ΩS S for H ,)(通带边缘频率P Ω，阻带边缘频率S Ω ，通带起伏P δ，通带峰值起伏])[1(log 2010dB p p δα--=，阻带起伏s δ，最小阻带衰减])[(log 2010dB s S δα-=。
数字滤波器有IIR 和FIR 两种类型，它们的特点和设计方法不同。
在Matlab 中，可以用b=fir1(N,Wn,’ftype’,taper) 等函数辅助设计FIR 数字滤波器。
N 代表滤波器阶数；Wn 代表滤波器的截止频率(归一化频率)，当设计带通和带阻滤波器时，Wn 为双元素相量；ftype 代表滤波器类型，如’high ’高通，’stop ’带阻等；taper 为窗函数类型，默认为海明窗，窗系数需要实现用窗函数blackman, hamming,hanning chebwin, kaiser 产生。
三、实验设备微型计算机、Matlab7.0教学版。
S PP SPassband StopbandTransition bandFig 1 Typical magnitudespecification for a digital LPF四、实验内容1.编制能产生矩形窗、海明窗的窗函数子程序；2.编写主程序，用不同窗设计线性相位低通FIR数字滤波器；3.对结果进行分析。
五、实验数据1.用Matlab软件编写的实验程序1（采用矩形窗）为：图1 用Matlab软件编写的实验程序1（采用矩形窗）实验结果：①. 振幅、相位：图2 振幅、相位波形图（采用矩形窗）②. 输入、输出信号：图3 输入、输出信号波形图（采用矩形窗）2.用Matlab软件编写的实验程序2（采用海明窗）为：图4 用Matlab软件编写的实验程序2（采用海明窗）说明：程序中第11行程序右边的注释应为“%采用海明窗”。
用窗函数法设计FIR滤波器
用窗函数法设计FIR滤波器窗函数法是一种常用的数字滤波器设计方法，特别是FIR（Finite Impulse Response）滤波器设计的一种方法。
FIR滤波器是一种非递归滤波器，可以实现信号的滤波，特定频率的增强或抑制，抗混叠等功能。
FIR滤波器设计过程可以分为两个步骤：确定滤波器的理论参数和设计窗函数。
第一步，确定滤波器的理论参数。
这些参数包括滤波器的采样频率，截止频率，通带和阻带的衰减要求等。
一般情况下，FIR滤波器的理论参数由滤波器的应用需求决定。
第二步，设计窗函数。
窗函数是用来限制FIR滤波器的单位冲激响应的长度的。
它决定了滤波器的频率响应特性和频率选择性。
窗函数可以通过Fourier级数展开来实现。
常用的窗函数有矩形窗、汉宁窗、汉明窗、布莱克曼窗等。
例如，以汉宁窗为例，下面是使用窗函数法设计FIR滤波器的具体步骤：1. 确定滤波器的理论参数。
如采样频率为fs，截止频率为fc，通带衰减要求为d1，阻带衰减要求为d22.将截止频率转化为数字频率。
由于数字信号是离散的，需要将模拟信号的截止频率转化为数字频率。
数字频率的单位为π。
3.根据截止频率和采样频率计算滤波器的长度N。
通常情况下，滤波器的长度N取一个奇数值，以确保能满足线性相位要求。
4.根据窗函数的性质确定窗函数的参数。
汉宁窗的参数为α=0.55.根据窗函数的长度N和参数α计算窗函数的系数。
例如，对于汉宁窗，窗函数的系数可通过下式计算得到：w(n) = 0.5 - 0.5 * cos(2πn/N) ，其中0≤ n ≤ N-16.根据窗函数的系数计算滤波器的单位冲激响应h(n)。
滤波器的单位冲激响应即为窗函数系数的离散时间傅里叶变换（DTFT），用于表示滤波器的频率响应特性。
7.根据滤波器的单位冲激响应h(n)可以计算出滤波器的频率响应H(f)。
频率响应可以通过滤波器的单位冲激响应h(n)的离散时间傅里叶变换（DTFT）计算得到。
8.根据设计要求来检验滤波器的频率响应特性是否满足要求。
用窗函数设计FIR滤波器实验报告
实验 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、熟悉线性相位FIR 滤波器的幅频特性和相位特性。
3、掌握用窗函数设计FIR 数字滤波器的原理及方法，了解各种不同窗函数对滤波器性能的影响。
二、实验原理1、FIR 滤波器的设计 在前面的实验中，我们介绍了IIR 滤波器的设计方法并实践了其中的双线性变换法，IIR 具有许多诱人的特性；但与此同时，也具有一些缺点。
