FIR低通数字滤波器的设计要点
FIR滤波器设计要点

FIR滤波器设计要点FIR (Finite Impulse Response) 滤波器是一种数字滤波器,其设计要点包括滤波器类型选择、滤波器系数设计、频率响应规格、窗函数和滤波器长度选择等。
以下是对这些要点的详细介绍。
1.滤波器类型选择:在设计FIR滤波器之前,需要确定滤波器的类型。
常见的FIR滤波器类型包括低通滤波器、高通滤波器、带通滤波器和带阻滤波器。
不同类型的滤波器适用于不同的应用场景,因此在选择滤波器类型时需要考虑系统的需求。
2.滤波器系数设计:FIR滤波器的核心是滤波器系数。
滤波器系数决定了滤波器的频率响应和滤波特性。
常用的设计方法包括窗函数法、最小均方误差法和频率抽样法等。
窗函数法是最常用的设计方法,其基本思想是通过选择合适的窗函数来得到滤波器系数。
3.频率响应规格:在设计FIR滤波器时,需要明确所需的频率响应规格,包括通带增益、阻带衰减、过渡带宽等。
这些规格直接影响了滤波器的性能,因此需要根据具体应用场景来确定。
4.窗函数选择:窗函数在FIR滤波器设计中起到了重要的作用。
常用的窗函数包括矩形窗、汉宁窗、汉明窗、布莱克曼窗等。
不同的窗函数具有不同的特性,选择合适的窗函数可以得到优良的滤波器性能。
5.滤波器长度选择:滤波器长度决定了滤波器的频率分辨率和时间分辨率。
滤波器长度越长,频率响应越尖锐,但计算复杂度也越高。
因此,在设计FIR滤波器时需要权衡计算复杂度和性能要求,选择合适的滤波器长度。
6.优化设计:7.实现方式:总之,设计FIR滤波器要点包括滤波器类型选择、滤波器系数设计、频率响应规格、窗函数和滤波器长度选择等。
设计者需要根据具体的应用场景和性能要求来进行合理的设计和优化,以满足系统的需求。
FIR滤波器设计要点

数字信号与处理FIR滤波器设计院系:机电工程学院专业(班级):电子信息工程2班姓名:学号: 2010408指导教师:职称:副教授、助教完成日期:2013 年11 月18 日目录1 引言 (1)2 滤波器的简介 (2)2.1 数字滤波器的发展 (2)2.2数字滤波器的实现方法 (2)2.3数字滤波器的分类 (2)3.1 设计方法 (4)3.2有限冲击响应滤波原理 (4)3.3 FIR滤波器的结构图 (5)3.3 FIR数字滤波器阶数计算 (5)3.3 在matlab中算出滤波系数 (6)3.4 FIR数字滤波器设计方法 (6)3.5 程序功能顺序图 (8)4 调试的步骤及调试过程中出现的问题以及解决方法 (10)4.1 调试步骤 (10)4.2调试结果 (12)4.3调试问题解决 (13)5 结论 (15)6 设计心得体会 (16)附录A 程序 (18)FIR滤波器设计1 引言数字滤波器是数字信号处理中最重要的组成部分之一,数字滤波器是由数字乘法器、加法器和延时单元组成的一种算法或装置,可作为应用系统对信号的前期处理。
用DSP芯片实现的数字滤波器具有稳定性好、精确度高、灵活性强及不受外界影响等特性。
因此基于DSP实现的数字滤波器广泛应用于语音图像处理、数字通信、频谱分析、模式识别、自动控制等领域,具有广阔的发展空间。
随着计算机和信息技术的飞速发展,数字信号处理已经成为高速实时处理的一项关键技术,广泛应用在语音识别、智能检测、工业控制等各个领域。
数字滤波器是对数字信号实现滤波的线性时不变系统。
数字滤波实质上是一种运算过程,实现对信号的运算处理。
DSP数字信号处理是一门涉及许多学科而又广泛应用于许多领域的新兴学科。
20世纪60年代以来,随着计算机和信息技术的飞速发展,数字信号处理技术应运而生并得到迅速的发展。
传感器数字信号处理是利用传感器对模拟信号或数字信号进行采集并把其转换成计算机可识别的电信号,并利用计算机对信号进行处理以达到计算机辅助控制或是计算机自动控制的目的。
FIR的设计解读

FIR的设计解读FIR(Finite Impulse Response)滤波器是一种数字滤波器,其设计目的是在有限的时间范围内,对输入信号产生有限的输出响应。
本文将对FIR的设计进行解读。
首先,FIR滤波器的设计需要考虑以下几个因素:1.滤波器类型:FIR滤波器可以实现不同的滤波器类型,如低通、高通、带通和带阻滤波器等。
设计时需要明确所需的滤波器类型,以确定设计的基本结构和参数。
2.采样率:FIR滤波器的设计必须考虑信号的采样率,以确定滤波器的截止频率和频带宽度。
通常,滤波器的截止频率被定义为采样率的一半,以避免混叠现象的发生。
3.滤波器阶数:滤波器的阶数决定了其滤波特性的复杂程度和频率响应的陡峭程度。
较高的阶数可以提供更高的滤波器性能,但也会增加滤波器的计算复杂度。
4.窗函数:FIR滤波器的设计通常涉及到选择一种窗函数来加权滤波器的频率响应。
常见的窗函数有矩形窗、汉明窗、测窗等。
选择适当的窗函数可以平衡滤波器的时域性能和频域性能。
在FIR滤波器的设计中,最常用的方法是基于频域的设计方法。
以下是一种常用的频域设计方法:1.确定滤波器的输入信号和输出信号的频率响应。
