FIR数字滤波器的结构

FIR滤波器设计分析FIR（Finite Impulse Response）滤波器是一类数字滤波器，其输出只取决于输入信号的有限数量的过去样本。

FIR滤波器的设计分析主要包括滤波器的设计目标、设计方法、设计参数选择、滤波器性能评估等方面。

首先，FIR滤波器的设计目标是根据特定的应用需求，设计一个能够满足给定要求的滤波器。

比如，在音频信号处理中，常见的设计目标包括降低噪声、增强语音清晰度等。

接下来，FIR滤波器的设计方法主要有窗函数法和频率采样法。

窗函数法是通过选择合适的窗函数来设计FIR滤波器，常见的窗函数有矩形窗、汉宁窗、汉明窗等。

频率采样法是通过在频域上选择一组等间隔的频率样点，然后通过频域设计方法将这些样点连接起来，得到FIR滤波器的频响。

设计参数选择是FIR滤波器设计的重要环节。

常见的设计参数包括滤波器阶数、截止频率、过渡带宽等。

滤波器阶数决定了滤波器的复杂度，一般情况下，滤波器阶数越高，滤波器的性能也会越好。

截止频率是指滤波器的频段边界，过渡带宽是指频域中通过频样点与阻带频样点之间的频带范围。

最后，FIR滤波器的性能评估主要包括幅频响应、相频响应、群延迟等指标。

幅频响应可以用来评估滤波器的频率特性，相频响应则描述了信号在滤波过程中的相对延迟。

群延迟是指信号通过滤波器时的延迟时间，对于实时信号处理应用非常重要。

总结起来，FIR滤波器设计分析主要涉及设计目标、设计方法、设计参数选择和滤波器性能评估四个方面。

通过合理选择设计方法和参数，并对滤波器的性能进行评估，可以设计出满足特定要求的FIR滤波器，从而实现信号处理、噪声降低等应用。

fir数字滤波器原理
FIR（FiniteImpulseResponse）数字滤波器是一种常用的滤波技术，它由一组系数和可配置的FIR滤波器组成，可实现多种滤波效果，如低通、带通、带阻等。

FIR滤波器主要由以下几个部分组成：
1、系数（Coefficients）：
系数是滤波器计算的基础，它是一组数据，包括滤波器每个单元中的系数值。

每个系数值代表了某一个输入信号的影响程度，从而决定了输出信号的性能。

2、输入延迟（Input Delay）：
输入延迟是FIR滤波器中的一个重要参数，它用来控制滤波器的输入信号在滤波器内部的延时。

通过调整输入延迟可以更好的改变滤波器的输出性能。

3、输出延迟（Output Delay）：
输出延迟是滤波器中的另一个重要参数，它用来控制滤波器的输出信号在滤波器内部的延时。

通过调整输出延迟可以更好的改变滤波器的输出性能。

4、参数（Parameters）：
参数是一组数据，用来表示滤波器的设置，如低通截止频率、带通中心频率、带阻截止频率等。

参数的设置会影响滤波器的输出性能。

通过调整上述参数，可以实现各种滤波效果。

FIR滤波器的优点是收敛速度快，可以快速实现预期的滤波效果；
缺点是任何参数的改变都会影响滤波器的性能，因此在设计滤波器时需要谨慎考虑参数的合理性。

fir和iir滤波器原理FIR（有限脉冲响应）滤波器和IIR（无限脉冲响应）滤波器是两种常见的数字滤波器类型。

它们在信号处理中有着广泛的应用，如音频处理、图像处理、数据压缩等。

本篇文章将详细介绍FIR和IIR滤波器的原理，包括其基本概念、数学模型、设计方法以及应用。

一、基本概念FIR滤波器是一种线性时不变滤波器，其输出仅取决于当前的输入和过去的FIR滤波器系数。

IIR滤波器则不同，它的输出不仅取决于当前的输入，还取决于过去的输出和滤波器系数。

二、数学模型1.FIR滤波器：FIR滤波器的传递函数可以表示为系统单位冲击响应的有限长度。

其数学模型为H(z)=∑nx(n)*z(-n)，其中x(n)是输入信号，H(z)是输出信号，z(-n)是z的逆，n是滤波器阶数，∑是求和。

2.IIR滤波器：IIR滤波器的传递函数通常表示为一个线性微分方程。

其数学模型为H(z,θ)=∑θ(n)*z(-n)+u(n)，其中H(z,θ)是输出信号，u(n)是输入信号，θ(n)是滤波器系数，z(-n)和∑是同FIR滤波器一样。

