基于matlab的数字滤波器设计

第12期2010年12月机械设计与制造

MachineryDesign＆Manufacture87文章编号：100l一3997(20lO)12枷埘

基于MATLAB的FIR数字滤波器的设计

梁辰

(抚顺职业技术学院，抚顺113006)

ThedeSignofFIRdjgitaIf¨terbaSedOnMATLAB

UANGChen

(FushunVocational7rechnologyInstitute，Fushun1l3006，China)

；【摘要】介绍了一种利用MATLAB信号处理工具箱设计肌肉电信号数字滤波器的方法，给出了；

}使用MATLAB语言进行程序设计和界面设计的详细步骤。利用MATLAB设计数字滤波器，有利于滤波{

；器设计的优化和为硬件实现提供数据基础。；

{关键词：MATLAB；肌电信号；数字滤波器{

{【Abstract】^imrodwes口撇琥od加r如s话以i昭帆e艮cfrom妒gr叩^记sign以d谚础∥kr6y眦i地i增口{

；舰4zMBs匆以proces5i愕I|}豇删记p脚池s如￡反2eds即s扣r如s话田i昭p删即郴mdi眦e∥缸es．6y琊ing；{tk删黝Bz嘴M呼加^幻^括向D砌跆幻印￡im拓吆f胁肚er缸劬蒯p聊诚ngo抛口6∞e加tk5

