基于小波分析的数字滤波器设计

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fir滤波器的设计学士学位论文

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FIR滤波器的设计【摘要】本文主要是对FIR的基本原理进行概述。

对直接型,级联型,第一类线性相位等结构图进行了分析。

采用了窗函数法,小波分析法,频率采样法,切比雪夫法来设计FIR数字滤波器。

分析了FIR DF 的特点之后,根据小波逼近方法利用多个小波函数来逼近理想滤波器的频率特性,很容易设计多通带的带通滤波器和多通带移相器。

采用MATLAB软件对FIR数字滤波器进行了仿真。

利用FPGA来实现FIR数字滤波器,对FIR数字滤波器的内部模块结构进行了仿真。

通过硬件描述语言给出了利用FPGA器件进行数字系统设计的设计流程以及模块仿真。

采用了TMS320C54芯片来实现,应用FIRS指令来进行编程。

【关键词】:FIR、MATLAB、TMS320C54、FPGA、【Abstract】This paper is FIR, the basic principles outlined.Direct type, Cascade, the first class of linear phase structure chart analysis. Using the window method, wavelet analysis, the frequency of sampling, Chebyshev method to design FIR digital filter. FIR DF analysis of the characteristics, According to wavelet approximation method using wavelet function over to approximate the ideal frequency of the filter characteristics, very easy to design a multi-band-pass filters and multi-band phase shifter.MATLAB software FIR digital filter for the simulation.FPGA to achieve FIR digital filter, the FIR digital filter module in the internal structure of the simulation. Through hardware description language is the use of FPGA devices for Digital System Design Process. TMS320C54 chip used to achieve application FIRs instructions for programming.【Keyword】FPGA、FIR、MATLAB、TMS320C54目录【摘要】 (I)【ABSTRACT】............................................................................................................................... I I 前言. (1)第1章滤波器的基本概念 (2)1.1滤波器的原理和分类 (2)1.1.1滤波器的实现步骤 (2)1.1.2采样定理 (2)1.2滤波器的技术指标 (3)1.3数字滤波器的系统特性 (3)1.3.1离散系统的实现 (3)1.3.2状态和张弛系统 (5)1.3.3因果性和可实现系统 (5)1.3.4稳定性 (5)1.3.5时不变性 (5)1.3.6线性和叠加性 (6)1.4滤波器的分类 (6)1.5数字滤波器设计的基本步骤 (6)第2章FIR数字滤波器的基本网络结构 (8)2.1FIR网络结构 (8)2.1.1直联型 (8)2.1.2级联性与线性相位结构 (8)2.1.3频率采样结构 (9)2.2频率采样结构有两个突出优点 (10)第3章FIR数字滤波器的设计 (11)3.1FIR滤波器设计 (11)3.1.1FIR数字滤波器的简介 (11)3.1.2FIR数字滤波器的传统设计方法 (11)3.1.3线性相位FIR数字滤波器的条件和特点 (11)3.1.4FIR数字滤波器设计原理分析 (12)3.2采用窗函数方法设计线性相位FIR滤波器的方法 (13)3.3小波分析法 (15)3.3.1的结构特征 (16)3.3.2小波分析 (16)3.3.3滤波器设计的小波方法 (17)3.4利用频率采样法设计FIR滤波器 (18)3.4.1用频率采样法设计滤波器的线性相位条件 (18)3.4.2逼近误差及改进措施 (18)3.5切比雪夫逼近法设计FIR滤波器 (19)3.5.1切比雪夫法最佳一致逼近准则 (19)3.5.2利用最佳一致逼近准则设计线性相位滤波器 (20)第4章MATLAB仿真 (22)4.1MATLAB的背景 (22)4.2MATLAB在FIR中的应用 (22)4.3FIR滤波器的MATLAB仿真实例 (23)第5章数字滤波器的实现 (27)5.1数字滤波的实现方法 (27)5.2FIR数字滤波器的C54实现 (28)5.2.1TMS320C5402简介 (28)5.2.2TMS320C5402编程 (28)5.2.3FIR滤波器在TMS320C5402中的实现 (29)5.3硬件描述语言(HDL) (31)5.3.1HDL设计方法 (31)5.3.2VHDL语言 (31)5.4采用FPGA的实现 (32)5.4.1研究思路及方法 (33)5.4.2 FPGA的设计流程 (35)5.5 FIR滤波器的模块划分 (36)5.5.1输入模块 (37)5.5.2乘累加模块 (37)5.5.3锁存模块 (38)5.5.4控制模块 (38)5.6总结与展望 (38)【致谢】 (39)参考文献 (40)附录1:电路仿真 (41)附录2:执行程序 (43)附录3:英文原文 (46)中文翻译 (57)前言模拟滤波器与数字滤波器的设计对工程,应用数学及计算机科学都是非常重要的。

