基于Matlab的FIR低通滤波器设计[开题报告]2011-11-07
基于MATLAB的FIR低通滤波器设计
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四 总结
从 各 个 图 的 特 性 曲线 中 可 以 看 出该滤 波器 的 性 能 基本达 到 了 要 求 滤波作 用 比 较 明 显 曲线 相 对 比 较平 稳 能 够满 足 微 弱 信 号 滤波器 的设 计
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基于MATLAB的FIR 数字低通滤波器设计DOC
毕业设计（论文）任务书题目：基于MATLAB的FIR 数字低通滤波器设计系名信息工程系专业电子信息工程学号 6009202371学生姓名马成指导教师李晓峰职称讲师2012年12 月15 日一、原始依据（包括设计或论文的工作基础、研究条件、应用环境、工作目的等。
）研究条件：在大学四年专业学习的基础上，阅读有关MATLAB软件使用方法以及数字滤波器设计等方面的书籍；掌握MATLAB编程语言，熟练利用计算机进行MATLAB仿真设计。
应用环境：数字滤波器在现实生活中与人们息息相关，广泛使用于各种声音、图像以及文字等处理系统中。
将MATLAB强大的运算处理能力有机融入数字滤波器设计中可实现对于数字滤波器的快速设计以及各种处理变换。
工作目的：本课题的主要任务就是利用MATLAB软件中的数字信号处理工具箱实现FIR低通数字滤波器的设计。
二、参考文献[1]徐明远，刘增力，《MATLAB仿真在信号处理中的应用》[M].西安：西安电子科技大学出版社，2007.11.[2]陈桂明，张明照，《应用MATLAB语言处理信号与数字图像》[M].北京：科学出版社，2000.5.[3]飞思科技产品研发中心.MATLAB基础与提高[M].北京：电子工业出版社，2005.[4]高西全，丁玉美.数字信号处理[M].西安：西安电子科技大学出版社，第三版，2008.[5]李亚奇，张雅琦.线性相位FIR数字滤波器[J].电子测量技术，2005（6）：35-37.[6]郭德才.基于Matlab的FIR低通滤波器的设计与仿真[J].通化师范学院学报，2009, 30（8）：38-41.[7]赵刚.基于数字滤波器设计的讨论[J].南开大学学报（自然科学版），2003（3）：101-103.[8]陈明军.改进窗函数在FIR数字滤波器设计中的应用[J].继电器，2007（13）：65-67.三、设计（研究）内容和要求（包括设计或研究内容、主要指标与技术参数，并根据课题性质对学生提出具体要求。
基于matlab的fir数字滤波器的设计
一、引言数字滤波器是数字信号处理中至关重要的组成部分，它能够对数字信号进行滤波处理，去除噪音和干扰，提取信号中的有效信息。
其中，fir数字滤波器作为一种常见的数字滤波器类型，具有稳定性强、相位响应线性等特点，在数字信号处理领域得到了广泛的应用。
本文将基于matlab软件，探讨fir数字滤波器的设计原理、方法和实现过程，以期能够全面、系统地了解fir数字滤波器的设计流程。
二、fir数字滤波器的基本原理fir数字滤波器是一种有限长冲激响应（finite impulse response, FIR）的数字滤波器，其基本原理是利用线性相位特性的滤波器来实现对数字信号的筛选和处理。
fir数字滤波器的表达式为：$$y(n) = \sum_{k=0}^{M}h(k)x(n-k)$$其中，y(n)为输出信号，x(n)为输入信号，h(k)为滤波器的系数，M为滤波器的长度。
fir数字滤波器的频率响应特性由其系数h(k)决定，通过设计合适的系数，可以实现对不同频率成分的滤波效果。
三、fir数字滤波器的设计方法fir数字滤波器的设计方法主要包括窗函数法、频率抽样法、最小最大法等。
在matlab中，可以通过信号处理工具箱提供的fir1函数和firls函数等来实现fir数字滤波器的设计。
下面将分别介绍这两种设计方法的基本原理及实现步骤。
1. 窗函数法窗函数法是fir数字滤波器设计中最为常见的方法之一，其基本原理是通过对理想滤波器的频率响应进行窗函数加权来满足设计要求。
