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数字滤波器

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数字滤波器

数字滤波器一词出现在20世纪60年代中期。

由于电子计算机技术和大规模集成电路的发展,数字滤波器可以用计算机软件实现或者使用大规模集成数字硬件实时实现。

数字滤波器是离散时间系统,其对数字信号进行滤波以获得期望的响应特性。

作为电子滤波器,数字滤波器不同于完全在模拟信号域中操作的模拟滤波器。

数字滤波器在数字信号域中工作,并且处理通过采样装置转换模拟信号而获得的数字信号。

数字滤波器的工作模式与模拟滤波器的工作模式完全不同:后者完全依赖于由电阻器,电容器和晶体管等电子元件组成的物理网络来实现滤波功能;而前者通过数字计算设备操作和处理输入数字信号。

达到设计所要求的特性。

将模拟滤波器应用于模拟信号时,输入模拟信号必须首先进行频带限制,采样和模数转换。

数字滤波器输入信号的采样率应大于处理信号带宽的两倍。

频率响应在采样频率的间隔处具有周期性重复特性,并且在折叠频率处是镜像对称的,即1/2采样频率点。

为了获得模拟信号,由数字滤波器处理的输出数字信号经过数模转换和平滑。

该数字滤波器具有精度高,可靠性高,可编程变化特性或多路复用等优点,易于集成。

数字滤波器广泛用于语音信号处理,图像信号处理,医学生物信号处理和其他应用。

数字滤波器有低通,高通,带通,带阻和全通。

它可以是时不变的或时变的,因果的或非因果的,线性的或非线性的。

最广泛使用的是线性,时不变的数字滤波器和f.i.r滤波器。

根据功能:低通,高通,带通,带阻,全通滤波器根据网络结构或单位采样响应点的实现:无限脉冲响应滤波器(IIR滤波器),有限脉冲响应滤波器(FIR滤波器)此外,它可以分为线性和非线性,因果和非因果。

其中,线性时不变数字滤波器是最基本的类型;并且因为数字系统可以利用延迟器件,它与传统的因果滤波器相比,可以引入一定程度的非因果关系,获得更灵活,更强大的特性。

与IIR滤波器相比,FIR滤波器具有易于实现和系统绝对稳定的优点,因此得到了广泛的应用。

对时变系统滤波器的研究导致了卡尔曼滤波器所代表的自适应滤波理论数字滤波,该器件比模拟滤波器具有更高的精度,甚至可以达到性能。

他后者理论上无法实现。

例如,数字滤波器很容易实现1000 Hz低通滤波器,允许999 Hz信号通过并完全阻止1001 Hz信号,模拟滤波器无法区分这种近距离信号。

数字滤波器具有比模拟滤波器更高的信噪比。

这主要是因为数字滤波器在数字设备上执行操作,从而避免了模拟电路中的噪声(例如电阻热噪声)的影响。

数字滤波器中的主要噪声源是数字系统之前由模拟电路引入的电路噪声和数字系统输入端的模数转换期间产生的量化噪声。

这些噪声可能在数字系统的操作中被放大,因此在设计数字滤波器时需要适当的设计以减少输入噪声对系统性能的影响。

数字滤波器还具有模拟滤波器无法比拟的可靠性。

构成模拟滤波器的电子元件的电路特性随时间,温度和电压而漂移,并且数字电路没有这个问题。

只要数字电路的工作环境,数字滤波器就能稳定可靠地工作。

由于奈奎斯特采样定理,数字滤波器的处理能力受到系统采样频率的限制。

如果输入信号的频率分量包含超过滤波器1/2的采样频率的分量,则由于“混叠”,数字滤波器将不能正常工作。

数字系统如果超过1/2采样频率的频率分量不占优势,通常的解决方案是放置一个低通滤波器(即抗混叠滤波器)来滤除模拟之前超出的高频分量。

- 数字转换电路。

否则,必须使用模拟滤波器来实现所需的功能。

该数字滤波器具有精度高,可靠性高,可编程变化特性或多路复用等优点,易于集成。

数字滤波器广泛用于语音信号处理,图像信号处理,医学生物信号处理和其他应用。

●根据设计任务,确定过滤器性能要求,制定技术指标。

●使用因果稳定离散LSI系统的系统函数H(z)来近似该性能指标。

●使用有限精度算法实现该系统功能:如操作结构,字长选择等。

●实际技术实现:软件方法,硬件方法或DSP芯片方法








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