滤波器设计和小波(推荐)

滤波器设计和小波(推荐)

常用函数1 图形化信号处理工具,fdatool(滤波器设计),fvtool(图形化滤波器参数查看)sptool (信号处理),fvtool(b,a),wintool窗函数设计.或者使用工具箱filter design设计。

当使用离散的福利叶变换方法分析频域中的信号时,傅里叶变换时可能引起漏谱,因此需要采用平滑窗,2数字滤波器和采样频率的关系。

如果一个数字滤波器的采样率为FS,那么这个滤波器的分析带宽为Fs/2。

也就是说这个滤波器只可以分析[0,Fs/2]的信号.举个例字:有两个信号,S1频率为20KHz,S2频率为40KHz,要通过数字方法滤除S2。

你的滤波器的采样率至少要为Fs=80HKz,否则就分析不到S2了,更不可能将它滤掉了!(当然根据采样定理,你的采样率F0也必须大于80HK,,Fs和F0之间没关系不大,可以任取,只要满足上述关系就行。

)3两组数据的相关性分析r=corrcoef(x,y)4 expm 求矩阵的整体的exp4离散快速傅里叶fft信号处理中,傅里叶变换的典型用途是将信号分解成幅值分量和频率分量)。

Ft为连续傅里叶变换。

反傅里叶ifft5 ztrans(),Z变换是把离散的数字信号从时域转为频率6 laplace()拉普拉斯变换是把连续的的信号从时域转为频域7 sound(x)会在音响里产生x所对应的声音8 norm求范数,det行列式,rank求秩9 模拟频率,数字频率,模拟角频率关系模拟频率f:每秒经历多少个周期,单位Hz,即1/s;模拟角频率Ω是指每秒经历多少弧度,单位rad/s;数字频率w:每个采样点间隔之间的弧度,单位rad。

Ω=2pi*f; w = Ω*T10 RMS求法Rms = sqrt(sum(P.^2))或者norm(x)/sqrt(length(x)var方差的开方是std标准差,RMS应该是norm(x)/sqrt(length(x))吧. 求矩阵的RMS:std(A(:))11ftshift 作用:将零频点移到频谱的中间12 filtfilt零相位滤波,采用两次滤波消除系统的非线性相位,y = filtfilt(b,a,x);注意x的长度必须是滤波器阶数的3倍以上,滤波器的阶数由max(length(b)-1,length(a)-1)确定。

基于小波分析理论及其数字滤波的应用研究

基于小波分析理论及其数字滤波的应用研究
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第2 6卷 第 3 期
V0. 6 No. 12 3
长 春师范 学院学 报 ( 自然科学 版 )
Ju a o C ghnN r l n e i ( a r c ne or l f l cu o i rt N t a Si c ) n  ̄ ma U v sy u l e
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其 中 a, ∈L (R) a≠0 b I 而 。
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由于 是 一个偶 函数 , 以得到 窗 函数 的宽 度是 2 。 可 △ 而对 于 每个 △ = √a
即 , 函数 的宽是 2 。 窗 √c 注意 到 , ao 变 换下 , 间 一频率 窗 的宽 度 对 于观 测所 有 频率 的谱是 不 变 的 。这 就 限 制 了 G br 换 对 G br 时 ao 变
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即,G ( ) t ( ) 在 =b的周 围使厂的 F u e 变换 局部 化。窗 的“ or r i 宽度 ” ( 用 约定 的) 正常 数 决 定 。由 G us n函 as a i
△ ] l{』 g() =r : 出} _ 2
【 收稿 日期 ]2C — 1 1 (r 0 —1 )7

