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      標簽　>　數字濾波器

      數字濾波器

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      數字濾波器由數字乘法器、加法器和延時單元組成的一種算法或裝置。數字濾波器的功能是對輸入離散信號的數字代碼進行運算處理，以達到改變信號頻譜的目的。

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      數字濾波器簡介

      數字濾波器對信號濾波的方法是：用數字計算機對數字信號進行處理，處理就是按照預先編制的程序進行計算。數字濾波器的核心是數字信號處理器。
      如果采用通用的計算機，隨時編寫程序就能進行信號處理的工作，但處理的速度較慢。如果采用專用的計算機芯片，它是按運算方法制成的集成電路，連接信號就能進行處理工作，處理的速度飛快，但功能不易更改。如果采用可編程的計算機芯片，那么，裝入什么程序機器就能具有什么功能。這種可編程芯片的優點很多，是現代電子產品的首選。

      數字濾波器百科

      　　數字濾波器由數字乘法器、加法器和延時單元組成的一種算法或裝置。數字濾波器的功能是對輸入離散信號的數字代碼進行運算處理，以達到改變信號頻譜的目的。

      　　概述

      　　數字濾波器對信號濾波的方法是：用數字計算機對數字信號進行處理，處理就是按照預先編制的程序進行計算。數字濾波器的原理如圖所示，它的核心是數字信號處理器。如果采用通用的計算機，隨時編寫程序就能進行信號處理的工作，但處理的速度較慢。如果采用專用的計算機芯片，它是按運算方法制成的集成電路，連接信號就能進行處理工作，處理的速度飛快，但功能不易更改。如果采用可編程的計算機芯片，那么，裝入什么程序機器就能具有什么功能。這種可編程芯片的優點很多，是現代電子產品的首選。如果是對模擬信號進行處理，則需要添加模數轉換器和數模轉換器。參考《數字信號處理》楊毅明著p.183-184，機械工業出版社2012年發行。數字濾波器是按照程序計算信號，達到濾波的目的。通過對數字濾波器的存儲器編寫程序，就可以實現各種濾波功能。對數字濾波器來說，增加功能就是增加程序，不用增加元件，不受元件誤差的影響，對低頻信號的處理也不用增加芯片的體積。用數字濾波方法可以擺脫模擬濾波器被元件限制的困擾。數字濾波器一詞出現在60年代中期。由于電子計算機技術和大規模集成電路的發展，數字濾波器已可用計算機軟件實現，也可用大規模集成數字硬件實時實現。數字濾波器是一個離散時間系統（按預定的算法，將輸入離散時間信號（對應數字頻率）轉換為所要求的輸出離散時間信號的特定功能裝置）。應用數字濾波器處理模擬信號（對應模擬頻率）時，首先須對輸入模擬信號進行限帶、抽樣和模數轉換。數字濾波器輸入信號的數字頻率（2π*f/fs，f為模擬信號的頻率，fs為采樣頻率，注意區別于模擬頻率），按照奈奎斯特抽樣定理，要使抽樣信號的頻譜不產生重疊，應小于折疊頻率（ws/2=π），其頻率響應具有以2π為間隔的周期重復特性，且以折疊頻率即ω=π點對稱。為得到模擬信號，數字濾波器處理的輸出數字信號須經數模轉換、平滑。數字濾波器具有高精度、高可靠性、可程控改變特性或復用、便于集成等優點。數字濾波器在語言信號處理、圖像信號處理、醫學生物信號處理以及其他應用領域都得到了廣泛應用。數字濾波器有低通、高通、帶通、帶阻和全通等類型。它可以是時不變的或時變的、因果的或非因果的、線性的或非線性的。應用最廣的是線性、時不變數字濾波器，以及f.i.r濾波器。

