FIR抽取滤波器的工作原理
fir基础原理总结
1.6 FIR滤波器与IIR滤波器比较？每一种都有优缺点•但总得来说，FIR滤波器的优点远大于缺点，因此在实际运用中,FIR滤波器比IIR滤波器使用的比较多.1.6.1相对于IIR滤波器，FIR滤波器有什么优点？相较于IIR滤波器，FIR滤波器有以下的优点：*可以很容易地设计线性相位的滤波器.线性相位滤波器延时输入信号，却并不扭曲其相位.*实现简单.在大多数DSP处理器，只需要对一个指令积习循环就可以完成FIR计算.*适合于多采样率转换，它包括抽取（降低采样率），插值（增加采样率）操作.无论是抽取或者插值，运用FIR 滤波器可以省去一些计算，提高计算效率.相反，如果使用IIR滤波器，每个输岀都要逐一计算，不能省略，即使输岀要丢弃.*具有理想的数字特性.在实际中，所有的DSP滤波器必须用有限精度（有限bit数目）实现，而在IIR滤波器中使用有限精度会产生很大的问题，由于采用的是反馈电路，因此IIR通常用非常少的bit实现，设计者就能解决更少的与非理想算术有关的问题。
*可以用小数实现.不像IIR滤波器，FIR滤波器通常可能用小于1的系数来实现。
（如果需要，FIR滤波器的总的增益可以在输岀调整）。
当使用定点DSP的时候，这也是一个考虑因素，它能使得实现更加地简单。
1.6.2相较于IIR滤波器，FIR滤波器的缺点是什么？相比较于IIR滤波器，有时FIR滤波器为了得到一个给定的滤波响应特性，需要花费更多的存储器或者计算.当然，用FIR滤波器去实现某些响应也是不实际的.1.7在描述FIR滤波器的时候，都要提到什么术语？*冲激响应-FIR滤波器的冲激响应实际上是FIR的系数.*抽头仃ap） - FIR的抽头是系数或者延时对.FIR抽头的个数（通常用N来表示）意味着:1）实现滤波器所需要的存储空间，2）需要计算的数目，3）滤波器能滤掉的数量，实际上，越多的抽头意味着有更多的阻带衰减，更少的波纹，更窄的滤波等等.*乘累加（MAC）-在FIR方面考虑，MAC是指把延时的数据采样与相应的系数相乘，然后累加结果。
插值fir滤波器工作原理
插值fir滤波器工作原理
插值FIR滤波器是一种数字滤波器，它通过插入零值来增加输入信号的采样率，并且以此增加输出信号的频率分辨率。
它的工作原理如下：
1. 零值插入：首先，插值FIR滤波器会将输入信号的每个采样值之间插入多个零值，以增加采样率。
这样可以在频域中扩展输入信号，使其能够更好地与滤波器的频域响应匹配。
2. 频域响应设计：根据所需的滤波特性，设计一个合适的频域响应，例如低通、带通、高通或带阻滤波器等。
这通常通过选择合适的滤波器系数来实现。
3. 卷积运算：将插值后的输入信号序列与滤波器的系数序列进行卷积运算，得到输出信号序列。
4. 采样返回：最后，将输出信号进行抽取，以还原到原始的采样率，得到插值FIR滤波器的输出信号。
总的来说，插值FIR滤波器通过零值插入、频域响应设计、卷积运算和采样返回等步骤，实现对输入信号的插值和滤波处理。
它可以用于信号重构、频率转换、滤波等应用。
fir滤波器原理
fir滤波器原理
滤波器是一种用于改变信号频率内容的电子或数字设备。
FIR 滤波器是一种常见的数字滤波器，其工作原理基于离散时间信号的有限脉冲响应（Finite Impulse Response，简称FIR）。
FIR滤波器的工作原理如下：首先，输入信号通过FIR滤波器的输入端，经过一系列的延迟操作。
延迟操作将信号的各个采样值按照规定的时间间隔向后移动，形成了一系列的延迟输入信号。
接下来，这些延迟输入信号与滤波器的一组系数相乘，得到一组乘积。
这些乘积值随后被相加，形成最终的输出信号。
这一过程称为卷积操作，其结果是通过不同延迟输入信号与滤波器系数的加权和获得的输出信号。
FIR滤波器的特点是具有线性相位响应和稳定性。
线性相位响应意味着FIR滤波器对不同频率的信号都能够实现同样的延迟，从而不会导致信号的相位失真。
稳定性指的是滤波器在任何输入情况下都能够产生有限的输出，而不会出现无界的振荡或爆炸。
FIR滤波器的设计方法可以通过指定所需的频率响应来实现。
常见的设计方法包括窗函数法、最佳线性逼近法等。
窗函数法通过选择适当的窗函数和截断长度，来实现对滤波器频率响应的控制。
最佳线性逼近法则通过最小化实际输出与所需输出之间的误差来设计滤波器。
总之，FIR滤波器通过延迟、加权和卷积等操作，对输入信号进行滤波处理，达到改变其频率内容的目的。
这种滤波器具有线性相位响应和稳定性，并可以通过不同设计方法来实现所需的频率响应。
FIR滤波器
FIR滤波器1、FIR 滤波器是在数字信号处理(DSP)中经常使⽤的两种基本的滤波器之⼀，另⼀个为IIR滤波器。
2、FIR代表有限冲激响应(Finite Impulse Response)的简称。
3、 FIR(有限冲激响应)中的有限是冲激响应是有限的意味着在滤波器中没有发反馈.。
4、 FIR 滤波器外还有⼀类 IIR(⽆限冲激响应,Infinite Impulse Response)，IIR滤波器使⽤反馈，因此当信号输⼊后，输出是根据算法循环的。