根据应用需求和滤波器类型,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是在截止频率处波动为0。
2.将理想频率响应转换为时域响应。
通过对理想频率响应进行反变换,可以得到滤波器的时域响应。
这里通常采用离散傅里叶反变换(IDFT)或离散余弦变换(DCT)等方法。
3.根据时域响应和采样率计算滤波器的脉冲响应。
脉冲响应是离散时间下滤波器的输入信号和输出信号之间的脉冲响应。
可以通过对时域响应进行反变换,得到滤波器的脉冲响应。
4.根据脉冲响应计算滤波器的系数。
滤波器的系数是由脉冲响应计算得到的,通过将脉冲响应与输入信号进行卷积,计算出滤波器的输出信号。
5.优化滤波器的系数。
通常,设计得到的滤波器的系数需要进行优化,以满足设计要求。
可以通过改变滤波器的窗函数、阶数、截止频率等参数,来优化滤波器的性能。
FIR低通滤波器设计方案[]
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信息处理课程设计姓名邹海同班级07信学院电气学院学号 070201392011年01月11日----2011年01月14日目录一、前言二、FIR滤波器简介三、FIR低通滤波器的设计四、FIR数字滤波器程序设计与仿真五、小结六、参考文献一、前言数字滤波器是一个离散时间系统(按预定的算法,将输入离散时间信号转换为所要求的输出离散时间信号的特定功能装置)。
应用数字滤波器处理模拟信号时,首先须对输入模拟信号进行限带、抽样和模数转换。
数字滤波器输入信号的抽样率应大于被处理信号带宽的两倍,其频率响应具有以抽样频率为间隔的周期重复特性,且以折叠频率即1/2抽样频率点呈镜像对称。
为得到模拟信号,数字滤波器处理的输出数字信号须经数模转换、平滑。
数字滤波器具有高精度、高可靠性、可程控改变特性或复用、便于集成等优点。
数字滤波器在语言信号处理、图像信号处理、医学生物信号处理以及其他应用领域都得到了广泛应用。
数字滤波器有低通、高通、带通、带阻和全通等类型。
它可以是时不变的或时变的、因果的或非因果的、线性的或非线性的。
应用最广的是线性、时不变数字滤波器,以及FIR滤波器。
二、FIR滤波器简介FIR滤波器:有限长单位冲激响应滤波器,是数字信号处理系统中最基本的元件,它可以在保证任意幅频特性的同时具有严格的线性相频特性,同时其单位抽样响应是有限长的,因而滤波器是稳定的系统。
因此,FIR滤波器在通信、图像处理、模式识别等领域都有着广泛的应用。
有限长单位冲激响应(FIR)滤波器有以下特点:(1) 系统的单位冲激响应h (n)在有限个n值处不为零;(2) 系统函数H(z)在|z|>0处收敛,极点全部在z = 0处(因果系统);(3) 结构上主要是非递归结构,没有输出到输入的反馈,但有些结构中(例如频率抽样结构)也包含有反馈的递归部分。
目前,FIR滤波器的硬件实现有以下几种方式:1.数字集成电路FIR滤波器一种是使用单片通用数字滤波器集成电路,这种电路使用简单,但是由于字长和阶数的规格较少,不易完全满足实际需要。
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数字滤波器的设计指标

fir数字滤波器的设计指标FIR数字滤波器的设计指标主要包括以下几个方面:1. 频率响应:FIR数字滤波器的频率响应是指滤波器对不同频率信号的响应程度。
设计时需要根据应用场景确定频率响应特性,例如低通、高通、带通等。
低通滤波器用于消除高频噪声,高通滤波器用于保留低频信号,带通滤波器则用于限制信号在特定频率范围内的传输。
2. 幅频特性:FIR数字滤波器的幅频特性是指滤波器在不同频率下的幅值衰减情况。
设计时需要根据频率响应特性调整幅频特性,以满足信号处理需求。
例如,在通信系统中,为了消除杂散干扰和多径效应,需要设计具有特定幅频特性的滤波器。
3. 相位特性:FIR数字滤波器的相位特性是指滤波器对信号相位的影响。
设计时需要确保滤波器的相位特性满足系统要求,例如线性相位特性。
线性相位特性意味着滤波器在不同频率下的相位延迟保持恒定,这对于许多通信系统至关重要。
4. 群延迟特性:FIR数字滤波器的群延迟特性是指滤波器对信号群延迟的影响。
群延迟是指信号通过滤波器后,各频率成分的延迟时间。
设计时需要根据应用场景调整群延迟特性,以确保信号处理效果。
例如,在语音处理中,需要降低滤波器的群延迟,以提高语音信号的清晰度。
5. 稳定性:FIR数字滤波器的稳定性是指滤波器在实际应用中不发生自激振荡等不稳定现象。
设计时需要确保滤波器的稳定性,避免产生有害的谐波和振荡。
6. 计算复杂度:FIR数字滤波器的计算复杂度是指滤波器在实现过程中所需的计算资源和时间。
设计时需要权衡滤波器的性能和计算复杂度,以满足实时性要求。
例如,在嵌入式系统中,计算资源有限,需要设计较低计算复杂度的滤波器。
