基于MATLAB的FIR滤波器设计文献综述.pdf

燕 山 大 学 本科毕业设计（论文）文献综述 课题名称： 学院（系） ： 年级专业： 学生姓名： 指导教师： 完成日期： 一、课题国内外现状 数字滤波有线性滤波和非线性滤波。线性滤波是指卷积滤波， 又分为频 域滤波和时域滤波，在实域中根据滤波方式又分为递归滤波和递归滤波。 非 线性滤波主要是指同态滤波，它是用取对数的方法将非线性问题线性化。 近些年，线性滤波方法，如 Wiener 滤波、Kalman 滤波和自适应滤波得 到了广泛的研究和应用。 同时一些非线性滤波方法， 如小波滤波、 同态滤波、 中值滤波和形态滤波等都是现代信号处理的前沿课题， 不但有重要的理论意 义，而且有广阔的应用前景。Wiener 滤波是最早提出的一种滤波方法，当 信号混有白噪声时， 可以在最小均方误差条件下得到信号的最佳估计。 但是， 由于求解 Wiener-Hoff 方程的复杂性，使得 Wiener 滤波实际应用起来很困 难，不过 Wiener 滤波在理论上的意义是非常重要的，利用 Wiener 滤波的 纯一步预测，可以求解信号的模型参数，进而获得著名的 Levinson 算法。 Kalman 滤波是 20 世纪 60 年代初提出的一种滤波方法。与 Wiener 滤 波相似， 它同样可以在最小均方误差条件下给出信号的最佳估计。 所不同的 是， 这种滤波技术在时域中采用递推方式进行， 因此速度快， 便于实时处理， 从而得到了广泛的应用。Kalman 滤波推广到二维，可以用于图象的去噪。 当假设 Wiener 滤波器的单位脉冲响应为有限长时，可以采用自适应滤波的 方法得到滤波器的最佳响应。由于它避开了求解 Wiener-Hoff 方程， 为某些 问题的解决带来了极大的方便阔。小波滤波就是利用信号和噪声的目的。 同 态滤波主要用于解决信号和噪声之间不是相加而是相乘关系时滤波问题。 另 外， 当信号和噪声之间为卷积关系的时候， 在一定条件下可以利用同态滤波 把信号有效地分离开来， 由同态滤波理论引申出的复时谱也成为现代信号处 理中极为重要的概念.Wiener 滤波、Kalman 滤波和自适应滤波都是线性滤 波，线性滤波的最大缺点就是在消除噪声的同时，会造成信号边缘的模糊。 中值滤波是 20 世纪 70 年代提出的一种非线性滤波方法， 它可以在最小绝对 误差条件下，给出信号的最佳估计。这种滤波方法的优点，就是能够保持信 号的边缘不模糊。另外它对脉冲噪声也有良好的清除作用。 形态滤波是建立 在集合运算上的一种非线性滤波方法，它除了用于滤除信号中的噪声外， 还 在图象分析中发挥了重要的作用. 关于数字滤波器理论研究的发展也带来了数字滤波器在实现上的空前 发展。 20 世纪 60 年代起，由于计算机技术、集成工艺和材料工业的发展，滤 波器的发展上了一个新台阶，朝着低功耗、高精度、小体积、多功能、稳定 可靠和价廉等方向努力，其中高精度、小体积、多功能、稳定可靠成为 70 年代以后的主攻方向，导致数字滤波器、RC 有源滤波器、开关电容滤波器 和电荷转移器等各种滤波器的飞速发展。到 70 年代后期，上述几种滤波器 的单片集成己被研制出来并得到应用，90 年代至现在主要致力于把各类滤 波器应用于各类产品的开发和研制。当然， 对滤波器本身的研究仍在不断进 行。 二、研究主要成果 目前，国外有许多院校和科研机构在研究基于 FPGA 的 DSP 应用，比较 突出的有 Denmark 大学的研究小组正在从事 FPGA 实现数字滤波器的研究。 由于 FPGA 实现乘法器有困难， 因此他们重点研究开发无乘法的滤波器算法。 加州大学洛杉矶分校的研究小组采用运行时重构技术开发了一种视频通讯 系统， 该系统用一片 FPGA 可每帧重构四次完成视频图像压缩和传送的操作。 此外，他们还在进行 Mojave 项目的开发工作，力图采用运行时重构技术来 实现自动目标识别应用。我国在 DSP 技术起步较早， 产品的研究开发成绩斐 然，基本上与国外同步发展，而在 FPGA 方面起步较晚。