（信号与信息处理专业论文）信号的分段滤波系统设计及dsp实现.pdf

l i 原创性声明 lilr l lri r llirr i l li iiii 17 9 4 0 3 8 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独 立进行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不 包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。对本文的研 究作出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本声明 的法律责任由本人承担。 论文作者签名：垦聋鱼3 日期： 兰! ! ：! ：丝 关于学位论文使用授权的声明 本人完全了解山东大学有关保留、使用学位论文的规定，同意学 校保留或向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论 文被查阅和借阅；本人授权山东大学可以将本学位论文的全部或部分 内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或其他复制手段 保存论文和汇编本学位论文。 ( 保密论文在解密后应遵守此规定) 论文作者签名：鳓导师签名：继日 期： 竺包垒竺 山东大学硕士学位论文 目录 目j 录i c o n t e n t s i i i 中文摘要l a b s t r a c t 3 第1 章绪论一5 1 1 课题的意义5 1 2 研究现状一6 1 3 滤波系统常见实现方法7 1 4 论文的主要工作8 第2 章信号的频谱分析1 0 2 1 频谱分析基础理论1o 2 2 频谱分析算法1 1 2 2 1 离散傅立叶变换( d f t ) 及其频率分辨率l l 2 2 2 快速傅立叶变换( f f t ) 1 2 2 2 3 平稳随机信号的自相关函数1 5 2 2 4 平稳随机信号的功率谱分析l6 第3 章f i r 滤波器的基本理论及仿真实验1 9 3 1 数字滤波器的定义和分类1 9 3 2 数字滤波器的优点1 9 3 3 数字滤波器的结构2 0 3 4f i r 数字滤波器的设计方法2 3 3 4 1 窗函数设计法原理2 3 3 4 2 常用的几种窗函数2 5 3 4 3 窗函数设计法步骤2 7 3 4 4 频率抽样法设计f i r 滤波器2 8 3 5 基于m a t l a b 的f i r 滤波器设计2 9 山东大学硕士学位论文 3 5 1m a t l a b 简介2 9 3 5 2f i r 低通数字滤波器的m a t l a b 实现2 9 3 5 3f i r 带通数字滤波器的m a t l a b 实现3 l 第4 章信号分段滤波系统仿真3 4 4 1 信号的分段频谱分析3 4 4 2 滤波器的选择3 9 第5 章信号分段滤波系统的d s p 实现4 2 5 1d s p 的基本特征4 2 5 2d s p 的硬件结构4 3 5 3d s p 系统的设汁与丌发4 5 5 4 数字滤波器的d s p 实现4 7 5 5 频谱分析的d s p 实现5 4 第6 章总结5 7 6 1 本论文完成的工作5 7 6 2 工作展望5 7 附录5 9 参考文献6 2 至殳谢6 5 硕士期问发表的论文6 6 一 山东大学硕士学位论文 c o n t e n t s d i r e c t o r y i c o n t e n t s i i i a b s t r a c ti nc h i n e s e 1 a b s t r a c t 3 c h a p t e r1i n t r o d u c t i o n 5 1 1t h es i g n i f i c a n c eo f t h es t u d y 5 1 2c u r r e n ts t u d y 6 1 3t h ec o m m o nm e t h o d so fr e a l i z i n gt h ef i l t e rs y s t e m 7 1 4o u t l i n eo f t h et h e s i s 8 c h a p t e r2t h es i g n a ls p e c t r u ma n a l y s i s l0 2 1t h eb a s i ct h o e r yo f t h es p e c t r u m 10 2 2s p e c t r u ma n a l y s i sa l g o r i t h m 一l1 2 2 1d i s c r e t ef o u r i e rt r a n s f o r m ( d f t ) a n di t sf r e q u e n c yr e s o l u t i o n l1 2 2 2f a s tf o u r i e rt r a n s f o r m ( f f t ) 12 2 2 3a u t o c o r r e l a t i o nf u n c t