毕业论文-数字滤波器设计

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通信工程专业本科毕业论文语音信号去噪——数字滤波器的设计

语音信号去噪 ——数字滤波器的设计摘要：在现代各种通信系统中，由于自然界中的各种各样的复杂噪声不免会掺杂在其中，数字信号处理这门经典学科恰好能够解决这个问题，其中最通用的方法就是利用滤波器来滤除这些杂波噪声，FIR 数字滤波器就是滤波器设计的基本部分。

本论文研究的主要内容就是基于Matlab 软件仿真设计一个数字滤波器，将掺杂在语音信号中的高频噪音消除，在此将分析消除高频噪音前后语音信号的时域及频域特性，对比分析即可验证滤波前后特性差别。

在本课题中，将利用简单的窗函数法来设计FIR 数字滤波器，通过Matlab 仿真说明所设计滤波器的正确性。

仿真说明所设计滤波器的正确性。

通过这次毕业设计，通过这次毕业设计，将会进一步理解语音信号原理分析及滤波处理，为更好的设计滤波器打好基础。

波处理，为更好的设计滤波器打好基础。

关键词：Matlab ；窗函数法；FIR 数字滤波器数字滤波器 Remove noise in the speech signal ————the design of digital filter the design of digital filter Abstract ：In modern communication systems, a variety of complex noise may mix in the nature of sounds. The classic disciplines of the digital signal processing can solve this problem, one of the most common method is to use a filter to filter those clutter noise. FIR digital filter is the basic part part of of of filter filter filter design. design. The The main main main research research research content content content of of of this this this paper paper paper is is is based based based on on on Matlab Matlab Matlab software software software simulation simulation simulation to to design a digital filter, in which to cancel the high frequency noise of the speech signal, then it will eliminate the high high frequency frequency frequency noise noise noise and and and the the the speech speech speech signals signals signals from from from time time time domain domain domain and and and frequency frequency frequency domain domain domain characteristics characteristics characteristics in in in this this analysis analysis before before before and and and after, after, after, and and and analysis analysis analysis the the the differences differences differences test test test the the the filtering filtering filtering characteristics. characteristics. characteristics. In In In this this this issue, issue, issue, using using using a a simple simple window window window function function function method method method to to to design design design a a a FIR FIR FIR digital digital digital filter, filter, filter, Matlab Matlab Matlab simulation simulation simulation shows shows shows the the the correct correct correct of of of the the designed filter. Through the design of this graduation design, we will understand the principle of speech signal analysis and filtering, and lay the foundation for the filter design.Key words: Matlab; window function method; FIR digital filter 作者指导教师目录1 引言................................................................................................................................................ 31.1 课题研究现状课题研究现状 ....................................................................................................................... 31.2 课题研究目的课题研究目的 ....................................................................................................................... 31.3 课题研究内容课题研究内容 ....................................................................................................................... 31.4 MA TLAB软件设计平台简介 .............................................................................................. 4 2 原始语音信号采集与处理原始语音信号采集与处理 .............................................................................................................. 52.1 课题设计步骤及流程图课题设计步骤及流程图 ...................................................................................................... 52.2 语音信号处理语音信号处理 ....................................................................................................................... 52.2.1 语音信号的采集语音信号的采集 .......................................................................................................... 52.2.2 语音信号的时域频谱分析语音信号的时域频谱分析 .......................................................................................... 62.2.3 语音信号加噪与频谱分析语音信号加噪与频谱分析 .......................................................................................... 8 3 FIR数字滤波器的设计数字滤波器的设计 (10)3.1 数字滤波器基本概念数字滤波器基本概念 (10)3.2 常用窗函数介绍常用窗函数介绍 (10)3.3 FIR数字滤波器概述数字滤波器概述 (10)3.4 FIR滤波器的窗函数设计滤波器的窗函数设计 (11)3.5 滤波器的编程实现滤波器的编程实现 (13)3.6 用滤波器对加噪语音信号进行滤波用滤波器对加噪语音信号进行滤波 (14)3.7 回放语音信号回放语音信号 (16)4 结论 (17)致谢 (18)参考文献 (19)参考文献20世纪60年代中期数字信号处理领域形成的诸多富有实践性的的理论和算法，如快速傅立叶变换（FFT ）以及各种数字滤波器等是语音信号数字处理的各项理论和技术基础。