全国有 100 来所高 等院校从事 DSP&FPGA 的教学和科研，除了一部分 DSP 芯片需要从国外进口 外， 在信号处理理论和算法方面，与国外处于同等水平.而在 FPGA 信号处理 和系统方面，有了喜人的进展，正在进行与世界先进国家同样的研究.如， 西北工业大学和国防科学技术大学的 ATR 实验室采用了 FPGA 可重构计算系 统进行机载图像处理和自动目标识别， 主要是利用该系统进行复杂的卷积运 算，同时利用它的可变柔性来达到自适应的目的。 三、发展趋势： 数字滤波器精确度高，使用灵活，可靠性高，具有模拟设备没有的许多 优点，已广泛地应用与各个科学技术领域，例如数字电视，语音，通信、雷 达、声纳、遥感、图像、生物医学以及许多工程应用领域。随着信息时代数 字时代的到来，数字滤波技术已经成为一门及其重要的科学和技术领域 5。 以往的滤波器大多采用模拟电路技术， 但是模拟电路技术存在很多难以解决 的问题， 而采用数字则避免很多类似的难题， 当然数字滤波器在其他方面也 有很多突出的优点都是模拟技术所不能及的， 所以采用数字滤波器对信号进 行处理是目前的发展方向。 数字滤波在通信。图像编码，语音编码，雷达等许多领域有着十分广泛 的应用。目前，数字信号滤波器的设计在图像处理，数据压缩等方面的应用 取得了令人瞩目的进展和成就。近年来迅速发展。 四、存在问题 主要研究基于Matlab的FIR低通滤波器。具体是采用窗函数设计法、 频率采样法、等波纹逼近法进行设计，并用Matlab软件编写程序进行仿 真。 1研究FIR滤波器的定义、分类、应用以及设计方法。 2了解FIR滤波器窗函数的设计方法及原理。 3了解FIR滤波器频率采样的设计方法及原理。 4了解FIR滤波器等波纹逼近的设计方法及原理。 5确定滤波器的技术指标，并进行Matlab仿真。 五、主要参考文献 1 丁玉美, 高西全.数字信号处理 M. 第三版. 西安: 西安电子科技大 学出版社, 2008, 6. 2 闫胜利. FIR 滤波器及设计原理J. 长春工程学院学报(自然科学版), 2003, 6, 4(1): 21-24. 3 姚齐国. 基于MATLAB的数字滤波器的设计J. 江西理工大学学报, 2006, 2, 27(1): 50-52. 4 杨守卫. FIR 数字滤波器应用分析探讨J. 河北省工程咨询院学报, 2011, 7, 29(15): 47-49. 5 朱敏.MATLAB 数字信号处理工具箱的开发和应用J. 信息与电脑, 2010, 2, 26(8): 154-155. 6 姚海燕. FIR 数字滤波器设计窗函数法与频率抽样法比较J.安阳工学 院学报, 2007, 6,12(6): 51-53. 7 刘波. MATLAB 信号处理M. 北京: 电子工业出版社, 2006, 7. 8 邬国扬, 张萱, 吕昂等. 模拟电子技术M. 第二版. 西安：西安电子 科技大学出版社, 2007, 3. 9 邵朝, 阴亚芳, 卢光跃.数字信号处理M.北京:北京邮电大学出版社， 2004.133136 10SanjitK.Mitra,DigitalSignalProcessing-AComputer-Based ApproachJ 3e.北京:清华大学出版社,2006.427428 11 赵健，李毅，杨菊平数字信号处理学习辅导M.北京：清华大学出 版社，2006.9395 12 陈桂明，张明照，戚红雨应用 MATLAB 语言处理数字信号与数字图像 M.北京：科学出版社，2001.165200 13 美Sanjit K.Mitra 著，孙烘，余翔宇等译数字信号处理实验指导 书（MATLAB 版）M.北京：电子工业出版社，2005.7185 14 陈后金数字信号处理M，北京：高等教育出版社，2004.124177 15 徐明远MATLAB 仿真在通信与电子工程中的应用M.西安：西安电子 科技大学出版社，2005.154187 16 楼天顺基于 MATLAB 的系统分析与设计-信号处理M.西安：西安电 子科技大