motelabe 设计.docx

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1、基于MATLAB环境的数字滤波器设计摘要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。本文介绍了一种利用MATLAB信号处理工具箱(Signal ProcessingToolbox )快速有效的设计由软件组成的常规数字滤波器的设计方法。利用MATLAB设计滤波器，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。在本文中，我们分别研究了在MATLAB环境下IIR数字滤波器的典型设计和完全设计等方法。典型设计是先按一定规则将给出的数字滤波器的技术指标转换成模拟低通滤波器的技术指标，据此产生模拟滤波器原型，然后把模

2、拟低通滤波器原型转换成模拟低通、高通、带通、带阻滤波器，最后再把模拟滤波器转换成数字滤波器。完全设计方法中我们利用函数直接设计出低通、高通、带通和带阻滤波器。对于FIR数字滤波器的设计，可以根据所给定的频率特性直接设计，文中采用的设计方法是窗函数法。我们给出了一个用窗函数法设计的带阻滤波器实例与MATLAB程序仿真。本文根据IIR滤波器和FIR滤波器的特点，在MATLAB坏境下分别用双线性变换法设计HR和用窗函数设计FIR数字滤波器，并对采集的语音信号进行分析，最后给出了 IIR和FIR对语音滤波的效果。关键词：数字滤波器，MATLAB , HR, FIRBased on MATLAB env

3、ironment digital filter designABSTRACTTraditional digital filter design process complex, the computation work load is big,the filter characteristic adjustment difficulty, has affected its application. This articleintroduced one kind using the MATLAB signal processing toolbox (Signal ProcessingToolbo

4、x) the fast effective design the conventional numeral filter design method whichis composed by software.Using the MATLAB design filter ,may contrast the designrequest and the filter characteristic adjustment parameter as necessary,direct-viewing issimple, enormous reduced the work load, is advantage

5、ous optimization which designs tothe filter.In this thesis the typical and complete disigns under MATLAB are studied.Thetechnical parameters from digital filters that should be disigned,and then transformedinto the analog parameters of a low-pass analog filter prototype.The prototype isconverted int

6、o the analog low-pass, high-pass, band-pass and the band-stop filtersrespectively, Which are transformed into the digital ones-The complete design uses thegiven functions and releases the low-Pass, high-pass, band-pass and the band-stop filtersdireetly. As for the FIR filter, we can design it direct

7、ly based on the giving frequency, inthe paper it uses the design of the window function, we are given a window functionmethod with band-stop filter design examples with MATLAB simulation program.This article according to the HR filter and the FIR filter characteristic, uses thebilinearity method of

8、transformation under the MATLAB bad boundary to design IIRand to design the FIR numeral filter separately with the window box number, andcarries on the analysis to the gathering pronunciation signal, and finally gives IIR andFIR to the pronunciation filter effect.Key words: Digital filter, MATLAB ,

9、IIR , FIR前言1第1章数字滤波器及MATLAB语言概述2 1 1数字滤波器概述2LL1数字滤波器的定义2I . 1.2数字滤波器的分类2II 3常用滤波器的性能指标3 1. 2 MATLAB 概述6第2章IIR滤波器的设计82.1 HR滤波器设计的常用方法82.2 2. 2双线性变换法设计IIR数字滤波器92.3 脉冲响应不变法102.4 完全滤波器的设计132.5 语音滤波应用18第3章FIR数字滤波器的设计242.6 1典型的窗函数243.2 FIR滤波器对语音信号的应用27结论32参考文献33谢辞35外文资料翻译36随着信息时代和数字世界的到来，数字信号处理已成为今一门极其重要的

10、学科和技术领域。数字滤波器是数字信号处理的基础，用来对信号进行过滤、检测与参数估计等处理，在通信、图像、语音、雷达等许多领域都有着十分广泛的应用。尤其在图像处理、数据压缩等方面取得了令人瞩目的进展和成就囚。鉴于此，数字滤波器的设计就显得尤为重要。例如，在电力系统微机保护和二次控制中，很多信号的处理与分析都是基于对正弦基波和某些整次谐波的分析，而在系统电压电流信号（尤其是故障舜变过程）中各种复杂成分，所以滤波器一直是电力系统二次装置的关键部件。目前微机保护和二次信号处理软件主要是采用的数字滤波器。目前数字滤波器的设计有许多现成的高级语言设计程序，但他们都存在设计效率低，不具有可视图形，不便于参数