i o no fs t a t i o n a r yr a n d o ms i g n a l 15 2 2 4s t a t i o n a r yr a n d o ms i g n a lp o w e rs p e c t r a la n a l y s i s 1 6 c h a p t e r3f i r f i l t e rt h o e r ya n dt h es i m u l a t i o ne x p e r i m e n t 19 3 1t h ed e f i n a t i o na n dc l a s s i f i c a t i o no ff i rf i l t e r l9 ：；2a d v a n t a g e so f f i rf i l t e r 19 ：；3t h es t r u c t u r eo f f i rf i l t e r 2 0 3 4f i rd i g i t a lf i l t e rd e s i g n 2 3 3 4 1t h ed e s i g nt h o e r yo f t h ew i n d o wf u n c t i o n 一2 3 ：；4 2t h ec o m m o nw i n d o wf u n c t i o n s 2 5 3 4 3t h ed e s i g ns t e p so f t h ew i n d o wf u n c t i o n 2 7 3 4 4f r e q u e n c ys a m p l i n g - b a s e df i rf i l t e rd e s i g n 2 8 3 5m a t l a b b a s e df i rf i l t e rd e s i g n 2 9 3 5 1ab r i e f i n t r o d u c t i nt om a t l a b 2 9 3 5 2t h em a t l a br e a l i z a t i o no fl p f 2 9 3 5 - 3t h em a t i a br e a l i z a t i o no f b p f 一31 i i i 山东大学硕士学位论文 c h a p t e r4a d a p t i v ef i l t e rs i m u l a t i o ni nd i f f e r e n tf r e q u e n c yb a n d 3 4 4 1f r e q u e n c yd o m a i na n a l y s i so fs e g m e n t a t e ds i g n a l ，3 4 4 2f i l t e rs e l e c t i o n ：；9 c h a p t e r5t h ed s pr e a l i z a t i o no f f i rf i l t e 4 2 5 1t h eb a s i cc h a r a c t e r i s t i c so f d s p 4 2 5 2t h eh a r d w a r es t r u c t u r eo f d s p 4 3 5 3t h ed e s i g na n dd e v e l o p m e n to f d s p 4 5 5 4t h ed s pr e a l i z a t i o no f d i g i t a lf i l t e r s 4 7 5 5t h ed s pr e a l i z a t i o no fs p e c t r u ma n a l y s i s 5 4 c h a p t e r6c o n c l u s i o n 5 7 6 1t h ea c h i e v e m e n t so f t h ep a p e r 5 7 6 2s t u d yp r o s p e c t s ，。5 7 a p p e n d i x 5 9 r e f e r e n c e s 6 2 a c k n o w l e d g e m e n t s ，6 5 p a p e r sp u b l i s h e d 6 6 一 - 山东大学硕士学位论文 中文摘要 随着数字时代的到来和信息技术的不断进步，数字信号处理技术同益受到了 人们的广泛关注，其理论及算法也随着计算机技术和微电子技术的发展得到了飞 速发展，并被广泛应用于各个领域。而数字滤波技术是数字信号处理的核心技术， 而f i r 数字滤波器因其严格的线性相位、稳定等特点而广泛应用于数字信号处理 的各个领域。同时d s p ( 数字信号处理器) 的出现和迅速发展也促进了数字滤波器 的发展，并为数字滤波器的硬件实现提供了更多的选择。d s p 是一种处理数字信 号的专用微处理器，主要应用于实时快速的实现各种信号的数字处理算法。它在 结构上针对数字信号处理的特点进行了改进和优化，并增加了特殊的指令专门用 于数字处理，因而处理速度更快，效率更高。 