第6章 应用程序设计.ppt

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1、 第第第第6 6 6 6章章章章 应用应用应用应用程序设计程序设计程序设计程序设计内容提要内容提要内容提要内容提要内容提要内容提要 数字信号处理主要面向密集型的运算，包括乘法数字信号处理主要面向密集型的运算，包括乘法数字信号处理主要面向密集型的运算，包括乘法数字信号处理主要面向密集型的运算，包括乘法数字信号处理主要面向密集型的运算，包括乘法数字信号处理主要面向密集型的运算，包括乘法-累加、数字滤波和快速傅里叶变换等。累加、数字滤波和快速傅里叶变换等。累加、数字滤波和快速傅里叶变换等。累加、数字滤波和快速傅里叶变换等。累加、数字滤波和快速傅里叶变换等。累加、数字滤波和快速傅里叶变换等。C54xC

2、54xC54xC54xC54xC54x具备具备具备具备具备具备了高速完成上述运算的能力，并具有体积小、功耗低、了高速完成上述运算的能力，并具有体积小、功耗低、了高速完成上述运算的能力，并具有体积小、功耗低、了高速完成上述运算的能力，并具有体积小、功耗低、了高速完成上述运算的能力，并具有体积小、功耗低、了高速完成上述运算的能力，并具有体积小、功耗低、功能强、软硬件资源丰富等优点，现已在通信等许多功能强、软硬件资源丰富等优点，现已在通信等许多功能强、软硬件资源丰富等优点，现已在通信等许多功能强、软硬件资源丰富等优点，现已在通信等许多功能强、软硬件资源丰富等优点，现已在通信等许多功能强、软硬件资源丰

3、富等优点，现已在通信等许多领域得到了广泛应用。领域得到了广泛应用。领域得到了广泛应用。领域得到了广泛应用。领域得到了广泛应用。领域得到了广泛应用。本章结合数字信号处理和通信中最常见、最具有本章结合数字信号处理和通信中最常见、最具有本章结合数字信号处理和通信中最常见、最具有本章结合数字信号处理和通信中最常见、最具有本章结合数字信号处理和通信中最常见、最具有本章结合数字信号处理和通信中最常见、最具有代表性的应用，介绍通用数字信号处理算法的代表性的应用，介绍通用数字信号处理算法的代表性的应用，介绍通用数字信号处理算法的代表性的应用，介绍通用数字信号处理算法的代表性的应用，介绍通用数字信号处理算法的代

4、表性的应用，介绍通用数字信号处理算法的DSPDSPDSPDSPDSPDSP实实实实实实现方法，主要包括：现方法，主要包括：现方法，主要包括：现方法，主要包括：现方法，主要包括：现方法，主要包括：有限冲激响应（有限冲激响应（有限冲激响应（有限冲激响应（有限冲激响应（有限冲激响应（FIRFIRFIRFIRFIRFIR）数字滤波器数字滤波器数字滤波器数字滤波器数字滤波器数字滤波器 无限冲激响应（无限冲激响应（无限冲激响应（无限冲激响应（无限冲激响应（无限冲激响应（IIRIIRIIRIIRIIRIIR）数字滤波器数字滤波器数字滤波器数字滤波器数字滤波器数字滤波器 快速傅里叶变换（快速傅里叶变换（快速傅

5、里叶变换（快速傅里叶变换（快速傅里叶变换（快速傅里叶变换（FFTFFTFFTFFTFFTFFT）正弦信号发生器。正弦信号发生器。正弦信号发生器。正弦信号发生器。正弦信号发生器。正弦信号发生器。在在在在在在简简简简简简要介要介要介要介要介要介绍绍绍绍绍绍上述内容的基本原理、上述内容的基本原理、上述内容的基本原理、上述内容的基本原理、上述内容的基本原理、上述内容的基本原理、结结结结结结构和算法之构和算法之构和算法之构和算法之构和算法之构和算法之后，重点介后，重点介后，重点介后，重点介后，重点介后，重点介绍设计绍设计绍设计绍设计绍设计绍设计方法和方法和方法和方法和方法和方法和DSPDSPDSPDSP

6、DSPDSP实现实现实现实现实现实现的方法。的方法。的方法。的方法。的方法。的方法。2023/1/152023/1/151 1DSPDSP原理及应用原理及应用第第第第6 6 6 6章章章章 应用程序设计应用程序设计应用程序设计应用程序设计 6.6.6.6.1 1 1 1 FIRFIR滤波器的滤波器的滤波器的滤波器的DSPDSP实现实现实现实现 6.26.26.26.2 IIRIIR滤波器的滤波器的滤波器的滤波器的DSPDSP实现实现实现实现 6.36.36.36.3 快速傅里叶变换快速傅里叶变换快速傅里叶变换快速傅里叶变换(FFT)FFT)的的的的DSPDSP实现实现实现实现6.46.46.4

