【摘要】隨著電子計(jì)算機(jī)技術(shù)以及網(wǎng)絡(luò)通訊等領(lǐng)域的快速發(fā)展，各類(lèi)新型計(jì)算機(jī)工程技術(shù)在實(shí)踐當(dāng)中的整合應(yīng)用越來(lái)越普遍。在數(shù)字信號(hào)處理的環(huán)節(jié)中，數(shù)字濾波器是一種被廣泛應(yīng)用在各類(lèi)無(wú)線電工程等領(lǐng)域的重要集成性質(zhì)的通訊系統(tǒng)。本文就基于fir的數(shù)字濾波器設(shè)計(jì)的相關(guān)內(nèi)容進(jìn)程闡述，并進(jìn)一步探究在fir的數(shù)字濾波器支撐下的實(shí)踐應(yīng)用能效，以期為相關(guān)科研項(xiàng)目的研究及其應(yīng)用帶來(lái)一定的啟示。

【關(guān)鍵詞】fir;數(shù)字濾波器;設(shè)計(jì);研究

前言

從現(xiàn)實(shí)來(lái)看，對(duì)于數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì)要能夠滿足不同情況下的實(shí)踐需求，并通過(guò)最合理的數(shù)字濾波器設(shè)計(jì)方法來(lái)實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)最終的目標(biāo)。因此，在結(jié)合了新方法以及新技術(shù)以后，基于fir的數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì)并非如同傳統(tǒng)模式那樣受到禁錮，而是可以在進(jìn)行數(shù)字濾波器設(shè)計(jì)的過(guò)程中進(jìn)行在線修改處理，從而實(shí)現(xiàn)不同的設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)的改換，并最終為相關(guān)實(shí)踐領(lǐng)域提供最優(yōu)化的技術(shù)支撐。

一、淺析fir濾波器

（一）fir濾波器

fir濾波器，有限長(zhǎng)單位沖激相應(yīng)濾波器，又稱(chēng)為非遞歸型濾波器，是數(shù)字信號(hào)處理系統(tǒng)中最基本的元件[1]。在fir濾波器的作用下，可以保證任意幅頻特性的同時(shí)具備嚴(yán)格的現(xiàn)行相頻特性，可見(jiàn)，通常情況下fir濾波器是一個(gè)較為穩(wěn)定的系統(tǒng)。從實(shí)踐來(lái)看，fir濾波器在通信、圖像處理等領(lǐng)域的應(yīng)用十分廣泛。從數(shù)字濾波器的結(jié)構(gòu)來(lái)看，可將其分為無(wú)線脈沖響應(yīng)型與有限脈沖響應(yīng)型。其中，后者在設(shè)計(jì)的過(guò)程中，可以采用窗函數(shù)方法、頻率采樣法等策略對(duì)其進(jìn)行設(shè)計(jì)，從相關(guān)的研究資料中來(lái)看，這些方法的整合應(yīng)用都令數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì)取得了實(shí)質(zhì)性的進(jìn)步。

（二）有關(guān)fir濾波器設(shè)計(jì)的研究?jī)?nèi)容概述

在當(dāng)前的信息技術(shù)水平下，數(shù)字信號(hào)處理的實(shí)踐應(yīng)用及其發(fā)展如魚(yú)得水，基本可以滿足諸如自動(dòng)化控制平臺(tái)、智能系統(tǒng)管理等的技術(shù)需求。國(guó)內(nèi)外科研機(jī)構(gòu)在以往的研究過(guò)程中，深知數(shù)字濾波器對(duì)于數(shù)字信號(hào)處理領(lǐng)域改進(jìn)的重要性，因此，對(duì)數(shù)字濾波器的研究極為重視。實(shí)際上，通過(guò)數(shù)字濾波器可以獲得濾除雜波且保證原有信號(hào)傳輸效果維持不變。就從數(shù)字濾波器的這一點(diǎn)功能來(lái)看，針對(duì)數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì)具備了極高的研究?jī)r(jià)值與一定的實(shí)踐意義。

二、基于fir的數(shù)字濾波器設(shè)計(jì)研究

通常情況下，基于fir的數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì)原理采用的是加窗函數(shù)方法。由于基于fir的數(shù)字濾波器在性能、功耗等方面的優(yōu)勢(shì)十分明顯，基于FPGA的信號(hào)處理模塊已廣泛應(yīng)用于各種信號(hào)處理領(lǐng)域。從根源上來(lái)看，F(xiàn)PGA尤其適合于乘法和累加等重復(fù)性的DSP任務(wù)。FPGA在數(shù)字濾波器設(shè)計(jì)應(yīng)用的優(yōu)越性極為突顯，F(xiàn)PGA所固有的靈活性也可讓設(shè)計(jì)者緊跟新標(biāo)準(zhǔn)的變化，并能提供可行的方法來(lái)滿足不斷變化的標(biāo)準(zhǔn)需求[2]。就從基于fir的數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì)原理來(lái)分析，其在設(shè)計(jì)的整個(gè)過(guò)程中都遵循了fir的數(shù)字濾波器的結(jié)構(gòu)特征，從最基礎(chǔ)的內(nèi)部構(gòu)造來(lái)進(jìn)一步完善整個(gè)設(shè)計(jì)方案，與此同時(shí)，從基于fir的數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì)實(shí)例來(lái)看，該項(xiàng)目的實(shí)際具備一定的可行性。

