數(shù)字信號處理實驗：實驗4 數(shù)字濾波器的設(shè)計及實現(xiàn)

1、實驗四 數(shù)字濾波器的設(shè)計及實現(xiàn) 數(shù)字濾波器的設(shè)計數(shù)字濾波器的實現(xiàn)實驗?zāi)康?1.掌握MATLAB常見數(shù)字濾波器設(shè)計函數(shù)、數(shù)字濾波器設(shè)計基本函數(shù)，包括IIR和FIR的階數(shù)估計，濾波器設(shè)計函數(shù)等，能夠利用這些函數(shù)進行數(shù)字低通濾波器設(shè)計。 2.學習使用MATLAB中濾波器輔助實現(xiàn)軟件進行濾波器設(shè)計。 3.學習使用濾波器的直接型實現(xiàn)結(jié)構(gòu)進行濾波器實現(xiàn)。 4. 學習、了解利用專用DSP處理器，編程實現(xiàn)數(shù)字濾波器。 實驗內(nèi)容1、在深刻理解數(shù)字濾波器的參數(shù)基礎(chǔ)上，學習使用MATLAB數(shù)字濾波器基本設(shè)計函數(shù)完成（FIR）低通濾波器設(shè)計。2、在深刻理解數(shù)字濾波器的參數(shù)基礎(chǔ)上，學習使用MATLAB數(shù)字濾波器基本設(shè)計

2、函數(shù)完成（IIR）低通濾波器設(shè)計。3、對濾波前后的信號進行頻譜對比、分析。 實驗內(nèi)容（續(xù)）4、（拓展要求）其它種類（高通、帶通等）數(shù)字濾波器設(shè)計。5、（拓展要求）學習使用MATLAB中數(shù)字濾波器輔助設(shè)計軟件。6、通過硬件（DSP）實驗箱演示信號經(jīng)過濾波器前后的時域（示波器）波形與頻譜（計算結(jié)果）變化。 實驗原理IIR濾波器設(shè)計方法沖激響應(yīng)不變法雙線性變換法FIR濾波器設(shè)計方法窗函數(shù)法頻率采樣法濾波器的實現(xiàn)結(jié)構(gòu)數(shù)字濾波器設(shè)計步驟： （1）根據(jù)給定的濾波器設(shè)計要求，得到參數(shù)化描述，即通帶，阻帶截止頻率 和 ，通帶阻帶紋波 和 等數(shù)據(jù)。（2）找一個數(shù)字系統(tǒng)函數(shù)G(z)，使其頻率響應(yīng)逼近設(shè)計要求。（3

3、）選擇合適的濾波器結(jié)構(gòu)對滿足要求的傳遞函數(shù)G(z)進行實現(xiàn)。 IIR濾波器設(shè)計方法： 沖擊響應(yīng)不變法：（a）滿足設(shè)計要求的模擬原型濾波器進行部分分式展開為： （b）由于 ，可以得到：IIR濾波器設(shè)計方法：（續(xù)）雙線性變換法： （a）設(shè)計要求中給出的邊界頻率進行預畸處理，然后用得到的頻率進行模擬濾波器設(shè)計，得到模擬原型濾波器 。（b）用雙線性變換法求出數(shù)字濾波器： 。 FIR濾波器設(shè)計方法： 窗函數(shù)法：（a）根據(jù)設(shè)計的要求選擇合適的窗函數(shù) ，然后根據(jù)此窗計算階數(shù)等參數(shù)N。 （b）寫出沖擊響應(yīng)序列的表達式： ，其中， 為理想的沖擊響應(yīng)序列，一般為無限長的， 為長度為N的窗函數(shù)。 （c）計算所得沖擊

4、響應(yīng)序列的DTFT，然后驗證其是否滿足設(shè)計要求。 FIR濾波器設(shè)計方法：（續(xù)）頻率采樣法：（a）根據(jù)設(shè)計要求估算濾波器階數(shù)N。 （b）對要求的頻率響應(yīng)特性進行采樣，獲得N個離散樣點值H(k)。 （c）對H(k)求N點IFFT，得到所需要的濾波器沖擊響應(yīng)序列h(n)。（d）計算所得沖擊響應(yīng)序列的DTFT，然后驗證其是否滿足設(shè)計要求。 濾波器的實現(xiàn)結(jié)構(gòu) FIR濾波器直接型實現(xiàn)結(jié)構(gòu)級聯(lián)結(jié)構(gòu)并聯(lián)結(jié)構(gòu)多相實現(xiàn)結(jié)構(gòu)線性相位型結(jié)構(gòu) 濾波器的實現(xiàn)結(jié)構(gòu)：（續(xù)）IIR濾波器直接型實現(xiàn)結(jié)構(gòu)：I型和II型級聯(lián)結(jié)構(gòu)并聯(lián)結(jié)構(gòu)濾波器的設(shè)計函數(shù)FIR濾波器設(shè)計函數(shù)：fir1, fir2, remez, remezord, kaiser, kaiserord, hanning, hamming, blackman。IIR濾波器設(shè)計函數(shù)：butter, butt