毕业设计(论文)-基于MATLAB的IIR数字滤波器的设计

IIR数字滤波器的设计摘要数字滤波器是对数字信号进行滤波处理以得到期望的响应特性的离散时间系统。

作为一种电子滤波器，数字滤波器与完全工作在模拟信号域的模拟滤波器不同。

数字滤波器工作在数字信号域，它处理的对象是经由采样器件将模拟信号转换而得到的数字信号。

数字滤波器的工作方式与模拟滤波器也完全不同：后者完全依靠电阻、电容、晶体管等电子元件组成的物理网络实现滤波功能；而前者是通过数字运算器件对输入的数字信号进行运算和处理，从而实现设计要求的特性。

本文由数字滤波器的功能、应用及发展入手，介绍了数字滤波器的基本概念，其中包括系统的描述、系统的传递函数和IIR数字滤波器基本结构。

其次根据IIR数字滤波器的设计原理，在MA TLAB环境下分别采用脉冲响应不变法、双线性变换法和MA TLAB函数直接设计法对IIR数字滤波器进行了设计。

最后应用FDATool和Simulink工具对IIR数字滤波器进行了仿真。

关键词：IIR数字滤波器；MATLAB；脉冲响应不变法；双线性变换法；FDATool；SimulinkDesign of IIR digital filterAbstractDigital filters are the discrete-time systems that process to filter digital signal to get expected response characteristics. As an electronic filter, digital filters work differently from the analog signal filters who completely work in analogy signal domain. Digital filter work in the digital signal domain and its targets are digital signals that are received by sampling devices converting analog signals to digital signals. The working methods of digital filters and analog filters are completely different: the latter completely rely on the function of the physical network formed by resistors, capacitors, transistors and other electronic components of filtering ,while the former computes and processes digital signals with the help of digital computing devices to realize the characteristics of the design requirements.In this paper, the function, application and development of the digital filter are introduced followed by the introduction of the principle of digital filter design. The principle first includes the description of the system, the transfer function of the system and the basic structure of the IIR (Infinite Impulse Response) digital filter. Then, according to the design principle of IIR digital filter, the IIR digital filter is designed by the method of non-changing impulse response, the method of double linear transform and direct method using MATLAB functions. At last, the designed IIR digital filter is simulated by FDATool and MATLAB Simulink Tool.Key words:IIR digital filter；MATLAB；non-changing impulse response；double linear transformation；FDATool；Simulink目录第一章绪论 (1)1.1数字滤波器技术概述 (1)1.2滤波器及滤波方法的发展历程 (2)1.3滤波器的分类 (3)1.4数字滤波器的优越性 (4)1.5数字滤波器的实现方法 (5)1.6MATLAB软件简介 (6)1.7MATLAB的语言特点 (8)第二章数字滤波器基础 (10)2.1数字滤波器的基本概念 (10)2.2系统的描述 (11)2.3系统的传递函数 (12)2.4IIR数字滤波器的基本结构 (12)2.4.1直接Ⅰ型 (13)2.4.2直接Ⅱ型 (14)2.4.3级联型 (14)2.4.4并联型 (16)第三章IIR数字滤波器的设计方法及过程 (17)3.1基于脉冲响应不变法的IIR滤波器设计 (17)3.2基于双线性Z变换法的IIR滤波器设计 (20)3.3基于MATLAB函数直接设计IIR数字滤波器 (24)3.3.1巴特沃斯数字滤波器设计 (24)3.3.2切比雪夫Ⅰ型IIR数字滤波器设计 (27)3.3.3切比雪夫Ⅱ型IIR数字滤波器设计 (29)3.3.4基于椭圆法直接设计IIR数字滤波器 (30)3.4FDAT OOL设计法 (33)3.5S IMULINK建模设计法 (37)第四章结论 (41)参考文献 (42)致谢 (43)第一章绪论1.1 数字滤波器技术概述数字滤波器实际上就是一种数字信号处理系统的算法或设备，也可以说是一种运算过程。

