DSP课件NO.12 FIR滤波器
数字信号处理DSP数字滤波器的基本概念及一些特殊滤波器课件
件
目录
• 数字滤波器的基本概念 • 数字滤波器的实现方法 • 特殊数字滤波器介绍 • 数字滤波器的优化与设计 • 数字滤波器的应用实例
01
数字滤波器的基本概念
数字滤波器的定义与分类
数字滤波器定义为能够实现离散时间信号处理的算法或 方程，通常在数字信号处理系统中用于改善信号的质量 和特征。
03
特殊数字滤波器介绍
梳状滤波器
总结词
减小频率范围
详细描述
梳状滤波器是一种特殊类型的数字滤波器，其频率响应类似于“梳子”，在一 定频率范围内减小了信号的传递，而在这个范围之外则允许信号通过。这种滤 波器通常用于减小信号中的高频噪声。
陷波滤波器
总结词
抑制特定频率
详细描述
陷波滤波器是一种特殊的数字滤波器，其频率响应类似于“陷坑”，在某一特定 频率处完全抑制信号的传递，而在这个频率之外则允许信号通过。这种滤波器通 常用于消除信号中的特定频率成分。
数字滤波器的应用场景与优势
数字滤波器广泛应用于图像处理、语音信号处理、雷达信号处理等领域。
数字滤波器的优势在于能够克服模拟滤波器的一些缺点，如易受干扰、精度低、不易复制等， 同时具有处理速度快、精度高、稳定性好等优点。
02
数字滤波器的实现方法
IIR数字滤波器的实现方法
直接形式
通过串联、并联或反馈连接的方式将基本运算单元（如 加法器、乘法器和延迟器）组合起来，构成IIR数字滤 波器的系统函数。
在图像处理中的应用实例
图像去噪
数字滤波器可以用于图像信号的去噪。例如，可以使用适应性滤波器来消除图像中的噪声 和干扰，或者使用形态学滤波器来填补图像中的空洞和去除小的噪声点。
DSP课程设计 fir数字滤波器
目录第1章绪论 (1)1.1设计背景 (1)1.2设计要求 (1)1.3设计思路简介 (1)第2章系统开发平台与环境 (2)1.1CCS开发环境 (2)2.2SEED-DEC2812开发实验箱 (2)第3章 FIR滤波器设计过程 (3)3.1FIR滤波器设计总框图 (3)3.2FIR滤波器设计的原理 (4)3.3 FIR滤波器的设计方法 ....................... .. (5)第4章系统软件设计 (5)4.1程序流程图 (6)4.2程序源代码 (6)第5章系统仿真 (11)5.1仿真设置 (12)5.2仿真图 (13)第6章总结 (17)参考文献 (18)第1章绪论1.1设计背景在信号处理中，滤波占有十分重要的地位。
数字滤波是数字信号处理的基本方法。
数字滤波与模拟滤波相比有很多优点，它除了可避免模拟滤波器固有的电压漂移、温度漂移和噪声等问题外，还能满足滤波器对幅度和相位的严格要求。
低通有限冲激响应滤波器(低通FIR滤波器)有其独特的优点，因为FIR系统只有零点，因此，系统总是稳定的，而且容易实现线性相位和允许实现多通道滤波器。
DSP（数字信号处理器）与一般的微处理器相比有很大的区别，它所特有的系统结构、指令集合、数据流程方式为解决复杂的数字信号处理问题提供了便利，本文选用TMS320C54X作为DSP处理芯片，通过对其编程来实现FIR 滤波器。
对数字滤波器而言,从实现方法上,有FIR滤波器和无限冲激响应(IIR)滤波器之分。
由于FIR滤波器只有零点,因此这一类系统不像IIR系统那样易取得比较好的通带与阻带衰减特性。
但是FIR系统有自己突出的优点:①系统总是稳定的;②易实现线性相位;③允许设计多通带(阻带)滤波器。
其中后两项是IIR系统不易实现的。
1.2设计要求利用C语言在CCS环境中编写一个FIR滤波器程序，并能利用已设计好的滤波器对常用信号进行滤波处理。
1.3设计思路简介在TMS320C54x系统开发环境CCS（Code Composer Studio）下对FIR滤波器的DSP实现原理进行讨论。
通用DSP实现FIR滤波器
9
实验三、 FIR滤波器的硬件实现方法 实验三、 FIR滤波器的硬件实现方法
一、实验目的： 实验目的：
1、了解FIR滤波器的硬件实现方法; 了解FIR滤波器的硬件实现方法; FIR滤波器的硬件实现方法
二、实验原理: 实验原理:
本实验中FIR滤波器的硬件实现方法是以单片机为核心, 本实验中FIR滤波器的硬件实现方法是以单片机为核心,加上外扩展 FIR滤波器的硬件实现方法是以单片机为核心 的存储单元及其它电路来实现FIR的滤波运算, 的存储单元及其它电路来实现FIR的滤波运算,我们实现的是一个四阶的 FIR的滤波运算 FIR滤波器 选用的是直接型的结构, 其结构如图3 所示: 滤波器, FIR滤波器,选用的是直接型的结构, 其结构如图3-1所示: x(n) h(0) Z-1 h(1) Z-1 h(2) Z-1 h(3) y(n)
0
1000
2000
3000
4000 5000 6000 Frequency (Hz)
7000
8000
9000 10000
图2-2 低通滤波器的频响特性
3
高通滤波器的频率特性如图2 所示: 高通滤波器的频率特性如图2-3所示:
1.5 Magnitude Response
1
0.5
0
0
1000
2000
3000
2
低通滤波器的频率特性如图2 所示: 低通滤波器的频率特性如图2-2所示:
50 Magnitude (dB) 0 -50 -100 -150
0
1000
2000
3000
400Hz)
7000
8000
9000 10000
0 Phase (degrees) -500 -1000 -1500 -2000
基于DSP_Builder的FIR滤波器的设计精品PPT课件
3.综合：在QuartusⅡ中进行 综合
4.适配下载
SIMULINK下可控正弦信号发生器设计
本章以正弦波发生模块的设计为例，它的结构 如图1所示。它由 4个部分构成：InCount是一个阶 梯信号发生模块，产生递增的地址信号，送往LUT。 LUT是一个查找表模块正弦函数值的，通过递增的 地址可得到输出正弦波值，输出的8位正弦波数据 经Delay延时模块以后被送向乘法Product模块，与 SinCtr1相乘。因为 SinCtr1只输入1位，SinCtr1通过 Product就完成了控制有无输出正弦波。My_sin就 是正弦波发生器模块的输出，它送向D/A就能够得 到正弦波信号。
2.3 设计32阶FIR滤波器模型
复制4个8阶滤 波器子系统， 并将它们如右 图连接起来。
2.4 滤波器系数的计算
若设计一个截止频率为10.8KHz的低通滤波器(h(0)=0), 给定的参数如下：
● 低通滤波器
● 采样频率Fs为48KHz，滤波器的Fc为10.8KHz
● 输入序列位宽为10位（最高位为符号位）
写在最后
经常不断地学习,你就什么都知道。你知道得越多,你就越有力量 Study Constantly, And You Will Know Everything. The More
You Know, The More Powerful You Will Be结束语感谢聆听不足之处请大家批评指导
值得注意的是，DSP Builder中的DSP基本模块是以算 法级的描述出现的，易于用户从系统或者算法级进行理解。
DSP Builder的设计包含两套流程：自动流程和手动流程
二. 32阶FIR低通滤波器
FIR(Finite Impulse Response)滤波器
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。
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。
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滤波器有以下几种基本结构：2.1、横截型（卷积型、直接型）（7.10）式的系统的差分方程表达式为y(n)=∑h(m)x(n-m)( 7.11）很明显，这就是线性移不变系统的卷积和公式，也是x (n)的延时链的横向结构，如图4-11所示，称为横截型结构或卷积型结构，也可称为直接型结构。
FIR数字滤波器的理论和设计PPT课件
所 以 ， 只 要 使FIR滤 波 器 的 冲 击 响 应h(n)为 对 称 序 列 ， 就 可 以 取 得
线 性 相 位 特 性 。 群 延 时 g()N21。
制作：常军
第6页 07.11.2020
7.1.2 线性相位特性FIR 滤波器的实现流图：
具有线性相位特性的 FIR 滤波器的冲击响应 h(n)有对称性，所以系 统差分方程可以表示为：
