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1、数字滤波器的MATLAB与FPGA实现课件杜勇版第4章FIR滤波器的FPGA设计与实现解析,数字滤波器的MATLAB和FPGA实现,第4章 FIR滤波器的FPGA设计与实现（参考：数字信号处理-理论算法与实现胡广书，第7章）,数字滤波器的MATLAB与FPGA实现课件杜勇版第4章FIR滤波器的FPGA设计与实现解析,第4章 FIR滤波器的FPGA设计与实现,4.1.1 线性时不变系统,数字滤波器的MATLAB与FPGA实现课件杜勇版第4章FIR滤波器的FPGA设计与实现解析,4.1.1 线性时不变系统,数字滤波器的MATLAB与FPGA实现课件杜勇版第4章FIR滤波器的FPGA设计与实现解析,
2、4.1.1 线性时不变系统的特性,2. 稳定性判断条件因果性判断条件,（4-8）,（4-9）,数字滤波器的MATLAB与FPGA实现课件杜勇版第4章FIR滤波器的FPGA设计与实现解析,信号chp5：离散时间傅立叶变换,时域是离散信号，求频率信号,有:,数字滤波器的MATLAB与FPGA实现课件杜勇版第4章FIR滤波器的FPGA设计与实现解析,表明:离散时间序列可以分解为频率在2区间上分布的、幅度为 的复指数分量的线性组合。,数字滤波器的MATLAB与FPGA实现课件杜勇版第4章FIR滤波器的FPGA设计与实现解析,二.常用信号的离散时间傅立叶变换,通常 是复函数，用它的模和相位表示:,1.,
3、数字滤波器的MATLAB与FPGA实现课件杜勇版第4章FIR滤波器的FPGA设计与实现解析,数字滤波器的MATLAB与FPGA实现课件杜勇版第4章FIR滤波器的FPGA设计与实现解析,由图可以得到:,称为数字频率: 0 对应 模拟频率: 0,数字滤波器的MATLAB与FPGA实现课件杜勇版第4章FIR滤波器的FPGA设计与实现解析,2.矩形脉冲:,数字滤波器的MATLAB与FPGA实现课件杜勇版第4章FIR滤波器的FPGA设计与实现解析,数字滤波器的MATLAB与FPGA实现课件杜勇版第4章FIR滤波器的FPGA设计与实现解析,两点比较:,1.与对应的周期信号比较,数字滤波器的MATLAB与F
4、PGA实现课件杜勇版第4章FIR滤波器的FPGA设计与实现解析,2.与对应的连续时间信号比较,如图所示:,数字滤波器的MATLAB与FPGA实现课件杜勇版第4章FIR滤波器的FPGA设计与实现解析,信号chp5：离散时间傅立叶变换,时域是离散信号傅里叶结论,称为数字频率: 0 对应 模拟频率: 0,数字滤波器的MATLAB与FPGA实现课件杜勇版第4章FIR滤波器的FPGA设计与实现解析,3 线性相位系统的物理意义,理想限时系统的单位取样响应,群延时是常数说明：各频率分量的延时是相同的,数字滤波器的MATLAB与FPGA实现课件杜勇版第4章FIR滤波器的FPGA设计与实现解析,具有线性相位的理
5、想低通滤波器：,（4-16）,具有零相位的理想低通滤波器：,数字滤波器的MATLAB与FPGA实现课件杜勇版第4章FIR滤波器的FPGA设计与实现解析,3 线性相位系统的物理意义,群延时是一个度量： 反映各频率分量的延时偏差,数字滤波器的MATLAB与FPGA实现课件杜勇版第4章FIR滤波器的FPGA设计与实现解析,1. 滤波原理,滤波器的基本概念,数字滤波器的MATLAB与FPGA实现课件杜勇版第4章FIR滤波器的FPGA设计与实现解析,若 中的有用成分 和希望去除的成分 各自占有不同的频带, 通过一个线性系统可将 有效去除.,分类: 低通(LP), 高通(HP),带通(BP), 带阻(BS
6、),2. 滤波器的分类,加法性噪声,经典滤波器,数字滤波器的MATLAB与FPGA实现课件杜勇版第4章FIR滤波器的FPGA设计与实现解析,每一种又有模拟(AF)、数字(DF)两种滤波器.对数字滤波器, 从实现方法上, 有IIR滤波器和FIR滤波器之分, 转移函数分别为:,FIR DF:,IIR DF:,数字滤波器的MATLAB与FPGA实现课件杜勇版第4章FIR滤波器的FPGA设计与实现解析,现代滤波器,维纳滤波器是这类滤波器的典型代表,种类：维纳滤波器、卡尔曼滤波器、线性预 测、自适应滤波器,乘法性噪声,卷积性噪声,信号的频谱和噪声道频谱混迭在一起，靠经典的滤波方法难以去除噪声。目标：从含