例如：若想利用快速傅立叶变换技术进行快速卷积实现滤波器，则要求单位脉冲响应是有限长的。
此外，IIR 滤波器的优异幅度响应，一般是以相位的非线性为代价的，非线性相位会引起频率色散。
FIR 滤波器具有严格的相位特性，这对于许多信号的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、频率采样法和切比雪夫等波纹逼近的最优化设计方法。
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，用一个窗函数截取理想的[]d h n 得到[]h n ，以有限长序列[]h n 近似理想的[]d h n ；如果从频域出发，用理想的[]j d h e ω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[]d h z ，这就是频率采样法。
2 、窗函数设计法同其他的数字滤波器的设计方法一样，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[]j d H e ω，使所设计的FIR 滤波器的频率响应[]j H e ω去逼近所要求的理性的滤波器的响应[]j d H e ω。
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1()[]N j j nn H e h n e ωω--==∑ （4.1）去逼近[]j d H e ω。
我们知道，一个理想的频率响应[]j d H e ω的傅立叶反变换201[]()2j j n d d h n H e e d πωωωπ=⎰（4.2）所得到的理想单位脉冲响应[]d h n 往往是一个无限长序列。
用窗口法设计FIR数字滤波器
信号、系统与信号处理实验Ⅱ实验报告实验名称：用窗口法设计FIR数字滤波器一、实验目的了解一个实际滤波器的设计过程，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二、实验内容与要求1．编写用改进的升余弦窗设计FIR线性相应低通数字滤波器的程序,已知wc=0.5 ，N=21。
这里w为低通滤波器的截止频率，N为滤波器的长度,滤波器的阶数为N-1。
2．调试运行程序,要求在屏幕上显示出单位脉冲响应h(n)的数值。
画出其幅度响应|H(ejw)|及20log 10|H(ejw)|的曲线。
3.画出窗函数w(n)及其频谱|W(ejw)|和20log 10|W(ejw)|的曲线。
三、实验程序与结果clear all;N=21;wc=0.5*pi;b=fir1(N-1,wc/pi,hamming(N))freqz(b,1,512);h(n)的数值即b：b =Columns 1 through 110.0000 0.0036 -0.0000 -0.0122 0.0000 0.0343 -0.0000 -0.08580.0000 0.3106 0.4991Columns 12 through 210.3106 0.0000 -0.0858 -0.0000 0.0343 0.0000 -0.0122 -0.00000.0036 0.0000clear all;N=21;wc=0.5*pi;r=(N-1)/2;n=0:N-1;hdn=sin(wc*(n-r))/pi./(n-r); if rem(N,2)~=0hdn(r+1)=wc/pi;endwn=hamming(N);h=hdn.*wn';H=fft(h,512);W=fft(wn,512);w=2*[0:511]/512;figure;subplot(3,1,1);plot(wn);subplot(3,1,2);plot(w,abs(W));ylabel('|W(eiw)|')subplot(3,1,3);plot(w,20*log10(abs(W))); ylabel('20lg|W(eiw)|'); figure;subplot(2,1,1);plot(w,abs(H));ylabel('|H(eiw)|')subplot(2,1,2);plot(w,20*log10(abs(H)));ylabel('20lg|H(eiw)|');四、仿真结果分析图一是FIR低通滤波器的幅频和相频特性图图二是滤波器设计过之后的幅度特性图三是窗函数的幅度特性FIR滤波器的设计过程在于运用海明窗口进行设计，按照定义h(n)=hd(n)*w(n)出发来求出w(n)的值。
