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  • FIR濾波器的原理與特點(diǎn)介紹
    • 發(fā)布時間:2022-02-11 17:55:02
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    FIR濾波器的原理與特點(diǎn)介紹
    在現(xiàn)代電子系統(tǒng)中,到處都可以看到數(shù)字信號處理( DSP )的應(yīng)用,從MP3播放器、數(shù)碼相機(jī)到手機(jī)。在這些數(shù)字信號處理系統(tǒng)中,如語音或音頻信號處理中,有限沖激響應(yīng)(FIR)濾波器是最常用的組件之一,它能完成信號預(yù)調(diào)、頻帶選擇和濾波等功能。下面我們將來了解其的工作原理以及特點(diǎn):
    FIR(Finite Impulse Response)濾波器:有限長單位沖激響應(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,它可以在保證任意幅頻特性的同時具有嚴(yán)格的線性相頻特性,同時其單位抽樣響應(yīng)是有限長的,因而濾波器是穩(wěn)定的系統(tǒng)。因此,F(xiàn)IR濾波器在通信、圖像處理、模式識別等領(lǐng)域都有著廣泛的應(yīng)用。
    濾波器
    FIR濾波器
    1.工作原理
    在進(jìn)入FIR濾波器前,首先要將信號通過A/D器件進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換,把模擬信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號;為了使信號處理能夠不發(fā)生失真,信號的采樣速度必須滿足香農(nóng)采樣定理,一般取信號頻率上限的4-5倍做為采樣頻率;一般可用速度較高的逐次逼進(jìn)式A/D轉(zhuǎn)換器,不論采用乘累加方法還是分布式算法設(shè)計(jì)FIR濾波器,濾波器輸出的數(shù)據(jù)都是一串序列,要使它能直觀地反應(yīng)出來,還需經(jīng)過數(shù)模轉(zhuǎn)換,因此由FPGA構(gòu)成的FIR濾波器的輸出須外接D/A模塊。FPGA有著規(guī)整的內(nèi)部邏輯陣列和豐富的連線資源,特別適合于數(shù)字信號處理任務(wù),相對于串行運(yùn)算為主導(dǎo)的通用DSP芯片來說,其并行性和可擴(kuò)展性更好,利用FPGA乘累加的快速算法,可以設(shè)計(jì)出高速的FIR數(shù)字濾波器。
    濾波器
    FIR濾波器工作原理圖
    2.特點(diǎn)
    有限長單位沖激響應(yīng)(FIR)濾波器有以下特點(diǎn):
    (1) 系統(tǒng)的單位沖激響應(yīng)h (n)在有限個n值處不為零
    (2) 系統(tǒng)函數(shù)H(z)在|z|>0處收斂,極點(diǎn)全部在z = 0處(因果系統(tǒng))
    (3) 結(jié)構(gòu)上主要是非遞歸結(jié)構(gòu),沒有輸出到輸入的反饋,但有些結(jié)構(gòu)中(例如頻率抽樣結(jié)構(gòu))也包含有反饋的遞歸部分。
    設(shè)FIR濾波器的單位沖激響應(yīng)h (n)為一個N點(diǎn)序列,0 ≤ n ≤N —1,則濾波器的系統(tǒng)函數(shù)為:
    H(z)=∑h(n)*z^-k
    就是說,它有(N—1)階極點(diǎn)在z = 0處,有(N—1)個零點(diǎn)位于有限z平面的任何位置。
    以上就是FIR濾波器的原理及特點(diǎn)介紹了。DSP設(shè)計(jì)人員的工具箱的支柱之一是有限脈沖響應(yīng)(FIR)濾波器。FIR濾波器越長(有大量的抽頭),濾波器的響應(yīng)越好。但是更多的抽頭增加了邏輯要求、增加了計(jì)算的復(fù)雜性,增加了功耗,以及有更大可能的飽和/溢出。
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