数字滤波器简介 毕业设计外文翻译.doc

毕业设计(论文)外文资料翻译系 ： 电子信息系 专 业： 电子信息科学与技术 姓 名： 学 号： 外文出处： dsp design line,techonline community, by dr iain a. robin 附 件：1.外文资料翻译译文；2.外文原文 指导教师评语： 签名： 年 月 日附件1：外文资料翻译译文数字滤波器简介模拟和数字滤波器在信号处理过程中，滤波器的功能是去除信号中不需要的部分，如随机噪声，或者是提取信号中有用的部分，如包含在一定频率范围内的有用信号。下面的框图表明了这一基本观点：滤波器有两种主要的类型：模拟滤波器和数字滤波器。他们的物质组成和工作原理都是完全不同的。模拟滤波器是由模拟电子电路组成的，如电阻、电感和运算放大器来产生所需的过滤效果。这样的滤波器电路被广泛应用在噪声的降低、视频信号的增强、音响系统中的图像均衡以及其他的多个领域中。目前已经有很完善的技术标准来满足一个已经提出要求的模拟滤波器电路的设计。在各个阶段，过滤信号就是一个有物理量参与并且直接被模拟的电压或电流量。一个数字滤波器使用数字处理器来执行信号的采样值的数值计算。该处理器可以是通用计算机，如pc机（个人电脑）或者是一个专用的数字信号处理芯片。模拟输入信号必须先使用一个adc（模拟到数字转换器）采样和数字化。由此产生代表连续采样输入信号值的二进制数字，是转移到能够对它们进行数值处理器上。这些计算通常都涉及乘以由常量与输入信号相加的最终输入值。如果需要，这些现在代表采样的信号值滤波结果的计算，是由一个dac（数字到模拟转换器）输出的信号转换回模拟形式。请注意，在数字滤波中，信号是由一组数字序列，而不是电压或电流。下图显示了一个这样系统的基本设置：使用数字滤波器的优点下面的列表给出了数字比模拟滤波器的一些主要优点：1. 数字滤波器是可编程的，即它的操作决定与其存储在处理器内存中的程序。这就意味着数字滤波器在不影响电路（硬件）的前提下可以很容易的被改变。模拟滤波器只能通过重新设计滤波器硬件电路来改变；2. 数字滤波器很容易设计，测试以及实行于通用计算机或工作站中；3. 模拟滤波电路的特点（特别是那些含有不稳定性元件）受温度漂移的影响并且依赖于温度。而数字滤波器不受制于这些问题，因此对于温度和时间，它极其的稳定；4. 跟模拟滤波器不同，数字过滤器可以准确地处理低频信号；随着技术的dsp的速度继续增加，数字过滤器被应用到高频信号的rf（射频）领域，这个在过去曾经是模拟技术专有的；5. 数字滤波器是非常灵活，他们具有以不同的方式来处理信号能力，这其中包括一些典型数字滤波器能够适应信号按其特点变化而变化的能力；6. dsp处理器可以快速处理一系列由并联或串联级的等复杂组合的过滤器，与等效的模拟电路相比较，这使得硬件要求相对简单、紧凑。数字滤波器的操作在本节中，我们将介绍数字滤波器运行的基本理论。这对于理解如何设计和使用数字滤波器是一个必不可少的。假设被数字化的“原始”信号以电压波形的时间函数来描述：v = x(t)其中t代表时间。这个信号是以时间间隔h（采样间隔）进行采样的。其第i个信号的采样值是时间t = i*h的函数：x i = x ( ih )因此由adc至处理器转换来的数字值就由下列的数字序列表示：x0 , x1 , x2 , x3 , . 信号的波形值与时间相对应：t = 0, h, 2h, 3h, .并且当t = 0时，开始采样。在时间t = nh（其中n是正整数），将值x0 , x1 , x2 , x3 , . x n提供给处理器，并存储在内存中。注意，采样值xn+1, xn+2等是不可用的，因为他们还不存在。y0 , y1 , y2 , y3 , . y n 通常来说，数值y n是由x序列计算得到的。由y序列得到x序列的算法决定于具体的数字滤波器。在下一节，我们将看看一些简单数字滤波器的例子。简单数字滤波器 下面例子说明了数字滤波器的基本特征：1. 单位增益滤波器：每一个输出值yn与输入值xn 相等：y0= x0y1 =x1y2 =x2.etc这是一个经常用到的滤波器，滤波器对输入信号没有影响。2. 简单的增益滤波器：y n = kx n其中k是常数，该滤波器只使输入信号有一个k倍的增益。当k 1时，滤波器是一个放大器，当0 k 1时，它是一个衰减器，当k 1 makes the filter an amplifier, while 0 k 1 makes it an attenuator. k 0 corresponds to aninverting amplifier. example (1) above is simply the special case where k = 1.3. pure delay filter: y n = x n-1 the output value at time t = nh is simply the input at time t = (n-1)h, i.e. the signal is delayed by time h:y0 = x-1y1 = x0y2 = x1y3 = x2. etcnote that as sampling is assumed to commence at t = 0, the input value x-1 at t = -h is undefined. it isusual to take this (and any other values of x prior to t = 0) as zero.4.two-term difference filter:y n = x n - x n-1the output value at t = nh is equal to the difference between the current input xn and the previousinput xn-1: i.e. the output is the change in the input over the most recent sampling interval h. the effect of thisfilter is similar to that of an analog differentiator circuit.5. two-term average filter:the output is the average (arithmetic mean) of the current and previous input:this is a simple type of low pass filter as it tends to smooth out high-frequency variations in a signal.(we will look at more effective low pass filter designs later).6. three-term average filter:this is similar to the previous example, with the average being taken of the current and two previousinputs: as before, x-1 and x-2 are taken to be zero. 7. central