(2)局部优化设计法：(等波纹逼近法)以理想滤波器特性为基础， 设定一、二个过渡带逼近点，然后对FIR滤波器差分方程系数进 行优化计算得H(z)。由于需要部分优化计算，所以计算量较大。 局部优化设计法主要是针对过渡带进行优化，而通带波动，阻带 特性等不一定很好。
(3)最优化设计法：(计算机辅助设计)在某种最小化误差准则下， 建立差分方程系数 b i 对理想特性的逼近方程，使用迭代方法解 方程组得到最佳逼近系统。由于此方法计算量大，需要借助于计 算机进行设计。
h[n ]( z 2 z 2 )
对频率响应特性；
H
(e
j
)
e
j
N 1 2
N 11 2
j ( N 1 n )
• { h[n]( e 2
j( N 1 n)
e 2 )
h[ N
1]}
n0
2
j N 1
e 2
N 11
2
•{
h[n] cos ( N
1 n)
h[ N
1 ]}
e
j
N 1 2
•
A( )
7.1.3 线性相位特性FIR 滤波器的零、极点：
FIR 数字滤波器的系统函数只在 Z=0 处有N-1 阶极点。在Z平面有 N-1 个零点，如系统具有线性相位特性，则系统零点有一些规律。
DSP课程设计-FIR滤波器设计说明
DSP课程设计报告题目：FIR滤波器设计学院：电气信息学院专业：通信工程：学号：指导老师：玉英一、设计目标设计一个FIR 高通滤波器，通带边界频率为2khz ，通带纹波小于1dB ，采样频率为8khz ，实现当多个频率的输入信号输入时只保留大于2khz 的信号功能，其中FIR 滤波器的设计可以用MATLAB 窗函数法进行。
二、算法研究1. FIR 的原理和参数生成公式FIR 数字滤波器是非递归性的线性时不变因果系统，这样的系统的差分方程可以表示为：y (n )=∑a a a (a −a )a −1a =0(2.1)令输入信号x(n)=δ(n),代入(2.1)式，有a (n )=∑a a a (n −i )a −1a =0=a 0δ(n)+a 1δ(n-1)+···+a n-1δ[n-(N-1)] (2.2)这时的y(n)即为冲激响应h(n)。
由(2.2)式很容易得到h(0)=a 0，h(1)=a 1, ···,h(N -1)=a n-1；又由(2.2)式可知，当n<0以及n>N-1时，h(n)=0,即这个系统的冲激响应是有限长度的，这样的滤波器就叫做有限冲激响应(FIR)滤波器。
将a i =h(i)(i=0,1, ···，N-1)代入(2.2)式，得到a (a )=∑h (i )x (n −i )a −1a =0将(2.3)式的两边进行z 变换后，可以得到FIR 滤波器的系统函数：a (a )=a (a )a (a )=∑a (a )a −a =∑a (a )a −aa −1a =0a −1a =0又由(2.4)式，有a (a )=a (0)aa −1+a (1)aa −2···+a (a −2)a +a (a −1)aa −1因此，FIR 滤波器的系统函数H(z)的极点都位于z=0处，为N-1阶极点；而N-1个零点由冲激响应h(n)决定，一般来说，可以位于有限z 平面的任何位置。
DSP器件原理及应用专题3FIR滤波器算法、编程及仿真.ppt
加入配置按钮 清除配置按钮
原因：为使CCS IDE能工作在不同的硬件或仿真目标上
5
CCS的安装及设置
系统配置窗口
安装驱动程序
6
CCS的应用界面
主菜单 工具条
工程项目窗口
源程序编辑窗口 反汇编窗口
寄存器显示窗口
图形显示窗口 内存显示窗口
7
主菜单
主菜单包含有11个选项。
File Edit View Project Debug Profiler Option GEL Tools Window Help
-m FIR2.map
;生成FIR2的存储器映像文件
-e start
;定义源程序的入口地址
MEMORY
;定义目标存储器空间
{
PAGE0:
;第0页：程序存储器
EPROM:org=0E000h,
;EPROM的起始地址：E000h
len=1000h
;长度：4K
VECS: org=0FF80h,
;VECS的起始地址：FF80h
RAM
0E000 EPROM
…
…
…
4k
…
…
0EFFF EPROM
0FF80 VECS
…
80h
…
0FFEF VECS