实际信号滤波过程中，由于信号的频率可能产生变化，因此，根据信号的频 率特性自主选择合适的滤波器可望取得较好的效果。从目前提出的算法来看，自 适应滤波器设计是该领域最为活跃的分支。自适应滤波器能够自动调整自己的参 数，以达到最佳滤波效果。但是其算法相对复杂，速度较慢，在一些信号缓变的 应用场合，可以采用对信号进行分段滤波的方法近似实现这一复杂的计算，达到 同样的自适应滤波的效果。例如跳频电台的信号就是在不断跳变的若干频率点上 传送信号，由于每一个频率点的信号的频率特性是固定的，因此可以根据载波的 跳变情况自适应的进行分段，对每段信号进行频谱分析掌握其频谱分布，然后根 据该频谱分析情况来改变滤波器的滤波参数，选择相应的滤波器对其进行滤波。 这种思路，正是短时傅里叶变换以及小波变换等局部滤波方法产生的原因。 基于上述分析，本论文进行如下工作：首先应用m a t l a b 软件设计f i r 低通、 带通数字滤波器，计算滤波器的系数，研究算法的可行性，并对所设计的滤波器 进行仿真，同时应用m a t l a b 软件进行了频谱分析的仿真分析；然后，综合设计 了信号的自适应滤波系统，并用m a t l a b 进行了仿真；最后，应用d s p 集成开 发环境一c c s 调试程序，用t m s 3 2 0 c 5 4 1 6 来实现了f i r 低通数字滤波和频谱分析。 具体工作包括：对频谱分析的基本理论进行了研究和探讨，主要研究了快速傅立叶 山东大学硕士学位论文 分析( f f t ) ；对f i r 数字滤波器的基本理论进行了分析和探讨，包括f i r 数字滤 波器的结构、表示方法和f i r 滤波器的窗函数设计方法。采用m a t l a b 软件对 f i r 低通数字滤波器和f i r 带通数字滤波器进行前期的没计和仿真：采用m a t l a b 软件对输入信号首先进行了分段频谱分析，得到了输入信号的频谱，然后利用设 计好的一组滤波器对其完成滤波，得到了滤波前后的比较图；综合完成了信号的 分段自适应滤波系统仿真。最后系统介绍了t i 公司t m s 3 2 0 c 5 4 x 系列数字信号处 理器的硬件结构、性能特点和d s p 的集成开发环境c c s 。在c c s 软件上，用窗函 数法设计实现了f i r 低通数字滤波器，同时完成了信号的频谱分析。 2 关键词：数字滤波器，频谱分析，d s p ，f i r ，m a t l a b 山东大学硕士学位论文 a b s t r a c t t h ed i g i t a le r ai sa p p r o a c h i n ga n dt h ei n f o r m a t i o nt e c h n o l o g yi sd e v e l o p i n g ，t h e d i 舀t a ls i g n a lp r o c e s s i n gt e c h n o l o g yh a sg r a d u a l l yc a u g h tw i d ea t t e n t i o na n di t st h e o r y a n da l g o r i t h mh a v em a d ea r a p i dp r o g r e s sa n db e e na p p l i e de x t e n s i v e l yt ov a r i o u sf i e l d s w i t ht h ed e v e l o p m e n to ft h ec o m p u t e r t e c h n o l o g ya n dt h em i c r o - e l e c t r i c a lt e c h n o l o g y t h ed i g i t a l f i l t e r i n gt e c h n o l o g y i st h ek e yp a r to ft h e d i g i t a ls i g n a lp r o c e s s i n g t e c h n o l o g y a n df i rd i g i t a lf i l t e rw h i c hf e a t u r e st h er i g i dl i n e a rp h a s ea n ds t a b i l i t yi s e x t e n s i v e l ya p p l i e dt ov a r i o u sf i e l d so fd s et h ea d v e n ta n dr a p i dp r o g r e s so ft h e d i 西t a ls i g n a lp r o c e s s o r ( d s p ) b o o s t st h ed e v e l o p m e n to fd i g i t a lf i l t e r sa n dp r o v i d e s m o r ea l t e r n a t i v e st oh a r d w a r er e a l i z a t i o no ft h e l a t t e r d s p , at