      　　特點

      　　IIR數字濾波器的最通用的方法是借助于模擬濾波器的設計方法。模擬濾波器設計已經有了相當成熟的技術和方法，有完整的設計公式，還有比較完整的圖表可以查詢，因此設計數字濾波器可以充分利用這些豐富的資源來進行。對于IIR數字濾波器的設計具體步驟如下：（1）按照一定的規則將給出的數字濾波器的技術指標轉換為模擬低通濾波器的技術指標。（2）根據轉換后的技術指標設計模擬低通濾波器G（s）（G（s）是低通濾波器的傳遞函數）。（3）再按照一定的規則將G（s）轉換成H（z）（H（z）是數字濾波器的傳遞函數）。若設計的數字濾波器是低通的，上述的過程可以結束，若設計的是高通、帶通或者是帶阻濾波器，那么還需要下面的步驟：將高通、帶通或帶阻數字濾波器的技術指標轉換為低通模擬濾波器的技術指標，然后設計出低通G（s），再將G（s）轉換為H（z）。IIR數字濾波器的系統函數可以寫成封閉函數的形式。IIR數字濾波器采用遞歸型結構，即結構上帶有反饋環路。IIR濾波器運算結構通常由延時、乘以系數和相加等基本運算組成，可以組合成直接型、正準型、級聯型、并聯型四種結構形式，都具有反饋回路。由于運算中的舍入處理，使誤差不斷累積，有時會產生微弱的寄生振蕩。IIR數字濾波器在設計上可以借助成熟的模擬濾波器的成果，如巴特沃斯、契比雪夫和橢圓濾波器等，有現成的設計數據或圖表可查，其設計工作量比較小，對計算工具的要求不高。在設計一個IIR數字濾波器時，我們根據指標先寫出模擬濾波器的公式，然后通過一定的變換，將模擬濾波器的公式轉換成數字濾波器的公式。IIR數字濾波器的相位特性不好控制，對相位要求較高時，需加相位校準網絡。在MATLAB下設計IIR濾波器可使用Butterworth函數設計出巴特沃斯濾波器，使用Cheby1函數設計出契比雪夫I型濾波器，使用Cheby2設計出契比雪夫II型濾波器，使用ellipord函數設計出橢圓濾波器。下面主要介紹前兩個函數的使用。與FIR濾波器的設計不同，IIR濾波器設計時的階數不是由設計者指定，而是根據設計者輸入的各個濾波器參數（截止頻率、通帶濾紋、阻帶衰減等），由軟件設計出滿足這些參數的最低濾波器階數。在MATLAB下設計不同類型IIR濾波器均有與之對應的函數用于階數的選擇。IIR單位響應為無限脈沖序列FIR單位響應為有限的IIR幅頻特性精度很高，不是線性相位的，可以應用于對相位信息不敏感的音頻信號上；FIR幅頻特性精度較之于iir低，但是線性相位，就是不同頻率分量的信號經過FIR濾波器后他們的時間差不變。這是很好的性質。另外有限的單位響應也有利于對數字信號的處理，便于編程，用于計算的時延也小，這對實時的信號處理很重要。

      　　分類

      　　數字濾波器可以按所處理信號的維數分為一維、二維或多維數字濾波器。一維數字濾波器處理的信號為單變量函數序列，例如時間函數的抽樣值。二維或多維數字濾波器處理的信號為兩個或多個變量函數序列。例如，二維圖像離散信號是平面坐標上的抽樣值。

      　　一維濾波器處理一維數字信號序列的算法或裝置。線性、時不變一維數字濾波器的輸出信號序列y（n）和輸入信號序列x（n）的關系由線性、常系數差分方程描述：（如圖1）相應的Z域轉移函數圖二式中ar、bk為數字濾波器系數，Z【y（n）】和Z【x（n）】圖二圖二分別為輸出和輸入信號序列的Z變換。轉移函數H（z）的Z反變換稱為一維數字濾波器的單位沖激響應，即h（n）=Z-1【H（z）】。輸出信號序列也可以表示為輸入信號序列x（n）與數字濾波器單位沖激響應h（n）的離散褶積（如圖三）如果數字濾波器的單位沖激響應h（n）只有有限個非零值，稱為有限沖激響應數字濾波器。如果單位沖激響應具有無限圖3圖3多個非零值，稱為無限沖激響應數字濾波器。有限沖激響應數字濾波器一般采取非遞歸型算法結構，因此也稱非遞歸型數字濾波器。無限沖激響應數字濾波器只能采取遞歸型算法結構，故又稱遞歸型數字濾波器。

      　　二維濾波器處理二維數字信號序列的算法或圖4圖4裝置。線性、時不變二維數字濾波器的輸出 y（m，n）與輸入 x（m，n）關系由兩個變量線性常系數差分方程描述：（如圖4）相應的轉移函數為圖5式中，a b為濾波器系數，Z【y（m，n）】和Z【x（m，n）】分別為輸出和輸入信號序列的二維Z變換。圖5圖5轉移函數H（z1，z2）的二維Z反變換h（m，n）=Z-1【H（z1，z2】，稱為二維數字濾波器的單位沖激響應。二維數字濾波器的輸出y（m，n）亦可表示為輸入信號序列x（m，n）和單位沖激響應h（m，n）的二維離散褶積（圖六）二維數字濾波器對單位沖激響應亦分有限沖激響應和無限沖激響應圖6圖6兩類。二維有限沖激響應數字濾波器為非遞歸型算法結構，因此又稱二維非遞歸型數字濾波器。二維無限沖激響應數字濾波器為遞歸型算法結構，因此也稱二維遞歸型數字濾波器。