0060 007F 0080
13EF
SPRAM …
… 20h
…
SPRAM DARAM
… …
… 1380h
… …
DARAM
26
链接命令文件
SECTIONS {
.text:>EPROM PAGE 0
16
MATLAB函数方法产生的滤波器系数
实验利用DSP实现信号滤波FIR仿真PPT课件
19 北京交通大学 国家工科电工电子教学基地
DSP应用课程设19计
(1)滤波器函数fir()说明：
函数调用格式： ushort oflag = fir(DATA *x, DATA *h, DATA *r,
16 北京交通大学 国家工科电工电子教学基地
DSP应用课程设16计
利用CCS图形观察窗分析信号频谱成分(续)
含干扰的信号频域波形 从信号频域波形，明显能识别信号的频率成分。
17 北京交通大学 国家工科电工电子教学基地
DSP应用课程设17计
3.TMS320C55x DSPLIB库函数的调用
DSPLIB库简介 DSPLIB库是一个为C语言程序员开发TMS320C55x而 建立的经过优化的DSP函数库。 包含50多采用汇编语言编写的常用信号处理程序， 可以由C语言调用。 调 用 DSPLIB 库 时 ， 在 工 程 中 要 添 加 库 文 件 55xdspx.lib(存储器为大模式)，在C源程序中要包含 dsplib.h头文件。
DATA *dbuffer, ushort nx,ushort nh) 入口参数说明： x[nx] 表示含有nx个实数的实输入信号向量； h[nh] 表示含有nh个实数的系数向量，按自然顺序
排列，即滤波器的单位脉冲响应。 r[nx] 表示含有nx个实数的输出向量；
允许原位运算，即r=x。
20 北京交通大学 国家工科电工电子教学基地
DSP应用课程设29计
三、实验内容(续)
4. 利用IIR数字滤波器实现重做2，并比较FIR滤波与 IIR滤波的效果。
FIR数字滤波器的原理及设计ppt课件
ppt课件
52
2．肩峰及波动：是由窗函数频谱的旁瓣引起的。旁瓣越多， 波动就越快；旁瓣相对值越大，波动就越厉害，肩峰也越 强。因此，肩峰及波动与所选窗函数有关。长度N的增加 能够使频响的波动加快，但是不能够改变肩峰和波动的相 对大小。
ppt课件
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因此，加窗法设计FIR滤波器，h(n) 之长度也即窗口长度 N可以影响过渡带的宽度；而所选窗函数不仅可以影响过 渡带的宽度，还能影响肩峰和波动的大小。选择窗函数应 使其频谱：
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WR(ejω )是ω 的偶函数。
ppt课件
(7.34)
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图 7.7 矩形窗的频谱
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45
由 (7.33) 式有：
（7.35） 式中积分等于θ 由 -ω c到ω c区间曲线WR[ej(ω -θ )]下的面
积，如图7.8中阴影所示。当主瓣的中心ω 变化时，此曲 线左右移动，此面积也就发生变化。
ppt课件
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于是得到： 其中：
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(7.25) (7.26)
29
上述四种情况有一个统一的形式，即：
(7.27)
其中，H(ω ) 是ω 的实函数，是三角函数的线性组合；因
此H(ejω )的相位由θ (ω ) 决定，而θ (ω ) 是ω 的线性函
数。当h(n)偶对称时，
；当h(n) 奇对称
7.2.3.1 网络结构
根据h(n)的对称性可以简化FIR滤波器的网络结构，详见 下面8.3节。
ppt课件
19
7.2.3.2 频率响应
FIR滤波器的频率响应为:
(7.18)
如果FIR滤波器是线性相位的，那末h(n)具有对称性，由 此可以导出线性相位FIR数字滤波器频率响应的特有形式。