；舭砌埘n阳i，印如，聊n￡mion如r如s切i，蟛口dig￡以∥f抛r．；

{Keywords：MATLAB；Electromyograpllics噜nal；Di李talnlter{

中图分类号：THl6文献标识码：AMAⅡAB是一种矩阵运算为基础的交互式程序语言，着重MAl队B是进行科学研究常用且必不可少的工具。

针对科学计算、工程计算和绘图的需求。与其他机器语言相比，其MArIlAB软件由主包和各类工具箱构成。其中，主包基本上

特点是简洁和智能化，适应科技专业人员的思维方式和书写习是一个用c，C++等语言编写成的函数库。该函数库提供矩阵(或

惯，使得编程和调试效率大大提高。它用解释方式工作，键入程序数组)的各种算法以及建立在此基础上的各种应用函数和一些相

第１１卷第１１期　２０ｏ９年ｌ１月　禳祷　Ｖ０１．１１　Ｎｏ．１ｌ　ＮＯＹ．２ｏｏ９　

ｄｏｉ：１０．３９６９０．ｉｓｓｎ．１５６３－４７９５．２００９．１１．０２２　

基于ＭＡＴＩ￣Ｂ的数字基带传输的　

ＦＩＲ滤波器的设计　

郑灿，袁小平，许芹　

ｆ中国矿业大学信息与电气工程学院，江苏　徐州　２２１１１６）　

摘　要：为了消除数字基带传输系统中的码间串扰，可将ＦＩＲ数字滤波器应用于消除码间串　

扰的升余弦滚降特性低通滤波器的设计中。文中简要介绍了ＦＩＲ数字滤波器的特征，给出了　

运用ＭＡＴＬＡＢ实现ＦＩＲ数字滤渡器的设计与仿真方法，同时给出了将设计结果应用于消除码　

间串扰的数字基带传输系统中操作过程。　关键词：码间串扰；ＦＩＲ数字滤波器；ＭＡＴＬＡＢ；窗函数法　

０　引言　

目前．数字基带传输已广泛地应用于利用对　

称电缆构成的近程数据通信系统之中。随着数字　

通信技术的发展，基带传输方式不仅可以用于低　

速数据传输，而且也可以用于高速数据传输。然　

而数字基带传输也同样不可避免地要产生由码间　串扰造成的误码现象。为了消除码间串扰，在时　

域上，基带传输系统的冲激响应波形ｈ　ｆｔ）要在　本码元的抽样时刻上有最大值，并在其它码元的　

抽样时刻上均为０，也就是基带传输系统在频域　

上要满足奈奎斯特第一准则。满足奈奎斯特第一　

准则的Ｈ（Ｗ１有很多种，首先是理想低通型，理　

想低通传输特性虽然可满足基带系统的极限传输　速率和极限频带利用率，但这种特性在物理上很　难实现，并且理论特性冲激响应的尾巴衰减振荡　

幅度较大，抽样时刻稍有偏差就会出现严重地码　

间串扰。为了解决理想低通特性存在的问题，可　

采用升余弦滚降特性的系统。以使理想低通滤波　

器的边缘缓慢下降，并使振幅特性在滚降段中心　频率处呈奇对称，从而保证满足奈奎斯特第～准　

则。这种系统可减小码间串扰和位定时误差。　

由于ＦＩＲ数字滤波器可实现对升余弦滚降特　

性的近似，故本文经过ＦＩＲ数字滤波器设计来对　

２００７年３月　第２３卷第１期　陕西理　工　学　院学报　Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｓｈａａｎｘｉ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉ￣ｏｆ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　Ｍ８１＂．２（Ｉｏ７　Ｖｏ１．２３　Ｎｏ．１　

［文章编号］１６７３—２９４４（２００７）０１—００３３—０５　

基于ＭＡＴＬＡＢ　ＧＵＩ的数字滤波器设计与实现　

韩芝侠　，　王　强　，　脱慧　

（１．陕西理工学院电气工程系，　陕西汉中７２３００３；２．陕西理工学院计算机系，陕西汉中７２３００３）　

［摘要］　阐述了数字滤波器的设计方法。分析了运用ＭＡＴＬＡＢ软件进行ⅡＲ数字滤波器的　设计过程。并结合实例给出了一款基于ＭＡＴＬＡＢ　ＧＵＩ的数字滤波器设计方案。该方案能在软　

件界面上提供方便的边沿频率给定途径，能按题意要求实现相应的数字低通、高通、带通、带阻　滤波器设计。界面友好。具有开放性。便于学习《数字信号处理》的学生方便直观地理解理论　

知识。掌握滤波器特性。　［关键词］　ＭＡＴＬＡＢ；　ⅡＲ数字滤波器；　图形用户界面　［中图分类号］ＴＮ９１１．７２　［文献标识码］　Ｂ　

面对庞杂繁多的原始信号，如何提取所需信号、抑制不需要的信号？这就需要使用滤波器。滤波器　的作用主要是选择所需频带的信号内容而抑制不需要的其他频带的信号内容。数字滤波器因其精度　

高、可靠性好、灵活性大等优点，在语音信号处理、信号频谱估计、信号去噪、无线通信中的数字变频以及　图像处理等工程实际应用中都很广泛。根据其冲击响应函数的时域特性可将数字滤波器分为ＦＩＲ（有　

限长冲击响应）和ⅡＲ（无限长冲击响应）。作为强大的计算软件。ＭＡＴＬＡＢ提供了编写图形用户界面的　功能。所谓图形用户界面。简称为ＧＵｔ（Ｇｒａｐｈｉｃｓ　Ｕｓｅｒ　Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）。是由各种图形对象，如图形窗口菜单按　

钮、文本框等构建的用户界面，是人机交流信息的平台和工具。本文就如何利用该软件实现对ⅡＲ数字　

滤波器的设计加以论述。　

ｌ　ⅡＲ数字滤波器的设计原理及步骤　

科技信息　。科教前沿０　ＳＣｌＥＮＣ￣＆ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ　ＩＮＦＯＲＭＡＴＩＯＮ　２００８年第３６期　

基于ＦＰＧＡ与Ｍａｔｌａｂ的最优ＦＩＲ数字滤波器设计　

徐博　（长春理工大学研究生院０６０３班吉林长春１３００２２）　

【摘要】ＦＩＲ滤波器是一种被广泛应用的基本的数字信号处理部件，针对常用的软、硬件方法设计实现ＦＩＲ滤波器存在的问题，提出采用　Ｍａｄ小的切比雪夫等波纹逼近方法．设计并在ＦＰＧＡ上高速并行实现，严格线性相位ＦＩＲ滤波器的方案。　【关键词】滤波器；ＭＡＴＬＡＢ；切比雪夫等波纹逼近；ＦＰＧＡ　

一、ＦＩＲ滤波器的原理及传统实现　ＦＩＲ数字滤波器的冲激响应ｈ（ｎ）是有限长序列，其系统函数的一　般形式为：　

）：∑ｂ　－　（１）　ｋ＝Ｏ　这种滤波器可用非递归结构来实现。其中Ｍ是ＦＩＲ滤波器的零　点数，即延时节数。最基本的ＦＩＲ滤波器可用下式表示：　

曲：∑　（　一　）　

其中ｘ（ｎ）ｇ输入采样序列，ｈ（ｉ）是滤波器系数，Ｌ是滤波器的系数　长度，ｙ（ｎ）表示滤波器的输出序列。也可以用卷积来表示输出序列ｙ（ｎ）　与ｘ（ｎ）、ｈ（ｎ）的关系。　