7. 硬件实现:FIR数字滤波器的硬件实现是指滤波器在实际硬件平台上的实现。
设计时需要考虑硬件平台的特性,如处理器速度、内存容量等,以确定合适的滤波器结构和参数。
8. 软件实现:FIR数字滤波器的软件实现是指滤波器在软件平台上的实现。
设计时需要考虑软件平台的特性,如编程语言、算法库等,以确定合适的滤波器设计和实现方法。
FIR滤波器的设计与性能评估

FIR滤波器的设计与性能评估一、引言滤波器在信号处理中起到了至关重要的作用。
滤波器可以根据信号的频率特性对信号进行处理,使我们可以去除噪声、增强感兴趣的频段等操作。
本文将介绍FIR(Finite Impulse Response)滤波器的设计原理和性能评估方法。
二、FIR滤波器的设计方法FIR滤波器是一种经典的数字滤波器,它利用有限的输入响应对输入信号进行滤波处理。
FIR滤波器具有线性相位和稳定性等优点,因此在许多应用中得到广泛应用。
1. 理想低通滤波器设计首先,我们需要确定FIR滤波器的设计参数,其中最基本的是滤波器的类型。
假设我们需要设计一个低通滤波器,即只保留低于一定频率的信号分量。
可以采用理想低通滤波器的方法进行设计。
2. 频率响应的离散化接下来,我们需要将理想低通滤波器的频率响应离散化,得到滤波器的系数。
常用的方法有频率采样法和窗函数法。
频率采样法通过在频域上均匀采样理想滤波器的频率响应得到系数,而窗函数法则需要选择一个窗函数来对离散化后的频率响应进行加窗。
3. 系数计算与滤波器实现根据离散化后的频率响应,可以通过逆变换得到滤波器的系数。
然后,我们可以将这些系数用于实现FIR滤波器。
常见的实现方式包括直接形式(Direct Form)、级联形式(Cascade Form)和线性相位形式(Linear Phase Form)等。
三、FIR滤波器的性能评估方法设计完成后,我们需要对FIR滤波器进行性能评估,以确保其能够满足我们的需求。
1. 幅频响应和相频响应在性能评估中,我们通常关注滤波器的幅频响应和相频响应。
幅频响应可以反映滤波器对不同频率分量的衰减或增益情况,而相频响应则描述了信号在滤波器中的相位变化。
2. 截止频率和过渡带宽对于低通滤波器而言,截止频率和过渡带宽是评估性能的重要指标。
截止频率是指滤波器开始起作用的频率,而过渡带宽则是指截止频率和衰减区域之间的频率范围。
3. 线性相位特性FIR滤波器具有线性相位的特点,这意味着不同频率分量的信号在滤波器中的延迟是相同的。
FIR数字低通滤波器的设计

第1章 绪论1.1设计的作用、目的课程设计是理论学习的延伸,是掌握所学知识的一种重要手段,对于贯彻理论联系实际、提高学习质量、塑造自身能力等于有特殊作用。
本次课程设计一方面通过MATLAB 仿真设计内容,使我们加深对理论知识的理解,同时增强其逻辑思维能力,另一方面对课堂所学理论知识作一个总结和补充。
1.2设计任务及要求通过课程设计各环节的实践,应使学生达到如下要求:1.掌握双线性变换法及脉冲响应不变法设计IIR 数字滤波器以及窗函数法 设计FIR 数字滤波器的原理、具体方法及计算机编程。
2.观察双线性变换法、脉冲响应不变法及窗函数法设计的滤波器的频域特性,了解各种方法的特点。
3.用MATLAB 画出三种方法设计数字滤波器的幅频特性曲线,记带宽和衰减量,检查结果是否满足要求。
1.3设计内容设计题目:FIR 数字滤波器的设计 设计内容:(1)设计一线性相位FIR 数字低通滤波器,截止频率π2.0=Ωf ,过渡带宽度π4.0≤∆Ω,阻带衰减dB A s 30>。
(2)设计一线性相位FIR 数字低通滤波器,截止频率π2.0=Ωf ,过渡带宽度π4.0≤∆Ω,阻带衰减dB A s 50>。
第2章FIR 数字低通滤波器的原理2.1 数字低通滤波器的设计原理FIR 数字滤波器传统的设计方法有窗函数法、频率抽样法和等波纹逼近法。
用窗函数设计FIR 数字滤波器就是用有限长的脉冲相应逼近序列,其基本设计思想为:首先选定一个理想的选频滤波器,然后截取它的脉冲响应得到线性相位。
滤波器(filter ),是一种用来消除干扰杂讯的器件,将输入或输出经过过滤而得到纯净的直流电。
对特定频率的频点或该频点以外的频率进行有效滤除的电路,就是滤波器,其功能就是得到一个特定频率或消除一个特定频率。
就是允许某一部分频率的信号顺利的通过,而另外一部分频率的信号则受到较大的抑制,它实质上是一个选频电路。
1.滤波器的概念滤波器是对输入信号起滤波的作用的装置。
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FIR低通数字滤波器的设计要点《DSP技术与应用》课程设计报告课题名称:基于DSP Builder的FIR数字滤波器的设计与实现学院:电子信息工程学院班级: 11级电信本01班学号:姓名:题目基于DSP Builder的FIR数字滤波器的设计与实现摘要FIR数字滤波器是数字信号处理的一个重要组成部分,于FIR数字滤波器具有严格的线性相位,因此在信息的采集和处理过程中得到了广泛的应用。