三、设计方法1.FIR滤波器设计：通常采用窗函数法、频率采样法和等波纹设计法。

窗函数法通过选择合适的窗函数来减少滤波器的相位失真；频率采样法通过采样频率来设计滤波器；等波纹设计法通过调整滤波器系数来使滤波器输出与输入信号的频谱保持一致。

2.IIR滤波器设计：IIR滤波器的设计方法相对复杂，包括零极点配对、长项法和映射法等。

通常需要根据特定需求来选择合适的设计方法，同时注意系统的稳定性、频率响应和稳定性失真等指标。

四、应用FIR和IIR滤波器在各种领域都有广泛应用，包括音频处理、图像处理、通信、数据压缩等。

FIR滤波器在音频处理中常用于消除音频信号中的噪声，改善音质；在图像处理中常用于降噪和图像增强。

IIR滤波器在通信中常用于消除干扰信号，改善通信质量；在数据压缩中常用于降低数据冗余，提高数据传输效率。

五、总结FIR和IIR滤波器是数字信号处理中的重要工具，它们各自有其特点和适用范围。

FIR数字滤波器的设计张欣（陕西理工学院物电学院通信092班，陕西汉中 723003）指导教师：郑争兵[摘要]FIR数字滤波器：有限长单位冲激响应滤波器，它可以在保证任意幅频特性的同时具有严格的线性相频特性，同时其单位抽样响应是有限长的，因而滤波器是稳定的系统。

基于DSP Builder对FIR 数字滤波器进行设计，根据FIR低通数字滤波器的原理与滤波特性，通过MATLAB/Simulink软件模拟一定性能的FIR滤波器频率响应与抽头系数,实现用软件描述硬件的动作及其功能。

结合DSP Builder产生图形化建模仿真，分析此模型的正确性，进行参数设置，获得理想的滤波效果。

最后通过SignalCompiler把Silmulink的模型文件转换成硬件描述语言VHDL文件，用QuartusII仿真下载，验证设计结果。

[关键词] VHDL; MATLAB; FIR数字滤波器; 仿真[中图分类号]TN702 [文献标志码] ADesign of FIR digital filtersZhang xin(Grade06,Class1,Major of Communication Engineering，School of Physics and Telecommunication Engineering Shaanxi University of Technology, Hanzhong 723003,China)Tutor：Zheng Zhengbing[Abstract]FIR digital filter: a finite impulse response filter, it can ensure that any increase in the frequency characteristics of both a strict linear phase frequency characteristics, while its unit sample response is finite, and therefore the system filter is stable. Based on the DSP Builder of FIR digital filter design, according to the FIR low-pass digital filter principle and filtering characteristics, through the MATLAB / Simulink software simulation of certain properties of the FIR filter frequency response and the tap coefficients, using software to describe the action and function of the hardware. Combined with DSP Builder to produce graphic modeling simulation, analysis of the correctness of the model, parameter setting, obtain ideal filtering effect. Finally through the SignalCompiler Silmulink model file is converted into a hardware description language VHDL file, using QuartusII simulation, validation of design results.[Key words]：VHDL; MATLAB; FIR Digital filter; simulation目录FIR数字滤波器的设计 (I)Abstrct (II)目录 (1)1.绪论 (2)1.1课题背景 (2)1.1.1数字滤波器 (2)1.1.2 DSP Builder软件及开发流程 (4)1.1.3 MATLAB技术现状 (6)1.2滤波器研究现状 (7)2.FIR滤波器原理及设计方案 (8)2.1 FIR数字滤波器原理 (8)2.2设计方案选择 (10)2.2.1方案一：FIR IPCore (10)2.2.2方案二：VHDL语言 (10)2.2.3方案三：DSPBuilder (10)3.滤波器的设计 (11)3.18阶常系数FIR数字滤波器设计 (11)3.1.1设计过程 (12)3.1.2滤波器仿真结果 (13)3.2 16阶常数FIR滤波器设计 (14)3.2.1 设计过程 (14)3.2.2滤波器仿真结果 (16)3.3 基于Matlab的滤波器设计工具，获得滤波器系数 (17)3.4基于（IP）核的滤波器设计 (20)3.4.1设计过程 (20)3.4.2滤波器仿真结果 (24)结论 (25)致谢 (27)参考文献 (28)1.绪论1.1课题背景1.1.1数字滤波器在许多信息处理过程中，如对信号的过滤、检测、预测等，都要广泛地用到滤波器，而数字滤波器则因其设计灵活、实现方便等特点而广为接受。