在matlab中，可以使用fir1函数实现fir数字滤波器的设计，其调用格式为：h = fir1(N, Wn, type)其中，N为滤波器的阶数，Wn为滤波器的截止频率，type为窗函数的类型。
通过调用fir1函数，可以灵活地设计出满足特定要求的fir数字滤波器。
2. 频率抽样法频率抽样法是fir数字滤波器设计中的另一种重要方法，其基本原理是在频域上对理想滤波器的频率响应进行抽样，并拟合出一个最优的滤波器。
基于MATLAB的FIR滤波器设计
FIR滤波器设计一.设计思路录取一个音频，导入MATLAB中。
然后，在MATLAB程序输入时加入一个噪声信号，利用窗函数法设计FIR滤波器低通滤波器把这个噪声滤去。
得到的图形有加噪前音频的时域图、频域图；加噪后音频的时域图、频域图；滤波器的增益响应图；滤波后的时域图、频域图。
具体的工作流程如下图所示：二.具体步骤第一步：采集语音信号用Windows 自带的录音程序录音:“开始--程序--附件--录音机”,随便播放一段音频（一般为5~6秒），并保存。
将此音频在千千静听中打开，并以W A V格式转换保存，以便在MATLAB中使用。
本设计采用的音频是陈奕迅的爱情转移（文件名aqzy），格式保存为W A V，时间为8秒。
第二步：输出加噪前的音频、及加噪后的音频f=5000;[Y,fs,bits]=wavread('F:\aqzy.wav');%利用wavread产生音频的函数及采样频率L=length(Y);t=0:1/fs:(L-1)/fs;%定义时间的范围及步长y=0.005*sin(3*pi*f*t);; n1=floor(L/3);%所加噪声f1=(0:n1)*fs/L;Y=Y(:,1);sound(Y,fs);%输出加噪前音频Y1=y+Y';%给音频加噪声FY1=abs(fft(Y1,L));FY=abs(fft(Y,L));sound(Y1,fs);%输出加噪后的音频第三部：加噪前音频的时域图、频域图figure(1)subplot(211)plot(t(1:1000),Y(1:1000)); grid on;%加噪前音频的时域图xlabel('时间(t)');ylabel('幅度(Y)');title('加噪前录音波形的时域图');subplot(212)plot(f1,FY(1:n1+1)); grid on;%加噪前音频的频域图 xlabel('频率(f)');ylabel('幅度(FY)'); title('加噪前录音波形的频域图'); figure(2)0.0050.010.0150.020.025-1-0.500.51时间(t)幅度(Y )加噪前录音波形的时域图050001000015000200040006000频率(f)幅度(F Y )加噪前录音波形的频域图第四步：加噪后音频的时域图、频域图subplot(211)plot(t(1:1000),Y1(1:1000)); grid on;%加噪后音频的时域图 xlabel('时间(t)');ylabel('幅度(Y1)'); title('加噪声后录音波形的时域图'); subplot(212)plot(f1,FY1(1:n1+1)); grid on;%加噪后音频的频域图 xlabel('频率(f)');ylabel('幅度(FY1)'); title('加噪声后录音波形的频域图');00.0050.010.0150.020.025-55x 10-3时间(t)幅度(Y 1)加噪声后录音波形的时域图050001000015000200040006000频率(f)幅度(F Y 1)加噪声后录音波形的频域图第五步：滤波器的增益响应图m=0.03; M=round(8/m); N=M-1;%定义滤波器的阶数 b=fir1(N,0.6); figure(3)[h,f]=freqz(b,1,512);%滤波器的幅频特性图plot(f*fs/(2*pi),20*log10(abs(h)))%参数分别是频率与幅值xlabel('频率/赫兹');ylabel('增益/分贝');title('滤波器的增益响应'); figure(4)00.511.522.5x 104-140-120-100-80-60-40-20020频率/赫兹增益/分贝滤波器的增益响应第六步：滤波后的时域图、频域图及滤波后的音频sf=filter(b,1,Y1);%使用filter 