基于fir的數(shù)字濾波器設(shè)計研究

【摘要】隨著電子計算機技術(shù)以及網(wǎng)絡(luò)通訊等領(lǐng)域的快速發(fā)展，各類新型計算機工程技術(shù)在實踐當中的整合應(yīng)用越來越普遍。在數(shù)字信號處理的環(huán)節(jié)中，數(shù)字濾波器是一種被廣泛應(yīng)用在各類無線電工程等領(lǐng)域的重要集成性質(zhì)的通訊系統(tǒng)。本文就基于fir的數(shù)字濾波器設(shè)計的相關(guān)內(nèi)容進程闡述，并進一步探究在fir的數(shù)字濾波器支撐下的實踐應(yīng)用能效，以期為相關(guān)科研項目的研究及其應(yīng)用帶來一定的啟示。

【關(guān)鍵詞】fir;數(shù)字濾波器;設(shè)計;研究

前言

從現(xiàn)實來看，對于數(shù)字濾波器的設(shè)計要能夠滿足不同情況下的實踐需求，并通過最合理的數(shù)字濾波器設(shè)計方法來實現(xiàn)設(shè)計最終的目標。因此，在結(jié)合了新方法以及新技術(shù)以后，基于fir的數(shù)字濾波器的設(shè)計并非如同傳統(tǒng)模式那樣受到禁錮，而是可以在進行數(shù)字濾波器設(shè)計的過程中進行在線修改處理，從而實現(xiàn)不同的設(shè)計細節(jié)的改換，并最終為相關(guān)實踐領(lǐng)域提供最優(yōu)化的技術(shù)支撐。

一、淺析fir濾波器

（一）fir濾波器

fir濾波器，有限長單位沖激相應(yīng)濾波器，又稱為非遞歸型濾波器，是數(shù)字信號處理系統(tǒng)中最基本的元件[1]。在fir濾波器的作用下，可以保證任意幅頻特性的同時具備嚴格的現(xiàn)行相頻特性，可見，通常情況下fir濾波器是一個較為穩(wěn)定的系統(tǒng)。從實踐來看，fir濾波器在通信、圖像處理等領(lǐng)域的應(yīng)用十分廣泛。從數(shù)字濾波器的結(jié)構(gòu)來看，可將其分為無線脈沖響應(yīng)型與有限脈沖響應(yīng)型。其中，后者在設(shè)計的過程中，可以采用窗函數(shù)方法、頻率采樣法等策略對其進行設(shè)計，從相關(guān)的研究資料中來看，這些方法的整合應(yīng)用都令數(shù)字濾波器的設(shè)計取得了實質(zhì)性的進步。

（二）有關(guān)fir濾波器設(shè)計的研究內(nèi)容概述

在當前的信息技術(shù)水平下，數(shù)字信號處理的實踐應(yīng)用及其發(fā)展如魚得水，基本可以滿足諸如自動化控制平臺、智能系統(tǒng)管理等的技術(shù)需求。國內(nèi)外科研機構(gòu)在以往的研究過程中，深知數(shù)字濾波器對于數(shù)字信號處理領(lǐng)域改進的重要性，因此，對數(shù)字濾波器的研究極為重視。實際上，通過數(shù)字濾波器可以獲得濾除雜波且保證原有信號傳輸效果維持不變。就從數(shù)字濾波器的這一點功能來看，針對數(shù)字濾波器的設(shè)計具備了極高的研究價值與一定的實踐意義。

二、基于fir的數(shù)字濾波器設(shè)計研究

通常情況下，基于fir的數(shù)字濾波器的設(shè)計原理采用的是加窗函數(shù)方法。由于基于fir的數(shù)字濾波器在性能、功耗等方面的優(yōu)勢十分明顯，基于FPGA的信號處理模塊已廣泛應(yīng)用于各種信號處理領(lǐng)域。從根源上來看，F(xiàn)PGA尤其適合于乘法和累加等重復(fù)性的DSP任務(wù)。FPGA在數(shù)字濾波器設(shè)計應(yīng)用的優(yōu)越性極為突顯，F(xiàn)PGA所固有的靈活性也可讓設(shè)計者緊跟新標準的變化，并能提供可行的方法來滿足不斷變化的標準需求[2]。就從基于fir的數(shù)字濾波器的設(shè)計原理來分析，其在設(shè)計的整個過程中都遵循了fir的數(shù)字濾波器的結(jié)構(gòu)特征，從最基礎(chǔ)的內(nèi)部構(gòu)造來進一步完善整個設(shè)計方案，與此同時，從基于fir的數(shù)字濾波器的設(shè)計實例來看，該項目的實際具備一定的可行性。