滤波器毕业论文正文

0引言滤波一种电子装置。

滤波技术在计算机测控技术、通信、数据采集等领域均有广泛的应用。

如在通信领域中,为获得最高信噪比所设置的匹配滤波器和为减少基带传输过程中的码间串扰所设置的均衡器；在数据采集中设置的限带抗混迭滤波和D/A转换后的平滑滤波；以及在语音识别的研究中，为提取语音频谱而设置的带通滤波器组等。

一般有源滤波器都是由运算放大器和RC元件组成，通过改变RC网络参数来改变频率特性。

采用运算放大器和可切换元件参数的RC网络,可以用同一电路组成各种频率特性的滤波器，但对元器件的参数精度要求比较高，电路复杂，分布参数较大，截止频率精度不高，滤波器特性一旦设定调节较为困难，因此对于一些输入信号频率和幅度动态范围很宽或需灵活变换通带并保证截止频率精度的场合使用大为不便。

为了解决以上问题，本课题基于单片集成可编程滤波器芯片的程控滤波器设计有着极其重要的意义。

当输入信号幅度变化时，通过前级的程控增益放大模块实现对增益的精确控制最终使输出信号幅度基本保持稳定；而对于输入信号频率的改变，借助单片集成可编程滤波器芯片的同时辅以简单的外围器件，采用编程数据来完成RC网络的切换, 通过单片机编程对各种低频信号实现低通,高通(带通,带阻以及全通)滤波处理,而且滤波的特性参数如中心频率,品质因数等也可以根据不同的应用场合适当进行设置。

提高了滤波器的性能和指标的同时避免了传统有源滤波器电路滤波特性参数精度不高、电路复杂、设计和调试麻烦等难题，可以很好的应用于信号频率及幅度在宽范围内变化的场所，操作方便，性能优良。

1 系统的功能和基本原理1.1 系统的任务及要求任务：设计并制作程控滤波器，其组成如图1所示。

放大器增益可设置；低通或高通滤波器通带、截止频率等参数可设置。

要求：（1）放大器输入正弦信号电压振幅为10mV，电压增益为40dB，增益10dB图1 程控滤波器组成框图步进可调，通频带为100Hz～40kHz，放大器输出电压无明显失真。

论文数字滤波器设计

基于matlab/simulink的数字低通滤波器的设计仿真摘要现在数字信号中，滤波器应用广泛，本文主要介绍一种了如何使用matlab中的FDATOOL工具设计数字低通滤波器滤波器；通过simulink建模仿真三个不同频域的波叠加后，观察通过一种低通滤波器前后波形的特点；关键字：低通滤波器数字低通滤波器 simulink建模仿真0引言数字滤波器根据频率特性分为低通滤波器、高通滤波器、带通滤波器、电阻滤波器；低通滤波器，低通滤波器种类很多，其中通用的就是巴特沃斯滤波器和切比雪夫滤波器；根据其类型可以分为IIR型和FIR型，本滤波器为有限脉冲响应FIR，特点：非递归的，总是稳定的；FIR滤波器在满足幅频响应要求的同时，可以获得严格的线性相位特性。

基于matlab滤波器的设计方案有很多，可以自己编程，也可以使用fdatool图形界面指令。

传统的设计方法复杂、编程困难，工作量大；利用fdatool可以快速适应各种各样的滤波器的设计，并可以利用simulink进行仿真。

1、FDATOOL工具的应用本滤波器的设计参数如下：采样频率FS=100HZ,通带频率FC1=10HZ,截止频率FC2=20HZ。

1）在命令窗口输入fdatool，出现以下窗口，可以设计各种样的滤波器，本论文主要介绍低通滤波器的设计。

2）输入相应的参数，得到如图所示的模型。

FIR滤波器有窗函数设计法、最优化设计法，本文选用有窗函数设计法；在window命令窗口中，选择kaiser，参数为3.4.3）将设计好的低通滤波器保存为kaiser.dat文件。

2、simulink仿真本文分别选用频域f1=20HZ、f2=15HZ、f3=5HZ的三个不同频率的正弦波形作为输入信号，即Y(n)=sin(40*pi*t)+ sin(30*pi*t)+ sin(10*pi*t),打开matlab的simulink工具包创建其模型。