7、6.4 正弦波信号发生器正弦波信号发生器正弦波信号发生器正弦波信号发生器2023/1/152023/1/152 2DSPDSP原理及应用原理及应用第第第第第第6 6 6 6 6 6章章章章章章 应用程序设计应用程序设计应用程序设计应用程序设计应用程序设计应用程序设计6.1 6.1 FIRFIR滤波器的滤波器的DSPDSP实现实现 在数字信号处理中，滤波占有极其重要的地位。在数字信号处理中，滤波占有极其重要的地位。在数字信号处理中，滤波占有极其重要的地位。在数字信号处理中，滤波占有极其重要的地位。数字滤波是语音处理、图像处理、模式识别、频谱分数字滤波是语音处理、图像处理、模式识别、频谱分数字滤波

8、是语音处理、图像处理、模式识别、频谱分数字滤波是语音处理、图像处理、模式识别、频谱分析等应用中的基本处理算法。用析等应用中的基本处理算法。用析等应用中的基本处理算法。用析等应用中的基本处理算法。用DSPDSPDSPDSP芯片实现数字滤芯片实现数字滤芯片实现数字滤芯片实现数字滤波除了具有稳定性好、精确度高、不受环境影响等优波除了具有稳定性好、精确度高、不受环境影响等优波除了具有稳定性好、精确度高、不受环境影响等优波除了具有稳定性好、精确度高、不受环境影响等优点外，还具有灵活性好等特点。点外，还具有灵活性好等特点。点外，还具有灵活性好等特点。点外，还具有灵活性好等特点。数字滤波器是数字滤波器是数字

9、滤波器是数字滤波器是DSPDSPDSPDSP的基本应用，分为有限冲激响的基本应用，分为有限冲激响的基本应用，分为有限冲激响的基本应用，分为有限冲激响应滤波器应滤波器应滤波器应滤波器FIRFIRFIRFIR和无限冲激响应滤波器和无限冲激响应滤波器和无限冲激响应滤波器和无限冲激响应滤波器IIRIIRIIRIIR。本节主要讨论本节主要讨论本节主要讨论本节主要讨论FIRFIRFIRFIR滤波器的基本结构、设计方法滤波器的基本结构、设计方法滤波器的基本结构、设计方法滤波器的基本结构、设计方法和和和和DSPDSPDSPDSP实现方法。实现方法。实现方法。实现方法。2023/1/152023/1/153 3

10、DSPDSP原理及应用原理及应用第第第第6 6 6 6章章章章 应用程序设计应用程序设计应用程序设计应用程序设计6.1 6.1 FIRFIR滤波器的滤波器的DSPDSP实现实现 6 6.1 1.1 1 FIRFIR滤波器的基本结构滤波器的基本结构 数字滤波是将输入的信号序列，按规定的算法进数字滤波是将输入的信号序列，按规定的算法进数字滤波是将输入的信号序列，按规定的算法进数字滤波是将输入的信号序列，按规定的算法进行处理，从而得到所期望的输出序列。行处理，从而得到所期望的输出序列。行处理，从而得到所期望的输出序列。行处理，从而得到所期望的输出序列。一个线性位移不变系统的输出序列一个线性位移不变系

11、统的输出序列一个线性位移不变系统的输出序列一个线性位移不变系统的输出序列y y(n n)和输入序和输入序和输入序和输入序列列列列x x(n n)之间的关系，应满足常系数线性差分方程：之间的关系，应满足常系数线性差分方程：之间的关系，应满足常系数线性差分方程：之间的关系，应满足常系数线性差分方程：(6.1.1)(6.1.1)x x(n n):输入序列，输入序列，输入序列，输入序列，y y(n n):):输出序列，输出序列，输出序列，输出序列，a ai i、b bi i:滤波器系数，滤波器系数，滤波器系数，滤波器系数，N N:滤波器的阶数。滤波器的阶数。滤波器的阶数。滤波器的阶数。2023/1/1

12、52023/1/154 4DSPDSP原理及应用原理及应用第第第第6 6 6 6章章章章 应用程序设计应用程序设计应用程序设计应用程序设计6 6.1 1.1 1 FIRFIR滤波器的基本结构滤波器的基本结构 在式（在式（在式（在式（6.1.16.1.1）中，若所有的）中，若所有的）中，若所有的）中，若所有的a ai i均为均为均为均为0 0，则得，则得，则得，则得FIRFIRFIRFIR滤滤滤滤波器的差分方程：波器的差分方程：波器的差分方程：波器的差分方程：(6.1.2)(6.1.2)对式（对式（对式（对式（6.1.26.1.2）进行）进行）进行）进行z z变换，可得变换，可得变换，可得变换，