实验六FIR滤波器的设计
实验六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，对语音信号处理和数据传输非常重要。
目前，FIR滤波器的设计方法主要有三种：窗函数法、频率采样法和切比雪夫波逼近优化设计法。
本实验中的窗函数法相对简单，可以应用现成的窗函数公式。
在技术指标要求不高的情况下更加灵活方便。
从时域开始，它用窗函数截取理想HD（n）以获得H（n），并用有限长序列H（n）近似理想HD（n）：如果从频域开始，它在单位圆上以相等角度对理想HD（ejw）进行采样以获得H（k），由H（k）得到的H（z）将近似于理想的HD（z）。
这是频率采样法。
（二）窗函数设计法与其他数字滤波器设计方法一样，利用窗函数设计滤波器也是首次提出滤波器的性能指标。
通常，给定理想的频率响应HD（ejw），所设计的FIR滤波器的频率响应可以得到改善h(ejw)去逼近所要求的理想的滤波器的响应hd(ejw)窗函数设计的任务在于寻找一个可实呈现（有限长度单位脉冲响应）传递函数。
h(e)??h(n)e?jwnjwn？0n？1.接近HD（ejw）。
我们知道理想的频率响应是HD的傅里叶变换（ejw）1hd(n)?2?2?jwjwnh(e)edwd?0所得到的理想的单位脉冲响应hd(n)往往是一个无限长序列，对hd(n)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，就有不同的窗函计数待求滤波器的脉冲响应等于理想脉冲响应与窗函数的乘积。
即:h(n)?hd(n)w(n)因此，窗口函数的性质决定了过滤器的质量。
例如，窗函数的主瓣宽度决定滤波器的过渡带宽；窗函数的旁瓣决定滤波器的阻带衰减。
以下是几个常见的窗口功能：1。
矩形窗w（n）？RN（n）2，汉宁窗w（n）？0.5[1？cos（2？n）]rn（n）n？十一2?n)]rn(n)n?12?n4?n)?0.08cos()]rn(n)4、blackman窗w(n)?[0.42?0.5cos(n?1n?13、hamming窗w(n)?[0.54?0.46cos(5、kaiser窗w(n)?i0(?1?[(2n(n?1)i0(?))?1]2其中I0（？）是一个零阶贝塞尔函数。
DSP实验6用窗函数法设计FIR滤波器
DSP实验6用窗函数法设计FIR滤波器实验六用窗函数法设计FIR 滤波器一、实验目的1. 掌握窗函数法设计FIR 滤波器的原理和方法，观察用几种常用窗函数设计的FIR 数字滤波器技术指标；2. 掌握FIR 滤波器的线性相位特性；3. 了解各种窗函数对滤波特性的影响。
二、实验原理与方法如果所希望的滤波器的理想频率响应函数为H d (e jω)，则其对应的单位脉冲响应为ωπωππωd e e H n h n j j d ?-=)(21)(，用窗函数w N (n)将h d (n)截断，并进行加权处理，得到实际滤波器的单位脉冲响应h (n )=h d (n )w N (n )，其频率响应函数为n j N n j e n h e H ωω--=∑=10)()(。
如果要求线性相位特性，则h (n )还必须满足)1()(n N h n h --±=。
可根据具体情况选择h(n)的长度及对称性。
三、实验步骤1. 写出理想低通滤波器的传输函数和单位脉冲响应。
2. 写出用四种窗函数设计的滤波器的单位脉冲响应。
3. 用窗函数法设计一个线性相位FIR 低通滤波器，用理想低通滤波器作为逼近滤波器，截止频率ωc =π/4 rad ，选择窗函数的长度N ＝15，33两种情况。
要求在两种窗口长度下，分别求出h(n)，打印出相应的幅频特性和相频特性曲线，观察3dB 带宽和阻带衰减；4 用其它窗函数(汉宁窗(升余弦窗)、哈明窗(改进的升余弦窗)、布莱克曼窗) 设计该滤波器，要求同1；比较四种窗函数对滤波器特性的影响。
四、实验用MATLAB 函数可以调用MATLAB 工具箱函数fir1实现本实验所要求的线性相位FIR-DF 的设计，调用一维快速傅立叶变换函数fft 来计算滤波器的频率响应函数。