y p eo fs p e c i a l m i c r o p r o c e s s o rf o rd i g i t a ls i g n a l s ，i sm a i n l ya p p l i e di nr e a l t i m ea n df a s td i 西t a l p r o c e s s i n ga l g o r i t h m s a s f o rd i v e r s ef e a t u r e so ft h ed i g i t a l s i g n a lp r o c e s s i n g ，t h e s t r u c t u r eo fd s ph a sb e e ni m p r o v e da n do p t i m i z e da n ds p e c i a li n s t r u c t i o n sa r ea d d e d f o rt h ee x c l u s i v eu s ei np r o c e s s i n gd i g i t a l s ，s oh i g h e rs p e e da n de f f i c i e n c ya r er e a l i z e d a tp r e s e n t ，t h ea d a p t i v ef i l t e ri st h em o s th i g h l i g h t e db r a n c ho ft h ed i g i t a lf i l t e rd e s i g n ， b u tf o ri t sr e l a t i v e l yc o m p l e xa l g o r i t h ma n dl o ws p e e di np r o c e s s i n g ，t h es u b s e c t i o n f i l t r a t i o nc a nr e p l a c ei ta n da l s ob ea p p r o p r i a t ei n a p p r o x i m a t e l yr e a l i z i n gt h i s c o m p l i c a t e dc o m p u t a t i o nu n d e rs o m ec i r c u m s t a n c e sw h e r et h ef e a t u r e so fi n p u ts i g n a l s u n d e r g os l o wc h a n g e s i nt h ep r a c t i c a lp r o c e s so ft h es i g n a lf i l t e r i n g ，a st h ef r e q e n c yo ft h es i g n a lm a y c h a n g e ，i tw i l lb em o r ee f f e c t i v et oc h o o s et h es u i t a b l ef i l t e ra u t o m a t i c a l l ya c c o r d i n gt o t h eq u a l i t yo ft h es i g n a lf r e q e n c y a c c o r d i n gt ot h ep r e s e n ta l g o r i t h m ，t h ed e s i g no ft h e a u t o m a t i c a lf i l t e r i n gi st h em o s ta c t i v eb r a n c ho ft h ed e s i gf i e l do ft h ed i g i t a lf i l t e r i n g b u tt h ea l g o r i t h mi sc o m p a r a t i v e l yc o m p l i c a t e d ，a n dt h es p e e di sr a t h e rl o w t a k et h e f r e q u e n c yh o p p i n gb r o a d c a s t i n gs t a t i o nf o re x a m p l e ，i t ss i g n a li sb r o a d c a s t e do ns e v e r a l t r a n s p o s i t i o nc a r r i e rf r e q u e n c i e si nt h ep r o c e s so ft r a n s m i t t i n gap r o g r a m s i n c et h e f r e q u e n c yo fi t ss i g n a li sf i x e d ，i tc a nb es e g m e n t e di na c c o r d a n c ew i t hi t sn u m b e ro f