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(1)五种模拟滤波器类型的比较 a) 巴特沃斯滤波器(Butterworth):具有单调下降的幅频特性,过渡带最宽; b) 切比雪夫Ⅰ型滤波器(Chebyshev1):在通带具有等波纹幅频特性,过渡带和阻带是单调下降的幅频特性; c) 切比雪夫Ⅱ型滤波器(Chebyshev2):通道带幅频响应几乎与巴特沃斯滤波器相同,阻带是等波纹幅频特性; d) 椭圆滤波器(Ellipse):过渡带最窄,通带和阻带均是等波纹幅频特性; e) 贝塞尔滤波器(Bessel):在整个通带逼近线性相位特性,而其幅频特性的过渡带比其他四种滤波器宽得多。 (2)两种系统函数转换方法的比较 a) 双线性变换法 优点:频率变换关系是线性的,即 ,如果不存在频谱混叠现象,用这种方法设计得数字滤波器会很好地重现原模拟滤波器的频响特性。另外,数字滤波器的单位脉冲响应完全模仿模拟滤波器的单位冲激响应波形,时域特性逼近好。 缺点:会产生不同程度的频谱混叠失真,其适用于低通、带通滤波器的设计,不适用于高通、带阻滤波器的设计。 b) 脉冲响应不变法 优点:可由简单的代数公式 将 直接转换成 且不存在频谱混叠现象。 缺点:
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数字信号处理课程设计
i
目录
1. 数字滤波器的设计任务及要求(编号 0108) .................................. 1
2. 数字滤波器的设计及仿真 .................................................................. 1
2.1 数字滤波器(编号 0108)的设计 ................................ 1
2.2 数字滤波器(编号 0108)的性能分析 ............................ 9
3. 数字滤波器的实现结构对其性能影响的分析 ................................ 12
3.1 数字滤波器的实现结构一(直接型)及其幅频响应................ 13
3.2 数字滤波器的实现结构二(级联型)及其幅频响应................ 16
3.3 数字滤波器的实现结构对其性能影响的小结........................................... 19
4. 数字滤波器的参数字长对其性能影响的分析 ................................ 19
4.1 数字滤波器的实现结构一(直接型)参数字长及幅频响应特性变化.. 19
4.2 数字滤波器的实现结构二(级联型)参数字长及幅频响应特性变化.. 23
4.3 数字滤波器的参数字长对其性能影响的小结........................................... 25
5. 结论及体会 ........................................... 25
5.1 滤波器设计、分析结论 ...................................... 25
5.2 我的体会 ................................................... 26
5.3 展望 ....................................................... 27
参考文献 ................................................ 28
数字信号处理课程设计
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数字信号处理课程设计
1
1、 数字滤波器的设计任务及要求(编号 0108)
设计一个基于巴特沃斯数字频带变换的 IIR 高通数字滤波器,要求:
(1)阻带截止频率 ;
(2)通带截止频率 ;
(3)通带最大衰减 ;
(4)阻带最小衰减 。
2、 数字滤波器的设计及仿真
2.1 数字滤波器(编号 0108)的设计
2.1.1 设计思想
IIR 高通数字滤波器设计的主要思想是先通过技术指标转换将数字高通指
标转换为模拟低通指标,通过指标设计出低通模拟滤波器,然后经过脉冲响应不
变法或双线性变换法加上频带变换最终得到目标滤波器。数字高通滤波器的设计
思路主要有如下两种:
思路一:数字频带变换
数字高通滤波器 数字低通滤波器 归一化模拟低通原型
预畸变
校正
频率归
一化
脉冲响应不变法
数字频带变换
双线性变换法
Ha(s)H(z)
图 1 数字频带变换设计流程图
数字信号处理课程设计
2
思路二:模拟频带变换
数字高通滤波器 模拟高通滤波器 归一化模拟低通原型
预畸变
校正
频率归
一化
模拟频带变换
双线性变换法
脉冲响应不变法
Ha(s)
H(z)
图 2 模拟频带变换设计流程图
本设计要求使用数字频带变换实现巴特沃斯 IIR 高通数字滤波器,因此选用
方法一。
2.1.2 设计方法对比
(1)五种模拟滤波器类型的比较
a) 巴特沃斯滤波器(Butterworth):具有单调下降的幅频特性,过渡带最宽;
b) 切比雪夫Ⅰ型滤波器(Chebyshev1):在通带具有等波纹幅频特性,过渡带和
阻带是单调下降的幅频特性;
c) 切比雪夫Ⅱ型滤波器(Chebyshev2):通道带幅频响应几乎与巴特沃斯滤波
器相同,阻带是等波纹幅频特性;
d) 椭圆滤波器(Ellipse):过渡带最窄,通带和阻带均是等波纹幅频特性;
e) 贝塞尔滤波器(Bessel):在整个通带逼近线性相位特性,而其幅频特性的过
渡带比其他四种滤波器宽得多。
(2)两种系统函数转换方法的比较
a) 双线性变换法
优点:频率变换关系是线性的,即 ,如果不存在频谱混叠现象,用
这种方法设计得数字滤波器会很好地重现原模拟滤波器的频响特性。另外,数字
滤波器的单位脉冲响应完全模仿模拟滤波器的单位冲激响应波形,时域特性逼近
好。
缺点:会产生不同程度的频谱混叠失真,其适用于低通、带通滤波器的设计,
不适用于高通、带阻滤波器的设计。
数字信号处理课程设计
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b) 脉冲响应不变法
优点:可由简单的代数公式 将 直接转换成 且不存
在频谱混叠现象。
缺点: 与 之间的非线性关系使数字滤波器频响曲线不能保真地模仿模拟
滤波器的频响曲线形状。
2.1.3 设计步骤
(1)按实际要求,确定滤波器的性能指标;
(2)寻找一个稳定因果系统去逼近这个性能指标,即求出数字滤波器的系统函
数或单位冲激响应,系统有 IIR 和 FIR 两种形式;
(3)采用适当的结构和合适的字长去实现此数字滤波器系统;
(4)验证所设计的系统是否满足给定的性能指标,不满足时对第(2)、(3)步
进行修改。
2.1.4 实例计算(手工)
(1)确定数字高通的技术指标:
(2)将数字高通滤波器的技术指标转换成模拟低通滤波器的技术指标,通过式
预畸变校正得到模拟边界频率,令 :
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