7、有噪声的数据记录(又称时间序列)中估计出信号的某些特征或信号本身。,数字滤波器的MATLAB与FPGA实现课件杜勇版第4章FIR滤波器的FPGA设计与实现解析,3. 滤波器的技术要求,低通：,数字滤波器的MATLAB与FPGA实现课件杜勇版第4章FIR滤波器的FPGA设计与实现解析,单位 (dB),若幅度下降到 0.707, 则幅平方下降 0.5 （半功率点）：,若幅度下降到 0.01：,数字滤波器的MATLAB与FPGA实现课件杜勇版第4章FIR滤波器的FPGA设计与实现解析,高通：,数字滤波器的MATLAB与FPGA实现课件杜勇版第4章FIR滤波器的FPGA设计与实现解析,带通：,数字滤波
8、器的MATLAB与FPGA实现课件杜勇版第4章FIR滤波器的FPGA设计与实现解析,带阻：,数字滤波器的MATLAB与FPGA实现课件杜勇版第4章FIR滤波器的FPGA设计与实现解析,1. 给定所设计的滤波器的技术指标：,LP, HP,BP, BS,2. 设计出一个 ，使,数字滤波器设计的一般步骤:,数字滤波器的MATLAB与FPGA实现课件杜勇版第4章FIR滤波器的FPGA设计与实现解析,4.1.2 FIR滤波器的原理,FIR:即 h（n）的非零值长度是有限大小。,数字滤波器的MATLAB与FPGA实现课件杜勇版第4章FIR滤波器的FPGA设计与实现解析,4.1.3 FIR滤波器的特性,相位
9、特性：FIR具有线性相位特性,单位取样响应 是偶对称的情况,单位取样响应 是偶对称的情况,奇对称,偶对称,数字滤波器的MATLAB与FPGA实现课件杜勇版第4章FIR滤波器的FPGA设计与实现解析,相位特性：FIR具有线性相位特性,单位取样响应 是偶对称的情况,（4-21）,（4-23）,数字滤波器的MATLAB与FPGA实现课件杜勇版第4章FIR滤波器的FPGA设计与实现解析,相位特性：FIR具有线性相位特性,单位取样响应 是偶对称的情况,具有线性相位特性,群延迟：,数字滤波器的MATLAB与FPGA实现课件杜勇版第4章FIR滤波器的FPGA设计与实现解析,相位特性,单位取样响应 是奇对称的
10、情况,（4-27）,数字滤波器的MATLAB与FPGA实现课件杜勇版第4章FIR滤波器的FPGA设计与实现解析,4.1.3 FIR滤波器的特性,奇对称,数字滤波器的MATLAB与FPGA实现课件杜勇版第4章FIR滤波器的FPGA设计与实现解析,4.1.3 FIR滤波器的特性,相位特性,（4-32）,具有线性相位特性,群延迟：,数字滤波器的MATLAB与FPGA实现课件杜勇版第4章FIR滤波器的FPGA设计与实现解析,4.1.3 FIR滤波器的特性,相位特性,数字滤波器的MATLAB与FPGA实现课件杜勇版第4章FIR滤波器的FPGA设计与实现解析,4.1.3 FIR滤波器的特性,幅度特性,数字
11、滤波器的MATLAB与FPGA实现课件杜勇版第4章FIR滤波器的FPGA设计与实现解析,4.1.3 FIR滤波器的特性,幅度特性,(a) 偶对称， M偶整数(b) 偶对称， M奇整数(c) 奇对称， M偶整数(d) 奇对称， M奇整数,数字滤波器的MATLAB与FPGA实现课件杜勇版第4章FIR滤波器的FPGA设计与实现解析,4.1.3 FIR滤波器的特性,幅度特性: (a) 偶对称，偶整数,（4-36）,数字滤波器的MATLAB与FPGA实现课件杜勇版第4章FIR滤波器的FPGA设计与实现解析,4.1.3 FIR滤波器的特性,幅度特性(b)偶对称，奇整数,（4-38）,数字滤波器的MATLA
12、B与FPGA实现课件杜勇版第4章FIR滤波器的FPGA设计与实现解析,4.1.3 FIR滤波器的特性,幅度特性:(c)奇对称，偶整数,（4-40）,数字滤波器的MATLAB与FPGA实现课件杜勇版第4章FIR滤波器的FPGA设计与实现解析,4.1.3 FIR滤波器的特性,幅度特性: (d)奇对称，奇整数,（4-44）,数字滤波器的MATLAB与FPGA实现课件杜勇版第4章FIR滤波器的FPGA设计与实现解析,第2章 设计语言及环境介绍,2. 1 总结,数字滤波器的MATLAB与FPGA实现课件杜勇版第4章FIR滤波器的FPGA设计与实现解析,4.1.4 FIR滤波器的结构形式,直接型,数字滤波