5、 FIR滤波器与IIR滤波器⽐较，每⼀种都有优缺点，但总得来说， FIR滤波器的优点远⼤于缺点，因此在实际运⽤中，FIR滤波器⽐IIR滤波器使⽤的⽐较多。
6、相较于IIR滤波器, FIR滤波器有以下的优点：(1) 可以很容易地设计线性相位的滤波器，线性相位滤波器延时输⼊信号，却并不扭曲其相位，实现简单，在⼤多数DSP处理器，只需要对⼀个指令积习循环就可以完成FIR计算。
适合于多采样率转换，它包括抽取(降低采样率)，插值(增加采样率)操作，⽆论是抽取或者插值，运⽤FIR滤波器可以省去⼀些计算，提⾼计算效率，相反,如果使⽤IIR滤波器，每个输出都要逐⼀计算，不能省略，即使输出要丢弃.。
(2)具有理想的数字特性，在实际中，所有的DSP滤波器必须⽤有限精度(有限bit数⽬)实现，⽽在IIR滤波器中使⽤有限精度会产⽣很⼤的问题，由于采⽤的是反馈，因此IIR通常⽤⾮常少的bit实现，设计者就能解决更少的与⾮理想算术有关的问题。
(3) 可以⽤⼩数实现. 不像IIR滤波器，FIR滤波器通常可能⽤⼩于1的系数来实现。
(如果需要，FIR滤波器的总的增益可以在输出调整)。
当使⽤定点DSP的时候，这也是⼀个考虑因素，它能使得实现更加地简单。
7、相较于IIR滤波器, FIR滤波器的缺点是什么，相⽐较于IIR滤波器, 有时FIR滤波器为了得到⼀个给定的滤波响应特性,需要花费更多的存储器或者计算. 当然,⽤FIR滤波器去实现某些响应也是不实际的.8、在描述FIR滤波器的时候，都要提到冲激响应 - FIR滤波器的冲激响应实际上是FIR的系数。
FIR滤波器的原理及设计
FIR滤波器的原理及设计1.选择理想的滤波特性：根据实际需求，选择滤波器的频率响应特性。
常见的滤波特性包括低通滤波、高通滤波、带通滤波和带阻滤波等。
这些特性可以通过选择不同的频率响应曲线来实现。
2.确定滤波器的长度：确定滤波器的长度是指确定冲激响应函数h(n)的长度。
一般情况下，滤波器的长度与所需的滤波特性密切相关。
如果需要更陡的滤波特性，滤波器的长度应该相对较长。
3.求解滤波器的系数：滤波器的系数通过优化方法求解得到。
最常用的方法是窗函数法和最小二乘法。
-窗函数法：将理想的频率响应特性和滤波器的长度进行离散傅里叶变换，得到频率响应的频谱图。
然后，利用窗函数将频谱图控制在滤波器的长度范围内，并进行反离散傅里叶变换得到滤波器系数。
-最小二乘法：将理想的频率响应特性与滤波器的输出响应特性进行最小二乘拟合，通过最小化滤波器的输出与理想输出之间的误差，得到滤波器的系数。
优化方法的选择主要取决于滤波器的设计要求和性能指标。
例如，窗函数法简单易用，适用于一般的滤波要求；最小二乘法则可以得到更精确的滤波器响应。
FIR滤波器设计的一个常见问题是权衡滤波器的性能和计算复杂度。
较长的滤波器可以实现更陡的滤波特性，但也会增加计算复杂度。
因此，在设计FIR滤波器时需要综合考虑滤波特性、滤波器长度和计算复杂度等因素，以达到最佳性能和实用性的平衡。
总之，FIR滤波器是一种基于冲激响应函数的数字滤波器。
它的设计原理主要包括选择滤波特性和确定滤波器的长度，然后通过窗函数法或最小二乘法求解滤波器的系数。
FIR滤波器具有线性相位、稳定性和灵活性等优点，在数字信号处理中有着广泛的应用。
fir低通滤波器原理
fir低通滤波器原理低通滤波器原理一、什么是低通滤波器低通滤波器（LPF）是一种输入信号在指定的频率范围内阻抗为高的滤波器。
它能够有效地抑制较高频率的输入信号，从而只保留较低频率信号，增强信号低频部分的特征，例如：增强低频声音信号提取出人声信号，以及视频信号提取出高清图像。
二、低通滤波器的作用1. 降噪和抑制高频干扰。
低通滤波器可以抑制高于某一特定频率的信号，从而减少输出信号中的噪声和其他干扰，使输出信号的质量更高、更清晰。
2. 细节处理。
低通滤波器可以提取出较低频率的信号，使信号有更多的细节，从而更容易被人们理解。
3. 低频增强。
低通滤波器可以增强低频信号，使低频声音更清晰、更柔和，以及视频信号更细腻、更柔和。
三、低通滤波器的工作原理低通滤波器的工作原理是在特定的截止频率（也称为滤料频率）及其以下的频率信号被有效地通过滤波器，而该频率以上的频率信号被滤波器有效地抑制。
这意味着滤波器在特定的截止频率以上的信号，有效地降低其强度，从而使输出信号低频部分比输入信号强度更高。
四、低通滤波器的类型1. 振荡滤波器（Oscillator Filter）振荡滤波器是一种由震荡电路构成的滤波器，它的两种常见的类型是双稳态振荡滤波器（BFO）和双动态振荡滤波器（BDE）。
它们都执行同样的功能，即通过反馈电路构成的振荡电路来实现低通滤波效果，从而实现高质量的低频信号。
2. 卷积滤波器（Convolution Filters）卷积滤波器是由单独的一段信号与待处理信号的积分求和运算构成的一种滤波器。
它的特点比较灵活，支持多种不同类型的滤波器，比如：低通滤波器、带通滤波器和高通滤波器等，并且支持设计更复杂的滤波器。
3. 周期滤波器（Periodic Filters）周期滤波器是通过模拟周期滤波器的机制来实现低通滤波效果的一种滤波器。