具体步骤如下：1）选择信号处理工具箱DSP system toolbox菜单下flitering命令下滤波器设计fliterimplementation命令。

毕业设计(论文)fir数字滤波器的fpga实现

毕业设计（论文）题目： FIR滤波器的FPGA实现专业：班级：姓名：学号：指导教师：日期： 2011-5-28目录第1章绪论 (1)1.1背景和选题依据 (1)1.2国内外研究现状和发展动态 (2)1.3论文研究的目的和主要内容 (2)第2章 FIR的原理及技术 (3)2.1FIR滤波器的特点 (3)2.2FIR滤波器的基础 (3)滤波器的基本结构 4滤波器的设计 5第3章EDA技术和可编程逻辑器件 (6)3.1电子设计自动化EDA技术 (6)编程逻辑器件简介 (8)进行开发的优点 (8)设计的开发流程93.3硬件描述语言VHDL及数字系统设计方法 (10)语言VHDL简介 (10)语言VHDL设计数字系统 (10)第4章基于FPGA的FIR滤波器硬件实现 (11)4.1器件介绍和系统开发环境 (11)Ⅱ系列结构和特点 (11)开发工具简介 (14)4.2并行FIR数字滤波器简介 (15)并行结构的改进 (15)块的划分 (16)4.3串行FIR数字滤波器的硬件实现 (17)设计思想与实现 (17)块具体功能的设计实现 (17)滤波器串行方式实现的系统分析 (23)滤波器的扩展应用 (24)结 (24)第5章总结与展望 (24)参考文献 (25)英文翻译 (26)FIR数字滤波器的FPGA实现【摘要】:随着科技的发展，电子电路的设计正逐渐摆脱传统的设计模式，而采用FPGA来设计电子电路正成为设计的趋势。

这是因为采用FPGA设计电子电路不仅开发时间短，资金投入相对少，且可将电路板级产品集成为芯片级产品。

纵观可编程逻辑器件的发展史，FPGA在结构原理、集成规模、下载方式、逻辑设计手段等方面的每一次进步都为现代电子设计技术的革命与发展提供了不可或缺的强大动力。

在数字处理中，滤波占有重要的地位。

数字滤波在语音和图像处理、HDTV、模式识别、谱分析等应用中经常用到。

有一限长冲激响应(FIR)滤波器，由于FIR系统只有一零点、系统稳定，便于实现FFT算法、运算速度快、线性相位的特性和设计更为灵活等突出优点而在工程实际中获得广泛应用。

数字插值滤波器的设计毕业设计

目录0前言 (3)课题背景及意义 (3)数字滤波器进展现状和研究方向 (5)本文主要研究内容和内容安排 (5)1 数字滤波器理论基础 (7)滤波器简介 (7)滤波器用途 (7)滤波器种类 (9)滤波器分类 (9)FIR滤波器特性 (11)设计滤波器时的特征参数 (13)所用工具介绍 (14)2 多速度信号和采样率转换 (15)多速度信号概述 (15)插值和抽取 (16)抽取（Decimation） (16)插值（Interpolation） (17)插值滤波器 (19)插值滤波器的原理 (19)插值滤波器的几种大体结构 (22)小结 (25)3系统设计及实现 (26)滤波器的整体设计思路 (26)滤波器设计方式 (26)插值滤波器指标 (27)插值滤波器的系统结构 (27)插值滤波器的具体设计 (29)半带滤波器的设计 (29)CIC插值滤波器的设计 (35)插值滤波器的实现 (39)4 模型仿真与验证 (40)各级滤波器程序仿真结果 (40)插值模型simulink仿真结果 (41)半带滤波器仿真结果 (42)CIC滤波器仿真结果 (43)系统仿真结果 (44)5 结论 (47)0前言课题背景及意义本文的内容是数字插值滤波器，是数字音频系统中的Sigma—Delta数模转换器（DAC）中常常利用的模块，DAC是一种将输入信号转换成模拟信号输出的电路或器件，它被普遍地用在信号收集和处置、数字通信、自动检测、自动控制和多媒体技术等领域。