函数对信号进行滤波 Fsf=abs(fft(sf,L)); subplot(211)plot(t(1:1000),sf(1:1000)); grid on;%滤波后音频的时域图 xlabel('时间(t)');ylabel('幅度(sf)'); title('滤波后录音波形的时域图'); axis([0.01 0.05 -0.002 0.002]) subplot(212)plot(f1,Fsf(1:n1+1)); grid on;%滤波后音频的频域图 xlabel('频率(f)');ylabel('幅度(Fsf)');title('滤波后录音波形的频域图');sound(sf,fs);0.010.0150.020.0250.030.0350.040.0450.05-3时间(t)幅度(s f )滤波后录音波形的时域图050001000015000200040006000频率(f)幅度(F s f )滤波后录音波形的频域图三.小结用窗函数设FIR 滤波器的基本思路：从时域出发设计 h(n)逼近理想 hd(n)。
基于MATLAB设计FIR滤波器
基于MATLAB设计FIR滤波器FIR（Finite Impulse Response）滤波器是一种数字滤波器，它具有有限的冲激响应长度。
基于MATLAB设计FIR滤波器可以使用signal工具箱中的fir1函数。
fir1函数的语法如下：b = fir1(N, Wn, window)其中，N是滤波器的阶数，Wn是截止频率，window是窗函数。
要设计一个FIR低通滤波器，可以按照以下步骤进行：步骤1：确定滤波器的阶数。
阶数决定了滤波器的截止频率的陡峭程度。
一般情况下，阶数越高，滤波器的陡峭度越高，但计算复杂度也会增加。
步骤2：确定滤波器的截止频率。
截止频率是指在滤波器中将信号的频率限制在一定范围内的频率。
根据应用的需求，可以选择适当的截止频率。
步骤3：选择窗函数。
窗函数是为了在时域上窗口函数中心增加频率衰减因子而使用的函数。
常用的窗函数有Hamming、Hanning等。
窗函数可以用来控制滤波器的幅度响应特性，使得它更平滑。
步骤4：使用fir1函数设计滤波器。
根据以上步骤确定滤波器的阶数、截止频率和窗函数，可以使用fir1函数设计FIR滤波器。
具体代码如下：N=50;%设定阶数Wn=0.5;%设定截止频率window = hanning(N + 1); % 使用Hanning窗函数步骤5：使用filter函数对信号进行滤波。
设计好FIR滤波器后，可以使用filter函数对信号进行滤波。
具体代码如下：filtered_signal = filter(b, 1, input_signal);其中，input_signal是输入信号，filtered_signal是滤波后的信号。
以上，便是基于MATLAB设计FIR滤波器的简要步骤和代码示例。
根据具体需求和信号特性，可以进行相应的调整和优化。
基于MATLAB的FIR数字滤波器仿真与设计(开题报告)
[6]李春宇．用Matlab设计FIR数字滤波器[J]．淮阴工学院学报2005,14(1)．
[7]王宽福．函数带权的最佳逼近多项式的存在唯一性定理[J]．科学技术与工程2009(5)．
[8]李国林．切比雪夫最佳一致逼近法及误差函数特性研究[J]．西华师范大学学报（自然科学版）2007，28(3)．
最终完成毕业设计文档一份、MATLAB程序设计及注释一份。
我的毕业设计具体时间安排如下：
第1周根据任务书，查阅相关资料
第2周完成开题报告
第3周 复习数字信号处理中关于FIR数字滤波器的内容
第4周 了解FIR数字滤波器的意义
第5周 了解FIR数字滤波器的几种不同设计方法
第6周完成外文翻译
第7周复习matlab课程中的笔记，熟悉matlab的使用
[9]丁玉美，高西全．数字信号处理[M]．西安：西安电子科技大学出版社，2000．
[10] S C pei，J J Shyu．Design of Arbitrary FIR Log Filter by Weighted Least SquarБайду номын сангаас Technique[J]．IEEE Tans．Signal Processing 1994，(9):2495~2499.