数字滤波器设计中的小波变换与自适应滤波技术研究

数字滤波器设计中的小波变换与自适应滤波技术研究

数字滤波器设计中的小波变换与自适应滤波技术研究数字滤波器是信号处理中常用的工具,用于去除噪声、增强信号等。

而小波变换和自适应滤波技术则是数字滤波器设计中的两个重要方向。

本文将探讨小波变换和自适应滤波技术在数字滤波器设计中的应用和研究。

一、小波变换在数字滤波器设计中的应用小波变换是一种基于时间和频率的信号分析方法,它将信号分解成不同频率的子信号,并提供了更好的时频局部化特性。

在数字滤波器设计中,小波变换可以用于信号去噪、信号分析等方面。

1. 信号去噪小波变换通过将信号分解成不同频率的子信号,可以有效地去除信号中的噪声。

通过选择合适的小波基函数和阈值处理方法,可以将噪声信号与原始信号进行分离,从而实现信号去噪的目的。

2. 信号分析小波变换可以将信号分解成不同频率的子信号,并提供了更好的时频局部化特性。

这使得小波变换在信号分析中得到广泛应用,例如心电图分析、语音识别等领域。

二、自适应滤波技术在数字滤波器设计中的应用自适应滤波技术是一种根据输入信号的特性自动调整滤波器参数的方法。

在数字滤波器设计中,自适应滤波技术可以用于信号去噪、信号增强等方面。

1. 自适应滤波器自适应滤波器通过不断调整滤波器的参数,以适应输入信号的变化。

这种滤波器可以根据输入信号的特性自动调整参数,从而实现更好的滤波效果。

2. 自适应陷波滤波器自适应陷波滤波器是一种能够自动识别并抑制特定频率的信号的滤波器。

它可以根据输入信号的频谱特性自动调整滤波器的参数,从而实现对特定频率信号的抑制。

三、小波变换与自适应滤波技术的结合应用小波变换和自适应滤波技术在数字滤波器设计中可以结合应用,以实现更好的滤波效果。

通过将小波变换和自适应滤波技术相结合,可以在时间和频率上对信号进行更精细的分析和处理。

1. 自适应小波变换滤波器自适应小波变换滤波器是一种能够根据输入信号的特性自动调整小波变换参数和滤波器参数的滤波器。

它可以根据输入信号的频谱特性和时频局部化特性自动调整参数,从而实现更好的滤波效果。

小波变换的滤波器实现

小波变换的滤波器实现

小波变换的应用领域
信号处理
小波变换在信号处理领域应用广泛,如语音、图 像、雷达、地震等信号的分析和处理。
通信领域
小波变换在通信领域主要用于信号调制、解调、 信道均衡等方面。
ABCD
图像处理
小波变换在图像处理中主要用于图像压缩、图像 去噪、图像增强等方面。
金融领域
小波变换在金融领域主要用于金融数据分析、股 票市场预测等方面。
02
滤波器的基本概念
滤波器的定义
滤波器
一个系统或电路,用于允许一部分频 率通过而阻止另一部分频率通过。
数字滤波器
在数字信号处理中,滤波器通常由一 组数字系数定义,用于修改输入信号 的频谱。
滤波器的分类
01
低通滤波器
允许低频信号通过,抑制高频信号。
带通滤波器
允许某一频段的信号通过,抑制该 频段以外的信号。
计算复杂度
小波变换的计算复杂度较高,对于大 规模数据实时处理存在挑战。
选择合适的小波基函数
选择合适的小波基函数是关键,需要 根据具体应用场景进行选择和调整。
信号重构精度
小波变换的信号重构精度受到小波基 函数和分解层数的影响,需要权衡精 度和计算复杂度。
边界效应
小波变换在处理信号边界时可能会出 现边界效应,需要进行特殊处理以减 小影响。
根据具体应用需求,选择合适的小波基函数和分解层数,以实现最佳的信号处理效 果。
设计滤波器时需要考虑信号的频谱特性、噪声水平、动态范围等因素,以确保滤波 器能够有效地提取或抑制特定频率范围的信号。
常用的滤波器设计方法包括基于规则的滤波器和自适应滤波器,其中自适应滤波器 可以根据输入信号自动调整参数,具有更好的适应性。
小波变换的特点

基于小波变换的数字滤波算法

基于小波变换的数字滤波算法
( S — c ytm C nr l t 1 PNi S s o to Co ,L d ,Na j g2 13 hn ;2 Sh o fEeti l n ie r g o tes Unv , e e ni 1 5 ,C ia c o l l r a E gn ei ,S uh at i n 1 o c c n Na j g2 9 , hn ;3 e ta dP w rPa to h n z o ,Z e gh u4 0 0 ,C ia Yi u nS cn o e ni 10 6 C ia .H a n o e ln fZ e gh u h n z o 5 0 3 hn ;4 n 0 c a e o d P w r h
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பைடு நூலகம்
第2 0卷 第 1 2期 20 0 7年 1 2月
广 东 电 力
GUANGDONG E R I EL CI C P0W ER
Vo120 N O.1 . 2
De . 0 7 c2 0
文 章 编 号 :0 720 2 0 )20 0 —3 10 —9 X( 0 7 1 -0 90
a d a a y e y s u a i n.Th e u t r v h tt e d g t l i e i g a i me i b s d o v lt t a s o m s c p b e o n n lz d b i lt m o e r s l p o e t a h i i l rn rt s a ft h tc a e n wa e e r n f r i a a l f
基 于 小 波 变换 的数 字滤 波算 法
张玉春 ,杨成峰 ,王文娟 ,马振 霞
( .国电 南 思 系统控 制 有 限公 司 , 南京 2 I5 ;2 I II3 ,东 南 大 学 电 气 工程 学 院 , 南 京 2 0 9 10 6

小波分析法在数字滤波中的应用


0 前 言
在 微 机保 护 装 置 中 ,数 字 滤 波是 非 常 重 要 的
率和频 域分辨率 ,为非 平稳 信号 的分 析提供 了一条
新 的途 径 。多分 辨率分 析能够 以不 同的层次显 示信
环 节 ,尤 其在故 障暂态 中 ,信 号通 常含有 大量 的谐
波 ,且被分 析对 象 已不是 稳态 ,是 暂态 的非 周期性
关键词 :小波 分析 数 字滤 波 多分 辨率 分析 算 法
Ap ia i n o a e e pl to f c W v lt Anay i gi l le i g l ssi Di t t rn n a Fi
Ab t a t Ba e n a p ia i n s d f l s u p  ̄c o s v lt r n f r t e r n smu t r s l t n a a y i sr c : s d o p l t t y o co e s p o c o u rs wa ee a so m o y a d i l —e o u i n l ss t h t i o
变化 或具有奇异 性的故 障信号强有 力的手段 。在信
号分析处 理 、滤 波以及边缘 检测等领域 得到 了成 功
的应用 【。 2 1
1 数字滤 波
电压 、 电流信 号 经 过保 护装 置 的 电流 互 感器 和电压 互感器变 换成 电压信号后 ,则一般先 要经过 模 拟低 通 滤 波器 进 行 滤 波 ;保 护 装 置则 对输 入 信 号进行采样保 持和 A D转 化后 ,一般还要 经过数字 / 滤波 【。设置 在采样 前 的模 拟低 通滤波器 主要 是为
波 以及算法 分析 ,可实 现谐 波分 量 的有 效分离 ,有 望 进 一 步 提 高滤 波 以及保 护 算 法 精 度 和抗 干 扰 性

