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FIRDIGITALFILTERDESIGN作者SANJITKMITRA国籍USA出处DIGITALSIGNALPROCESSINGACOMPUTERBASEDAPPROACH3EINCHAPTER9WECONSIDEREDTHEDESIGNOFIIRDIGITALFILTERSFORSUCHFILTERS,ITISALSONECESSARYTOENSURETHATTHEDERIVEDTRANSFERFUNCTIONGZISSTABLEONTHEOTHERHAND,INTHECASEOFFIRDIGITALFILTERDESIGN,THESTABILITYISNOTADESIGNISSUEASTHETRANSFERFUNCTIONISAPOLYNOMIALINZ1ANDISTHUSALWAYSGUARANTEEDSTABLEINTHISCHAPTER,WECONSIDERTHEFIRDIGITALFILTERDESIGNPROBLEMUNLIKETHEIIRDIGITALFILTERDESIGNPROBLEM,ITISALWAYSPOSSIBLETODESIGNFIRDIGITALFILTERSWITHEXACTLINEARPHASEFIRST,WEDESCRIBEAPOPULARAPPROACHTOTHEDESIGNOFFIRDIGITALFILTERSWITHLINEARPHASEWETHENCONSIDERTHECOMPUTERAIDEDDESIGNOFLINEARPHASEFIRDIGITALFILTERSTOTHISEND,WERESTRICTOURDISCUSSIONTOTHEUSEOFMATLABINDETERMININGTHETRANSFERFUNCTIONSSINCETHEORDEROFTHEFIRTRANSFERFUNCTIONISUSUALLYMUCHHIGHERTHANTHATOFANIIRTRANSFERFUNCTIONMEETINGTHESAMEFREQUENCYRESPONSESPECIFICATIONS,WEOUTLINETWOMETHODSFORTHEDESIGNOFCOMPUTATIONALLYEFFICIENTFIRDIGITALFILTERSREQUIRINGFEWERMULTIPLIERSTHANADIRECTFORMREALIZATIONFINALLY,WEPRESENTAMETHODOFDESIGNINGAMINIMUMPHASEFIRDIGITALFILTERTHATLEADSTOATRANSFERFUNCTIONWITHSMALLERGROUPDELAYTHANTHATOFALINEARPHASEEQUIVALENTTHEMINIMUMPHASEFIRDIGITALFILTERISTHUSATTRACTIVEINAPPLICATIONSWHERETHELINEARPHASEREQUIREMENTISNOTANISSUE101PRELIMINARYCONSIDERATIONSINTHISSECTION,WEFIRSTREVIEWSOMEBASICAPPROACHESTOTHEDESIGNOFFIRDIGITALFILTERSANDTHEDETERMINATIONOFTHEFILTERORDERTOMEETTHEPRESCRIBEDSPECIFICATIONS1011BASICAPPROACHESTOFIRDIGITALFILTERDESIGNUNLIKEIIRDIGITALFILTERDESIGN,FIRFILTERDESIGNDOESNOTHAVEANYCONNECTIONWITHTHEDESIGNOFANALOGFILTERSTHEDESIGNOFFIRFILTERSISTHEREFOREBASEDONADIRECTAPPROXIMATIONOFTHESPECIFIEDMAGNITUDERESPONSE,WITHTHEOFTENADDEDREQUIREMENTTHATTHEPHASERESPONSEBELINEARRECALLACAUSALFIRTRANSFERFUNCTIONHZOFLENGTHN1ISAPOLYNOMIALINZ1OFDEGREEN101NNNZHZH0THECORRESPONDINGFREQUENCYRESPONSEISGIVENBY102NNNJJEE0ITHASBEENSHOWNINSECTION531THATANYFINITEDURATIONSEQUENCEXNOFLENGTHN1ISCOMPLETELYCHARACTERIZEDBYN1SAMPLESOFITSDISCRETETIMEFOURIERTRANSFORMXASAJERESULT,THEDESIGNOFANFIRFILTEROFLENGTHN1CANBEACCOMPLISHEDBYFINDINGEITHERTHEIMPULSERESPONSESEQUENCEHNORN1SAMPLESOFITSFREQUENCYRESPONSEHALSO,TOJEENSUREALINEARPHASEDESIGN,THECONDITION,NNHMUSTBESATISFIEDTWODIRECTAPPROACHESTOTHEDESIGNOFFIRFILTERSARETHEWINDOWEDFOURIERSERIESAPPROACHANDTHEFREQUENCYSAMPLINGAPPROACHWEDESCRIBETHEFORMERAPPROACHINSECTION102THESECONDAPPROACHISTREATEDINPROBLEMS1031AND1032INSECTION103,WEOUTLINECOMPUTERBASEDDIGITALFILTERDESIGNMETHODS1012ESTIMATIONOFTHEFILTERORDERAFTERTHETYPEOFTHEDIGITALFILTERHASSELECTED,THENEXTSTEPINTHEFILTERDESIGNPROCESSISTOESTIMATETHEFILTERORDERSHOULDBETHESMALLESTINTEGERGREATERTHANOREQUALTOTHEESTIMATEDVALUEFIRDIGITALFILTERORDERESTIMATIONFORTHEDESIGNOFLOWPASSFIRDIGITALFILTERS,SEVERALAUTHORSHAVEADVANCEDFORMULASFORESTIMATINGTHEMINIMUMVALUEOFTHEFILTERORDERNDIRECTLYFROMTHEDIGITALFILTERSPECIFICATIONSNORMALIZEDPASSBANDEDGEANGULARFREQUENCY,NORMALIZEFSTOPBANDEDGEANGULARFREQUENCYP,PEAKPASSBANDRIPPLE,ANDPEAKSTOPBANDRIPPLEWEREVIEWTHREESUCHFORMULASSPSKAISERSFORMULAARATHERSIMPLEFORMULADEVELOPEDBYKAISERKAI74ISGIVENBY2/61413LOG20PSSNWEILLUSTRATETHEAPPLICATIONOFTHEABOVEFORMULAINEXAMPLE101BELLANGERSFORMULAANOTHERSIMPLEFORMULAADVANCEDBYBELLANGERISGIVENBYBEL81101PRELIMINARYCONSIDERATIONS12/30LOG1PSSNITSAPPLICATIONISCONSIDEREDINEXAMPLE102HERMANNSFORMULATHEFORMULADUETOHERMANNETALHER73GIVESASLIGHTLYMOREACCURATEVALUEFORTHEORDERANDISGIVENBY,2/,2PPSPSFDN)(WHERE,6LOG5LOG4LOG3LOG2LOG1,1021010100AAAAAADPPSPPSPAND,LOGL21,1010SPSPBFWITHA10005309,A2007114,A304761,A4000266,A505941,A604278,B11101217,B2051244THEFORMULAGIVENINEQ105ISVALIDFORIF,THENTHEFILTERORDERFORMULATOSPSPBEUSEDISOBTAINEDBYINTERCHANGINGANDINEQ106AAND106BSFORSMALLVALUESOFAND,ALLOFTHEABOVEFORMULASPROVIDEREASONABLYCLOSEANDPSACCURATERESULTSONTHEOTHERHAND,WHENTHEVALUESOFANDARELARGE,EQ105YIELDSAPSMOREACCURATEVALUEFORTHEORDERACOMPARISONOFFIRFILTERORDERFORMULASNOTETHATTHEFILTERORDERCOMPUTEDINEXAMPLES101,102AND103,USINGEQS103,103,AND105,RESPECTIVELY,AREALLDIFFERENTEACHOFTHESETHREEFORMULASPROVIDEONLYANESTIMATEOFTHEREQUIREDFILTERORDERTHEFREQUENCYRESPONSEOFTHEFIRFILTERDESIGNEDUSINGTHISESTIMATEDORDERMAYORMAYNOTMEETTHEGIVENSPECIFICATIONSIFTHESPECIFICATIONSARENOTMET,ITISRECOMMENDEDTHATTHEFILTERORDERBEGRADUALLYINCREASEDUNTILTHESPECIFICATIONSAREMETESTIMATIONOFTHEFIRFILTERORDERUSINGMATLABISDISCUSSEDINSECTION1051ANIMPORTANTPROPERTYOFEACHOFTHEABOVETHREEFORMULASISTHATTHEESTIMATEDFILTERORDERNOFTHEFIRFILTERISINVERSELYPROPORTIONALTOTHETRANSITIONBANDWIDTHANDDOESNOTPSDEPENDONTHEACTUALLOCATIONOFTHETRANSITIONBANDTHISIMPLIESTHATASHARPCUTOFFFIRFILTERWITHANARROWTRANSITIONBANDWOULDBEOFVERYHIGHORDER,WHEREASANFIRFILTERWITHAWIDETRANSITIONBANDWILLHAVEAVERYLOWORDERANOTHERINTERESTINGPROPERTYOFKAISERSANDBELLANGERSFORMULASISTHATTHEORDERDEPENDSONTHEPRODUCTTHISIMPLIESTHATIFTHEVALUESOFANDAREINTERCHANGED,THEORDERSPPSREMAINSTHESAMETOCOMPARETHEACCURACYOFTHETHEABOVEFORMULAS,WEESTIMATEUSINGEACHFORMULATHEORDEROFTHREELINEARPHASELOWPASSFIRFILTERSOFKNOWNORDER,BANDEDGES,ANDRIPPLESTHESPECIFICATIONSOFTHETHREEFILTERSAREASFOLLOWSFILTERNO1012,240,143750,16250SPSPFILTERNO2034,17,28750,2750SPSPFILTERNO3,04,34SSTHERESULTSAREGIVENINTABLE101EACHONEOFTHETHREEFORMULASGIVENABOVECANALSOBEUSEDTOESTIMATETHEORDEROFHIGHPASS,BANDPASS,ANDBANDSTOPFIRFILTERSINTHECASEOFTHEBANDPASSANDBANDSTOPFILTERS,THEREARETWOTRANSITIONBANDSITHASBEENFOUNDTHATHERETHEFILTERORDERBASICALLYDEPENDSONTHETRANSITIONBANDWITHTHESMALLESTWIDTHWEILLUSTRATETHEUSEOFTHEKASIERSFORMULAINESTIMATINGTHEORDEROFALINEARPHASEBANDPASSFIRFILTERINEXAMPLE104作者SANJITKMITRA国籍USA出处DIGITALSIGNALPROCESSINGACOMPUTERBASEDAPPROACH3EFIR数字滤波器的设计在第9章,我们考虑了IIR数字滤波器的设计。对于这样的过滤器,它也必须确保派生传递函数G(Z)是稳定的。另一方面,在FIR数字滤波器设计的情况下,稳定是不是设计问题,因为传递函数是一个在Z1的多项式,因而始终保证稳定。在这一章中,我们考虑的FIR数字滤波器的设计问题。不同的是IIR数字滤波器设计问题,它总是可以设计一种精确的FIR线性相位数字滤波器。首先,我们描述了发展与线性相位FIR数字滤波器设计流行的方法。然后,我们考虑线性相位FIR数字滤波器的计算机辅助设计。为此,我们限制我们讨论了MATLAB在确定传递函数的使用。自区传递函数顺序通常比转移的IIR会议相同的频率响应规格功能还高,我们概述了计算效率比直接的FIR需要较少的乘法器实现形式的数字滤波器设计的两种方法。最后,我们提出一个设计最低FIR数字滤波器的相位,导致一个比一个更小的线性相位延迟相当于该组的传递函数方法。最小相位FIR数字滤波器因此,在应用中的线性相位的要求是没有问题的吸引力。101初步考虑在本节中,我们第一次审查的FIR数字滤波器的设计和定阶滤波器,以满足规范规定的一些基本方法。1011基本途径FIR数字滤波器设计不像IIR数字滤波器设计,FIR滤波器设计没有任何的模拟滤波器的设计连接。FIR滤波器设计的基础上,因此在指定的幅度响应直接逼近,与经常补充规定,即相位响应是线性的。记得有因果区传递函数H(Z)的长度为N1是在Z1的N次多项式(101)相应的频率响应,给出了(102)它已被证明在第531节,任何有限的时间序列X长度为N的N1的特点是完全由N1其离散时间傅里叶变换的样本,结果十,一个FIR滤波器的设计长度为N1可以通过寻找或脉冲响应序列N的或N1其频率响应阁下也样本,以确保线性相位设计,条件,必须得到满足。两个的FIR滤波器的设计方法是直接的窗口FOURIER级数法,频率抽样方法。我们在102节描述了前一种方法。第二种方法是治疗中存在的问题1031和1032。在103节,我们列出了基于计算机的数字滤波器的设计方法。1012估算过滤器顺序后的数字滤波器有选择的类型,在滤波器设计过程的下一步是评估筛选顺序应该是最小的整数大于或等于估计价值。FIR数字滤波器的阶的估计对于低通FIR数字滤波器的设计,一些作者拥有先进的公式估算的数字滤波器规格的过滤器阶数N直接最小值归通带边缘角频率,角频率NORMALIZEF阻带的边缘,峰值通带纹波,阻带峰值纹波。我们回顾三个这样的公式。KAISER的公式。一个相当简单的公式由KAISERKAI74发展是给予。我们说明了上述公式中的应用实例101。贝兰杰的公式。另一个简单的公式贝兰杰先进为BEL81101初步设想。它的应用被认为是在例102。HERMANN的公式。由于该公式赫尔曼等人。HER73给出了更精确的顺序稍有价值,给予,凡,和,随着A10005309,20071
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