它以用户定义的一组振幅、相位和频率为基础，创建一组周期函数，然后将待处理信号的周期性构造与之匹配，从而实现低通滤波的效果。
FIR数字滤波器的基本原理及设计方法
第一章 FIR 数字滤波器的基本原理及设计方法有限长单位脉冲响应数字滤波器（FIRDF ，Finite Impulse Response Digital Filter ）的最大优点是可以实现线性相位滤波。
而IIRDF 主要对幅频特性进行逼近，相频特性会存在不同程度非线性。
我们知道，无失真传输与滤波处理的条件是，在信号的有效频谱范围内系统幅频响应为常数，相频响应具有线性相位。
在数字通信和图像处理与传输等应用场合都要求滤波器具有线性相位特性。
另外FIRDF 是全零点滤波器，硬件和软件实现结构简单，不用考虑稳定性问题。
所以，FIRDF 是一种很重要的滤波器，在数字信号处理领域得到广泛应用。
当幅频特性指标相同时，FIRDF 的阶数比IIRDF 高的多，但是同时考虑幅频特性指标和线性相位要求时，IIRDF 要附加复杂的相位校正网络，而且难以实现严格线性相位特性。
所以，在要求线性相位滤波的应用场合，一般都用FIRDF 。
FIRDF 的设计方法主要有两类：第一类是基于逼近理想滤波器特性的方法，包括窗函数法，频率采样法和等波纹最佳逼近法。
第二类是最优设计法，我们主要讨论第一类设计法，侧重与滤波器的设计方法和相应的MATLAB 工具箱函数的介绍。
FIR 数字滤波器的设计方法有窗函数法、频率采样法和基于firls 函数和remez 函数的最优化方法。
MATLAB 语言中的数字信号处理工具箱，提供了一些滤波器的函数，使FIR 滤波器的运算更加方便和快捷。
在MATLAB 中提供的滤波函数有fir1(),此函数以经典的方法实现加窗线性相位FIR 数字滤波器设计，可以设计出低通、高通、带通和带阻滤波器；fir2函数设计的FIR 滤波器，其滤波的频率特性由矢量f 和m 决定，f 和m 分别为滤波器的期望幅频响应的频率相量和幅值相量。
Firls()和remez()的基本格式用于设计I 型和II 型线性相位FIR 滤波器，I 型和II 型的区别是偶函数还是奇函数。
多速率fir滤波
多速率fir滤波多速率FIR滤波是数字信号处理中常用的一种滤波技术。
该技术的最大特点是可以将信号的采样频率降低，从而减少计算负担和存储空间。
同时，多速率FIR滤波还可以保持信号的高质量。
下面是对多速率FIR滤波的详细介绍。
一、什么是多速率FIR滤波？多速率FIR滤波是一种数字滤波器，其主要功能是根据需要对信号进行降采样，从而达到减少计算负担和存储空间的目的。
同时，滤波器还可以保持信号的高质量，因此在数字信号处理中被广泛应用。
二、多速率FIR滤波的构成多速率FIR滤波器由两部分组成，即抽取滤波器和插值滤波器。
1.抽取滤波器抽取滤波器是一种低通滤波器，主要功能是对原始信号进行降采样，并得到抽取后的信号。
因此，抽取滤波器的截止频率必须小于采样频率的一半，否则会导致信号混叠。
2.插值滤波器插值滤波器是一种低通滤波器，主要功能是对抽取信号进行插值，并得到插值后的信号。
插值滤波器的截止频率必须小于插值后的采样频率的一半，否则会导致信号混叠。
三、多速率FIR滤波的优点1.可以降低计算负担和存储空间，提高处理效率。
2.可以保持信号的高质量，避免信号失真。
3.可以降低系统功耗，延长系统寿命。
四、多速率FIR滤波器的应用1.语音和音频信号处理多速率FIR滤波器可以对音频信号进行降采样和插值，从而减少计算负担和存储空间，在语音识别和语音合成等领域中被广泛应用。
2.图像信号处理多速率FIR滤波器可以对图像信号进行降采样和插值，从而减少计算负担和存储空间，在图像增强和图像压缩等领域中被广泛应用。
3.通信系统多速率FIR滤波器可以对数字信号进行降采样和插值，从而提高通信系统的性能。
在数字通信系统中，多速率FIR滤波器被广泛应用于通信解调和信号重构等领域。
综上所述，多速率FIR滤波是数字信号处理中应用广泛的一种滤波技术。
该技术的优点是可以降低计算负担和存储空间，同时保持信号的高质量，被广泛应用于音频信号处理、图像信号处理和通信系统等领域。
FIR低通滤波器设计
FIR低通滤波器设计一、FIR低通滤波器的设计原理FIR低通滤波器是通过截断滤波器的频率响应来实现的。
设计过程中，需要确定滤波器的截止频率和滤波器的阶数。
阶数越高，滤波器的性能越好，但需要更多的计算资源。
截止频率决定了滤波器的带宽，对应于滤波器的3dB截止频率。
低通滤波器将高频部分去除，只保留低频部分。
二、FIR低通滤波器的设计步骤1.确定滤波器的阶数N：根据滤波器的性能要求，确定阶数N，一般通过试验和优化得到。
2.确定滤波器的截止频率：根据所需的频率特性，确定滤波器的截止频率，可以根据设计要求选择合适的截止频率。
3. 建立理想的频率响应：根据滤波器的类型和截止频率，建立理想的频率响应，例如矩形窗、Hamming窗等。
4.通过傅里叶反变换得到滤波器的冲激响应：将建立的理想频率响应进行傅里叶反变换，得到滤波器的冲激响应。
5.通过采样和量化得到滤波器的离散系数：根据采样频率和滤波器的冲激响应，得到滤波器的离散系数。