介绍了FIR数字滤波器的概念和线性相位的条件,分析了窗函数法、频率采样法和等波纹逼近法设计FIR滤波器的思路和流程。
在分析三种设计方法原理的基础上,借助Matlab仿真软件工具箱中的fir1、fir2和remez子函数分别实现窗函数法、频率采样法和等波纹逼近法设计FIR滤波器。
然后检验滤波器的滤波效果,采用一段音频进行加噪声然后用滤波器滤,对比三段音频效果进而对滤波器的滤波效果进行检验。
仿真结果表明,在相频特性上,三种方法设计的FIR滤波器在通带内都具有线性相位;在幅频特性上,相比窗函数法和频率采样法,等波纹逼近法设计FIR滤波器的边界频率精确,通带和阻带衰减控制。
AbstractFIR digital filter is an important part of digital signal processing, the FIR digital filter with linear phase, so it has been widely applied in the collection and processing of information in the course of. This paper introduces the concept of FIR digital filter with linear phase conditions, analysis of the window function method and frequency sampling method and the ripple approximation method of FIR filter design ideas and processes. Based on analyzing the principle of three kinds of design methods, by means of fir1, fir2 and Remez function of Matlab simulation software in the Toolbox window function method and frequency sampling method and respectively realize equiripple approximation method to design FIR filter. Then test the filtering effect of the filter, using an audio add noise and then filter, test three audio effects andxxparison of filter filtering effect. Simulation results show that the phase frequency characteristic, three design methods of FIR filter with linear phase are in the pass band; the amplitude frequency characteristics, xxpared with the window function method and frequency sampling method, equiripple approximation methodDesign of FIR filter with accurate boundary frequency, the passband and stopband attenuation control.目录一、绪论 ................................................ ............................................ 1 二、FIR数字滤波器原理 ................................................ ................. 2 三、DSP Builder设计流程 ................................................ ............... 3 四、基于DSP Builder设计FIR数字滤波器 ................................. 8 五、课程设计心得 .......................................................................... 11 六、6. 修改FIR滤波器模型添加参数把计算机的系数逐个填入到FIR滤波器模型中,见图。
这样就完成了一个12阶FIR低通滤波器的设计。
图 12阶FIR低通滤波器7四、基于DSP Builder设计FIR数字滤波器1、利用DSP Builder库建立DDS模型如图所示。