图１直接ｌ型ＦＩＲ滤波器结构　

从滤波器的系统函数可知它是恒稳定的，不需要反馈，只要加权　系数ｈ（ｉ）＝ｈ（Ｎ一１一ｉ）（０≤ｉ≤Ｎ一１），ＦＩＲ滤波器就具有严格的线性相位。一　般而言，常用的ＦＩＲ滤波器是线性相位的，即滤波器的系数满足某种对　称性。于是线性相位ＦＩＲ滤波器的输出为：　１　ｙ（ｎ）＝２　＾　）　（ｎ一０＋　（ｎ一＾　ｌ＋　）］　（４）　ｉ－Ｏ　（Ｎ－ｔｖ２一ｌ　＝∑＾（　）　一　）＋　—０ｖ＋１＋ｏ】＋＾｛　Ｌ　｛　一—　『二Ｌ｝　（５）　‘　

公式（４）Ｎ为偶数，公式（５）Ｎ奇数　这样只需要做Ｎｍ（当Ｎ为奇数时为（Ｎ＋１）／２）次而不是Ｎ次乘法就　可以实现滤波器的功能，可以大大地节约硬件资源的消耗，　还可以提高速度。　在一般的工程实际应用中，感兴趣的是线性相位选频　ＦＩＲ滤波器。其优越性在于：（１）在没计中只有实数的运算，也　利于用ＦＰＧＡ实现。（２）不会产生延迟失真（３）长度为Ｎ的滤　波器（阶数为Ｎ—１），它的计算量只有Ｎ／２数量级。因此本文只　讨论用切比雪夫等波纹逼近方法实现严格线性相位的ＦＩＲ　滤波器。　二、用Ｍａｔｌａｂ进行滤波器的设计　ＦＩＲ滤波器ｌ的设计主要有窗函数设计法和频率采样　设计法．但是，这些滤波器的设计还不是最优的。这２种方法　都不易精确控制通带边界频率ｗｐ与阻带边界频率ｗｓ．所　以，在实际应用中具有一定的局限性。而以最大误差最小化　准则支持的切比雪夫逼近法是一种优异的设计方法，易于　精确控制ｗｐ与ｗｓ。　非均匀分布．它在某个频率上误差最大．为使每个频率点上的逼近误　差都满足给定的指标，第２个滤波器必须在有最大误差的频率点上刚　好满足指标．第２个滤波器的阶数一定比第１个滤波器的阶数高．反　之，若在相同的阶数条件下，逼近误差均匀分布的滤波器其最大逼近　误差肯定要小于逼近误差非均匀分布的滤波器；因此逼近误差均匀分　布的滤波器能用最少的阶数达到最佳化．该滤波器即为等波纹滤波　器。　三、ＦＩＲ滤波器的ＦＰＧＡ设计与实现　３．１参数提取设计指标如下：　通带类型：陷波　通带衰减：Ｏ．０１ｄＢ　采样频率：７．５ｋｈｚ　通带边频率１．５７５ｋｈｚ和２．１７５ｋｈｚ　陷波频率：１．８７５ｋｈｚ　阻带衰减：６ＯｄＢ　阶数：８６　根据以上指标，利用Ｍａｔｌａｂ的ｆｄａｔｏｏｌ工具，很容易得到滤波器的　系数ｈ（ｎ），ｆｄａｔｏｏｌ（ｆｉｌｔｅｒ　ｄｅｓｉｇｎ＆ａｎａｌｙｓｉｓ　ｔｏｏ］）是ｍａｔｌａｂ信号处理工具　箱里专用的滤波器设计分析工具．ｍａｔｌａｂ６．０以上的版本还专门增加了　滤波器设计工具箱（ｆｉｌｔｅｒ　ｄｅｓｉｇｎ　ｔｏｏｌｂｏｘ）。ｆｄａｔｏｌ可以设计几乎所有的　基本的常规滤波器，包括缶和．ｉｒ的各种设计方法。它操作简单，方便　灵活。