      　　數字濾波器和模擬濾波器差別是什么？

      　　數字濾波器和模擬濾波器差別：　　1、數字濾波器　　數字濾波器由數字乘法器、加法器和延時單元組成的一種算法或裝置。數字濾波器的功能是對輸入離散信號的數字代碼進行運算處理，以達到改變信號頻譜的目的。　　數字濾波器對信號濾波的方法是：用數字計算機對數字信號進行處理，處理就是按照預先編制的程序進行計算。它的核心是數字信號處理器。　　2、模擬濾波器　　模擬濾波器分為無源濾波器和有源濾波器，其中無源濾波器由R、L、C組成，有源濾波器由集成運放和R、C組成，不需要使用電感。集成運放的開環電壓增益和輸入阻抗均很高，輸出電阻小，構成有源濾波電路后還具有一定的電壓放大和緩沖作用。但集成運放帶寬有限，所以目前的有源濾波電路的工作頻率難以做得很高。

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      數字濾波器知識

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        Nexperia是大批量生產基本半導體的領先專家，這些半導體是世界上每個電子設計都需要的組件。該公司廣泛的產品組合包括二極管、雙極晶體管、ESD 保護器件、MOSFET、GaN FET 以及模擬和邏輯IC。
      • CD4046
        CD4046
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        cD4046是通用的CMOS鎖相環集成電路，其特點是電源電壓范圍寬（為3V－18V），輸入阻抗高（約100MΩ），動態功耗小，在中心頻率f0為10kHz下功耗僅為600μW，屬微功耗器件。本章主要介紹內容有，CD4046的功能 cd4046鎖相環電路，CD4046無線發射，cd4046運用，cd4046鎖相環電路圖。
      • COMSOL
        COMSOL
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        COMSOL集團是全球多物理場建模解決方案的提倡者與領導者。憑借創新的團隊、協作的文化、前沿的技術、出色的產品，這家高科技工程軟件公司正飛速發展，并有望成為行業領袖。其旗艦產品COMSOL Multiphysics 使工程師和科學家們可以通過模擬，賦予設計理念以生命。
      • 加速度傳感器
        加速度傳感器
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        加速度傳感器是一種能夠測量加速度的傳感器。通常由質量塊、阻尼器、彈性元件、敏感元件和適調電路等部分組成。
      • 聯網技術
        聯網技術
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      • 服務機器人
        服務機器人
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        服務機器人是機器人家族中的一個年輕成員，到目前為止尚沒有一個嚴格的定義。不同國家對服務機器人的認識不同。
      • 四軸飛行器
        四軸飛行器
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        四軸飛行器，又稱四旋翼飛行器、四旋翼直升機，簡稱四軸、四旋翼。這四軸飛行器（Quadrotor）是一種多旋翼飛行器。四軸飛行器的四個螺旋槳都是電機直連的簡單機構，十字形的布局允許飛行器通過改變電機轉速獲得旋轉機身的力，從而調整自身姿態。具體的技術細節在“基本運動原理”中講述。
      • 基站測試
        基站測試
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        802.11ac與11基站測試（base station tests） 在基站設備安裝完畢后，對基站設備電氣性能所進行的測量。n的區別，802.11n無線網卡驅動，802.11n怎么安裝。
      • TMS320F28335
        TMS320F28335
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        TMS320F28335是一款TI高性能TMS320C28x系列32位浮點DSP處理器
      • 靜電防護
        靜電防護
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        為防止靜電積累所引起的人身電擊、火災和爆炸、電子器件失效和損壞，以及對生產的不良影響而采取的防范措施。其防范原則主要是抑制靜電的產生，加速靜電泄漏，進行靜電中和等。
      • OBD
        OBD
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        OBD是英文On-Board Diagnostic的縮寫，中文翻譯為“車載診斷系統”。這個系統隨時監控發動機的運行狀況和尾氣后處理系統的工作狀態，一旦發現有可能引起排放超標的情況，會馬上發出警示。
      • SDK
        SDK
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        　　SDK一般指軟件開發工具包，軟件開發工具包一般都是一些軟件工程師為特定的軟件包、軟件框架、硬件平臺、操作系統等建立應用軟件時的開發工具的集合。軟件開發工具廣義上指輔助開發某一類軟件的相關文檔、范例和工具的集合。
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