6.实现滤波器：利用离散系数和输入信号进行卷积运算，得到滤波器的输出信号。
三、常用的FIR低通滤波器设计方法1.矩形窗设计法：矩形窗设计法是一种简单的设计方法，通过选择合适的滤波器阶数和截止频率，利用离散傅里叶变换求解滤波器的系数。
矩形窗设计法的优点是简单易用，但是频率响应的副瓣比较高。
2. Hamming窗设计法：Hamming窗设计法是一种常用的设计方法，通过选择合适的滤波器阶数和截止频率，利用离散傅里叶变换求解滤波器的系数。
Hamming窗设计法可以减小副瓣，同时保持主瓣较窄。
3. Parks-McClellan算法：Parks-McClellan算法是一种常用的优化设计方法，通过最小化滤波器的最大截止误差来得到滤波器的系数。
Parks-McClellan算法可以得到相对较好的频率响应，但是计算量较大。
四、总结FIR低通滤波器设计是数字信号处理中的关键任务之一、设计滤波器的阶数和截止频率是设计的关键步骤，采用不同的设计方法可以得到不同的滤波器性能。
FIR滤波器程序设计要点
FIR滤波器程序设计要点FIR（Finite Impulse Response）滤波器是一类常用的数字滤波器，其设计过程涉及到理论知识、算法选择以及实现方式等多个要点。
下面将从这些方面逐一进行论述，以便于全面理解FIR滤波器程序设计的要点。
一、理论知识1.了解FIR滤波器的原理：FIR滤波器采用有限长的冲激响应作为滤波器的特性，并且在滤波过程中只涉及输入信号和滤波器的参数，不涉及状态的保存。
2.掌握FIR滤波器的频率响应：FIR滤波器的频率响应是通过滤波器的冲激响应和输入信号的傅里叶变换得到的，可以通过频率响应来评估滤波器的性能和设计参数。
3.理解FIR滤波器的设计方法：FIR滤波器的设计方法有窗函数法、频率采样法和优化法等多种，了解不同方法的特点和应用场景，能够选择合适的设计方法。
二、算法选择1.窗函数法：窗函数法是设计FIR滤波器最常用的方法之一，其基本思想是在频域对滤波器的频率响应进行加权，在时域通过傅里叶变换得到滤波器的冲激响应。
2.频率采样法：频率采样法是通过指定一组滤波器的频率响应值，在频域中采样点上满足所需频率响应要求，最终在时域得到滤波器的冲激响应。
3. 优化法：优化法是通过优化算法对滤波器的冲激响应进行优化，以达到所需的频率响应要求，常见的优化算法包括最小二乘法和Chebyshev优化法等。
三、实现方式1.直接实现：直接实现是将滤波器的冲激响应和输入信号一一对应相乘，再求和得到输出信号，并且可以通过循环实现。
2.快速实现：快速实现是通过快速傅里叶变换（FFT）算法将滤波器的冲激响应转换为频域，在频域上进行乘法操作，再通过逆变换得到输出信号。
3.级联实现：级联实现是将滤波器分解成若干个较短的子滤波器，再将子滤波器连接起来，可以减少滤波器的复杂度和实现过程中所需的计算量。
总结起来，FIR滤波器程序设计的要点包括理解FIR滤波器的原理和频率响应、选择适合的设计方法和算法、熟悉不同实现方式的特点和应用场景，以及根据实际需求进行合理的设计和优化。
FIR抽取滤波器的工作原理
FIR抽取滤波器的工作原理FIR（有限脉冲响应）滤波器是一种数字滤波器，常用于信号处理和数字通信领域。
它的工作原理基于对输入信号的离散时间样本进行线性加权求和的方式。
FIR滤波器的工作原理可以分为三个主要步骤：采样、加权和求和。
1.采样：输入信号经过模数转换器（A/D转换器）转换为数字形式，以离散时间点的方式进行采样。
这意味着信号在时间上是离散的，并以一定的时间间隔采集样本。
2.加权：每个采样点都乘以一个系数，称为滤波器的冲激响应。
冲激响应是一个数字序列，表示了滤波器的频率响应特性。
它决定了滤波器如何对不同频率的信号进行加权。
冲激响应的长度决定了滤波器的阶数，即影响滤波器频率响应的能力。
3.求和：加权后的采样点按顺序相加，得到输出信号。
输出信号是滤波器对输入信号进行处理后得到的结果。
FIR滤波器的特点是其脉冲响应是有限长度的，因此它不具有反馈回路。
这意味着它的稳定性得到了保证，并且不会引入频率抖动或波动。
此外，FIR滤波器的相应通带和停带特性可以精确设计，其幅频响应在通带内的波动较小，同时对停带内的频率具有较高的抑制能力。
设计FIR滤波器的关键是确定滤波器的冲激响应。
常见的设计方法有窗函数法、频率采样法和最小平方误差法等。
窗函数法通过在理想传递函数和实际传递函数之间引入窗函数来设计滤波器。
频率采样法在设计过程中提前选择一组所需的频率样本点，然后通过这些样本点确定滤波器的冲激响应。
最小平方误差法是基于最小化输入信号和期望响应之间的均方误差来设计滤波器。
FIR滤波器的应用广泛，例如语音处理、图像处理、音频处理和无线通信等领域。
它可以实现低通、高通、带通和带阻等多种滤波器类型，具有较好的抗混叠性能和相位线性特性，能够有效地去除信号中的干扰和噪声。
总结起来，FIR滤波器的工作原理是将输入信号离散采样后，对每个采样点乘以滤波器的冲激响应系数，并将这些加权后的采样点求和，得到输出信号。
滤波器的冲激响应可以通过不同的设计方法获得，以满足特定的频率响应要求。