2、研究目的和意义
1.本课题的理论意义
几乎在所有的工程技术领域中都会涉及到信号的处理问题，其信号表现形式有电、磁、机械以及热、光、声等。信号处理的目的一般是对信号进行分析、变换、综合、估值与识别等。如何在较强的噪声背景下提取出真正的信号或信号的特征，并将其应用于工程实际是信号处理的首要任务。
而数字信号处理中一个非常重要且应用普遍的技术就是数字滤波。目前数字滤波器有FIR数字滤波器和IIR数字滤波器两种，IIR数字滤波器的设计方法是利用模拟滤波器成熟的理论及设计图表进行设计的，因而保留了一些典型模拟滤波器优良的幅度特性，但设计中只考虑了幅度特性，没考虑相位特性，所设计的滤波器一般是某种确定的非线性相位特性。为了得到线性相位特性，对IIR滤波器必须另外加相位校正网络，使滤波器设计变得复杂，成本也高，又难以得到严格的线性相位特性。而FIR滤波器在保证幅度特性满足技术要求的同时，很容易做到有严格的线性相位特性，同时为了使FIR数字滤波器的设计更优化，因而研究FIR数字滤波器的优化设计具有重要的理论意义。
基于MATLAB的FIR低通滤波器的设计.
吉首大学信息科学与工程学院课程设计报告书课程通信系统设计与仿真课题：基于MATLAB的低通FIR滤波器设计姓名：何其兵杨冰清岳裕旭学号：20124055066 2012405506720124055068专业：通信工程（物联网方向）年级：2012级指导教师：雷可君2015年11 月一、项目介绍与设计目的1.项目介绍FIR数字滤波器的设计方法有很多，比较常用的有窗函数设计法、频率采样设计法、等波纹逼近法等。
本课题通过运用窗函数设计FIR数字低通滤波器，并实现对给定的信号进行滤波。
窗函数设计法是最基本的数字滤波方法，是利用傅里叶反变换(IDTFT)计算给定的频响的理想单位脉冲响应，再加以窗函数进行截断和平滑[2]。
Matlab软件的信号处理工具箱提供了FIR数字滤波器设计的子函数，运用Matlab软件设计可以避免繁杂的数学运算，而且具有丰富的绘图功能，可以方便地查看所设计的数字滤波器的幅度响应和相位响应是否满足设计要求。
因此，本课题在理论分析各种FIR数字滤波器设计方法的基础上，运用Matlab软件进行仿真分析。
随着信息科学和计算机技术的不断发展，数字信号处理(DSP，Digital Signal Processing)的理论和技术也得到了飞速的发展，并逐渐成为一门重要的学科，它的重要性在日常通信、图像处理、遥感、声纳、生物医学、地震、消费电子、国防军事、医疗方面等显得尤为突出。
在我们面临的信息革命中，数字信号处理几乎涉及了所有的工程技术领域[1]。
2.设计目的（1）增进对MATLAB的认识，加深对数字信号处理理论方面的理解；（2）掌握数字信号处理中IIR和FIR滤波器的设计；（3）了解和掌握用MATLAB实现IIR和FIR滤波器的设计方法、过程，为以后的设计打下良好基础。
二、设计方案1．项目环境要求MATLAB 7.0一台PC2.设计目的（1）增进对MATLAB的认识，加深对数字信号处理理论方面的理解；（2）掌握数字信号处理中IIR和FIR滤波器的设计；（3）了解和掌握用MATLAB实现IIR和FIR滤波器的设计方法、过程，为以后的设计打下良好基础。
基于matlab程序的fir滤波器设计实现
基于matlab程序的fir滤波器设计实现随着科学技术的发展，电子设备的设计要求也在不断提高，需要功能更加齐全的电子设备。
滤波器作为重要的电子元件，可以降低噪声，提高电子设备的工作效率，广泛应用在通信、仪器仪表、电力系统等领域。
fir滤波器由具有非常特殊结构的线性系统组成。
在传输特性中，它具有稳定的延迟，具有良好的频率分析和回波抑制功能。
为了使用fir滤波器，我们必须对其进行合理的设计，实现滤波器的功能。
本文介绍使用matlab程序来设计和实现fir滤波器的方法。
首先，我们需要确定滤波器的目标，包括滤波器的截止频率、阻带频率以及期望的功率谱，然后将这些参数输入matlab程序中，并使用合适的算法来计算滤波器的系数。