数字化、智能化和网络化是今世信息技术进展的大趋势，数字化是智能化和网络化的基础，在实际生活、工业生产和科学研究中碰到的信号多种多样，需要对这些信号和系统参数进行收集、加工和控制，而这些量往往是非电的的模拟量，模拟信号是自变量为时刻的持续函数。

通过时刻上的离散化（采样））和幅度上的离散化（量化），这种模拟信号便成为数字信号，因此数字信号实际上是用数字序列表示的信号。

数字信号处置就是用数值计算的方式对数字序列进行各类处置，把信号变换成符合需要的某种形式。

基于DSP的FIR数字滤波器的设计与仿真毕业设计论文

基于DSP的FIR数字滤波器的设计与仿真毕业设计论文研究背景数字信号处理在现代通信、音视频处理、图像处理等领域中起着至关重要的作用，数字滤波器是数字信号处理中的重要内容。

其中FIR数字滤波器是一种常用的滤波器，其具有线性相位和稳定性等特点，在数字信号处理中应用广泛。

因此，本毕业设计将以FIR 数字滤波器为研究对象，结合DSP平台，进行数字滤波器的设计与仿真研究。

研究目标本文旨在设计一种基于DSP的FIR数字滤波器，并且研究其性能和仿真效果。

主要目标包括：1. 掌握DSP平台的开发流程和设计方法，包括硬件平台和软件开发技术。

2. 研究FIR数字滤波器的原理和特点，掌握其设计方法和计算技巧。

3. 基于DSP平台设计实现FIR数字滤波器，包括硬件和软件两个方面，满足设计要求。

4. 仿真FIR数字滤波器的性能和效果，验证设计的正确性和可行性。

5. 撰写毕业设计论文，总结设计过程和结果，体现出自己的设计思路和方法。

研究方法本研究采用如下方法：1. 研究DSP平台的开发流程和设计方法，包括使用硬件平台和软件开发技术。

2. 研究FIR数字滤波器的原理和特点，掌握其设计方法和计算技巧。

3. 基于DSP平台设计实现FIR数字滤波器，采用Verilog语言描述硬件电路，C语言编写软件程序。

4. 利用模拟工具对FIR数字滤波器进行仿真，测试性能和效果。

5. 撰写毕业设计论文，总结设计过程和结果，体现出自己的设计思路和方法。

预期结果本研究预期可以达到如下结果：1. 掌握DSP平台的开发流程和设计方法，能够应用于数字信号处理和嵌入式系统开发等领域。

2. 研究FIR数字滤波器的原理和特点，掌握其设计方法和计算技巧，能够进行数字信号处理相关工作。

3. 基于DSP平台设计实现FIR数字滤波器，满足设计要求，具有较好的性能和稳定性。

4. 仿真FIR数字滤波器的性能和效果，能够验证设计的正确性和可行性。

5. 撰写毕业设计论文，总结设计过程和结果，体现出自己的设计思路和方法，具有较好的表达和撰写能力。

经典滤波器设计范文

经典滤波器设计范文一、FIR滤波器设计FIR（Finite Impulse Response）滤波器是一种常用的数字滤波器，其特点是抗混叠性能好、线性相位响应、易于设计等。

FIR滤波器的设计通常分为两个步骤：滤波器的理想频率响应设计和具体的滤波器系数设计。

1.理想频率响应设计理想的低通FIR滤波器频率响应为单位脉冲响应的离散傅里叶变换，即H(e^jω) = sum(h(n)e^(-jωn))，其中h(n)为滤波器的单位脉冲响应。