13、器的MATLAB与FPGA实现课件杜勇版第4章FIR滤波器的FPGA设计与实现解析,4.1.4 FIR滤波器的结构形式,对于第二种情况，M是奇数：,数字滤波器的MATLAB与FPGA实现课件杜勇版第4章FIR滤波器的FPGA设计与实现解析,4.1.4 FIR滤波器的结构形式,频率取样型,数字滤波器的MATLAB与FPGA实现课件杜勇版第4章FIR滤波器的FPGA设计与实现解析,4.1.4 FIR滤波器的结构形式,级联型,数字滤波器的MATLAB与FPGA实现课件杜勇版第4章FIR滤波器的FPGA设计与实现解析,4.1.4 FIR滤波器的结构形式,快速卷积型,数字滤波器的MATLAB与FPGA实
14、现课件杜勇版第4章FIR滤波器的FPGA设计与实现解析,4.2 FIR滤波器的设计方法,4.2.1 窗函数法,数字滤波器的MATLAB与FPGA实现课件杜勇版第4章FIR滤波器的FPGA设计与实现解析,4.2 FIR滤波器的设计方法,4.2.1 窗函数法,是非因果系统，在实际中无法实现，必须要换成因果系统。通过时域平移来达到,数字滤波器的MATLAB与FPGA实现课件杜勇版第4章FIR滤波器的FPGA设计与实现解析,4.2 FIR滤波器的设计方法,4.2.1 窗函数法,（4-61）,时域乘积，频率是周期性卷积,：矩形窗,数字滤波器的MATLAB与FPGA实现课件杜勇版第4章FIR滤波器的FPG
15、A设计与实现解析,4.2.2 频率取样法,采用等间隔采样（课外阅读知识点）,数字滤波器的MATLAB与FPGA实现课件杜勇版第4章FIR滤波器的FPGA设计与实现解析,4.2.2 频率取样法,（4-67）,数字滤波器的MATLAB与FPGA实现课件杜勇版第4章FIR滤波器的FPGA设计与实现解析,4.2.3 最优设计方法,该 法详细算法见p316（胡广书）,（不讲）,数字滤波器的MATLAB与FPGA实现课件杜勇版第4章FIR滤波器的FPGA设计与实现解析,4.3 FIR滤波器的MATLAB设计,4.3.1 采用fir1函数设计 MATLAB程序设计,数字滤波器的MATLAB与FPGA实现课件
16、杜勇版第4章FIR滤波器的FPGA设计与实现解析,4.3.1 采用fir1函数设计,各种窗函数比较,（4-73）,汉宁窗：,矩形窗：,数字滤波器的MATLAB与FPGA实现课件杜勇版第4章FIR滤波器的FPGA设计与实现解析,4.3.1 采用fir1函数设计,各种窗函数比较,海明窗：,布莱克曼窗：,凯塞窗：,数字滤波器的MATLAB与FPGA实现课件杜勇版第4章FIR滤波器的FPGA设计与实现解析,第2章 设计语言及环境介绍,简介,数字滤波器的MATLAB与FPGA实现课件杜勇版第4章FIR滤波器的FPGA设计与实现解析,4.3.2 采用kaiserord函数设计,设计,数字滤波器的MATLA
17、B与FPGA实现课件杜勇版第4章FIR滤波器的FPGA设计与实现解析,4.3.3 采用fir2函数设计,4.3.1 函数设计,数字滤波器的MATLAB与FPGA实现课件杜勇版第4章FIR滤波器的FPGA设计与实现解析,4.3.4 采用firpm函数设计,4.3.1 函数设计,数字滤波器的MATLAB与FPGA实现课件杜勇版第4章FIR滤波器的FPGA设计与实现解析,4.3.5 采用FDATOOL工具设计,4.3.1 函数设计,数字滤波器的MATLAB与FPGA实现课件杜勇版第4章FIR滤波器的FPGA设计与实现解析,4.4 FIR滤波器的FPGA实现,4.4.1 量化滤波器系数,数字滤波器的M
18、ATLAB与FPGA实现课件杜勇版第4章FIR滤波器的FPGA设计与实现解析,4.4.2 串行结构的FPGA实现,是非得失,数字滤波器的MATLAB与FPGA实现课件杜勇版第4章FIR滤波器的FPGA设计与实现解析,4.4.3 并行结构的FPGA实现,是非得失,数字滤波器的MATLAB与FPGA实现课件杜勇版第4章FIR滤波器的FPGA设计与实现解析,4.4.4 分布式结构的FPGA实现,4.4.1 量化滤波器系数,数字滤波器的MATLAB与FPGA实现课件杜勇版第4章FIR滤波器的FPGA设计与实现解析,4.4.1 量化滤波器系数,4.4.5 不同结构的性能对比分析,数字滤波器的MATLAB与FPGA实现课件杜勇版第4章FIR滤波器的FPGA设计与实现解析,4.4.1 量化滤波器系数,4.4.6 采用FIR核实现,