（一）基于fir的數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì)原理

基于fir的數(shù)字濾波器在設(shè)計(jì)時(shí)，所選擇參數(shù)的幅度是較為明確的，因此，在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，需要憑借一個(gè)可實(shí)現(xiàn)的傳輸函數(shù)去調(diào)整整個(gè)設(shè)計(jì)構(gòu)造，這就需要在工程設(shè)計(jì)及應(yīng)用中，多給出相對(duì)的參數(shù)指標(biāo)數(shù)值，以此來(lái)保障數(shù)據(jù)計(jì)算的精準(zhǔn)度。另外，由于基于fir的數(shù)字濾波器的沖激響應(yīng)僅僅能夠延續(xù)一陣，時(shí)間較短，在研究的過(guò)程中，則通常會(huì)考慮基于fir的數(shù)字濾波器的此項(xiàng)特征來(lái)構(gòu)造數(shù)字濾波器的模型。

（二）淺析基于fir的數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì)實(shí)例

通過(guò)精確的設(shè)計(jì)，有限沖激相應(yīng)濾波器在某一具體的頻率范圍內(nèi)均能夠?yàn)橄到y(tǒng)提供出較為準(zhǔn)確的線性相位。為了將系統(tǒng)中基于fir的數(shù)字濾波器的優(yōu)勢(shì)更好地突出出來(lái)，則從具體的設(shè)計(jì)實(shí)例中就可以清楚地觀察到。從具體來(lái)看，通過(guò)設(shè)計(jì)技術(shù)參數(shù)以后，構(gòu)建出一個(gè)較為完整的fir數(shù)字濾波器模型，再通過(guò)使其逼近既定目標(biāo)，則可以對(duì)整個(gè)設(shè)計(jì)實(shí)例進(jìn)行性能分析。從整體來(lái)看，fir數(shù)字濾波器的基本結(jié)構(gòu)可以表示為圖1的形式：

圖1 fir數(shù)字濾波器的基本結(jié)構(gòu)

在研究過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，采用窗函數(shù)法來(lái)設(shè)計(jì)fir數(shù)字濾波器的思路較為明晰，也因此基于fir的數(shù)字濾波器的應(yīng)用范圍極廣。從圖1所顯示的fir數(shù)字濾波器基礎(chǔ)框架來(lái)看，對(duì)于一個(gè)四階的濾波器子系統(tǒng)的輸出情況可以用公式來(lái)表示，即：

y（n）=h（0）x（n）+h（1）x（n-1）+h（2）x（n-2）+h（3）x（n-3）

在整個(gè)試驗(yàn)過(guò)程中，可以利用窗函數(shù)設(shè)計(jì)法，濾波器參數(shù)要求如下：

ωp=0.2π，αp=0.25B，ωq=0.3π，αq=50dB

調(diào)用4個(gè)這樣的子系統(tǒng)級(jí)聯(lián)起來(lái)構(gòu)成16階的濾波器。其中，濾波器系數(shù)h（0），h（1），…，h（15）由濾波器設(shè)計(jì)工具FDA Tools生成，系數(shù)與濾波器關(guān)聯(lián)，建立出完整的濾波系統(tǒng)模型[3]。

從設(shè)計(jì)內(nèi)涵來(lái)看，首先要根據(jù)設(shè)計(jì)目標(biāo)來(lái)選擇合理化的濾波器技術(shù)指標(biāo)，整個(gè)過(guò)程的核心是如何更好地遵循系統(tǒng)的頻率特性，并采取與之對(duì)應(yīng)的策略方法來(lái)將其實(shí)現(xiàn)，從這一點(diǎn)來(lái)看，實(shí)例中多采用的仍為窗函數(shù)方法來(lái)推進(jìn)設(shè)計(jì)[4]?？傊?，隨著集成電路技術(shù)的快速發(fā)展，各類(lèi)新型的集成電路工程設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)越來(lái)越嚴(yán)格，而且各類(lèi)關(guān)聯(lián)技術(shù)之間的界限也越來(lái)越模糊，因?yàn)橹灰軌蜻_(dá)成設(shè)計(jì)的目標(biāo)以及實(shí)現(xiàn)應(yīng)用領(lǐng)域所需要的實(shí)際功能，則基于fir的數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì)和應(yīng)用就具備一定的優(yōu)勢(shì)。

三、結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)對(duì)基于fir的數(shù)字濾波器設(shè)計(jì)原理的研究，進(jìn)一步了解到有關(guān)數(shù)字濾波器的相關(guān)設(shè)計(jì)內(nèi)容，尤其是從具體的基于fir的數(shù)字濾波器的實(shí)際實(shí)例中清楚的看到，采用Visual Basic6.0所設(shè)計(jì)出的fir數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì)軟件可以實(shí)現(xiàn)，且突破了以往的設(shè)計(jì)方案，從而更加有利于在設(shè)計(jì)基于fir的數(shù)字濾波器的過(guò)程中進(jìn)行實(shí)時(shí)在線修正，進(jìn)而完善整個(gè)內(nèi)容的最終設(shè)計(jì)方案。

參考文獻(xiàn)

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作者簡(jiǎn)介：韓熠（1991—），男，陜西漢中人，大學(xué)本科，現(xiàn)就讀于西安電子科技大學(xué)，研究方向：信號(hào)處理。