13、可得FIRFIRFIRFIR滤波器的传递滤波器的传递滤波器的传递滤波器的传递函数：函数：函数：函数：(6.1.3)(6.1.3)2023/1/152023/1/155 5DSPDSP原理及应用原理及应用第第第第6 6 6 6章章章章 应用程序设计应用程序设计应用程序设计应用程序设计6 6.1 1.1 1 FIRFIR滤波器的基本结构滤波器的基本结构 FIRFIRFIRFIR滤波器的结构滤波器的结构滤波器的结构滤波器的结构 ：z-1-1z-1-1+x(n)y(n)x(n-1)x(n-N+1)b0b1bN N-2-2bN N-1-1z-1-12023/1/152023/1/156 6DSPDSP原

14、理及应用原理及应用第第第第6 6 6 6章章章章 应用程序设计应用程序设计应用程序设计应用程序设计6 6.1 1.1 1 FIRFIR滤波器的基本结构滤波器的基本结构 FIRFIRFIRFIR滤波器的单位冲激响应滤波器的单位冲激响应滤波器的单位冲激响应滤波器的单位冲激响应h h(n n)为有限长序列。为有限长序列。为有限长序列。为有限长序列。偶对称线性相位偶对称线性相位偶对称线性相位偶对称线性相位FIRFIRFIRFIR滤波器的差分方程：滤波器的差分方程：滤波器的差分方程：滤波器的差分方程：N N偶数偶数偶数偶数 (6.1.4)(6.1.4)若若若若h h(n n)为实数，且满足偶对称或奇对称

15、的条件，为实数，且满足偶对称或奇对称的条件，为实数，且满足偶对称或奇对称的条件，为实数，且满足偶对称或奇对称的条件，则则则则FIRFIRFIRFIR滤波器具有线性相位特性。滤波器具有线性相位特性。滤波器具有线性相位特性。滤波器具有线性相位特性。偶对称：偶对称：偶对称：偶对称：h h(n n)=h h(N N-1 1-n n)；奇对称：奇对称：奇对称：奇对称：h h(n n)=-h h(N N-1 1-n n)。2023/1/152023/1/157 7DSPDSP原理及应用原理及应用第第第第6 6 6 6章章章章 应用程序设计应用程序设计应用程序设计应用程序设计6 6.1 1.1 1 FIRF

16、IR滤波器的基本结构滤波器的基本结构 在数字滤波器中，在数字滤波器中，在数字滤波器中，在数字滤波器中，FIRFIRFIRFIR滤波器具有如下几个主滤波器具有如下几个主滤波器具有如下几个主滤波器具有如下几个主要特点：要特点：要特点：要特点：FIRFIRFIRFIR滤波器无反馈回路，是一种无条件稳定滤波器无反馈回路，是一种无条件稳定滤波器无反馈回路，是一种无条件稳定滤波器无反馈回路，是一种无条件稳定系统；系统；系统；系统；FIRFIRFIRFIR滤波器可以设计成具有线性相位特性。滤波器可以设计成具有线性相位特性。滤波器可以设计成具有线性相位特性。滤波器可以设计成具有线性相位特性。2023/1/15

17、2023/1/158 8DSPDSP原理及应用原理及应用第第第第6 6 6 6章章章章 应用程序设计应用程序设计应用程序设计应用程序设计6.1 6.1 FIRFIR滤波器的滤波器的DSPDSP实现实现 6 6.1 1.2 2 FIRFIR滤波器的设计方法滤波器的设计方法 设计设计设计设计FIRFIRFIRFIR滤波器的基本方法之一，是用有限项傅滤波器的基本方法之一，是用有限项傅滤波器的基本方法之一，是用有限项傅滤波器的基本方法之一，是用有限项傅氏级数来逼近所要求的滤波器响应。氏级数来逼近所要求的滤波器响应。氏级数来逼近所要求的滤波器响应。氏级数来逼近所要求的滤波器响应。1.1.1.1.用傅氏级

18、数设计用傅氏级数设计用傅氏级数设计用傅氏级数设计FIRFIRFIRFIR滤波器滤波器滤波器滤波器 HHd d()的傅氏级数：的傅氏级数：的傅氏级数：的傅氏级数：(6.1.5)(6.1.5)=f/=f/f fs s为归一化频率，为归一化频率，为归一化频率，为归一化频率，f fs s为采样频率为采样频率为采样频率为采样频率,T=T=2 2 f/f/f fs s =2 2。2023/1/152023/1/159 9DSPDSP原理及应用原理及应用第第第第6 6 6 6章章章章 应用程序设计应用程序设计应用程序设计应用程序设计6 6.1 1.2 2 FIRFIR滤波器的设计方法滤波器的设计方法 系数系