图 DDS模型2、加入激励,完成系统仿真如图所示。
图仿真结果83、Simulink模型转成VHDL如图所示。
图Simulink模型转VHDL4.综合如图和图。
图 Quartus II综合9图 Quartus II综合5、利用Modelsim完成功能仿真如图。
图功能仿真10五、课程设计心得通过本次课程设计自己对滤波器的设计有了初步的了解和掌握。
也对MATLAB有了一定的了解。
设计过程中,学习了许多数字信号处理课程中关于数字滤波器的设计的内容,再通过利用六、LPM_WIDTHB => 12, PIPELINE => 2, one_input => 0, lpm=> 0, lpm_hint => \cst_val => \SequenceLength => 1, SequenceValue => 1, dspb_widthr => 24) port map ( DATAA => A6W, DATAB => A1W, clock => clock, ena => '1', sclr => sclr, result => A10W);-- Product Operator - Simulink Block \Product2i : AltiMult generic map ( LPM_WIDTHA => 12, LPM_WIDTHB => 12, PIPELINE => 2, one_input => 0, lpm => 0, lpm_hint => \cst_val => \SequenceLength => 1, SequenceValue => 1, dspb_widthr => 24) port map ( DATAA => A7W, DATAB => A2W, clock => clock, ena => '1', sclr => sclr, result => A11W);-- Product Operator - Simulink Block \Product3i : AltiMult generic map ( LPM_WIDTHA => 12, LPM_WIDTHB=> 12, PIPELINE => 2,17one_input => 0, lpm=> 0, lpm_hint => \cst_val => \SequenceLength => 1, SequenceValue => 1, dspb_widthr => 24) port map ( DATAA => A8W, DATAB => A3W, clock => clock, ena => '1', sclr => sclr, result => A12W);-- Sum Operator - Simulink Block %u15_L0_Inst0 : SAdderSub generic map ( LPM_WIDTH => 24, PIPELINE => 1, SequenceLength => 1, SequenceValue => 1, AddSubVal => AddAdd) port map ( dataa => p15A0L0Add, datab => p15B0L0Add, clock => clock, ena => '1', sclr => sclr, result => p15A0L1Add);u15_L0_Inst1 : SAdderSub generic map ( LPM_WIDTH => 24, PIPELINE => 1, SequenceLength => 1, SequenceValue => 1, AddSubVal => AddAdd) port map ( dataa => p15A1L0Add, datab => p15B1L0Add, clock => clock, ena => '1', sclr => sclr, result => p15B0L1Add);18u15_L1_Inst0 : SAdderSub generic map ( LPM_WIDTH => 25, PIPELINE => 1, SequenceLength => 1,SequenceValue => 1, AddSubVal => AddAdd) port map ( dataa => p15A0L1Add, datab => p15B0L1Add, clock => clock, ena => '1', sclr => sclr, result => A13W);end architecture aDspBuilder;19《DSP技术与应用》课程设计报告课题名称:基于DSP Builder的FIR数字滤波器的设计与实现学院:电子信息工程学院班级: 11级电信本01班学号:姓名:题目基于DSP Builder的FIR数字滤波器的设计与实现摘要FIR数字滤波器是数字信号处理的一个重要组成部分,于FIR数字滤波器具有严格的线性相位,因此在信息的采集和处理过程中得到了广泛的应用。