FIR滤波器FIR的结构FIR(Finite Impulse Response)滤波器：有限长单位冲激响应滤波器，是数字信号处理系统中最基本的元件，它可以在保证任意幅频特性的同时具有严格的线性相频特性，同时其单位抽样响应是有限长的，因而滤波器是稳定的系统。

因此，FIR滤波器在通信、图像处理、模式识别等领域都有着广泛的应用。

目录一、FIR滤波器的种类二、FIR的特点一、FIR滤波器的种类二、FIR的特点展开编辑本段一、FIR滤波器的种类目前，FIR滤波器的硬件实现有以下几种方式：1.1、数字集成电路FIR滤波器一种是使用单片通用数字滤波器集成电路，这种电路使用简单，但是由于字长和阶数的规格较少，不易完全满足实际需要。

虽然可采用多片扩展来满足要求，但会增加体积和功耗，因而在实际应用中受到限制。

1.2、DSP芯片FIR滤波器另一种是使用DSP芯片。

DSP芯片有专用的数字信号处理函数可调用，实现FIR滤波器相对简单，但是由于程序顺序执行，速度受到限制。

而且，就是同一公司的不同系统的DSP芯片，其编程指令也会有所不同，开发周期较长。

1.3、可编程FIR滤波器还有一种是使用可编程逻辑器件，FPGA／CPLD。

FPGA有着规整的内部逻辑块整列和丰富的连线资源，特别适合用于细粒度和高并行度结构的FIR 滤波器的实现，相对于串行运算主导的通用DSP芯片来说，并行性和可扩展性都更好。

编辑本段二、FIR的特点有限长单位冲激响应（FIR）滤波器有以下特点：(1) 系统的单位冲激响应h (n)在有限个n值处不为零；(2) 系统函数H(z)在|z|>0处收敛，极点全部在z = 0处（因果系统）；(3) 结构上主要是非递归结构，没有输出到输入的反馈，但有些结构中（例如频率抽样结构）也包含有反馈的递归部分。

设FIR滤波器的单位冲激响应h (n)为一个N点序列，0 ≤n ≤ N —1，则滤波器的系统函数为H(z)=∑h(n)*z^-n就是说，它有（N—1）阶极点在z = 0处，有（N—1）个零点位于有限z平面的任何位置。

