数字信号处理FIR滤波器的FPGA设计与实现PPT课件

1、.,1,数字滤波器的MATLAB和FPGA实现,第4章 FIR滤波器的FPGA设计与实现 （参考：数字信号处理-理论算法与实现胡广书，第7章）,.,2,第4章 FIR滤波器的FPGA设计与实现,4.1.1 线性时不变系统,.,3,4.1.1 线性时不变系统,.,4,4.1.1 线性时不变系统的特性,2. 稳定性判断条件 因果性判断条件,（4-8）,（4-9）,.,5,信号chp5：离散时间傅立叶变换,时域是离散信号，求频率信号,有:,.,6,表明:离散时间序列可以分解为频率在2区间上分布的、幅度为 的复指数分量的线性组合。,.,7,二.常用信号的离散时间傅立叶变换,通常 是复函数，用它的模和相

2、位表示:,1.,.,8,.,9,由图可以得到:,称为数字频率: 0 对应 模拟频率: 0,.,10,2.矩形脉冲:,.,11,.,12,两点比较:,1.与对应的周期信号比较,.,13,2.与对应的连续时间信号比较,如图所示:,.,14,信号chp5：离散时间傅立叶变换,时域是离散信号傅里叶结论,称为数字频率: 0 对应 模拟频率: 0,.,15,3 线性相位系统的物理意义,理想限时系统的单位取样响应,群延时是常数说明：各频率分量的延时是相同的,.,16,具有线性相位的理想低通滤波器：,（4-16）,具有零相位的理想低通滤波器：,.,17,3 线性相位系统的物理意义,群延时是一个度量： 反映各频

3、率分量的延时偏差,.,18,1. 滤波原理,滤波器的基本概念,.,19,若 中的有用成分 和希望去除的成分 各自占有不同的频带, 通过一个线性系 统可将 有效去除.,分类: 低通(LP), 高通(HP),带通(BP), 带阻(BS),2. 滤波器的分类,加法性噪声,经典滤波器,.,20,每一种又有模拟(AF)、数字(DF)两种滤波器. 对数字滤波器, 从实现方法上, 有IIR滤波器和 FIR滤波器之分, 转移函数分别为:,FIR DF:,IIR DF:,.,21,现代滤波器,维纳滤波器是这类滤波器的典型代表,种类：维纳滤波器、卡尔曼滤波器、线性预 测、自适应滤波器,乘法性噪声,卷积性噪声,信号

4、的频谱和噪声道频谱混迭在一起，靠经典的滤波方法难以去除噪声。目标：从含有噪声的数据记录(又称时间序列)中估计出信号的某些特征或信号本身。,.,22,3. 滤波器的技术要求,低通：,.,23,单位 (dB),若幅度下降到 0.707, 则幅平方下降 0.5 （半功率点）：,若幅度下降到 0.01：,.,24,高通：,.,25,带通：,.,26,带阻：,.,27,1. 给定所设计的滤波器的技术指标：,LP, HP,BP, BS,2. 设计出一个 ，使,数字滤波器设计的一般步骤:,.,28,4.1.2 FIR滤波器的原理,FIR:即 h（n）的非零值长度是有限大小。,.,29,4.1.3 FIR滤波

5、器的特性,相位特性：FIR具有线性相位特性,单位取样响应 是偶对称的情况,单位取样响应 是偶对称的情况,奇对称,偶对称,.,30,相位特性：FIR具有线性相位特性,单位取样响应 是偶对称的情况,（4-21）,（4-23）,.,31,相位特性：FIR具有线性相位特性,单位取样响应 是偶对称的情况,具有线性相位特性,群延迟：,.,32,相位特性,单位取样响应 是奇对称的情况,（4-27）,.,33,4.1.3 FIR滤波器的特性,奇对称,.,34,4.1.3 FIR滤波器的特性,相位特性,（4-32）,具有线性相位特性,群延迟：,.,35,4.1.3 FIR滤波器的特性,相位特性,.,36,4.1

6、.3 FIR滤波器的特性,幅度特性,.,37,4.1.3 FIR滤波器的特性,幅度特性,(a) 偶对称， M偶整数 (b) 偶对称， M奇整数 (c) 奇对称， M偶整数 (d) 奇对称， M奇整数,.,38,4.1.3 FIR滤波器的特性,幅度特性: (a) 偶对称，偶整数,（4-36）,.,39,4.1.3 FIR滤波器的特性,幅度特性(b)偶对称，奇整数,（4-38）,.,40,4.1.3 FIR滤波器的特性,幅度特性:(c)奇对称，偶整数,（4-40）,.,41,4.1.3 FIR滤波器的特性,幅度特性: (d)奇对称，奇整数,（4-44）,.,42,第2章 设计语言及环境介绍,2.

7、1 VHDL语言简介,.,43,4.1.4 FIR滤波器的结构形式,直接型,.,44,4.1.4 FIR滤波器的结构形式,.,45,4.1.4 FIR滤波器的结构形式,频率取样型,.,46,4.1.4 FIR滤波器的结构形式,级联型,.,47,4.1.4 FIR滤波器的结构形式,快速卷积型,.,48,4.2 FIR滤波器的设计方法,4.2.1 窗函数法,.,49,4.2 FIR滤波器的设计方法,4.2.1 窗函数法,（4-61）,时域乘积，频率是周期性卷积,：矩形窗,.,50,4.2.2 频率取样法,采用等间隔采样,.,51,4.2.2 频率取样法,4.2.1 法,（4-67）,.,52,4.

8、2.2 频率取样法,4.2.1 法,.,53,4.2.3 最优设计方法,该 法详细算法见p316（胡广书）,.,54,4.3 FIR滤波器的MATLAB设计,4.3.1 采用fir1函数设计 MATLAB程序设计,.,55,4.3.1 采用fir1函数设计,各种窗函数比较,（4-73）,汉宁窗：,矩形窗：,.,56,4.3.1 采用fir1函数设计,各种窗函数比较,海明窗：,布莱克曼窗：,凯塞窗：,.,57,7.2 窗函数,窗函数的使用在数字信号处理中是不可避免的。数据、频谱、自相关函数等都需要截短。对窗函数提出那几方面的要求？,关键是要搞清楚使用窗函数后所产生的影响：一个域相乘，在另一个域是

9、卷积。,.,58,对窗函数的技术要求： 1. 3 dB 带宽 ：主瓣归一化幅度降到 3 dB 时的带宽；或直接用 。令 则 的单位为 ；,2. 边瓣最大峰值 （ dB）,3. 边瓣谱峰衰减速度 （ dB/oct）,.,59,常用窗函数：,1. 矩形窗,2. 三角窗Bartlett窗,3.汉宁窗Hanning,4.汉明窗Hamming,.,60,窗函数,.,61,窗函数,.,62,第2章 设计语言及环境介绍,简介,.,63,4.3.2 采用kaiserord函数设计,设计,.,64,4.3.3 采用fir2函数设计,4.3.1 函数设计,.,65,4.3.4 采用firpm函数设计,4.3.1 函数设计,.,66,4.3.5 采用FDATOOL工具设计,4.3.1 函数设计,.,67,4.4 FIR滤波器的FPGA实现,4.4.1 量化滤波器系数,.,68,4.4.2 串行FPGA结构,全串行,.,69,4.4.2 半串行结构的FPGA实现,半串行,.,70,4.4.3 并行结构的FPGA实现,并行