第十三讲数字信号处理模拟滤波器设计课件

第1章离散时间信号、系统和Z变换第2章DFT及其快速算法第3章数字滤波器设计第4章离散随机信号的处理时域频域连续离散第1章离散时间信号、系统和Z变换时域频域连续第三章数字滤波器设计3-1模拟滤波器设计

3-2通过模拟滤波器设计IIR数字滤波器

3-3FIR低通数字滤波器设计方法

3-4数字滤波器计算机辅助设计

3-5IIR与FIR数字滤波器比较第三章数字滤波器设计3-1模拟滤波器设计典型理想滤波器类型和幅频响应典型理想滤波器类型和幅频响应语音处理语音音调转换原始语音带通滤波器滤波后语音：%Thechirpsignalloadchirp;wavplay(y,Fs,'sync');wavwrite(y,Fs,'original_wave.wav');%fftfy=dct(y);ly=length(y);%--------bandpassfilter-------%ellipticfilterdesign[bp,ap]=ellip(6,0.1,80,[38004200]/(ly/2));%filteringthesignalbandpass=filter(bp,ap,y);%playthesignalprocessedbybandpassfilterwavplay(bandpass,Fs);wavwrite(bandpass,Fs,'bandpassed_wave.wav');语音处理滤波后语音：%Thechirpsignal语音处理语音音调转换原始语音带阻滤波器滤波后语音：[bs,as]=ellip(6,3,50,[300400]/(1024/2),'stop');%filteringthesignalbandstop=filter(bs,as,y);%playthesignalprocessedbybandstopfilterwavplay(bandstop,Fs);wavwrite(bandstop,Fs,'bandstoped_wave.wav');语音处理滤波后语音：[bs,as]=ellip(6,3,Original=imread('redbud.jpg');%imageenhancementbyintensityadjustmentChanged=imadjust(Original,[0.30.7],[]);%highpassfilterh=fspecial('log');%filteringchangedimageFiltered=imfilter(Changed,h);%plottheresultfigure;subplot(2,2,1),imshow(Original);title('OriginalImage');subplot(2,2,2),imshow(Changed);title('EnhancedImage');subplot(2,2,3),imshow(Filtered);title('FilteredImage');subplot(2,2,4),freqz2(h);title('Frequencyresponseofhighpassfilter');Original=imread('redbud.jpg');

数字滤波器的参数指标

IIR滤波器:从连续时间滤波器(模拟)的设计

(1)CT滤波器的设计☆冲激响应不变法☆双线性变换变法

FIR滤波器:数字滤波器的直接设计

(1)加窗法

(2)频率取样法(FIR的CAD设计)第三章数字滤波器的设计模拟滤波器设计方法成熟，有完整的设计公式和完善的图表，有典型滤波器类型可用第三章数字滤波器的设计模拟滤波器设计方法成熟，有完整的设计A.数字滤波器的参数指标理想低通滤波器的幅频特性1(a)来自于待设计数字滤波器对应的连续时间滤波器通带阻带过渡带理想滤波器：通带内幅频响应是常数；相频响应为0或频率的线性函数，不可实现，只能在容差情况下逼近A.数字滤波器的参数指标理想低通滤波器的幅频特性1(a)DT滤波器的参数指标(II)对数形式的幅度响应（indB)DT滤波器的参数指标(II)对数形式的幅度响应（indIIR数字滤波器设计基本方法IIR数字滤波器设计基本方法B.IIR滤波器设计原理(1)DTspecs(2)CTspecs(3)(4)▲转换法IIR滤波器设计的基本步骤：指标转换设计转换数字域指标模拟域指标B.IIR滤波器设计原理(1)DTspecs(2)3-1.模拟滤波器设计▲常见原型模拟滤波器的类型

●

Butterworth滤波器—幅频特性单调下降

●

Chebyshev滤波器—在通带或阻带内有波动，可以提高选择性

●椭圆(Elliptic)滤波器—在通带和阻带内均有波动，可选性好3-1.模拟滤波器设计▲常见原型模拟滤波器的类型3.1.1Butterworth滤波器N越大，越接近理想特性功率1234103.1.1Butterworth滤波器N越大，越接近功率