什么是FIR滤波器什么是fir数字滤波器Part 1: Basics1.1 什么是FIR滤波器?FIR 滤波器是在数字信号处理(DSP)中经常使用的两种基本的滤波器之一,另一个为IIR滤波器.1.2 FIR代表什么?FIR是有限冲激响应(Finite Impulse Response)的简称.1.3 FIR(有限冲激响应)中的有限该如何理解?冲激响应是有限的意味着在滤波器中没有发反馈.1.4 FIR 怎么发音?有些人直接读字母音F-I-R; 也有人发做fir的音[:], fir是冷杉树.1.5 FIR 滤波器外有什么其他选择?DSP滤波器还有一类: IIR(无限冲激响应,Infinite Impulse Response). IIR滤波器使用反馈,因此当信号输入后,输出是根据算法循环的.1.6 FIR滤波器与IIR滤波器比较?每一种都有优缺点.但总得来说, FIR滤波器的优点远大于缺点,因此在实际运用中,FIR滤波器比IIR滤波器使用的比较多.1.6.1 相对于IIR滤波器, FIR滤波器有什么优点?相较于IIR滤波器, FIR滤波器有以下的优点:* 可以很容易地设计线性相位的滤波器. 线性相位滤波器延时输入信号,却并不扭曲其相位. * 实现简单. 在大多数DSP处理器, 只需要对一个指令积习循环就可以完成FIR计算.* 适合于多采样率转换,它包括抽取(降低采样率), 插值(增加采样率)操作. 无论是抽取或者插值, 运用FIR滤波器可以省去一些计算, 提高计算效率. 相反,如果使用IIR滤波器,每个输出都要逐一计算,不能省略,即使输出要丢弃.* 具有理想的数字特性. 在实际中，所有的DSP滤波器必须用有限精度（有限bit数目）实现，而在IIR滤波器中使用有限精度会产生很大的问题，由于采用的是反馈电路，因此IIR 通常用非常少的bit实现，设计者就能解决更少的与非理想算术有关的问题。

* 可以用小数实现. 不像IIR滤波器，FIR滤波器通常可能用小于1的系数来实现。

fir数字滤波器的基本结构FIR数字滤波器的基本结构FIR（Finite Impulse Response）数字滤波器是一种常见的数字信号处理工具，用于对离散时间信号进行滤波处理。

它的基本结构可以分为直接型和间接型两种。

一、直接型FIR数字滤波器结构直接型FIR数字滤波器是一种简单直观的结构，其基本形式为串联的延时单元和加法器。

下面将详细介绍直接型FIR数字滤波器的基本结构。

1. 延时单元延时单元是直接型FIR数字滤波器的核心组成部分，用于实现信号的延时操作。

它将输入信号依次延时一个采样周期，延时单元的个数取决于滤波器的阶数。

每个延时单元的输出为其输入信号的一个采样周期前的值。

2. 加法器加法器是直接型FIR数字滤波器的另一个重要组成部分，用于将延时单元的输出进行加权求和。

加法器的输入为延时单元的输出，加法器根据预先设定的权值对其进行加权，并将加权求和的结果作为滤波器的输出。

3. 系数寄存器系数寄存器用于存储滤波器的权值系数，每个延时单元对应一个权值系数。

这些系数可以通过设计滤波器时确定，也可以通过调整来改变滤波器的频率响应。

二、间接型FIR数字滤波器结构间接型FIR数字滤波器是一种更加灵活的结构，它可以通过级联和并联来实现各种滤波器的结构。

下面将介绍两种常见的间接型FIR 数字滤波器结构。

1. 级联结构级联结构是指将多个FIR滤波器串联起来，形成一个更复杂的滤波器。

每个FIR滤波器可以有不同的阶数和截止频率，通过级联它们可以实现更高阶、更陡峭的滤波器。

2. 并联结构并联结构是指将多个FIR滤波器并联起来，形成一个更复杂的滤波器。

每个FIR滤波器可以有不同的阶数和截止频率，通过并联它们可以实现不同频率范围的滤波效果。

三、FIR数字滤波器的应用FIR数字滤波器在数字信号处理中有广泛的应用，例如音频处理、图像处理、通信系统等。

它能够实现对信号的去噪、信号增强、频率选择等功能，具有较好的滤波性能和实时性。

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一、概述数字滤波器是数字信号处理中的重要部分，它可以对数字信号进行滤波、去噪、平滑等处理，广泛应用于通信、音频处理、图像处理等领域。