c a r d e rw a v e sa n dp r o c e s s e dw i t ht h es p e c t r a la n a l y s i si no r d e rt ok n o wi t se n e r g y d i s t r i b u t i o n a n dt h e n ，b ym e a s u r i n gs i g n a lf r e q u e n c yt h ec o r r e s p o n d i n gf r e q u e n c yo f t h ed i g i t a lf i l t e rc a nb ec h a n g e da n dt h ep a r a m e t e r so ft h i sf i l t e rc a nb ed e c i d e d l a t e r 3 山东大学硕士学位论文 t h ec o r r e s p o n d i n gf i l t e rc a nb es e l e c t e dt og oo nf l t r a t i o n a n di ti st h i sa p p r o a c ht h a t a c c o u n t sf o rw h yl o c a lf i l t e r i n gm e t h o d s ，s u c ha st h es h o r t - t i m ef o u r i e rt r a n s f o r ma n d t h ew a v e l e tt r a n s f o r m ，c o m ei n t ob e i n g a tf i r s t ，t h i sp a p e rd i s c u s s e sw i t hm a t l a bs o f t w a r eh o wt od e s i g nf i rl o w p a s s a n db a n d p a s sd i g i t a lf i l t e r s ，c a l c u l a t ep a r a m e t e r so ff i l t e r s ，p r o v et h ef e a s i b i l i t yo f a l g o r i t h m s a n de m u l a t et h ed e s i g n e df i l t e r w h a ti sa l s os t u d i e di nt h ep a p e ri sa n e m u l a t i o na n a l y s i so ft h es p e c t r a la n a l y s i sb a s e do nm a t l a b a n dt h e na ni n t e g r a t e d d e s i g no ft h es e l f - a d a p t i v ef i l t e r i n gs y s t e mi si n t r o d u c e da n da ne m u l a t i o no ft h i s s y s t e mi sr e a l i z e dw i t hm a t l a b a tl a s t ，w i t hc c sd e b u gp r o g r a m ，at y p eo fd s p i n t e g r a t e dd e v e l o p i n ge n v i r o n m e n t ，f i rl o wp a s sd i g i t a lf i l t e ra n ds p e c t r a la n a l y s i sa r e r e a l i z e do nt m s 3 2 0 c 5 4l6 t h em a i nc o n t e n t sa r ea sf o l l o w s ：t h ea n a l y s i sa n dd i s c u s s i o no ff u n d a m e n t a l t h e o r i e so ft h es p e c t r a la n a l y s i s ；r e s e a r c ho nf a s tf o u r i e rt r a n s f o r m ( f f t ) ；t h ea n a l y s i s a n dd i s c u s s i o no ff u n d a m e n t a lt h e o r i e so ff i rd i g i t a lf i l t e r , i n c l u d i n gi t s s t r u c t u r e ， r e p r e s e n t a t i o n ，a n dd e s i g no fw i n d o wf u n c t i o n s ；t h ep r e l i m i n a r yd e s i g na n de m u l a t i