fir1是用窗函数法设计线性相位FIRDF 的工具箱函数，调用格式如下：hn=fir1(N, wc, ‘ftype ’, window)fir1实现线性相位FIR 滤波器的标准窗函数法设计。
实验六-用窗函数设计FIR滤波器(附思考题程序)
实验六用窗函数设计FIR滤波器1.实验目的(1)熟悉FIR滤波器设计的方法和原理(2)掌握用窗函数法设计FIR滤波器的方法和原理，熟悉滤波器的特性(3)了解各种窗函数滤波器特性的影响2.实验原理FIR滤波器的设计方法主要有三种：窗函数法、频率取样法、切比雪夫等波纹逼近法。
FIR滤波器的设计是要寻求一系统函数H(Z),使其频率响应H (e「)逼近滤波器要求的理想频率响应Hd(e J ),其对应的单位脉冲响应hd(n)。
(1)用窗函数设计FIR滤波器的基本方法在时域用一个窗函数截取理想的hd (n)得到h (n),以有限长序列h (n)近似逼近理想的hd (n);在频域用理想的H a (e J)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Hd(z)o设理想滤波器Hd(e J)的单位脉冲响应为hd (n) o以低通线性相位FIR数字滤波器为例。
Hd(e： ) hd (n) e1ha(n) 一Hd(e J ) e jn dhd(n)—般是无限长的、非因果的，不能直接作为FIR滤波器的单位脉冲响应。
要想得到一个因果的有限长的滤波器h(n),最直接的方法是截断h(n) h d(n) w(n),即截取为有限长因果序列，并用合适的窗函数进行加权作为FIR滤波器的单位脉冲响应。
按照线性相位滤波器的要求，h(n)必须是偶对称的。
对称中心必须等于滤波器的延时常数，即h(n) ha( n) w( n)a (N 1)/2用矩形窗设计的FIR低通滤波器，所设计滤波器的幅度函数在通带和阻带都呈现出振荡现象,且最大波纹大约为幅度的9%,(现彖称为吉布斯(Gibbs )效应)。
(2 )典型的窗函数(a)矩形窗(Rectangle Window)w(n) R N ( n)其频率响应和幅度响应分别为：W j) sin(x 2) e J〒，W R() siiT22)sin( /2) sin( /2)在mat lab 中调用w=boxcar(N)函数，N为窗函数的长度(b )三角形窗(Bartlett Window)w(n) 2n2nN 1N 1其频率响应为：w j) WN /4)『e」TN sin( /2)在mat lab中调用w=triang(N) 函数，N为窗函数的长度(c)汉宁(Hanning)窗,又称升余弦窗w(n) [1 cos( 2nN严)其频率响应和幅度响应分別为:w(n) [0. 54 0. 46C0S (" ) ]R N (n)N 1其幅度响应为：W( ) 0. 54W R ( ) 0. 23[W R (在 mat lab 中调用 w=hamming (N)N 1 W( )e Ja2 N” RW( ) 0. 5W R ( )0. 25[W R (在mat lab 屮调用 w=ha nnin 函数，N 为窗函数的长度(d)汉明(Hamming)替“又称改进的升余弦窗W(e J){0. 5W R ( ) 0・25[W R ()W R (函数，N 为窗函数的长度(e )布莱克曼(Blankman)窗,又称二阶升余弦窗w (n) [0. 42W() 其幅度响应为：2 n 4: n0. 5cos( ---- ) 0. 08cos( ------ )]Rx( n)N 1 N 10. 25[W R(2 0.42W R()W R(N 10. 04[W R()W R(在mat lab 中调用w=blackman (N)(f)凯泽(Kaiser)窗w (n)皿/ [1 2n/(N1)1 )。
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)
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。
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实验六 用窗函数设计F I R 滤波器1.实验目的(1) 熟悉FIR 滤波器设计的方法和原理(2) 掌握用窗函数法设计FIR 滤波器的方法和原理，熟悉滤波器的特性(3) 了解各种窗函数滤波器特性的影响 2.实验原理FIR 滤波器的设计方法主要有三种：窗函数法、频率取样法、切比雪夫等波纹逼近法。