在matlab中实现fir滤波器的各种算法有很多种，包括传统的窗函数法，频率响应插值法，自适应法和波束形成法等。
算法的选择取决于优化目标，可以根据滤波器的要求自由选择。
当确定了滤波器要求和设计算法之后，就可以使用matlab编写程序来实现这些算法。
matlab有丰富的函数库，可以很容易地实现fir滤波器的设计。
具体的程序设计步骤如下：首先，选择所需的设计参数，包括滤波器阶数、归一化频率、幅值和相位等；然后，选择所需的算法，计算出匹配的滤波器系数；最后，编写一个完整的程序来实现fir滤波器的设计，测试滤波器的参数，并输出实现结果。
本文介绍了使用matlab程序来实现fir滤波器设计的方法，它可以实现滤波器的质量分析和测试，可以根据滤波器要求进行精确的设计。
使用matlab来设计fir滤波器，不仅可以缩短设计时间，而且能够节省大量的金钱和人力，具有非常重要的意义。
总之，fir滤波器在电子设备设计中有着重要的作用，使用matlab程序来设计和实现fir滤波器有着非常重要的意义。
通过此次研究，有助于我们更好地理解和应用matlab程序来设计和实现fir 滤波器，从而提高滤波器的性能，从而更好地满足电子设备设计的要求。
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电子信息学院
本科毕业设计(论文)开题报告
论文题目基于Matlab的FIR低通滤波器设计
学生姓名专业班级性别
一、课题研究意义及现状
所谓数字信号处理技术是指运用数值计算的方法对信号进行分析、变换、综合、估值与识别等的处理。
随着电子技术和电子计算机技术的发展，数字信号处理技术受到了越来越广泛的关注，数字信号处理的理论和技术也在不断丰富和完善，新的理论和新技术层出不穷。
可以说，数字信号处理是发展最快、应用最广泛、成效最显著的新科学之一，目前已广泛地应用在语音、雷达、声纳、地震、图像、通信、控制、生物医学、遥感遥测、地质勘探、航空航天、故障检测、自动化仪表等领域。
数字滤波器是数字信号处理中的重要组成部分之一，在数字信号处理中，数字滤波占有极其重要的地位。
滤波器可以分为IIR滤波器和FIR滤波器两大类，IIR滤波器并不能得到严格的线性相位特性，因此在许多实际应用中为了得到线性相位特征，还必须另外增加相位校正网络，使滤波器设计变得复杂，成本也高，而FIR滤波器在保证幅度特性满足技术要求的同时，还可以很容易的做到有严格的线性相位特性。
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。
目前对数字滤波器的设计有多种方法，其中著名的Matlab软件包，功能强大、使用方便。
传统的数字滤波器的设计过程复杂，计算工作量大，滤波特性调整困难，影响了它的应用。
利用Matlab信号处理工具箱可以快速有效的设计由软件组成的常规数字滤波器，可以随时对比设计要求和滤波器特性调整参数，直观简便，极大的减轻了工作量，有利于滤波器设计的最优化。
本课题在基于Matlab的FIR低通滤波器的设计方法、编程以及实际应用上有着积极的意义。
二、课题研究的主要内容和预期目标
主要研究基于Matlab的FIR低通滤波器。
具体是采用窗函数设计法、频率采样法、等波纹逼近法进行设计，并用Matlab软件编写程序进行仿真。
1．研究FIR滤波器的定义、分类、应用以及设计方法。
2．了解FIR滤波器窗函数的设计方法及原理。
3．了解FIR滤波器频率采样的设计方法及原理。
4．了解FIR滤波器等波纹逼近的设计方法及原理。
5．确定滤波器的技术指标，并进行Matlab仿真。
结合上述内容，设计编程，完成利用Matlab软件设计FIR低通滤波器并进行仿真优化。
通过设计编程，加深对知识的理解和运用。
三、课题研究的方法及措施
本课题主要研究的是基于Matlab的FIR低通滤波器设计，因此在研究过程中主要是采用理论分析结合软件仿真来实现。