了解FIR数字滤波器的原理和作用
目录前言 (2)1.1 FIR数字滤波器的影响 (2)1.2 FIR数字滤波器的原理 (2)1.3 FIR数字滤波器的参数 (2)正文 (3)2.1 设计的目的和意义 (3)2.2 目标与总体方案 (3)2.3 设计方法和内容 (4)2.3.1硬件环境： (4)2.3.2软件环境： (4)2.3.3 设计流程： (4)2.3.4 详细内容： (4)2.4 设计创新与关键技术 (5)2.4.1 设计的特点 (5)2.4.2 设计的难点 (6)2.4.3 软件的调试 (8)2.4.4 结果分析 (8)2.5 结论 (11)有关说明 (12)3.1 matlab运行程序 (12)3.1.1利用汉明窗法，画出它的幅频图和相位图的程序 (12)3.1.2先获取零极点参数，再通过双线性变换得到结果，设计滤波器的程序 (12)致谢 (14)参考文献 (14)课程设计总结 (15)前言1.1 FIR 数字滤波器的影响在许多数字信号处理系统中，如语音或音频信号处理中，有限冲激响应（FIR ）滤波器是最常用的组件之一，它完成信号预调、频带选择和滤波等功能。
FIR 滤波器虽然在截止频率的边沿陡峭性能上不及无限冲激响应（IIR ）滤波器，但是却具有严格的线性相位特性，稳定性好，能设计成多通带（或多阻带）滤波器组，所以FIR 滤波器在通信、图像处理、模式识别等领域得到广泛的应用。
1.2 FIR 数字滤波器的原理FIR(Finite Impulse Response) 数字滤波器：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。
在电力分析实验仪中，只要求分析20次以下的谐波，30次以上的谐波由抗混叠滤波器滤波，20－30次的谐波则由数字滤波器滤除。
所以电力系统的低通滤波器的技术指标如下：通带截止频率为1 000Hz ，阻带截止频率为1 500Hz ，通带波纹为0.001，阻带波纹为0.001，采样频率为4 000Hz ，阻带衰减小于50 dB ，因此设计中采用汉明窗比较合适。
fir基础原理总结
1.6 FIR滤波器与IIR滤波器比较?每一种都有优缺点.但总得来说, FIR滤波器的优点远大于缺点,因此在实际运用中,FIR滤波器比IIR滤波器使用的比较多.1.6.1 相对于IIR滤波器, FIR滤波器有什么优点?相较于IIR滤波器, FIR滤波器有以下的优点:* 可以很容易地设计线性相位的滤波器. 线性相位滤波器延时输入信号,却并不扭曲其相位.* 实现简单. 在大多数DSP处理器, 只需要对一个指令积习循环就可以完成FIR计算.* 适合于多采样率转换,它包括抽取(降低采样率), 插值(增加采样率)操作. 无论是抽取或者插值, 运用FIR 滤波器可以省去一些计算, 提高计算效率. 相反,如果使用IIR滤波器,每个输出都要逐一计算,不能省略,即使输出要丢弃.* 具有理想的数字特性. 在实际中，所有的DSP滤波器必须用有限精度（有限bit数目）实现，而在IIR滤波器中使用有限精度会产生很大的问题，由于采用的是反馈电路，因此IIR通常用非常少的bit实现，设计者就能解决更少的与非理想算术有关的问题。
* 可以用小数实现. 不像IIR滤波器，FIR滤波器通常可能用小于1的系数来实现。
（如果需要，FIR滤波器的总的增益可以在输出调整）。
当使用定点DSP的时候，这也是一个考虑因素，它能使得实现更加地简单。
1.6.2 相较于IIR滤波器, FIR滤波器的缺点是什么?相比较于IIR滤波器, 有时FIR滤波器为了得到一个给定的滤波响应特性,需要花费更多的存储器或者计算. 当然,用FIR滤波器去实现某些响应也是不实际的.1.7 在描述FIR滤波器的时候,都要提到什么术语?* 冲激响应- FIR滤波器的冲激响应实际上是FIR的系数.* 抽头(Tap) - FIR的抽头是系数或者延时对. FIR抽头的个数(通常用N来表示)意味着:1)实现滤波器所需要的存储空间, 2) 需要计算的数目, 3) 滤波器能滤掉的数量, 实际上,越多的抽头意味着有更多的阻带衰减, 更少的波纹,更窄的滤波等等.* 乘累加(MAC) - 在FIR方面考虑,MAC是指把延时的数据采样与相应的系数相乘，然后累加结果。
CSD编码的FIR数字抽取滤波器的设计及VLSI实现
CSD编码的FIR数字抽取滤波器的设计及VLSI实现摘要：本文介绍了一种基于CSD（Canonic Signed Digit）编码的FIR（Finite Impulse Response）数字抽取滤波器的设计及其在VLSI（Very Large Scale Integration）中的实现。
该滤波器采用CSD编码的系数表示方式，利用CSD编码的特性，可以减少运算过程中的加法器和乘法器的数量，从而降低了硬件的复杂度和功耗。
同时，为了进一步优化滤波器的性能，我们采用了数字抽取技术，将抽取因子设置为2，使得滤波器能够实现更高的采样率。
关键词：CSD编码；FIR滤波器；数字抽取；VLSI；硬件复杂度1. 引言数字滤波器在信号处理领域起着重要的作用，它可以对输入信号进行滤波和降噪处理。