利用小波函数设计FIR数字滤波器

利用小波函数设计FIR数字滤波器徐传忠;戴再平【摘要】本文将Morlet小波函数引入FIR窗函数设计,利用Morlet小波函数具有的特点,设计出的滤波器具有较小的过渡带,较大的阻带衰减,设计方法简单且计算量小等优点.计算机仿真结果证明了方法的有效性.【期刊名称】《自动化与信息工程》【年(卷),期】2002(023)003【总页数】4页(P10-13)【关键词】小波函数;FIR滤波器;窗函数【作者】徐传忠;戴再平【作者单位】福建泉州华侨大学电子系;福建泉州华侨大学电子系【正文语种】中文【中图分类】TN713数字滤波器是用有限精度算法实现信号滤波处理功能,具有稳定性高,精度高,灵活性高等突出优点。

随着数字技术的发展,用数字技术实现滤波器的功能愈来愈受到人们关注。

FIR滤波器的设计方法常用三种,即窗函数法,频率取样法和等波纹逼近法。

这些方法各有优缺点;现有的窗函数简单且有现成的窗函数公式,但波纹较大,副瓣宽,泄漏大;频率采样法可直接从频域处理,适合于最优化设计,但频率控制受限于采样点,滤波器的截止频率不易随意控制;等波纹逼近法具有较好的滤波效果,但计算量较大,不易实现。

根据设计线性相位的FIR数字滤波器的窗函数所需的条件,将Morlet小波函数作为窗函数显示出其优越性。

要使FIR滤波器的频率响应H(ejω)去逼近理想滤波器的频率响应Hd(ejω),从单位取样序列来看,就是要求所设计的滤波器 h(n)逼近理想单位取样响应序列hd(n)。

因此,须采用窗函数和有限延时来将无限非因果的 hd(n) 转变成为有限因果的 h(n)。

窗函数的频率特性将直接影响逼近的质量,对实际设计的滤波器起影响的主要是幅频特性。

加窗对理想滤波器产生的影响有以下三种:(1)使理想滤波器的不连续边沿加宽,形成一个过渡带。

(2)在截止频率ωs的两旁出现最大的肩峰值和长长余振。

(3)增加截取长度并不能改变主瓣与副瓣的相对比。

要使窗函数频谱产生的影响最小,就要使其频谱逼近冲激函数,即大部分能量集中在频谱中点。

利用小波分析的滤波器设计方法研究

利用小波分析的滤波器设计方法研究在信号处理领域中,滤波器是一个重要的工具。

滤波器用于去除信号中不必要的成分,同时保留有用的部分。

不同类型的滤波器可以应用于不同类型的信号。

在本文中,我们将讨论一种利用小波分析的滤波器设计方法。

小波分析是一种信号处理技术,它将信号分解为不同频率的小波组件。

这些小波组件在时间和频率上都是局部化的。

因此,小波分析不仅可以提供关于信号频域特性的信息,而且还提供有关信号时域特性的信息。

在滤波器设计中,我们可以利用小波分析的这些特性来切割信号,去除不必要的成分。

与传统的滤波器设计方法相比,小波分析的滤波器可以提供更好的局部化性能和可定制化性能。

以下是小波分析的滤波器设计方法的一些关键方面:1. 小波选择小波分析的滤波器设计需要选择适当的小波。

常见的小波有Haar、Daubechies 等。

每个小波都有不同的频率和时域特性,因此选择适当的小波对于滤波器设计非常重要。

2. 滤波器类型小波分析的滤波器可以分为低通滤波器和高通滤波器。

低通滤波器用于去除高频成分,高通滤波器用于去除低频成分。

根据信号的特性,我们可以选择适当的滤波器类型。

3. 滤波器设计滤波器的设计需要确定滤波器系数。

滤波器系数决定了滤波器对信号的影响程度。

滤波器系数的确定可以通过拟合方法、最小二乘法等。

4. 滤波器实现滤波器实现可以通过快速小波变换(FWT)实现。

FWT是一种高效的小波变换方法,它可以将信号分解成小波系数。

通过对小波系数进行滤波,我们可以去除信号中不必要的成分。

在实际应用中,小波分析的滤波器设计方法已经被广泛应用于信号处理领域。

例如,在医学领域,小波分析的低通滤波器可以用于去除心电图信号中的基线漂移。

在音频领域,小波分析的高通滤波器可以用于去除低频噪声。

总之,小波分析的滤波器设计方法是一种非常有效的信号处理技术。

通过选择适当的小波、滤波器类型和滤波器系数,我们可以根据信号的特性定制滤波器。

这种定制化的滤波器可以提供更好的局部化性能和可定制化性能,从而更好地满足实际应用的需求。

小波变换中的滤波器设计和参数调整方法详解

小波变换中的滤波器设计和参数调整方法详解小波变换(Wavelet Transform)是一种在信号处理和图像处理领域广泛应用的数学工具,它可以将信号分解成不同频率的子信号,并提供了一种有效的方式来分析和处理信号。