FIR 滤波器的设计是要寻求一系统函数)(z H ，使其频率响应)(ωj eH 逼近滤波器要求的理想频率响应()j d H e ω，其对应的单位脉冲响应)(n h d 。
（1）用窗函数设计FIR 滤波器的基本方法在时域用一个窗函数截取理想的)(n h d 得到)(n h ，以有限长序列)(n h 近似逼近理想的)(n h d ；在频域用理想的)(ωj 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Hd(z)。
设理想滤波器)(ωj d e H 的单位脉冲响应为)(n h d 。
以低通线性相位FIR 数字滤波器为例。
)(n h d 一般是无限长的、非因果的，不能直接作为FIR 滤波器的单位脉冲响应。
要想得到一个因果的有限长的滤波器h(n)，最直接的方法是截断)()()(n w n h n h d =，即截取为有限长因果序列，并用合适的窗函数进行加权作为FIR 滤波器的单位脉冲响应。
按照线性相位滤波器的要求，h(n)必须是偶对称的。
对称中心必须等于滤波器的延时常数，即用矩形窗设计的FIR 低通滤波器，所设计滤波器的幅度函数在通带和阻带都呈现出振荡现象，且最大波纹大约为幅度的9%，（现象称为吉布斯（Gibbs ）效应）。
（2）典型的窗函数（a ）矩形窗(Rectangle Window)其频率响应和幅度响应分别为：21)2/sin()2/sin()(--=N j j e N e W ωωωω，)2/sin()2/sin()(ωωωN W R = 在matlab 中调用w=boxcar(N)函数，N 为窗函数的长度（b ）三角形窗(Bartlett Window) 其频率响应为：212])2/sin()4/sin([2)(--=Nj j e N N e W ωωωω 在matlab 中调用w=triang(N)函数，N 为窗函数的长度（c ）汉宁(Hanning)窗，又称升余弦窗其频率响应和幅度响应分别为：在matlab 中调用w=hanning(N)函数，N 为窗函数的长度（d ）汉明(Hamming)窗，又称改进的升余弦窗其幅度响应为：)]12()12([23.0)(54.0)(-++--+=N W N W W W R R R πωπωωω 在matlab 中调用w=hamming(N)函数，N 为窗函数的长度（e ）布莱克曼(Blankman)窗，又称二阶升余弦窗 其幅度响应为：)]14()14([04.0)]12()12([25.0)(42.0)(-++--+-++--+=N W N W N W N W W W R R R R R πωπωπωπωωω 在matlab 中调用w=blackman(N)函数，N 为窗函数的长度（f ）凯泽(Kaiser)窗其中：β是一个可选参数，用来选择主瓣宽度和旁瓣衰减之间的交换关系，一般说来，β越大，过渡带越宽，阻带越小衰减也越大。
I 0(·)是第一类修正零阶贝塞尔函数。
在matlab 中调用w=kaiser(N,beta)，函数N 为窗函数的长度，beta 为窗函数的参数。
（3）利用窗函数设计FIR 滤波器的具体步骤如下：（a ）根据具体的性能要求通过对过渡带宽度△ω及阻带衰减A S ，等参数的分析选择合适的窗函数，并估计滤波器的长度N 。
（b ）由给定的滤波器的幅频响应参数求出理想的单位脉冲响应)(n h d 。
（c ）确定延时值, 计算滤波器的单位取样响应)(n h ，)()()(n w n h n h d =.（d ）验证技术指标是否满足要求。
分析所设计的滤波器的幅频特性。
3.实验内容及其步骤（1）实验前认真复习有关FIR 滤波器设计的有关知识，尤其是窗函数的有关内容，熟悉窗函数及FIR 滤波器的特性，掌握窗函数设计滤波器的具体步骤。
（2）编制窗函数设计FIR 滤波器的主程序及相应子程序。
绘制幅频和相位曲线，观察幅频和相位特性曲线的变换情况，注意长度N 对曲线的影响。
（3）用窗函数法设计滤波器，并满足一定的性能指标。
例一：利用fir1设计标准频率响应的FIR 滤波器，包括低通、带通、高通、带阻等类型的滤波器。
b=fir1(n, Wn, ’ftype ’)通带边界频率πω5.0=p ，阻带边界频率πω66.0=s ，阻带衰减不小于40dB ，通带波纹不大于3dB 。