FIR滤波器由于其线性相位和稳定性而被广泛应用。
然而，传统的FIR滤波器在硬件实现过程中存在着复杂的乘法器和加法器结构，导致了较高的功耗和硬件复杂度。
因此，设计一种高效的FIR滤波器成为研究的重点。
2. CSD编码的FIR滤波器设计CSD编码是一种用于表示系数的二进制编码方法，其主要特点是使用了正负号和0，可以有效减少系数表示的位数。
在FIR 滤波器中，我们利用CSD编码来表示滤波器的系数。
通过将系数进行编码，我们可以将加法器的数量减少到最小，从而降低了硬件复杂度和功耗。
3. 数字抽取技术的应用为了进一步优化滤波器的性能，我们采用了数字抽取技术。
数字抽取是一种通过降低输入信号的采样率来减少滤波器的复杂度的方法。
在本文中，我们将抽取因子设置为2，这意味着滤波器的输入采样率为输出采样率的两倍。
通过数字抽取，我们可以在不影响滤波器性能的情况下，降低硬件的复杂度。
4. VLSI实现为了验证所提出的CSD编码的FIR数字抽取滤波器的设计，在VLSI平台上进行了实现。
我们采用了先进的VLSI技术和设计方法，将滤波器的各个模块进行了综合和布局，最终得到了一个高性能的滤波器。
基于频域抽样法的fir数字带阻滤波器
目录1前言 (1)2 设计原理 (1)线性相位FIR数字滤波器的特点 (1)2.2 频率抽样法设计原理 (1)线性相位FIR数字滤波器的约束条件 (3)3 带阻滤波器设计过程 (3)3.1 带阻滤波器概念 (3)3.2 初始条件解析 (4)3.3 设计步骤 (4)改善滤波器性能的措施 (5)4 MATLAB程序仿真 (5)5 Simulink仿真.................................................... 错误!未定义书签。
6 设计心得 (8)参考文献： (8)1 前言数字滤波器是一种用来过滤时间离散信号的数字系统，通过对抽样数据进行数学处理来到达频域滤波的目的。
根据其单位冲激响应函数的时域特性可分为两类：无限冲激响应〔IIR 〕滤波器和有限冲激响应〔FIR 〕滤波器。
与IIR 滤波器相比，FIR 的实现是非递归的，总是稳定的；更重要的是，FIR 滤波器在满足幅频响应要求的同时，可以获得严格的线性相位特性。
因此，它在高保真的信号处理，如数字音频、图像处理、数据传输、生物医学等领域得到广泛应用。
有限长单位冲激响应(FIR) 数字滤波器具有严格的线性相位，又具有任意的幅频特性。
同时FIR 系统只有零点，系统是稳定的,因而容易实现线性相位和允许实现多通道滤波器。
只要经过一定的时延，任何非因果有限长序列都能变成因果的有限长序列， 因而总能用因果系统来实现。
FIR 滤波器由于单位冲激响应是有限长的，可以用快速傅立叶变换(FFT) 算法来实现过滤信号，从而大大提高运算效率。
由于FIR 滤波器具有以上优点，在信号处理和数据传输中得到了广泛的应用。
Matlab 语言是一种用于科学计算的高效率语言。
随着Matlab 信号处理工具箱(Signal Pro2cessing Toolbox) 的不断完善,使数字滤波器的计算机辅助设计得以实现。
2 设计原理FIR 数字滤波器的系统函数无分母，为∑∑-=--=-==110)()(N n n N i ii z n h zb z H ，系统频率响应可写成：∑-=-=10)()(N n jwnjwen h e H ，令)(jw e H ＝)()(w j ew H Φ，H(w)称为幅度函数，)(w Φ称为相位函数。
FIR滤波器相关简介
FIR滤波器FIR的结构FIR(Finite Impulse Response)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。
目录一、FIR滤波器的种类二、FIR的特点一、FIR滤波器的种类二、FIR的特点展开编辑本段一、FIR滤波器的种类目前，FIR滤波器的硬件实现有以下几种方式：1.1、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。
虽然可采用多片扩展来满足要求，但会增加体积和功耗，因而在实际应用中受到限制。
1.2、DSP芯片FIR滤波器另一种是使用DSP芯片。
DSP芯片有专用的数字信号处理函数可调用，实现FIR滤波器相对简单，但是由于程序顺序执行，速度受到限制。
而且，就是同一公司的不同系统的DSP芯片，其编程指令也会有所不同，开发周期较长。
1.3、可编程FIR滤波器还有一种是使用可编程逻辑器件，FPGA／CPLD。
FPGA有着规整的内部逻辑块整列和丰富的连线资源，特别适合用于细粒度和高并行度结构的FIR 滤波器的实现，相对于串行运算主导的通用DSP芯片来说，并行性和可扩展性都更好。
编辑本段二、FIR的特点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。
设FIR滤波器的单位冲激响应h (n)为一个N点序列，0 ≤n ≤ N —1，则滤波器的系统函数为H(z)=∑h(n)*z^-n就是说，它有（N—1）阶极点在z = 0处，有（N—1）个零点位于有限z平面的任何位置。