将幅度平方函数|Hn(jΩ)|2写成s的函数：

归一化Butterworth原型滤波器：确定归一化低通原型滤波器后，其他Butterworth低通、高通、带通和带阻滤波器都可以通过变换得到极点：K=0,…,2N-1将幅度平方函数|Hn(jΩ)|2写成s的函数：归一化Bu三阶巴特沃斯滤波器极点分布极点分布是沿虚轴对称的，取左半平面极点作为Hn(s)的极点Bn(s)---N阶巴特沃斯多项式三阶巴特沃斯滤波器极点分布极点分布是沿虚轴对称的，取左半平面巴特沃斯归一化低通滤波器参数巴特沃斯归一化低通滤波器参数P.287P.2873.1.1Butterworth滤波器的设计设计过程：重点：阶次N和截止频率3.1.1Butterworth滤波器的设计设计过程：重点3.1.1Butterworth滤波器的设计确定阶数N：0dBk1k2P.983-13(X)3.1.1Butterworth滤波器的设计确定阶数N：03.1.1Butterworth滤波器的设计确定截止频率：取中间值要求：3.1.1Butterworth滤波器的设计确定截止频率：Butterworth滤波器设计举例(I)21.387Butterworth滤波器设计举例(I)21.387Butterworth滤波器设计举例(I)Butterworth滤波器设计举例(I)3.1.2.Chebyshev滤波器N=4N=10N=213.1.2.Chebyshev滤波器N=4N=10N=23.1.2.Chebyshev滤波器

—波纹系数小于1的正实数3.1.2.Chebyshev滤波器—波纹系数N=0,4,5切比雪夫多项式曲线T4(x)T5(x)T0(x)TN(x)T5(x)T4(x)N=0,4,5切比雪夫多项式曲线T4(x)T5(x)T0(x图3-5(c,d)切比雪夫Ⅰ型滤波器幅频特性图3-5(c,d)切比雪夫Ⅰ型滤波器幅频特性第十三讲数字信号处理模拟滤波器设计课件切比雪夫滤波器设计过程：切比雪夫多项式阶数N设计指标：P.288-289切比雪夫滤波器切比雪夫设计指标：P.288-289计算N：

—波纹系数小于1的正实数计算N：—波纹系数第十三讲数字信号处理模拟滤波器设计课件注意分贝的负号注意分贝的负号第十三讲数字信号处理模拟滤波器设计课件3.1.3.Elliptic滤波器3.1.3.Elliptic滤波器几种滤波器比较几种滤波器比较第十三讲数字信号处理模拟滤波器设计课件第1章离散时间信号、系统和Z变换第2章DFT及其快速算法第3章数字滤波器设计第4章离散随机信号的处理时域频域连续离散第1章离散时间信号、系统和Z变换时域频域连续第三章数字滤波器设计3-1模拟滤波器设计

