基于汉明窗设计的FIR带通滤波系统要点.pdf
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1、. 数字信号处理 实验课程考核报告 数字滤波系统的MATLAB实现与分析 基于汉明窗设计的FIR 带通滤波系统 系部:88888888 专业班级:88888888 姓名:8888 学号:88888 指导教师:88888888 完 成 日 期 2013 年 1 月 11 日 目录 1 引言 . 1 2 课程设计要求 . 2 2.1 设计目的 2 2.2 设计要求 2 3.FIR 滤波器的基本原理 . . 4 3.1 FIR 滤波器 4 3.2 窗函数设计法 . 5 3.3 汉明窗( Hamming )的设计方法 . . 5 4 图像处理结果与结果分析. . 6 4.1 滤波器设计要求 6 4.2
2、 利用 SPTool工具设计滤波器 . . 6 4.3 利用 SPTool 工具对设计滤波器进行滤波器分析 . 7 4.4 信号滤波 8 4.5 信号的时域与频域分析. 10 5 体会与收获 13 1 引言 有限脉冲响应( FIR)滤波器由于在满足幅度特性的技术要求的同时很 容易做到严格的线性相位特性,常在图像信号处理、数据传输等以波形携 带信号的系统中被采用。其设计方法有窗函数法、频率采样法和切比雪夫 等波纹逼近法,其中窗函数法以简单、方便、实用等特点最为突出。窗函 数法是使实际滤波器单位脉冲响应h(n)逼近理想的单位脉冲响应序列 hd(n) 。最有效的办法是用一个有限长的窗函数w (n)截
3、取理想的单 位脉冲响应序列 hd(n) 。 某年某月某日某校某专业某科目某某某 2 课程设计要求 2.1 设计目的 (1) 掌握用窗函数设计法设计FIR 数字滤波器的原理和方法。 (2)掌握 FIR 滤波器的快速卷积实现原理 (3)学会调用 MATLAB 函数设计与实现FIR 滤波器 2.2 设计要求 本设计的主要内容包括掌握数字信号处理的基础知识和利用MATLAB 软 件进行编程,利用几种常见的数字滤波器对信号进行处理,并对过滤结构 进行分析。具体要求包括以下几个方面: (1)滤波器与数字信号处理的理论知识学习和分析 通过查找、学习相关文献资料,掌握滤波器与数字信号处理的基本理 论知识,掌握
4、滤波器设计的方法和基础知识,掌握滤波器过滤信号的基本 过程和原理,并对相应信号进行时域和频域分析,理解信号的频谱变化的 特点。 (2)利用 MATLAB 对上述过程进行仿真 利用 MATLAB 软件进行相应的设计,实现滤波器对信号的过滤处理。 (3)结果分析 利用滤波器处理相应信号,对过滤结果进行分析,对比处理前后的信 号频率的衰变,说明信号过滤的情况好坏,并分析该类型的滤波器的优缺 点和适用场合。 某年某月某日某校某专业某科目某某某 3.FIR 滤波器的基本原理 3.1 FIR 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
5、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。 FIR 滤波器的工作原理:在进入FIR 滤波器前, 首先要将信号通过A/D器件进 行模数转换, 使之成为 8bit 的数字信号, 一般可用速度较高的逐次逼进式A/D转换 器,不论采用乘累加方法还是分布式算法设计FIR 滤波器,滤波器输出的 数据都是一串序列,要使它能直观地反应出来,还需经过数模转换,因此 由 FPGA 构成的 FIR 滤波器的输出须外接D/A模块。 FPGA 有着规整的内
6、部逻 辑阵列和丰富的连线资源,特别适合于数字信号处理任务,相对于串行运 算为主导的通用DSP 芯片来说,其并行性和可扩展性更好,利用FPGA 乘累 加的快速算法,可以设计出高速的FIR 数字滤波器。 3.2 窗函数设计法 窗函数设计法是 FIR 滤波器的一种基本设计方法,它的基本思路是直 接从立项滤波器的频率特性入手,通过积分求出对应的单位采样响应表达 式,最后通过加窗,得到满足要求的FIR 滤波器的单位采样响应,窗函数 在很大程度上决定了FIR 滤波器的性能指标,因此称作“窗函数设计法”。 3.3 汉明窗( Hamming )的设计方法 2 0.540.46cos 1 HmN n nRn N
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