（一）基于fir的數(shù)字濾波器的設(shè)計原理

基于fir的數(shù)字濾波器在設(shè)計時，所選擇參數(shù)的幅度是較為明確的，因此，在實際應(yīng)用時，需要憑借一個可實現(xiàn)的傳輸函數(shù)去調(diào)整整個設(shè)計構(gòu)造，這就需要在工程設(shè)計及應(yīng)用中，多給出相對的參數(shù)指標數(shù)值，以此來保障數(shù)據(jù)計算的精準度。另外，由于基于fir的數(shù)字濾波器的沖激響應(yīng)僅僅能夠延續(xù)一陣，時間較短，在研究的過程中，則通常會考慮基于fir的數(shù)字濾波器的此項特征來構(gòu)造數(shù)字濾波器的模型。

（二）淺析基于fir的數(shù)字濾波器的設(shè)計實例

通過精確的設(shè)計，有限沖激相應(yīng)濾波器在某一具體的頻率范圍內(nèi)均能夠為系統(tǒng)提供出較為準確的線性相位。為了將系統(tǒng)中基于fir的數(shù)字濾波器的優(yōu)勢更好地突出出來，則從具體的設(shè)計實例中就可以清楚地觀察到。從具體來看，通過設(shè)計技術(shù)參數(shù)以后，構(gòu)建出一個較為完整的fir數(shù)字濾波器模型，再通過使其逼近既定目標，則可以對整個設(shè)計實例進行性能分析。從整體來看，fir數(shù)字濾波器的基本結(jié)構(gòu)可以表示為圖1的形式：

圖1 fir數(shù)字濾波器的基本結(jié)構(gòu)

在研究過程中發(fā)現(xiàn)，采用窗函數(shù)法來設(shè)計fir數(shù)字濾波器的思路較為明晰，也因此基于fir的數(shù)字濾波器的應(yīng)用范圍極廣。從圖1所顯示的fir數(shù)字濾波器基礎(chǔ)框架來看，對于一個四階的濾波器子系統(tǒng)的輸出情況可以用公式來表示，即：

y（n）=h（0）x（n）+h（1）x（n-1）+h（2）x（n-2）+h（3）x（n-3）

在整個試驗過程中，可以利用窗函數(shù)設(shè)計法，濾波器參數(shù)要求如下：

ωp=0.2π，αp=0.25B，ωq=0.3π，αq=50dB

調(diào)用4個這樣的子系統(tǒng)級聯(lián)起來構(gòu)成16階的濾波器。其中，濾波器系數(shù)h（0），h（1），…，h（15）由濾波器設(shè)計工具FDA Tools生成，系數(shù)與濾波器關(guān)聯(lián)，建立出完整的濾波系統(tǒng)模型[3]。

從設(shè)計內(nèi)涵來看，首先要根據(jù)設(shè)計目標來選擇合理化的濾波器技術(shù)指標，整個過程的核心是如何更好地遵循系統(tǒng)的頻率特性，并采取與之對應(yīng)的策略方法來將其實現(xiàn)，從這一點來看，實例中多采用的仍為窗函數(shù)方法來推進設(shè)計[4]?？傊S著集成電路技術(shù)的快速發(fā)展，各類新型的集成電路工程設(shè)計標準越來越嚴格，而且各類關(guān)聯(lián)技術(shù)之間的界限也越來越模糊，因為只要能夠達成設(shè)計的目標以及實現(xiàn)應(yīng)用領(lǐng)域所需要的實際功能，則基于fir的數(shù)字濾波器的設(shè)計和應(yīng)用就具備一定的優(yōu)勢。

三、結(jié)束語

通過對基于fir的數(shù)字濾波器設(shè)計原理的研究，進一步了解到有關(guān)數(shù)字濾波器的相關(guān)設(shè)計內(nèi)容，尤其是從具體的基于fir的數(shù)字濾波器的實際實例中清楚的看到，采用Visual Basic6.0所設(shè)計出的fir數(shù)字濾波器的設(shè)計軟件可以實現(xiàn)，且突破了以往的設(shè)計方案，從而更加有利于在設(shè)計基于fir的數(shù)字濾波器的過程中進行實時在線修正，進而完善整個內(nèi)容的最終設(shè)計方案。

參考文獻

[1]余琳，黃光明.基于FPGA的fir濾波器的性能研究[J].電子設(shè)計工程，2011（09）：127-128.

[2]王易煒，張金鵬，王龍.基于MATLAB的數(shù)字濾波器設(shè)計及其在數(shù)據(jù)處理中的應(yīng)用[J].航空兵器，2011（04）：46-47.

[3]馬沖澤，方忠春，傅鑫，呂航偉，陳林峰，楊洪友.有限沖擊響應(yīng)濾波器在四頻激光陀螺中的應(yīng)用[J].應(yīng)用光學(xué)，2013（03）：525-526.

[4]葉亞東，藺智挺，范玉紅.基于FPGA的fir數(shù)字濾波器設(shè)計與仿真[J].電子科技，2014（07）：69-70.

作者簡介：韓熠（1991—），男，陜西漢中人，大學(xué)本科，現(xiàn)就讀于西安電子科技大學(xué)，研究方向：信號處理。