在小波变换中,滤波器设计和参数调整是非常重要的步骤,本文将详细介绍这两个方面的方法。

一、滤波器设计在小波变换中,滤波器是用来分解信号和重构信号的关键组成部分。

滤波器的设计可以根据不同的需求和应用来进行选择和调整。

1. 低通滤波器(Low-pass Filter)低通滤波器用于提取信号中的低频成分,通常被称为近似系数(Approximation Coefficients)。

设计低通滤波器的常用方法是通过选择合适的滤波器响应函数,如Butterworth滤波器、Chebyshev滤波器或FIR滤波器。

这些滤波器可以通过调整截止频率、阶数和滤波器类型来满足不同的需求。

2. 高通滤波器(High-pass Filter)高通滤波器用于提取信号中的高频成分,通常被称为细节系数(Detail Coefficients)。

设计高通滤波器的方法与低通滤波器类似,只是需要调整滤波器的频率响应和特性以适应高频信号的提取。

3. 带通滤波器(Band-pass Filter)带通滤波器用于提取信号中的特定频率范围内的成分,可以通过将低通滤波器和高通滤波器组合而成。

带通滤波器的设计通常需要考虑到滤波器的通带范围、截止频率和滤波器类型等因素。

二、参数调整方法在小波变换中,参数的选择和调整对于信号的分析和处理结果有着重要的影响。

以下是一些常用的参数调整方法:1. 尺度选择(Scale Selection)尺度选择是指选择合适的小波基函数(Wavelet Basis)来分析信号。

不同的小波基函数具有不同的特性和性能,如Haar小波、Daubechies小波和Morlet小波等。

根据信号的特点和分析的目的,可以选择合适的小波基函数来进行尺度选择。

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基于小波分析的数字滤波器设计
近年来,随着计算机技术和信息处理技术的发展,数字滤波器受到了越来越多的关注。

数字滤波器是一种常用的信号处理技术,用于消除频率信号中的噪声,以获得清晰的输出信号。

由于数字滤波器的复杂性,设计一个高性能的滤波器可能是非常耗时的,而小波分析则可以弥补这一短板。

小波分析是一种信号变换技术,可以将信号进行频域分解,以获得信号的完整信息。

同时,小波分析也可以有效地减少信号中的噪声和抖动,从而获得清晰的信号。

因此,将小波分析和数字滤波器结合起来,可以有效地设计出一个高性能的数字滤波器。

首先,在小波变换之前,我们需要对信号进行采样,以确保我们能够获得足够的信息。

然后,我们可以将采样后的信号送入小波变换过程,以获得信号的频域分解。

接下来,我们可以根据获得的信息,设计出一个最佳的数字滤波器,以最大程度地消除信号中的噪声。

最后,使用一种最佳系数设计方法,将设计出的滤波器应用到采样信号上,以获得最终的滤波器输出信号。

本文介绍了基于小波分析的数字滤波器设计的过程。

首先,利用小波变换技术对信号进行频域分解,以获得完整的信号信息,其次,使用最佳系数设计方法设计出一个高性能的数字滤波器,然后将该滤波器应用于采样信号上,最后得到的信号即为滤波器的最终输出。

通过结合小波分析和数字滤波器,能够有效地提升信号处理的性能,实现更高效、准确的信号处理。

因此,小波分析是一种有效的方法,可以帮助我们设计出更加高效、准确的数字滤波器,并有效地消除频率信号中的噪声,从而获得更加清晰的信号输出。

在未来,小波分析和数字滤波器将继续弥补彼此的短板,提供更好的信号处理解决方案。

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