总的研究方法是在课题研究之前，掌握一定的理论基础，了解FIR滤波器是如何进行信号各个波段的滤波的，在理论中寻找适合本课题的设计方案；然后，了解Matlab软件应用，使用Matlab软件设计数字低通滤波器并进行仿真优化，实现数字低通滤波器的滤波。
具体措施如下：
1. 首先阅读广泛资料，对FIR滤波器的定义、设计方法做一下介绍，分析FIR低通滤
波器的研究意义及作用。
2．Matlab作为工作平台和开发工具，熟悉Matlab软件程序设计的基本原理和实验环境，实现仿真。
3．针对FIR低通滤波器的滤波基本原理进行研究，查阅相关资料书籍。
并利用窗函数的设计方法进行滤波设计，并运用Matlab进行模拟仿真。
4．查漏补缺，进行论文的改进。
四、课题研究进度计划
2011/2012（第一学期）：
明确任务，收集资料，确定系统总体方案设计，完成开题报告、文献综述、外文翻译以及开题答辩。
2011/2012（第二学期）：
第1周至第3周：完成理论基础的研究，重点学习基于Matlab的FIR低通滤波器的设计方法，特别是窗函数法的运用。
第3周至第4周：掌握Matlab程序开发方法、调试工具的使用及优化级别的选择等，实现数字滤波器的设计与仿真。
编写基于Matlab的FIR低通滤波算法并进行
调试仿真和反复论证。
第5周至第6周：完善设计作品，论文修改。
进行方案的补充和修改；撰写毕业论文，修改完善毕业论文。
第7周至第8周：做好论文答辩的PPT资料，准备答辩，并提交所有电子文档材料。
五、参考文献
[1] 丁玉美, 高西全.数字信号处理[M]. 第三版. 西安: 西安电子科技大学出版社, 2008, 6.
[2] 闫胜利. FIR滤波器及设计原理[J]. 长春工程学院学报(自然科学版), 2003, 6, 4(1): 21-24.
[3] 姚齐国. 基于MATLAB的数字滤波器的设计[J]. 江西理工大学学报, 2006, 2, 27(1):
50-52.
[4] 杨守卫. FIR数字滤波器应用分析探讨[J]. 河北省工程咨询院学报, 2011, 7, 29(15):
47-49.
[5] 朱敏. MA TLAB数字信号处理工具箱的开发和应用[J]. 信息与电脑, 2010, 2, 26(8):
154-155.
[6] 姚海燕. FIR数字滤波器设计窗函数法与频率抽样法比较[J].安阳工学院学报, 2007, 6,
12(6): 51-53.
[7] 刘波. MA TLAB信号处理[M]. 北京: 电子工业出版社, 2006, 7.
[8] 邬国扬, 张萱, 吕昂等. 模拟电子技术[M]. 第二版. 西安：西安电子科技大学出版社,
2007, 3.
[9] 郑佳春. 数字滤波器的Matlab设计与DSP的实现[J]. 单片机与嵌入式系统应用, 2003
（7）: 28-28．
[10] 赵惠昌, 王丹琦. 一种基于MATLAB及FPGA的FIR低通滤波器的设计与实现[J]. 电子
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[11] 张小虹, 黄忠虎, 邱正伦等. 数字信号处理[M].北京：机械工业出版社, 2008, 9.
[12] 姚剑清. 简明数字信号处理[M]. 北京: 人民邮电出版社, 2009, 1.
[13] J.G. Proakis , D.G. Manolakis. Digital Signal Processing-Principles, Algorithms and
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[14]Uwe Meyer-Baese. Digital Signal Processing with Field Programmable Gate Arrays
[J]．Signal And Communication Technology, 2007, 10, 1: 165-165.
指导教师意见
指导教师签名：
年月日。