11、修改等缺点，而MATLAB的FDATool工具为数字滤波器的研究和应用提供了一个直观、高效、便捷的利器。它以矩阵运算为基础，把计算、可视化、仿真设计融合到一个交互式的工作环境中。尤其是MATLAB工具箱使各个领域的研究人员可以直观方便地进行科学研究和工程应用。其中的信号处理、图像处理等工具箱为数字滤波研究的蓬勃发展提供了有力的工具。本文介绍了一种基于MATLAB环境下对数字理滤波器进行设计与仿真的方法。在基于MATLAB环境的数字滤波器的设计过程中，MATLAB工具箱提供了几种模拟滤波的原型产生函数一贝塞尔低通模拟滤波器原型，巴特沃斯滤波器原型，切比雪夫（I型、II型）滤波器原型，椭圆滤波器原

12、型等不同的模拟滤波器原型；模拟低通滤波器原型向低通、高通、带通、带阻的转变函数；从模拟滤波器向数字滤波器转化的双线性变换和冲激响应不变法；模拟数字IIR滤波器阶数选择函数以及数字滤波器直接设计函数等。这一整套设计函数给在MATLAB中设计IIR数字带来了极大的方便。利用MATLAB设计滤波器，可以随时对比设计要求和滤波器特性调整参数，直观简便，极大地减轻了工作量，有利于滤波器设计的最优化。第1章数字滤波器及MATLAB语言概述1.1 数字滤波器概述1.1.1 数字滤波器的定义数字滤波器是指完成信号滤波处理功能的，用有限精度算法实现的离散时间线性非时变系统，其输入是一组数字量，其输出是经过变换的

13、另一组数字量。因此，数字滤波器本身既可以是用数字硬件装配成的一台完成给定运算的专用的数字计算机，也可以将所需要的运算编成程序，让通用计算机来执行。数字滤波器，输入输出均为数字信号，通过一定的运算关系，改变输入信号中所含频率成分的相对比例，或则滤除某些频率成分的器件。对于数字滤波器而言，若系统函数为H(z),其脉冲响应为h(n),输入时间序列为x(n),则它们在时域内的关系式如下：y(n)=h(n) * x(n)(1-1)在Z域内，输入和输出存在如下关系：Y(z)= H(z)X(z)(1-2)式中,X(z)、Y(z)分别为x(n)和y(n)的Z变换。在频域内，输入和输出则存在如下关系：Y(j/)

14、=H(jo)X(j/)(1-3)式中，H(jG)是数字滤波器的频率特性；X(jo)Y(j/)分别为x(n)和y(n)的频谱，而。为数字角频率。1.1.2 数字滤波器的分类数字滤波器可以有很多种分类方法，但总体上可分为两大类。一类称为经典滤波器，即一般的滤波器，其特点是输入信号中的有用成分和希望滤除的成分占用不同的频带，通过合适的选频滤波器可以实现滤波。例如，若输入信号中有干扰，信号和干扰的频带互不重叠，则可滤出信号中的干扰得到纯信号。但是，如果输入信号中信号和干扰的频带相重叠，则干扰就不能被有效的滤出。另一类称为现代滤波器，如维纳滤波器、卡尔曼滤波器等，其输入信号中有用信号和希望滤除的成分频带

15、重叠。对于经典滤波器，从频域上也可以分为低通、高通、带通和带阻滤波器。从时域特性上看，数字滤波器还可以分为有限冲激响应数字滤波器(FIR)和无限冲激响应数字滤波器(IIR)o对于有限冲激响应数字滤波器(FIR),其输出y(n)只取决于有限个过去和现在的输入,x(n),x(n-l),.,x(nm),滤波器的输入输出关系可表示为My(n)=ErX( 一厂)(1-4)r=0对于无限冲激响应数字滤波器(IIR),它的输出不仅取决于过去和现在的输入，而且还取决于过去的输出，其差分方程为NMy(n)+ Z 4- 攵)=X - -)(1-5)k=lr=0该差分方程的单位冲激响应是无限延续的。1.1.3 常用滤波器的性能指标滤波器性能一般用系统频率特性来说明，常用的性能指标主有以下三个参数：1 .幅度平方函数(1-6)该性能指标主要用来说明系统的幅频特性。2 .相位函数(1-7)其中:-arctg(1-8)该指标主要用来说明系统的相位特性。3.群延时dco(1-9)定义为相位对角频率导数的负值，说明了滤波器对不同的频率成