在数字滤波器中，fir和iir是两种常见的结构，它们各自具有不同的特点和适用场景。

本文将围绕fir和iir数字滤波器的设计与实现展开讨论，介绍它们的原理、设计方法和实际应用。

二、fir数字滤波器的设计与实现1. fir数字滤波器的原理fir数字滤波器是一种有限冲激响应滤波器，它的输出仅依赖于输入信号的有限个先前值。

fir数字滤波器的传递函数可以表示为：H(z) = b0 + b1 * z^(-1) + b2 * z^(-2) + ... + bn * z^(-n)其中，b0、b1、...、bn为滤波器的系数，n为滤波器的阶数。

fir数字滤波器的特点是稳定性好、易于设计、相位线性等。

2. fir数字滤波器的设计方法fir数字滤波器的设计通常采用频率采样法、窗函数法、最小均方误差法等。

其中，频率采样法是一种常用的设计方法，它可以通过指定频率响应的要求来确定fir数字滤波器的系数，然后利用离散傅立叶变换将频率响应转换为时域的脉冲响应。

3. fir数字滤波器的实现fir数字滤波器的实现通常采用直接型、级联型、并行型等结构。

其中，直接型fir数字滤波器是最简单的实现方式，它直接利用fir数字滤波器的时域脉冲响应进行卷积计算。

另外，还可以利用快速傅立叶变换等算法加速fir数字滤波器的实现。

三、iir数字滤波器的设计与实现1. iir数字滤波器的原理iir数字滤波器是一种无限冲激响应滤波器，它的输出不仅依赖于输入信号的有限个先前值，还依赖于输出信号的先前值。

iir数字滤波器的传递函数可以表示为：H(z) = (b0 + b1 * z^(-1) + b2 * z^(-2) + ... + bn * z^(-n)) / (1 +a1 * z^(-1) + a2 * z^(-2) + ... + am * z^(-m))其中，b0、b1、...、bn为前向系数，a1、a2、...、am为反馈系数，n为前向路径的阶数，m为反馈路径的阶数。

1．数字滤波器数字滤波器能够分为IIR 数字滤波器和FIR 数字滤波器。

FIR 数字滤波器在保证幅度特性知足要求的同时，能够做到严格的线性特性。

与IIR 数字滤波器相较,FIR 数字滤波器的实现是非递归的，稳固性好，精度高；更重要的是FIR 数字滤波器在知足幅度响应要求的同时，能够取得严格的线性相位。

因此，它在高保真的信号处置中，如数字音频、图像处置、数据传输和生物医学等领域取得普遍应用。

数字滤波器的概述所谓数字滤波器，是指输入输出均为数字信号，通过必然的运算关系，改变输入信号中所含频率成份的相对照例，或那么滤除某些频率成份的器件。

数字滤波器具有稳固性高、精度高、灵活性大等突出优势。

关于数字滤波器而言，假设系统函数为H(z),其脉冲响应为h(n),输入时刻序列为x(n),那么它们在时域内的关系式如下：()()()y n h n x n =* (1-1) 在Z 域内，输入和输出存在如下关系：()()()Y z H z X z =(1-2)式中， X(z)、Y(z)别离为x(n)和y(n)的Z 变换。

在频域内，输入和输出那么存在如下关系：()()()Y j H j X j ωωω=(1-3)式中，()H j ω是数字滤波器的频率特性；()X j ω、()Y j ω别离为x(n)和y(n)的频谱，而ω为数字角频率。

数字滤波器的分类数字滤波器能够有很多种分类方式，但整体上可分为两大类。

一类称为经典滤波器，即一样的滤波器，其特点是输入信号中的有效成份和希望滤除的成份占用不同的频带，通过适合的选频滤波器能够实现滤波。

例如，假设输入信号中有干扰，信号和干扰的频带互不重叠，那么可滤出信号中的干扰取得纯信号。

可是，若是输入信号中信号和干扰的频带彼此重叠，那么干扰就不能被有效的滤除。

另一类称为现代滤波器，如维纳滤波器、卡尔曼滤波器等，其输入信号中有效信号和希望滤除的频带成份重叠。

关于经典滤波器，从频域上也能够分为低通、高通、带通和带阻滤波器。