19、数系数系数C Cn n的选择可在最小均方误差的条件下，使传的选择可在最小均方误差的条件下，使传的选择可在最小均方误差的条件下，使传的选择可在最小均方误差的条件下，使传递函数递函数递函数递函数HH(z z)逼近逼近逼近逼近HHd d()来决定。来决定。来决定。来决定。1 1 1 1.用傅氏级数设计用傅氏级数设计用傅氏级数设计用傅氏级数设计FIRFIRFIRFIR滤波器滤波器滤波器滤波器 (6.1.6)(6.1.6)且且且且C C-n n=C Cn n。设设设设HHd d()为偶函数，为偶函数，为偶函数，为偶函数，则则则则 n n 0 0 （6.1.76.1.7）2023/1/152023/1/1

20、51010DSPDSP原理及应用原理及应用第第第第6 6 6 6章章章章 应用程序设计应用程序设计应用程序设计应用程序设计 理想的传递函数理想的传递函数理想的传递函数理想的传递函数HHd d()有无限多个系数有无限多个系数有无限多个系数有无限多个系数C Cn n，而实而实而实而实际的滤波器的系数只能有有限多个。因此，可以将式际的滤波器的系数只能有有限多个。因此，可以将式际的滤波器的系数只能有有限多个。因此，可以将式际的滤波器的系数只能有有限多个。因此，可以将式(6 6 6 6.1 1 1 1.7 7 7 7)中的无限项级数进行截取，得到近似的传递中的无限项级数进行截取，得到近似的传递中的无限项

21、级数进行截取，得到近似的传递中的无限项级数进行截取，得到近似的传递函数：函数：函数：函数：1 1.用傅氏级数设计用傅氏级数设计用傅氏级数设计用傅氏级数设计FIRFIRFIRFIR滤波器滤波器滤波器滤波器 (6.1.8)(6.1.8)|0 0时时时时，对应对应对应对应的的的的C Cn nz zn n项代表的是一个非因果的项代表的是一个非因果的项代表的是一个非因果的项代表的是一个非因果的滤波器，即输出先于输入，要得到滤波器，即输出先于输入，要得到滤波器，即输出先于输入，要得到滤波器，即输出先于输入，要得到n n时刻的输出响应时刻的输出响应时刻的输出响应时刻的输出响应需用到需用到需用到需用到n n+

22、1 1时刻的输出响应。时刻的输出响应。时刻的输出响应。时刻的输出响应。2023/1/152023/1/151212DSPDSP原理及应用原理及应用第第第第6 6 6 6章章章章 应用程序设计应用程序设计应用程序设计应用程序设计 令令令令i i=-(-(-(-(n n-Q Q)，作变量置换得作变量置换得作变量置换得作变量置换得 1 1 1 1.用傅氏级数设计用傅氏级数设计用傅氏级数设计用傅氏级数设计FIRFIRFIRFIR滤波器滤波器滤波器滤波器 0 0 i i 2 2Q Q （6.1.116.1.11）令令令令b bi i=C=CQ-iQ-i，N N-1=1=2 2 2 2Q Q，则则则则H(

23、z)H(z)的表达式为的表达式为的表达式为的表达式为 0 0 i i N N-1 1（6.1.126.1.12）当当当当N N-1=1=2 2 2 2Q Q时时时时，b b0 0=C=CQ Q、b b1 1=C=CQ-1Q-1、b b2 2=C=CQ-2Q-2、b bQ Q=C=C0 0、b bQ Q+1+1=C=C1 1、b b2Q-12Q-1=C=C-Q+1-Q+1、b b2Q2Q=C=C-Q-Q。当当当当N=N=2 2 2 2Q+Q+1 1 1 1时，系数时，系数时，系数时，系数b bi i是关于是关于是关于是关于b bQ Q对称的，对称的，对称的，对称的，即即即即b bi i=C=CQ

24、 Q-i i且且且且C Cn n=C=C-n n 2023/1/152023/1/151313DSPDSP原理及应用原理及应用第第第第6 6 6 6章章章章 应用程序设计应用程序设计应用程序设计应用程序设计 例如，当例如，当例如，当例如，当Q Q=5 5 5 5时，滤波器的时，滤波器的时，滤波器的时，滤波器的11111111个系数如下：个系数如下：个系数如下：个系数如下：1 1.用傅氏级数设计用傅氏级数设计用傅氏级数设计用傅氏级数设计FIRFIRFIRFIR滤波器滤波器滤波器滤波器 b b0 0=b=b1010=C=C5 5 b b1 1=b=b9 9=C=C4 4 b b2 2=b=b8 8