fir滤波器
n0
n0
在原点z=0处有 (M-1)阶零点，在z平面其它处有 M-1个 零点，频率响应函数可写为
M 1
H (e jw ) h(n)e jwn , w
n0
线性相位的脉冲响应形状(1)
因为频率响应函数具有线性相位
H (e jw ) w, w
这里是恒定相位延迟( constant phase delay)，由第 6章知，h(n)是对称脉冲响应
h( N 1) 2
2h( N 1
n)
2
第二种
Hr
(w）
N 1 n0
b(n)
cos(w(n
1 )) 2
b(n) 2h( N n），n 1, 2 N
2
2Hale Waihona Puke (2)设计线性相位的高通DF
从幅度特性看，可用第一种或第四种
第一种
N 1
Hr (w） a(n) cos wn
其中：
n
n0
n
0
0 a(0) a(n)
设计一个低通滤波器，它具有一个通带
[0,wp] ，通带内频带容限为δ1(或Rp，单 位 dB)，一个阻带[ws,pi]，阻带内容度为
δ2(或As,单位dB)
最后求得结果是得出滤波器的系统函数H(z)或 差分方程
五、FIR滤波器的优点
相位响应可以真正线性 系统绝对稳定，设计相对容易 高效实现 可用DFT实现 实际应用时，我们感兴趣的是线性相位 的FIR滤波器
h(n) h(M 1 n), 0 n M 1,
M 1,
2
2
h(n)仍然关于对称，根据M的奇偶有两种对称类型
线性相位的脉冲响应形状(2)
对应频率响应特性H(ejw)
fir带通滤波器
fir带通滤波器滤波器在信号处理中起着重要的作用，可以去除噪声或者筛选出我们需要的频率成分。
其中，fir（有限冲激响应）滤波器是一种常用的数字滤波器，其特点是可以设计出非常精确的滤波效果。
本文将介绍fir带通滤波器的原理、设计方法以及应用。
一、fir带通滤波器的原理fir带通滤波器是一种将特定频率范围内的信号通过，而将其他频率范围内的信号抑制的滤波器。
可以理解为，fir带通滤波器在频率响应上有一个中心频率附近的通带，通带内的信号被保留，而通带之外的信号则被抑制。
fir滤波器的基本原理是利用线性相位特性和零相位特性。
通过分析滤波器的频率响应特性，可以得到fir滤波器的系数，进而实现滤波效果。
二、fir带通滤波器的设计方法fir带通滤波器的设计一般包括以下几个步骤：1. 确定滤波器的通带范围和带宽：根据实际需求，确定希望通过的信号频率范围和带宽。
2. 确定滤波器的阶数：阶数决定了滤波器的斜率和频率响应曲线的形状。
一般而言，滤波器的阶数越高，滤波器的性能越好，但计算量也相应增加。
3. 根据滤波器的阶数选择合适的窗函数：窗函数可以影响滤波器的频率响应曲线。
常用的窗函数有矩形窗、汉明窗、布莱克曼窗等。
4. 计算滤波器的系数：根据所选窗函数以及通带范围、带宽等参数，可以采用不同的方法来计算fir滤波器的系数。
其中，常用的方法有频率采样法、最小二乘法等。
5. 对滤波器进行频率响应测试和调整：设计完成后，可以对滤波器进行频率响应测试，根据实际效果进行调整，以满足要求。
三、fir带通滤波器的应用fir带通滤波器在信号处理领域有着广泛的应用，以下列举几个常见的应用场景：1. 音频处理：fir带通滤波器可以应用于音频处理，比如去除或增强特定频率范围内的声音信号，提高音频的质量。
2. 图像处理：在图像处理中，fir带通滤波器可以用来增强或者去除特定频率范围内的图像信息，例如在医学图像处理中的边缘检测和轮廓提取。
3. 通信系统：fir带通滤波器在通信系统中常用于解调、调制、信道均衡等环节，以达到信号传输的要求。
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摘 要：本文介绍了ＦＩＲ抽取滤波器的工作原理，重点阐述了用ＸＣ２Ｖ１０００实现ＦＩＲ抽取滤波器的方法，并给出了仿真波形和设计特点。
关键词：ＦＩＲ抽取滤波器；流水线操作；ＦＰＧＡ 用ＦＰＧＡ实现抽取滤波器比较复杂，主要是因为在ＦＰＧＡ中缺乏实现乘法运算的有效结构，现在，ＦＰＧＡ中集成了硬件乘法器，使ＦＰＧＡ在数字信号处理方面有了长足的进步。
本文介绍了一种采用Ｘｉｌｉｎｘ公司的ＸＣ２Ｖ１０００实现ＦＩＲ抽取滤波器的设计方法。
具体实现结构设计基于抽取滤波器的工作原理，本文采用ＸＣ２Ｖ１０００实现了一个抽取率为２、具有线性相位的３阶ＦＩＲ抽取滤波器，利用原理图和ＶＨＤＬ共同完成源文件设计。
图１是抽取滤波器的顶层原理图。
其中，ｃｌｏｃｋ是工作时钟，ｒｅｓｅｔ是复位信号，ｅｎａｂｌｅ是输入数据有效信号，ｄａｔａ＿ｉｎ（１７：０）是输入数据，ｄａｔａ＿ｏｕｔ（１７：０）是输出数据，ｖａｌｉｄ是输出数据有效信号。
ａｄｄｅｒ１８是加法器模块，ｍｕｌｔ１８是乘法器模块，ａｃｃ３６是累加器模
块，ｓｉｇｎａｌ＿３６ｔｏ１８是数据截位器模块，ｆｉｒ＿ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ是控制器模块。
控制器定时向加法器、乘法器和累加器发送数据或控制信号，实现流水线操作。