通过将理想频率响应转换为时域单位脉冲响应，可以得到容纳在有限长度L的FIR滤波器中。

其中单位脉冲响应为：h(n) = (ω_0π)^-1 * sin(ω_0n)/(nπ)，其中ω_0为截止频率。

2.系数设计对于FIR滤波器，系数设计是指对滤波器的单位脉冲响应进行窗函数的处理。

窗函数可以选择矩形窗、汉宁窗、海明窗等。

二、IIR滤波器设计IIR（Infinite Impulse Response）滤波器是另一种常用的数字滤波器，其特点是滤波器具有无限长度的单位脉冲响应。

与FIR滤波器不同，IIR滤波器的设计指标更多地侧重于滤波器的幅频响应与相位响应的设计。

1.巴特沃斯滤波器设计巴特沃斯滤波器是一种IIR滤波器的设计方法，其特点是在通带中具有均匀响应，即幅频特性较为平坦。

巴特沃斯滤波器设计的关键是选择滤波器阶数和截止频率。

2.预畸变滤波器设计预畸变滤波器是为了使滤波器的相频特性更加平坦而设计的，其主要应用在通信系统中。

预畸变滤波器一般采用线性相位结构，在设计时需要考虑相位补偿。

三、其他滤波器设计方法除了上述的FIR和IIR滤波器设计方法外，还有一些其他的滤波器设计方法，如小波滤波器设计、自适应滤波器设计等。

1.小波滤波器设计小波滤波器是在小波变换领域中常用的滤波器设计方法。

小波滤波器具有多尺度分析的特点，可以提供多分辨率的信号处理。

2.自适应滤波器设计自适应滤波器是根据输入信号的特性进行动态调整的一种滤波器设计方法。

毕业设计(论文)-iir数字滤波器的设计[管理资料]

摘要在本文中，我们分别研究了在MATLAB环境下IIR数字滤波器的典型设计和完全设计等方法。

典型设计是先按一定规则将给出的数字滤波器的技术指标转换成模拟低通滤波器的技术指标，据此产生模拟滤波器原型，然后把模拟低通滤波器原型转换成模拟低通、高通、带通、带阻滤波器，最后再把模拟滤波器转换成数字滤波器。

完全设计方法中我们利用函数直接设计出低通、高通、带通和带阻滤波器，并分别用巴特沃斯(Butterworth )滤波器、切比雪夫( Chebyshev )滤波器、椭圆(Cauer )滤波器来实现，并比较了各自的频率响应曲线。

在FIR滤波器的设计中，我们用切比雪夫窗和海明窗设计的带通滤波器的频率响应进行对照，结果表面用海明窗设计的滤波器的频率特性几乎在任何频带上都比切比雪夫窗设计的滤波器的频率特性好，只是海明窗设计的滤波器下降斜度较小。

本文利用不同的滤波器研究了MATLAB环境下的图像处理技术。

对一张无锡马山园林的风景照片进行的二种修正，取得了不同的效果。

先对原图进行线性变换增加了对比度和亮度对这张图像，图像效果有了一定的改善。

后来我们用非锐化滤波器对修正后的图像再进行了处理，对图像的过渡失真进行了补偿。

本文还对一幅加噪声婚纱照片的去噪效果进行了研究。

比较去噪效果证明，用小波变换的方法进行去噪，图像处理效果更佳。

关键词：数字滤波器；图像处理；小波变换作者:王海楠指导教师:王婷婷AbstractIn this thesis, the typical and complete designs under MATLAB are studied.The typical design gets the technical parameters from digital filters that should be designed, and then transformed into the analog parameters of a low-pass analog filter prototype. The prototype is converted into the analog low-pass, high-pass, band-pass and the band-stop filters respectively, which are transformed into the digital ones.The complete design uses the given functions and releases the low-pass,high-pass,band-pass and the band-stop filters directly. Butterworth, Chebyshev and Caoer filters are used for the implementations.In the FIR filter designs, Chebyshev and Hamming windows are used for abmd-pass filter. Their frequency responses are compared. The advantage of Hamming window is shown on all bands.Finally, the image processing functions using filters under MATLAB are photo (Wuxi Garden) is modified with two different processes and the different effects can be seen. The linear transformation improved the contrast and brightness of the photo, while the un-sharpening filter compensated the transitions.Another photo is modified with the wavelet transformation, which shows the better effects on reducing noises.Keywords: digital filter; image processing; wavelet transformationAuthor: Wang HainanDirected by Wang Tingting第1章绪论数字滤波在通信、图像编码、语音编码、雷达等许多领域中有着十分广泛的应用。