3-2通过模拟滤波器设计IIR数字滤波器

3-3FIR低通数字滤波器设计方法

3-4数字滤波器计算机辅助设计

3-5IIR与FIR数字滤波器比较第三章数字滤波器设计3-1模拟滤波器设计典型理想滤波器类型和幅频响应典型理想滤波器类型和幅频响应语音处理语音音调转换原始语音带通滤波器滤波后语音：%Thechirpsignalloadchirp;wavplay(y,Fs,'sync');wavwrite(y,Fs,'original_wave.wav');%fftfy=dct(y);ly=length(y);%--------bandpassfilter-------%ellipticfilterdesign[bp,ap]=ellip(6,0.1,80,[38004200]/(ly/2));%filteringthesignalbandpass=filter(bp,ap,y);%playthesignalprocessedbybandpassfilterwavplay(bandpass,Fs);wavwrite(bandpass,Fs,'bandpassed_wave.wav');语音处理滤波后语音：%Thechirpsignal语音处理语音音调转换原始语音带阻滤波器滤波后语音：[bs,as]=ellip(6,3,50,[300400]/(1024/2),'stop');%filteringthesignalbandstop=filter(bs,as,y);%playthesignalprocessedbybandstopfilterwavplay(bandstop,Fs);wavwrite(bandstop,Fs,'bandstoped_wave.wav');语音处理滤波后语音：[bs,as]=ellip(6,3,Original=imread('redbud.jpg');%imageenhancementbyintensityadjustmentChanged=imadjust(Original,[0.30.7],[]);%highpassfilterh=fspecial('log');%filteringchangedimageFiltered=imfilter(Changed,h);%plottheresultfigure;subplot(2,2,1),imshow(Original);title('OriginalImage');subplot(2,2,2),imshow(Changed);title('EnhancedImage');subplot(2,2,3),imshow(Filtered);title('FilteredImage');subplot(2,2,4),freqz2(h);title('Frequencyresponseofhighpassfilter');Original=imread('redbud.jpg');

数字滤波器的参数指标

IIR滤波器:从连续时间滤波器(模拟)的设计

(1)CT滤波器的设计☆冲激响应不变法☆双线性变换变法

FIR滤波器:数字滤波器的直接设计

(1)加窗法

(2)频率取样法(FIR的CAD设计)第三章数字滤波器的设计模拟滤波器设计方法成熟，有完整的设计公式和完善的图表，有典型滤波器类型可用第三章数字滤波器的设计模拟滤波器设计方法成熟，有完整的设计A.数字滤波器的参数指标理想低通滤波器的幅频特性1(a)来自于待设计数字滤波器对应的连续时间滤波器通带阻带过渡带理想滤波器：通带内幅频响应是常数；相频响应为0或频率的线性函数，不可实现，只能在容差情况下逼近A.数字滤波器的参数指标理想低通滤波器的幅频特性1(a)DT滤波器的参数指标(II)对数形式的幅度响应（indB)DT滤波器的参数指标(II)对数形式的幅度响应（indIIR数字滤波器设计基本方法IIR数字滤波器设计基本方法B.IIR滤波器设计原理(1)DTspecs(2)CTspecs(3)(4)▲转换法IIR滤波器设计的基本步骤：指标转换设计转换数字域指标模拟域指标B.IIR滤波器设计原理(1)DTspecs(2)3-1.模拟滤波器设计▲常见原型模拟滤波器的类型

●

Butterworth滤波器—幅频特性单调下降

●

Chebyshev滤波器—在通带或阻带内有波动，可以提高选择性

●椭圆(Elliptic)滤波器—在通带和阻带内均有波动，可选性好3-1.模拟滤波器设计▲常见原型模拟滤波器的类型3.1.1Butterworth滤波器N越大，越接近理想特性功率1234103.1.1Butterworth滤波器N越大，越接近功率

将幅度平方函数|Hn(jΩ)|2写成s的函数：

归一化Butterworth原型滤波器：确定归一化低通原型滤波器后，其他Butterworth低通、高通、带通和带阻滤波器都可以通过变换得到极点：K=0,…,2N-1将幅度平方函数|Hn(jΩ)|2写成s的函数：归一化Bu三阶巴特沃斯滤波器极点分布极点分布是沿虚轴对称的，取左半平面极点作为Hn(s)的极点Bn(s)---N阶巴特沃斯多项式三阶巴特沃斯滤波器极点分布极点分布是沿虚轴对称的，取左半平面巴特沃斯归一化低通滤波器参数巴特沃斯归一化低通滤波器参数P.287P.2873.1.1Butterworth滤波器的设计设计过程：重点：阶次N和截止频率3.1.1Butterworth滤波器的设计设计过程：重点3.1.1Butterworth滤波器的设计确定阶数N：0dBk1k2P.983-13(X)3.1.1Butterworth滤波器的设计确定阶数N：03.1.1Butterworth滤波器