25、=C=C3 3 b b3 3=b=b7 7=C=C2 2 b b4 4=b=b6 6=C=C1 1 b b5 5=C=C0 0 根据卷积公式得根据卷积公式得根据卷积公式得根据卷积公式得 （6.1.136.1.13）由上述公式可实现由上述公式可实现由上述公式可实现由上述公式可实现FIRFIRFIRFIR滤波器，其响应由滤波器，其响应由滤波器，其响应由滤波器，其响应由N N项构成。项构成。项构成。项构成。2023/1/152023/1/151414DSPDSP原理及应用原理及应用第第第第6 6 6 6章章章章 应用程序设计应用程序设计应用程序设计应用程序设计6 6.1 1.2 2 FIRFIR滤波

26、器的设计方法滤波器的设计方法 FIRFIRFIRFIR滤波器分为低通滤波、高通滤波、带通滤波滤波器分为低通滤波、高通滤波、带通滤波滤波器分为低通滤波、高通滤波、带通滤波滤波器分为低通滤波、高通滤波、带通滤波和带阻滤波，其设计可根据给出的滤波特性，通过下和带阻滤波，其设计可根据给出的滤波特性，通过下和带阻滤波，其设计可根据给出的滤波特性，通过下和带阻滤波，其设计可根据给出的滤波特性，通过下式计算系数式计算系数式计算系数式计算系数C Cn n来实现。来实现。来实现。来实现。2 2 2 2.滤波器的设计滤波器的设计滤波器的设计滤波器的设计 n n 0 0 2023/1/152023/1/151515

27、DSPDSP原理及应用原理及应用第第第第6 6 6 6章章章章 应用程序设计应用程序设计应用程序设计应用程序设计 设低通滤波器的截止频率为设低通滤波器的截止频率为设低通滤波器的截止频率为设低通滤波器的截止频率为f fc c，采样频率为采样频率为采样频率为采样频率为f fs s，则则则则系数表达式：系数表达式：系数表达式：系数表达式：2 2 2 2.滤波器的设计滤波器的设计滤波器的设计滤波器的设计 （6.1.146.1.146.1.146.1.14）(1)(1)(1)(1)低通滤波器的设计低通滤波器的设计低通滤波器的设计低通滤波器的设计 2023/1/152023/1/151616DSPDSP原

28、理及应用原理及应用第第第第6 6 6 6章章章章 应用程序设计应用程序设计应用程序设计应用程序设计 高通滤波器可以由一个幅度为高通滤波器可以由一个幅度为高通滤波器可以由一个幅度为高通滤波器可以由一个幅度为1 1 1 1的响应减去一个的响应减去一个的响应减去一个的响应减去一个低通滤波的响应来获得，如图所示。低通滤波的响应来获得，如图所示。低通滤波的响应来获得，如图所示。低通滤波的响应来获得，如图所示。2 2 2 2.滤波器的设计滤波器的设计滤波器的设计滤波器的设计 (n n)响应响应响应响应 (2)(2)(2)(2)高通滤波器的设计高通滤波器的设计高通滤波器的设计高通滤波器的设计 1 11 1f

29、c1 1f0 00 0f0 0ffc (n n)函数的表达式：函数的表达式：函数的表达式：函数的表达式：低通滤波低通滤波低通滤波低通滤波 高通滤波高通滤波高通滤波高通滤波 (n n)=)=1 1 1 1 n n=0 0 0 0 0 0 0 0 n n 0 0 0 0 高通滤波器的系数：高通滤波器的系数：高通滤波器的系数：高通滤波器的系数：2023/1/152023/1/151717DSPDSP原理及应用原理及应用第第第第6 6 6 6章章章章 应用程序设计应用程序设计应用程序设计应用程序设计 带带带带通通通通滤滤滤滤波器可以由两个截止波器可以由两个截止波器可以由两个截止波器可以由两个截止频频频

30、频率不同的低通率不同的低通率不同的低通率不同的低通滤滤滤滤波波波波器器器器获获获获得，得，得，得，如图所示。如图所示。如图所示。如图所示。2 2 2 2.滤波器的设计滤波器的设计滤波器的设计滤波器的设计 低通滤波低通滤波低通滤波低通滤波2 2 (3)(3)(3)(3)带通滤波器的设计带通滤波器的设计带通滤波器的设计带通滤波器的设计 1 11 1fc11 1f0 00 0f0 0ffc1低通滤波低通滤波低通滤波低通滤波1 1 带通滤波带通滤波带通滤波带通滤波 带通滤波器的系数，带通滤波器的系数，带通滤波器的系数，带通滤波器的系数，等于两个低通滤波器的系等于两个低通滤波器的系等于两个低通滤波器的系