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目录摘要 (1)第1章绪论 (2)1.1数字滤波器的研究背景与意义 (2)1.2数字滤波器的应用现状与发展趋势 (2)1.3数字滤波器的实现方法分析 (4)1.4本章小结 (4)第2章数字滤波器的概述 (5)2.1数字滤波器的基本结构 (5)2.1.1IIR滤波器的基本结构 (5)2.1.2FIR滤波器的基本结构 (7)2.2数字滤波器的设计原理 (8)2.2.1滤波器的性能指标 (9)2.2.2IIR数字滤波器的设计方法 (9)2.2.3FIR数字滤波器的设计方法 (10)2.3IIR滤波器与FIR滤波器的分析比较 (12)2.4本章小节 (13)第3章数字滤波器的算法设计及仿真 (14)3.1由模拟滤波器设计IIR数字滤波器 (14)3.1.1巴特奥兹滤波器 (14)3.1.2切比雪夫滤波器 (15)3.1.3椭圆滤波器 (17)3.2用MATLAB设计数字滤波器 (20)3.2.1FDATool界面 (20)3.2.2用Fdatool进行带通滤波器设计 (21)3.3将系统函数由直接型化成级联型 (23)3.3.1二阶节系数的确定 (24)3.3.2系数转换成二进制码 (24)3.4本章小结 (26)第4章IIR带通滤波器的VHDL描述及仿真 (27)4.1IIR带通滤波器的VHDL描述 (27)4.2IIR带通滤波器的M ODELSIM仿真 (29)4.2.1仿真波形 (29)4.2.2仿真输出 (30)4.3本章小节 (30)第5章总结 (31)5.1滤波器功能和性能总结 (31)5.2设计心得和体会 (31)第6章结束语 (32)参考文献 (33)附录 (34)译文 (37)外文原文 (41)摘要本文分析了国内外数字滤波技术的应用现状与发展趋势，介绍了数字滤波器的基本结构，在分别讨论了IIR与FIR数字滤波器的设计方法的基础上，指出了传统的数字滤波器设计方法过程复杂、计算工作量大、滤波特性调整困难的不足，提出了一种基于Matlab 和Modelsim软件的数字滤波器设计方法，完成了高Q值50Hz带通IIR滤波器的设计, 达到了通带45-55Hz，衰减小于3db，阻带40-60Hz，衰减大于80db的参数指标。

文中深入分析了该滤波器系统设计的功能特点、实现原理以及技术关键，阐述了使用MATLAB进行带通滤波器设计及仿真的具体方法。

最后把整个设计方案用VHDL语言进行了描述并在Modelsim上仿真。

Modelsim与Matlab的仿真结果对比说明该设计准确性好，可精确到小数点后六位，稳定后误差小于万分之一；可移植性强，在实际应用中，可根据不同的阶数、精度和速度等要求对IIR 滤波器系数进行灵活的修改，以实现任意阶数的IIR 滤波器。

因此，该设计方法可靠性好，效率高，极大的减轻了工作量，有利于滤波器设计的最优化。

关键词带通滤波器；IIR；Matlab；VHDL；Modelsim仿真;AbstractThis paper analyzes the situation of application and development of digital filter technology home and abroad. It introduces the basic structure of a digital filter, discusses different design methods of FIR and IIR filter, and points out that the traditional design method of digital filter is not only complex but also of heavy workload, even adjustment of filtering parametrer is very difficult. So it brings forwad another design method of digital filter which based on the Matlab software and Modelsim software. This paper introduces the design method of a high Q value band-pass IIR filter which meets the given standard -- the pass band is 45-55Hz, with attenuation of less than 3db; the stop band is 40-60Hz with attenuation greater than 80db. It deeply analyzes the design features and principles of the filter system and the key technical in the design. Then it describs the use of Matlab in design and simulation of the bandpass filte design. In the end, the procedure was simulated on Modelsim. Simulation results of Modelsim and Matlab compared to make proof of the accuracy of the design. It is proved that the design can be accurate at the sixth decimal place, stable error is within one ten thousandth; The design has good portability and widely practical application. In different applications, according to different performance requirements of order, speed and accuracy, etc, the IIR filter coefficients can change flexibly to make up of IIR filter of arbitrary order; In addition, VHDL procedure can also make certain optimizations, according to the different actual situation, to achieve greater speed or conservation of FPGA resources.Key words digital filter IIR Matlab VHDL Modelsim simulation第1章绪论1.1数字滤波器的研究背景与意义当今，数字信号处理[1](DSP：Digtal Signal Processing)技术正飞速发展，它不但自成一门学科，更是以不同形式影响和渗透到其他学科：它与国民经济息息相关，与国防建设紧密相连；它影响或改变着我们的生产、生活方式，因此受到人们普遍的关注。

