实验5 FIR数字滤波器设计.ppt

实验六 FIR数字滤波器设计 一、实验目的 掌握滤波器的作用、分类。 掌握IIR、FIR数字滤波器的原理。 学习数字滤波器的设计方法。 二、实验原理及方法 滤波 是信号处理的一种最基本而重要的技术。利用滤波 从复杂的信号中提取所需要的信号，抑制不需要的部 分。 滤波器 是具有一定传输特性的信号处理装置。 数字滤波器的工作原理 数字滤波器是具有一定传输特性的数字信号处理装置。它的输入和输出均为离散的数字信号，借助数字器件或一定的数值计算方法，对输入信号进行处理，改变输入信号的波形或频谱，达到保留信号中有用成分去除无用成分的目的。如果加上A/D、D/A转换，则可以用于处理模拟信号。 滤波器的分类 滤波器的种类很多，分类方法也不同。 按处理的信号划分：模拟滤波器、数字滤波器 按频域特性划分；低通、高通、带通、带阻。 按时域特性划分：FIR、IIR 滤波器设计 按任务要求确定Filter的性能指标； 用IIR或FIR系统函数去逼近这一性能要求； 选择适当的运算结构实现这个系统函数； 用软件还是用硬件实现。 IIR、FIR对比 IIR滤波器设计只能保证其幅频响应满足性能指标，相位特性无法考虑且往往非线性。FIR滤波器的突出优点是，在保证满足滤波器幅频响应要求的同时，还可以获得严格的线性相位特性，这对于高保真的信号处理。如语音处理、数据处理和测试等是十分重要的。它的主要缺点是，达到相同性能指标所需滤波器阶数要高得多，延迟也比较大。 FIR滤波器的设计方法 窗函数设计法 设计思想 先给定理想filter的频响Hd(ejw)，设计一个FIR的filter的频响为H(ejw)，使H(ejw)逼近Hd(ejw)。 窗函数 1、矩形窗 boxcar(n) 2、三角窗 triang(n) 3、巴特利特 batlett(n) 4、汉明窗 hamming(n) 5、汉宁窗 hanning(n) 6、布莱克曼窗 blackman(n) 7、凯泽窗 kaiser(n) 窗函数法的设计步骤 给定频响函数Hd(ejw) 求出单位抽样响应hd(n)=F-1[Hd(ejw)] 由性能指标确定窗函数W(n)和窗口长度N，由过渡带宽度近似于窗函数主瓣宽求得窗口长度N。 最后求h(n)=hd(n)w(n) h(n)即为所设计FIR滤波器系数向量。 MATLAB提供的相关函数 函数调用格式 b=fir1(n,wn) b=fir1(n,wn,’ftype’) b=fir1(n,wn,window) b=fir1(n,wn,’ftype’,window) 其中，n为FIR滤波器的阶数，对于高通、带阻滤波器n取偶数，wn为滤波器截止频率；‘ftype’为滤波器类型；window为窗函数（列向量、其长度为n+1），缺省时，自动取Hamming窗。 设计一个48阶FIR带通滤波器，通带频率为 wp=[0.35,0.65]; N=48; b=fir1(N,wp); freqz(b,1,512) 多频带FIR滤波器 格式：h=fir2(n , f , m , 窗函数) h：滤波器系数的向量 n：滤波器的阶数 f：满足滤波器频带要求的频率向量 m：幅度响应向量，同f的尺寸相等 窗函数：缺省情况下默认为hamming窗 f=0:0.002:1; m(1:201)=1;m(202:301)=0; m(302:351)=0.5;m(352:401)=0;m(402:501)=1; hold plot(f,m,r:) b=fir2(64,f,m); [h,f1]=freqz(b); f1=f1./pi; plot(f1,abs(h)) 例：针对一个含有5Hz、15Hz和30Hz的混和正弦波信号，设计一个FIR带通滤波器。 参数要求:采样频率fs=100Hz，通带下限截止频率fc1=10Hz，通带上限截止频率fc2=20Hz，过渡带宽6Hz，通阻带波动0.01，采用凯塞窗设计。 fc1=10; fc2=20; fs=100; [n,Wn,beta,ftype]=kaiserord([7 13 17 23],[0 1 0], [0.01 0.01 0.01],100); w1=2*fc1/fs; w2=2*fc2/fs; window=kaiser(n+1,beta); %使用kaiser窗函数 b=fir1(n,[w1 w2],window); %使用标准频率响应的