31、等于两个低通滤波器的系数之差：数之差：数之差：数之差：fc2fc2 f fc1c1和和和和f fc2c2为低通滤波器的截为低通滤波器的截为低通滤波器的截为低通滤波器的截止频率，止频率，止频率，止频率，f fs s为采样频率。为采样频率。为采样频率。为采样频率。2023/1/152023/1/151818DSPDSP原理及应用原理及应用第第第第6 6 6 6章章章章 应用程序设计应用程序设计应用程序设计应用程序设计 带带带带阻阻阻阻滤滤滤滤波器可由波器可由波器可由波器可由 (n n)和带通滤波器相减获得，如和带通滤波器相减获得，如和带通滤波器相减获得，如和带通滤波器相减获得，如图所示。图所示。图

32、所示。图所示。2 2 2 2.滤波器的设计滤波器的设计滤波器的设计滤波器的设计 (n n)响应响应响应响应(4)(4)(4)(4)带阻滤波器的设计带阻滤波器的设计带阻滤波器的设计带阻滤波器的设计 1 11 1fc11 1f0 00 0f0 0ffc1带通滤波带通滤波带通滤波带通滤波 带阻滤波带阻滤波带阻滤波带阻滤波 带阻滤波器的系数：带阻滤波器的系数：带阻滤波器的系数：带阻滤波器的系数：fc2fc22023/1/152023/1/151919DSPDSP原理及应用原理及应用第第第第6 6 6 6章章章章 应用程序设计应用程序设计应用程序设计应用程序设计6.1 6.1 FIRFIR滤波器的滤波器

33、的DSPDSP实现实现 6 6.1 1.3 3 FIRFIR滤波器的滤波器的MATLABMATLAB设计设计 MATLABMATLABMATLABMATLAB是一种功能强、效率高、便于进行科学是一种功能强、效率高、便于进行科学是一种功能强、效率高、便于进行科学是一种功能强、效率高、便于进行科学和工程计算的交互式软件包，它集数值分析、矩阵和工程计算的交互式软件包，它集数值分析、矩阵和工程计算的交互式软件包，它集数值分析、矩阵和工程计算的交互式软件包，它集数值分析、矩阵运算、信号处理和图形显示于一体，为用户提供了运算、信号处理和图形显示于一体，为用户提供了运算、信号处理和图形显示于一体，为用户提供

34、了运算、信号处理和图形显示于一体，为用户提供了方便、友好的界面环境。方便、友好的界面环境。方便、友好的界面环境。方便、友好的界面环境。MATLAB MATLAB MATLAB MATLAB中的工具箱（中的工具箱（中的工具箱（中的工具箱（ToolboxToolboxToolboxToolbox）包含了许多实用包含了许多实用包含了许多实用包含了许多实用程序。它提供了多种程序。它提供了多种程序。它提供了多种程序。它提供了多种FIRFIRFIRFIR滤波器设计方法。滤波器设计方法。滤波器设计方法。滤波器设计方法。下面以标准频率响应设计法下面以标准频率响应设计法下面以标准频率响应设计法下面以标准频率响应

35、设计法firfirfirfir1 1 1 1和任意频率响和任意频率响和任意频率响和任意频率响应设计法应设计法应设计法应设计法firfirfirfir2 2 2 2为为为为例例例例说说说说明其使用方法明其使用方法明其使用方法明其使用方法。2023/1/152023/1/152020DSPDSP原理及应用原理及应用第第第第6 6 6 6章章章章 应用程序设计应用程序设计应用程序设计应用程序设计6 6.1 1.3 3 FIRFIR滤波器的滤波器的MATLABMATLAB设计设计 用来设计标准频率响应的基于窗函数的用来设计标准频率响应的基于窗函数的用来设计标准频率响应的基于窗函数的用来设计标准频率响应

36、的基于窗函数的FIRFIRFIRFIR滤波滤波滤波滤波器，可实现加窗线性相位器，可实现加窗线性相位器，可实现加窗线性相位器，可实现加窗线性相位FIRFIRFIRFIR数字滤波器的设计。数字滤波器的设计。数字滤波器的设计。数字滤波器的设计。1 1 1 1.fir1fir1fir1fir1函数函数函数函数 语法：语法：语法：语法：b=fir1(nb=fir1(n，WWn n)b=fir1(nb=fir1(n，WWn n，ftypeftype)b=fir1(nb=fir1(n，WWn n，Window)Window)b=firb=fir1(1(n n，WWn n，ftypeftype，WindowW

37、indow)n n：滤波器的阶数；滤波器的阶数；滤波器的阶数；滤波器的阶数；W W W Wn n n n：滤波器的截止频率；滤波器的截止频率；滤波器的截止频率；滤波器的截止频率；ftypeftypeftypeftype：用来决定滤波器的类型，用来决定滤波器的类型，用来决定滤波器的类型，用来决定滤波器的类型，当当当当ftypeftypeftypeftype=high=high=high=high时，可设计高通滤波器；时，可设计高通滤波器；时，可设计高通滤波器；时，可设计高通滤波器；当当当当ftypeftypeftypeftype=stop=stop=stop=stop时，可设计带阻滤波器。时，可