o n o ff i rl o w p a s sd i g i t a lf i l t e ra n df i rb a n d p a s sd i g i t a lf i l t e rb a s e do nm a t l a b ；w i t h m a t l a bs o f t w a r e ，i n p u ts i g n a l su n d e r g ot h es e g m e n t a t i o ns p e c t r a l a n a l y s i s a n d f i l t r a t i o nt h r o u g hag r o u po f d e s i g n e df i l t e r s ，a n dt h e nt h e i rs p e c t r aa red e c i d e d ，a n dt h e d i a g r a m sr e s u l t e df r o mb e f o r ea n da f t e rf i l t r a t i o na r ec o m p a r e d ；a n d e a c hs e g m e n t e d s e l f - a d a p t i v ef i l t e r i n gs y s t e mf o re r n u l a t i o ni si n t e g r a t e di n t oaw h o l eo n e ；a n di nt h e l a s tp a r t ，as y s t e m a t i cd e s c r i p t i o no fd i g i t a ls i g n a lp r o c e s s o ro ft m s 3 2 0 c 5 4 xs e r i e s m a d eb yt i ，i n c l u d i n gi t sh a r d w a r ec o n f i g u r a t i o n ，p e r f o r m a n c ea n dd s p i n t e g r a t e d d e v e l o p i n ge n v i r o n m e n tc s s ；w i t ht h ew i n d o wf u n c t i o nd e s i g n ，f i rl o w p a s sd i g i t a l f i l t e ri sr e a l i z e do nc c ss o f t w a r ea n dt h es p e c t r a la n a l y s i so f s i g n a l si sc o m p l e t e d k e yw o r d s ：d i g i t a lf i l t e r , s p e c t r u ma n a l y s i s ，d s p , f i r ，m a t l a b 4 一 山东大学硕士学位论文 第1 章绪论 现代工程技术领域处处存在着信号处理的需求，这些信号通常包括电的、机 械的、磁的、热的、光的、声的等。怎样从较强的噪声和干扰下提取出真正的信 号，并且分析其特点，从而最终应用于实际工程，这是信号处理要研究解决的问 题。自2 0 世纪6 0 年代以来，信号处理理论得到迅猛发展，理论体系和框架趋于 成熟，到现在已经成长为一门独立的学科。本论文涉及信号的频谱分析、滤波器 设计、信号的滤波处理以及最终的d s p 实现等多项内容，尝试建立一个分段进行 的自适应滤波体系框架。 1 1 课题的意义 数字滤波在数字信号处理中具有很重要的位置，数字滤波器又分为有限冲激 响应滤波器( f i r ) 和无限冲激响应滤波器( i i r ) 。f i r 滤波器具有不含反馈回路，结 构简单，以及可以实现严格线性相位等优点，所以在相位要求比较严格的条件下， 只能采用f i r 数字滤波器引。因为在许多场合下，需要对信号进行实时处理，所以 对单片机的性能要求也很高。普通的单片机o i m c s 5 1 很难满足这一要求。而d s p 控制器具有许多独特的结构，如采用多组总线结构，独立累加器、乘法器和丰富 的寻址方式，采用d s p 可以提高数字信号处理运算的能力，同时可以对数字信号做 到实时处理。 自适应滤波器设计是目前数字滤波器设计领域最为活跃的分支。自适应滤波 器实际上是一种能够自动调整本身参数的特殊参数维纳滤波器，在设计时不需要 提前知道关于输入信号和噪声的统计特性知识，它能够在自己工作过程中逐渐了 解或估计所需的统计特性，并自动调整自己的参数，以达到最佳滤波效果。一旦 输入信号统计特性发生变化，则调整参数，使滤波性能达到最佳。主要用于被处 理的信号周期随时间变化、且干扰或环境噪声较大时。其中心频率将根据特征信 号频率变化，克服了传统滤波器带通中心频率不易改变的缺点。但是其算法相对 复杂，速度较慢，实际应用起来比较困难。当某些输入信号特性变化不大的应用 场合，没有必要进行这一复杂的算法，可以考虑对信号进行分段滤波。