�(shù)�濾波�(digital filter)是指輸入輸出均為�(shù)字信�,通過一定運(yùn)算關(guān)系改變輸入信號所含頻率成分的相對比例或者濾除某些頻率成分的器件。它工作在數(shù)字信號域,它處理的對象是�(jīng)�采樣�件將模擬信號�(zhuǎn)換而得到的�(shù)字信號。數(shù)字濾波器一般由寄存�、延�(shí)�、加法器和乘法器等基��(shù)字電��(shí)�(xiàn)�
�(shù)字濾波器一詞出�(xiàn)�60年代中期。由于電子計(jì)算機(jī)技�(shù)和大�(guī)模集成電路的�(fā)展,�(shù)字濾波器已可用計(jì)算機(jī)軟件�(shí)�(xiàn),也可用大規(guī)模集成數(shù)字硬件實(shí)�(shí)�(shí)�(xiàn)。數(shù)字濾波器是對�(shù)字信號�(jìn)行濾波處理以得到期望的響�(yīng)特性的離散�(shí)間系�(tǒng)。作為一種電子濾波器,數(shù)字濾波器與完全工作在模擬信號域的模擬濾波器不�。數(shù)位濾波器工作在數(shù)字信號域,它處理的對象是�(jīng)由采樣器件將模擬信號�(zhuǎn)換而得到的�(shù)字信�� �(shù)字濾波器的工作方式與模擬濾波器也完全不同:后者完全依靠電�、電容、晶體管等電子元件組成的物理�(wǎng)�(luò)�(shí)�(xiàn)濾波功能;而前者是通過�(shù)字運(yùn)算器件對輸入的數(shù)字信號�(jìn)行運(yùn)算和處理,從而實(shí)�(xiàn)�(shè)�(jì)要求的特�� �(yīng)用數(shù)字濾波器處理模擬信號�(shí),首先須對輸入模擬信號�(jìn)行限�、抽樣和模數(shù)�(zhuǎn)換。數(shù)字濾波器輸入信號的抽樣率�(yīng)大于被處理信號帶寬的兩�,其頻率響應(yīng)具有以抽樣頻率為間隔的周期重�(fù)特性,且以折疊頻率�1�2抽樣頻率�(diǎn)呈鏡像對�。為得到模擬信號,數(shù)字濾波器處理的輸出數(shù)字信號須�(jīng)�(shù)模轉(zhuǎn)�、平滑。數(shù)字濾波器具有高精�、高可靠�、可程控改變特性或�(fù)�、便于集成等�(yōu)�(diǎn)。數(shù)字濾波器在語言信號處理、圖像信號處�、醫(yī)�(xué)生物信號處理以及其他�(yīng)用領(lǐng)域都得到了廣泛應(yīng)用� �(shù)字濾波器有低�、高通、帶�、帶阻和全通等類型。它可以是時(shí)不變的或�(shí)變的、因果的或非因果的、線性的或非線性的。應(yīng)用最廣的是線�、時(shí)不變�(shù)字濾波器,以及f.i.r濾波��
按功能分:低通、高�、帶通、帶�、全通濾波器
按實(shí)�(xiàn)的網(wǎng)�(luò)�(jié)�(gòu)或單位抽樣響�(yīng)分:無限脈沖響應(yīng)濾波器(IIR濾波器)、有限脈沖響�(yīng)濾波器(FIR濾波器)
另外,它還可以被分為線性與非線�、因果與非因果等�
其中,線性時(shí)不變的數(shù)字濾波器是最基本的類�;而由于數(shù)字系�(tǒng)可以對延�(shí)器加以利�,因此可以引入一定程度的非因果性,獲得比傳�(tǒng)的因果濾波器更靈活強(qiáng)大的特�;相對于IIR濾波器,F(xiàn)IR濾波器有著易于實(shí)�(xiàn)和系�(tǒng)�(wěn)定的�(yōu)�,因此得到廣泛的�(yīng)�;對于時(shí)變系�(tǒng)濾波器的研究則導(dǎo)致了以卡爾曼濾波為代表的自適�(yīng)濾波理論
�(shù)字濾波器具有比模擬濾波器更高的精�,甚至能�?qū)崿F(xiàn)后者在理論上也無法�(dá)到的性能。例�,對于數(shù)字濾波器來說很容易就能夠做到一�(gè) 1000Hz 的低通濾波器允許 999Hz 信號通過并且完全阻止 1001Hz 的信�,模擬濾波器無法區(qū)分如此接近的信號�
�(shù)字濾波器相比模擬濾波器有更高的信噪比。這主要是�?yàn)�?shù)字濾波器是以�(shù)字器件執(zhí)行運(yùn)�,從而避免了模擬電路中噪聲(如電阻熱噪聲)的影響。數(shù)字濾波器中主要的噪聲源是在數(shù)字系�(tǒng)之前的模擬電路引入的電路噪聲以及在數(shù)字系�(tǒng)輸入端的模數(shù)�(zhuǎn)換過程中�(chǎn)生的量化噪聲。這些噪聲在數(shù)字系�(tǒng)的運(yùn)算中可能會被放大,因此在�(shè)�(jì)�(shù)字濾波器�(shí)需要采用合適的�(jié)�(gòu),以降低輸入噪聲對系�(tǒng)性能的影��
�(shù)字濾波器還具有模擬濾波器不能比擬的可靠�。組成模擬濾波器的電子元件的電路特性會隨著�(shí)�、溫度、電壓的變化而漂�,而數(shù)字電路就沒有這種問題。只要在�(shù)字電路的工作�(huán)境下,數(shù)字濾波器就能夠穩(wěn)定可靠的工作�
由于奈奎斯特采樣定理(en:Nyquist sampling theorem�,數(shù)字濾波器的處理能力受到系�(tǒng)采樣頻率的限�。如果輸入信號的頻率分量包含超過濾波�1/2采樣頻率的分量時(shí),數(shù)字濾波器�?yàn)�?shù)字系�(tǒng)的“混疊”而不能正常工�。如果超�1/2采樣頻率的頻率分量不占主要地�,通常的解決辦法是在模�(shù)�(zhuǎn)換電路之前放置一�(gè)低通濾波器(即抗混疊濾波器)將超過的高頻成分濾�。否則就必須用模擬濾波器�(shí)�(xiàn)要求的功能�
�(shù)字濾波器具有高精�、高可靠性、可程控改變特性或�(fù)�、便于集成等�(yōu)�(diǎn)。數(shù)字濾波器在語言信號處理、圖像信號處�、醫(yī)�(xué)生物信號處理以及其他�(yīng)用領(lǐng)域都得到了廣泛應(yīng)用�
●按�(shè)�(jì)任務(wù),確定濾波器性能要求,制定技�(shù)指標(biāo)
●用一�(gè)因果�(wěn)定的離散LSI系統(tǒng)的系�(tǒng)函數(shù)H(z)逼近此性能指標(biāo)
●利用有限精度算法實(shí)�(xiàn)此系�(tǒng)函數(shù):如�(yùn)算結(jié)�(gòu)、字長的選擇�
●實(shí)際技�(shù)�(shí)�(xiàn):軟件法、硬件法或DSP芯片�
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