38、设计带阻滤波器。时，可设计带阻滤波器。时，可设计带阻滤波器。WindowWindowWindowWindow：用来指定滤波器采用的窗函数类型，用来指定滤波器采用的窗函数类型，用来指定滤波器采用的窗函数类型，用来指定滤波器采用的窗函数类型，其默认值为汉明（其默认值为汉明（其默认值为汉明（其默认值为汉明（HammingHammingHammingHamming）窗。窗。窗。窗。2023/1/152023/1/152121DSPDSP原理及应用原理及应用第第第第6 6 6 6章章章章 应用程序设计应用程序设计应用程序设计应用程序设计 使用使用使用使用firfirfirfir1 1 1 1函数函数函数

39、函数可设计标准的低通、高通、带通可设计标准的低通、高通、带通可设计标准的低通、高通、带通可设计标准的低通、高通、带通和带阻滤波器。和带阻滤波器。和带阻滤波器。和带阻滤波器。1 1 1 1.fir1fir1fir1fir1函数函数函数函数 (1)(1)(1)(1)采用汉明窗设计低通采用汉明窗设计低通采用汉明窗设计低通采用汉明窗设计低通FIRFIRFIRFIR滤波器滤波器滤波器滤波器 使用使用使用使用b=firb=fir1(1(n n，WWn n)可得到低通滤波。可得到低通滤波。可得到低通滤波。可得到低通滤波。0 0 WWn n 1,1,WWn n=1=1相当于相当于相当于相当于0.50.5f f

40、s s。格式：格式：格式：格式：b=firb=fir1(1(n n，WWn n)2023/1/152023/1/152222DSPDSP原理及应用原理及应用第第第第6 6 6 6章章章章 应用程序设计应用程序设计应用程序设计应用程序设计 使用使用使用使用firfirfirfir1 1 1 1函数函数函数函数可设计标准的低通、高通、带通可设计标准的低通、高通、带通可设计标准的低通、高通、带通可设计标准的低通、高通、带通和带阻滤波器。和带阻滤波器。和带阻滤波器。和带阻滤波器。1 1 1 1.fir1fir1fir1fir1函数函数函数函数 (2)(2)(2)(2)采用汉明窗设计高通采用汉明窗设计高

41、通采用汉明窗设计高通采用汉明窗设计高通FIRFIRFIRFIR滤波器滤波器滤波器滤波器 在在在在b=firb=fir1(1(n n，WWn n，ftypeftype)中，当中，当中，当中，当ftypeftype=high=high时时时时,可可可可设计高通滤波器。设计高通滤波器。设计高通滤波器。设计高通滤波器。格式：格式：格式：格式：b=firb=fir1(1(n n，WWn n，highhigh)2023/1/152023/1/152323DSPDSP原理及应用原理及应用第第第第6 6 6 6章章章章 应用程序设计应用程序设计应用程序设计应用程序设计 使用使用使用使用firfirfirfir

42、1 1 1 1函数函数函数函数可设计标准的低通、高通、带通可设计标准的低通、高通、带通可设计标准的低通、高通、带通可设计标准的低通、高通、带通和带阻滤波器。和带阻滤波器。和带阻滤波器。和带阻滤波器。1 1 1 1.fir1fir1fir1fir1函数函数函数函数 (3)(3)(3)(3)采用汉明窗设计带通采用汉明窗设计带通采用汉明窗设计带通采用汉明窗设计带通FIRFIRFIRFIR滤波器滤波器滤波器滤波器 在在在在b=firb=fir1(1(n n，WWn n)中，当中，当中，当中，当WWn n=W=W1 1 W W2 2 时，可得到时，可得到时，可得到时，可得到带通滤波器，其通带为带通滤波器

43、，其通带为带通滤波器，其通带为带通滤波器，其通带为WW1 1 w w WW2 2，WW1 1和和和和WW2 2分别为通分别为通分别为通分别为通带的下限频率和上限频率。带的下限频率和上限频率。带的下限频率和上限频率。带的下限频率和上限频率。格式：格式：格式：格式：b=firb=fir1(1(n n，W W1 1 W W2 2 )2023/1/152023/1/152424DSPDSP原理及应用原理及应用第第第第6 6 6 6章章章章 应用程序设计应用程序设计应用程序设计应用程序设计 使用使用使用使用firfirfirfir1 1 1 1函数函数函数函数可设计标准的低通、高通、带通可设计标准的低通