数字化、智能化和网络化是当代信息技术发展的大趋势，而数字化是智能化和网络化的基础，实际生活中遇到的信号多种多样，例如广播信号、电视信号、雷达信号、通信信号、导航信号、射电天文信号、生物医学信号、控制信号、气象信号、地震勘探信号、机械振动信号、遥感遥测信号，等等。

上述这些信号大部分是模拟信号，也有小部分是数字信号。

模拟信号是自变量的连续函数，自变量可以是一维的，也可以是二维或多维的。

大多数情况下一维模拟信号的自变量是时间，经过时间上的离散化(采样)和幅度上的离散化(量化)，这类模拟信号便成为一维数字信号。

因此，数字信号实际上是用数字序列表示的信号，语音信号经采样和量化后，得到的数字信号是一个一维离散时间序列；而图像信号经采样和量化后，得到的数字信号是一个二维离散空间序列。

数字信号处理，就是用数值计算的方法对数字序列进行各种处理，把信号变换成符合需要的某种形式。

例如，对数字信号经行滤波以限制他的频带或滤除噪音和干扰，或将他们与其他信号进行分离；对信号进行频谱分析或功率谱分析以了解信号的频谱组成，进而对信号进行识别；对信号进行某种变换，使之更适合于传输，存储和应用；对信号进行编码以达到数据压缩的目的，等等。

数字滤波技术是数字信号分析、处理技术的重要分支[2-3]。

无论是信号的获取、传输，还是信号的处理和交换都离不开滤波技术，它对信号安全可靠和有效灵活地传输是至关重要的。

在所有的电子系统中，使用最多技术最复杂的要算数字滤波器了。

数字滤波器的优劣直接决定产品的优劣。

1.2数字滤波器的应用现状与发展趋势在信号处理过程中，所处理的信号往往混有噪音，从接收到的信号中消除或减弱噪音是信号传输和处理中十分重要的问题。

根据有用信号和噪音的不同特性，提取有用信号的过程称为滤波，实现滤波功能的系统称为滤波器。

在近代电信设备和各类控制系统中，数字滤波器应用极为广泛，这里只列举部分应用最成功的领域。

(1) 语音处理语音处理是最早应用数字滤波器的领域之一，也是最早推动数字信号处理理论发展的领域之一。

该领域主要包括5个方面的内容：第一，语音信号分析。

即对语音信号的波形特征、统计特性、模型参数等进行分析计算；第二，语音合成。

即利用专用数字硬件或在通用计算机上运行软件来产生语音；第三，语音识别。

即用专用硬件或计算机识别人讲的话，或者识别说话的人；第四，语音增强。

即从噪音或干扰中提取被掩盖的语音信号。

第五，语音编码。

主要用于语音数据压缩，目前已经建立了一系列语音编码的国际标准，大量用于通信和音频处理。

近年来，这5个方面都取得了不少研究成果，并且，在市场上已出现了一些相关的软件和硬件产品，例如，盲人阅读机、哑人语音合成器、口授打印机、语音应答机，各种会说话的仪器和玩具，以及通信和视听产品大量使用的音频压缩编码技术。

(2) 图像处理数字滤波技术以成功地应用于静止图像和活动图像的恢复和增强、数据压缩、去噪音和干扰、图像识别以及层析X射线摄影，还成功地应用于雷达、声纳、超声波和红外信号的可见图像成像。

(3) 通信在现代通信技术领域内，几乎没有一个分支不受到数字滤波技术的影响。

信源编码、信道编码、调制、多路复用、数据压缩以及自适应信道均衡等，都广泛地采用数字滤波器，特别是在数字通信、网络通信、图像通信、多媒体通信等应用中，离开了数字滤波器,几乎是寸步难行。