图１ 抽取滤波器顶层原理图 控制器控制器是抽取滤波器的核心模块，有两个功能：一是接收输入数据，二是向其它模块发送数据和控制信号。
它根据加法器、乘法器和累加器的时序特性，有规律地向加法器发送抽头数据，向乘法器发送系数，向累加器发送控制信号，让加法器、乘法器和累加器在每个时钟周期都完成指定的任务，从而实现流水线操作。
控制器用ＶＨＤＬ语言描述，用寄存器存放抽头和系数。
加法器加法器的输入和输出都是１８ ｂｉｔ，用ＶＨＤＬ语言描述实现。
它有两个工作时钟的延迟，在输入数据准备好的情况下，第一个时钟得出相加结果，第二个时钟把相加结果锁存输出。
乘法器乘法器为１８ ｂｉｔ输入，３６ ｂｉｔ输出，用库元件ＭＵＬＴ１８Ｘ１８Ｓ和３６ ｂｉｔ锁存器实现。
ＭＵＬＴ１８Ｘ１８Ｓ是ＸＣ２Ｖ１０００自带的１８×１８ ｂｉｔ硬件乘法器，单个时钟就可完成乘法运算。
３６ ｂｉｔ锁存器工作于时钟的上升沿，用ＶＨＤＬ语言描述。
乘法器（ｍｕｌｔ１８）也有两个工作时钟的延时，在输入数据准备好的情况下，第一个时钟得出相乘结果，第二个时钟把相乘结果锁存输出。
加法器和乘法器采用锁存输出的结构，虽然增加了一个工作时钟的延迟，但有利于抽取滤波器稳定的工作，提高可靠性。
累加器３６ ｂｉｔ累加器用于累加乘法器的输出，得出滤波结果。
它有一个控制端口ｃｌｒ，当ｃｌｒ为高电平时，输出前一轮累加结果，并初始化，开始新一轮累加；当ｃｌｒ为低电平时，进行累加运算。
累加器用ＶＨＤＬ语言描述。
数据截位器数据截位器用ＶＨＤＬ语言描述，用于把累加器的３６ｂｉｔ输出进行取舍处理，一般截掉数据低位部分，保留数据高位。
为了对抽取滤波器进行功能仿真，这里截掉数据高１８ｂｉｔ，保留数据低１８ｂｉｔ。
工作过程及功能仿真下面以抽取滤波器完成一次抽取滤波的全过程为例，说明抽取滤波器的工作过程。
假设时钟１、时钟２、时钟３和时钟４控制器已接收了数据ｘ（ｎ－３）、ｘ（ｎ－２）、ｘ（ｎ－１）和ｘ（ｎ），那么，时钟５：控制器向加法器发送数据ｘ（ｎ）和ｘ（ｎ－３）；时钟６：加法器进行ｘ（ｎ）＋ｘ（ｎ－３）运算；控制器向加法器发送数据ｘ（ｎ－１）和ｘ（ｎ－２）；时钟７：加法器进行ｘ（ｎ－１）＋ｘ（ｎ－２）运算，输出ｘ（ｎ）＋ｘ（ｎ－３）运算结果。
控制器向乘法器发送系数ｈ（０）；时钟８：加法器输出ｘ（ｎ－１）＋ｘ（ｎ－２）运算结果，乘法器进行ｈ（０）［ ｘ（ｎ）＋ｘ（ｎ－３）］运算，控制器向乘法器发送系数ｈ（１）；时钟９：乘法器进行ｈ（１）［ ｘ（ｎ－１）＋ｘ（ｎ－２）］运算，输出ｈ（０）［
ｘ（ｎ）＋ｘ（ｎ－３）］运算结果。
控制器向累加器发送控制信号（ｃｌｒ为高电平）；时钟１０：乘法器输出ｈ（１）［
ｘ（ｎ－１）＋ｘ（ｎ－２）］运算结果。
累加器初始化，开始累加操作。
控制器向累加器发送控制信号（ｃｌｒ为低电平）；时钟１１：累加器进行累加运算：ｈ（０）［ ｘ（ｎ）＋ｘ（ｎ－３）］＋ ｈ（１）［ ｘ（ｎ－１）＋ｘ（ｎ－２）］。
控制器向累加器发送控制信号（ｃｌｒ为高电平），控制器输出滤波数据有效信号（ｖａｌｉｄ为高电平）；时钟１２：累加器输出ｈ（０）［
ｘ（ｎ）＋ｘ（ｎ－３）］＋ ｈ（１）［ ｘ（ｎ－１）＋ｘ（ｎ－２）］ 累加结果，并初始化，开始新一轮累加操作。
控制器输出滤波数据无效信号（ｖａｌｉｄ为低电平）。
以上就是抽取滤波器完成一次抽取滤波的全过程。
可见，从数据ｘ（ｎ）输入到滤波结果ｙ（ｎ） 输出需要８个工作时钟。
如果控制器不停地向乘法器和加法器发送抽头、系数和控制信号，就会形成流水线操作，那么每过两个时钟，抽取滤波器就会输出一个滤波结果。
两点注意事项（１）两个ｎ位二进制数相加，其和至少需要ｎ＋１位二进制数才能正确表示。
本设计中的加法器输入／输出都是１８ｂｉｔ，为了防止加法器溢出，应确保１８ｂｉｔ输入数据ｘ（ｎ）的最高两位相同（都是符号位）。
（２）为了实现抽取滤波器的多级串联结构，应统一输入数据有效信号ｅｎａｂｌｅ和输出数据有效信号ｖａｌｉｄ的时序要求。
本设计规定控制器在累加器输出滤波结果后的下一个时钟送出滤波结果有效信号，时宽为一个工作时钟周期。
设计特点采用此设计结构实现抽取滤波器有以下三个特点：（１）节省片内资源，提高资源使用效率。
由于利用ＩＰ核生成的滤波器往往不能针对实际情况合理的利用片内资源，造成资源浪费。
本设计采用了流水线结构，所有功能模块都满负荷工作，没有空闲等待时钟，从而节省了片内资源，提高了资源利用率。
（２）可以实现抽取滤波器多级结构。
针对抽取滤波器的输出特性，可以采取相同的设计方法，再设计一级抽取滤波器，对前一级输出的数据再次抽取滤波，从而实现多级抽取滤波器结构。
（３）设计灵活，扩展性强。
用寄存器存放抽头和系数适用于滤波器阶数较少的情况，如果需要用上百阶的抽取滤波，最好用ＸＣ２Ｖ１０００片内ＲＡＭ存放抽头和系数，这时只要稍微改动控制器的逻辑设计即可实现。
在此基础上，还可实现可编程抽取滤波器。
结语本文以实现抽取率为２、具有线性相位的３阶ＦＩＲ抽取滤波器为例，介绍了一种用Ｘｉｌｉｎｘ公司的ＸＣ２Ｖ１０００实现ＦＩＲ抽取滤波器的设计方法。
用该方法设计出的抽取滤波器灵活性强，资源利用率高，能广泛应用于数字接收领域。
。