例如跳频 5 山东大学硕士学位论文 电台的信号就是在不断变换的几个载波频率上传送一套广播节目，它是一个比较 长的信号，我就可以把它根据载波数分出几段，分别进行滤波处理。 本论文研究了一种基于频谱分析的分段信号滤波方法，先对信号进行分段， 然后进行频谱分析掌握其能量分布，通过测量信号频率来改变滤波器的相应频率， 确定参数，选择相应的滤波器对其进行滤波。这种方法理论简单，容易实现，并 且能够解决实际问题。 1 2 研究现状 滤波器可以分为模拟滤波器和数字滤波器两种。数字滤波器最早在5 0 年代开 始研究，一直n 6 0 年代中期，才形成关于数字滤波器的一整套完整的理论。在这 一时期，提出了多种数字滤波器结构，有的运算误差最小，有的运算速度高，而 有的两者兼而有之；出现了数字滤波器的很多种实现方法，对递归和非递归两类 滤波器作了全面的比较，对数字滤波器的基本概念和理论进行了统一。其中一个 重要的发展是对有限冲激响应( f i r ) 和无限冲激响应( i i r ) 关系的认识。刚丌始， 认为i i r 滤波器 = l f i r 滤波器具有更高的运算效率，从而明显的倾向于i i r 滤波器。 但快速傅立叶变换( f f t ) 实现卷积运算出现以后，高阶f i r 滤波器的高速实现成 为可能，从而f i r 滤波器的设计方法的研究大量进行。7 0 年代，数字信号处理开始 与大规模、超大规模集成电路技术、高速数字算术单元、高密度半导体存储器、 新工艺结合了起来，同时引进了计算机辅助设计方法。从而数字滤波器的分析与 设计内容丰富了起来，各种数字处理系统，也可以通过专用数字硬件进行实时实 现。 数字信号处理器( d s p ) 是处理数字信号的一种专用微处理器，通常应用于实 时快速的实现各种信号的数字处理算法。其结构针对数字信号处理的特点进行了 改进和优化，增加了特殊的指令，所以d s p 处理速度更快，效率更高。 自适应信号处理在信号处理领域中占很重要的地位，它是在不清楚输入信号 的统计特性时，或是输入信号的统计特性发生变化时，能够自动调整系统的参数， 从而满足某种最佳准则要求的滤波器n 。自从自适应信号处理方法被w i n d r o w 等人 提出以后，自适应技术就广泛应用各个领域。这种滤波器利用前一时刻已获得的 6 山东大学硕士学位论文 滤波器系数等结果，自动地调节现时刻的滤波器系数，来适应信号和噪声未知的 随时间变化的统计特性，从而能够实现最优滤波。在理论上，自适应滤波问题没 有唯一的答案。为了设计自适应滤波器及其应用系统，必需采用各种不同的递推 算法，现在的几种方法有：基于维纳滤波理论、基于最小二乘准则、基于神经网 络理论、基于卡尔曼滤波理论等。总体上算法复杂，速度较慢，实际应用起来比 较困难。 在一些信号缓变的应用场合，可以不采用自适应滤波。而是尝试建立一个分 段进行的自适应滤波体系框架。例如跳频电台的信号就是在不断跳变的若干频率 点上传送信号，由于每一个频率点的信号的频率特性是固定的，因此可以根据载 波的跳变情况自适应的进行分段，对每段信号进行频谱分析掌握其频谱分布，然 后根据该频谱分析情况来改变滤波器的滤波参数，选择相应的滤波器对其进行滤 波。其中的频谱分析可以采用频谱分析仪来实现，频谱分析仪能同时将含有多种 频率成分的信号从频谱进行显示，进而识别各种频率的功率特性。目前我国的频 谱分析设备进口较多，并且价格较贵，随着滤波器的数目增加，性能下降且价格 随之增加，从而限制了应用范围。傅立叶变换是将信号从时域变换到频域的变换， 由傅氏变换可以知道一个时域信号是由多个频率成分构成，那么如果能把傅氏变 换后的信号输出显示，就可实现频谱分析。但是傅氏变换的快速算法( f f t ) 需要大 量的运算，需要采用高速处理器才能实现。数字信号处理器( d s p ) 的出现使f f t 变换应用到了实际。 1 - 3 滤波系统常见实现方法 1 、数字滤波器的实现 数字滤波器常用实现方法如下： ( 1 ) 采用数字信号处理器实现。d s p 的主要数字运算单元是乘累加器 ( m u l t i p l y - a c c u m u l a t o r ，m a c ) ，能够在一个机器周期内完成一次乘累加运算，具 有专用于信号处理的指令，独特的循环寻址和倒序寻址能力。从而比较适合数字 信号处理中的滤波器的实现。 ( 2 ) 基于编程器件的数字滤波算法。可以利用a t e r a 、x i l i l i x 等公司提供的产 7 山东大学硕士学位论文 品，应用相关丌发工具和v h d l 语言，通过软件编程，用硬件实现特定的数字滤 波算法。由于该方法具有通用性并可以实现算法的并行运算，所以无论是作为独 立的数字信号处理器，还是d s p 芯片的协处理器，都是比较常用的方法。 ( 3 ) 利用软件实现。可以使用自己编写的软件，也可以使用现成的软件包，但 是该方法速度太慢，所以不能用于实时系统，只能用于教学和算法的仿真研究。 目前比较常用的软件是m a t l a b ，在m a t l a b 中的部分仿真程序可以转化为c 语 言，再通过c 编译器直接在d s p 硬件上运行。 2 、频谱分析的实现 频谱分析就是将时域信号转化为频域进行处理，通常要求采用时窗技术，如 快速傅立叶变换、离散傅立