44、、高通、带通可设计标准的低通、高通、带通可设计标准的低通、高通、带通和带阻滤波器。和带阻滤波器。和带阻滤波器。和带阻滤波器。1 1 1 1.fir1fir1fir1fir1函数函数函数函数 (4)(4)(4)(4)采用汉明窗设计带阻采用汉明窗设计带阻采用汉明窗设计带阻采用汉明窗设计带阻FIRFIRFIRFIR滤波器滤波器滤波器滤波器 在在在在b=firb=fir1(1(1(1(n n，WWn n，ftypeftype)中，当中，当中，当中，当ftypeftype=stop=stop，WWn n=W W1 1 W W2 2 时，时，时，时，firfir1 1 1 1函数可得到带阻滤波器。函数可得

45、到带阻滤波器。函数可得到带阻滤波器。函数可得到带阻滤波器。格式：格式：格式：格式：b=firb=fir1(1(n n，W W1 1 W W2 2 ，stopstop)2023/1/152023/1/152525DSPDSP原理及应用原理及应用第第第第6 6 6 6章章章章 应用程序设计应用程序设计应用程序设计应用程序设计1 1 1 1.fir1fir1fir1fir1函数函数函数函数 (5)(5)(5)(5)采用其他窗口函数设计采用其他窗口函数设计采用其他窗口函数设计采用其他窗口函数设计FIRFIRFIRFIR滤波器滤波器滤波器滤波器 使用使用使用使用WindowWindowWindowWin

46、dow参数，可以用其他窗口函数设计出各参数，可以用其他窗口函数设计出各参数，可以用其他窗口函数设计出各参数，可以用其他窗口函数设计出各种加窗滤波器。种加窗滤波器。种加窗滤波器。种加窗滤波器。Window Window Window Window参数可采用的窗口函数有：参数可采用的窗口函数有：参数可采用的窗口函数有：参数可采用的窗口函数有：BoxcarBoxcarBoxcarBoxcar，HanningHanningHanningHanning，BartlettBartlettBartlettBartlett，BlackmanBlackmanBlackmanBlackman，KasierKasi

47、erKasierKasier和和和和chebwinchebwinchebwinchebwin等，其默认时为等，其默认时为等，其默认时为等，其默认时为HammingHammingHammingHamming窗。窗。窗。窗。例如，采用例如，采用例如，采用例如，采用BartlettBartlettBartlettBartlett窗设计带阻滤波器，窗设计带阻滤波器，窗设计带阻滤波器，窗设计带阻滤波器，其格式：其格式：其格式：其格式：b=firb=fir1(1(n n，W W1 1 W W2 2 ，stopstop，BartlettBartlett(n+1n+1)2023/1/152023/1/1526

48、26DSPDSP原理及应用原理及应用第第第第6 6 6 6章章章章 应用程序设计应用程序设计应用程序设计应用程序设计1 1 1 1.fir1fir1fir1fir1函数函数函数函数 注意：注意：注意：注意：用用用用firfirfirfir1 1 1 1函数设计高通和带阻滤波器时，所使用函数设计高通和带阻滤波器时，所使用函数设计高通和带阻滤波器时，所使用函数设计高通和带阻滤波器时，所使用的阶数的阶数的阶数的阶数n n n n应为偶数，当输入的阶数应为偶数，当输入的阶数应为偶数，当输入的阶数应为偶数，当输入的阶数n n n n为奇数时，为奇数时，为奇数时，为奇数时，firfirfirfir1 1

49、1 1函数会自动将阶数增加函数会自动将阶数增加函数会自动将阶数增加函数会自动将阶数增加1 1 1 1形成偶数。形成偶数。形成偶数。形成偶数。【例例例例6.1.16.1.16.1.16.1.1】采用采用采用采用HammingHamming窗设计一个窗设计一个窗设计一个窗设计一个4848阶阶阶阶FIRFIR带通滤波器，带通滤波器，带通滤波器，带通滤波器，通带为通带为通带为通带为0.350.35 w w 0.650.65。解：采用解：采用解：采用解：采用fir1fir1fir1fir1函数的程序格式：函数的程序格式：函数的程序格式：函数的程序格式：b=firb=fir1(1(48 48，0.35 0

50、.650.35 0.65 )；【例例例例6.1.26.1.26.1.26.1.2】设计一个设计一个设计一个设计一个FIRFIR高通滤波器，使用具有高通滤波器，使用具有高通滤波器，使用具有高通滤波器，使用具有30303030dBdB波纹的波纹的波纹的波纹的ChebyshevChebyshev窗，其阶数为窗，其阶数为窗，其阶数为窗，其阶数为34343434，截止频率为，截止频率为，截止频率为，截止频率为0.480.480.480.48。解：采用解：采用解：采用解：采用fir1fir1fir1fir1函数设计高通滤波器的程序格式为函数设计高通滤波器的程序格式为函数设计高通滤波器的程序格式为函数设计高