参考：根据对滤波器的指标要求，阻带衰减不小于40 dB ，选择汉宁窗。
%基于窗函数设计FIR 滤波器wp=*pi;ws=*pi; %性能指标wdelta=ws-wp; %过渡带宽度N=ceil*pi/wdelta); %滤波器长度Nw=2*N+1; %窗口长度wc=(ws+wp)/2; %截止频率win=hanning(Nw); %汉宁窗的时域响应b=fir1(Nw-1,wc/pi,win); %fir1是基于加窗的线性相位FIR数字滤波器设计函数。
N-1为滤波器的阶数。
Win为窗函数，是长度为N的列向量，默认是函数自动取hamming。
freqz(b,1,512) %为求取频率响应。
分子为b，分母为1实验结果图如图所示：例二：fir2设计任意响应的数字滤波器滤波器的幅度频率响应在不同的频段范围有不同的幅度值。
fir2函数用法：b=fir2(n,f,m,npt,lap,window)n是所设计滤波器的阶数；f是0到1的正数向量，对应滤波器的频率，其中0对应于频率0，1对应于信号采样频率的一半；m是一个所有元素都是正实数向量，对应于m向量中频率点的幅度；window是窗函数，fir2默认为海明窗；npt默认值为512；lap默认值为25；b是设计出来的滤波器的系数组成的一个长度为n+1的向量。
要求设计一个多带滤波器：其在0到pi/8的幅度响应为1，在pi/8到2pi/8幅度响应为1/2，在2pi/8到4pi/8幅度响应为1/4，在4pi/8到6pi/8幅度响应为1/6，在6pi/8到pi幅度响应为1/8，并且滤波器的阶数为60。
画出理想滤波器和设计得到的滤波器的幅度频率响应进行比较。
参考：%多带滤波器的设计f=[0 ];m=[1 1 1/6 1/6 ];b=fir2(60,f,m);[h,w]=freqz(b);plot(f,m,w/pi,abs(h))grid on;legend('‘理想滤波器','设计滤波器');另外，还有一个比较直观的设计滤波器的方法，利用MATLAB里的Filter Design & Analysis Tools设计滤波器比较直观。
Fliter Type选择低通，高通，带通或者带阻滤波器。
Design Method选择IIR还是FIR滤波器，后面下拉菜单选择类型，程序里采用的是加窗类型。
Fliter Order选择滤波器的阶数。
Windows Specifications是选择窗函数类型。
然后设置抽样频率和截至频率，然后点击Design Fliter就设计完成。
4.实验用MATLAB函数介绍在实验过程中，MATLAB函数命令FIR滤波器设计函数：fir1, fir2, kaiserord,remez, remezord, kaiser, hanning, hamming, blackman,freqz等在不同的情况下具体表述也有所不同，应该在实验中仔细体会其不同的含义。
5.思考题（1）在实验中窗长和形状对滤波器性能有何影响。
（2）利用窗函数法设计一个线性相位FIR低通滤波器，性能指标为：通带截止频率为，带阻截止频率为，阻带衰减不小于40dB，通带衰减不大于3dB。
编写程序实现，并绘制图形。
>> wp=*pi;ws=*pi;>> wdelta=ws-wp;>> N=ceil*pi/wdelta);>> Nw=2*N+1;>> wc=(ws+wp)/2;>> win=hanning(Nw);>> b=fir1(Nw-1,wc/pi,win);>> freqz(b,1,512)>> [h,w]=freqz(b);（3）设计一个带阻滤波器，带阻为到，阶数为34，并且使用一个切比雪夫窗，并与默认的窗函数进行比较。
>> f=[0 ];>> m=[1 1 0 0 1 1];>> win=chebwin(35);>> b1=fir2(34,f,m,win);>> [h1,w]=freqz(b1);>> b2=fir2(34,f,m);>> [h2,w]=freqz(b2);>> plot(f,m,w/pi,abs(h1),w/pi,abs(h2));grid on;>> legend('理想滤波器','切比雪夫窗设计','默认海明窗设计');6.实验报告要求（1）明确实验目的以及实验的原理。
（2）通过实验内容进一步了解滤波器的设计方法。
（3）完成思考题的内容，对实验结果及其波形图进行分析对比，总结主要结论。