毕业论文_基于Matlab的FIR数字滤波器设计与优化

重庆邮电大学本科毕业设计（论文）I编号：审定成绩：重庆邮电大学毕业设计（论文）设计（论文）题目：基于Matlab的FIR数字滤波器的设计与优化学院名称：通信与信息工程学院学生姓名：侯思睿专业：通信工程班级：0191102学号：2011210232指导教师：刘鸿答辩组负责人：明艳填表时间：2015年6月重庆邮电大学教务处制重庆邮电大学本科毕业设计（论文）II摘要在数字信号处理中，为了滤除信号中的噪声或者其他无效成分，设计出可靠高效的数字滤波器是非常关键的。在数字控制系统中输入信号中所含的干扰对系统的性能会产生很大的影响，因此需要对输入信号进行处理，以提取有用信号。有限长冲激响应（FIR）滤波器在数字信号处理中发挥着重要作用，我们会采用MATLAB软件对FIR数字滤波器进行仿真设计，简化了设计中繁琐的计算。本文采用窗函数法、频率采样法和等波纹逼近法，通过调用MATLAB函数设计FIR数字滤波器。之后用基于MATLAB函数设计的FIR数字滤波器进行语音滤波处理，通过滤波前后信号的频谱图和生成的声音文件的对比，分析不同滤波器的滤波效果。并在最后实现多采样率转换系统的高效实现，与一级FIR数字滤波器做出对比，证明了多级滤波的高效性。【关键词】FIR数字滤波器窗函数法频率采样法等波纹逼近多采样率转换重庆邮电大学本科毕业设计（论文）IIIABSTRACTIndigitalsignalprocessing,inordertofilteroutthenoiseinthesignalorotherinactiveingredient,itiscriticaltodesignareliableandefficientdigitalfilter.Interferencesignalcontainedintheinputperformanceofthesystemwillhaveahugeimpactinthedigitalcontrolsystem,soweneedtodealwithinputsignalinordertoextractusefulsignal.FIRfilterplaysanimportantroleindigitalsignalprocessing,wewillusetheMATLABtosimulateFIRdigitalfilterdesignedtosimplifythedesignoftediouscalculations.Inthispaper,windowfunctionmethod,frequencysamplingmethodandtheequal-rippleapproximationmethodwillbeusedbycallingthefunctionoftheMATLABtodesignFIRdigitalfilterdesign.Afterthat,byusingtheFIRdigitalfilterswhichhavebeendesignedtoprocessthesoundsignalbasedontheMATLABfunction,thefilteringeffectofdifferentdigitalfiltersisanalyzedbycomparingthesignal’sspectrumviewersandthesoundfileswhichhavebeengenerated.TheexperimentalresultsshowthattheFIRfiltersdesignedinthispaperareeffective.ComparingwithcommonFIRdigitalfilter,wefinallyrealizetheefficientimplementationofmultiplesamplingrateconversionsystem.【Keywords】FIRdigitalfilterwindowmethodfrequencysamplingmethodequal-rippleapproximationmulti-samplingrateconversion重庆邮电大学本科毕业设计（论文）IV目录前言.........................................................................................................................1第一章数字滤波器的理论研究.................................................................................2第一节数字滤波器的基本原理和结构...............................................................2第二节IIR与FIR滤波器的比较.........................................................................4第三节本章小结...................................................................................................5第二章FIR滤波器的设计...........................................................................................6第一节窗函数法设计FIR滤波器.......................................................................6一、窗函数法设计FIR数字滤波器..............................................................6二、常用的窗函数..........................................................................................8第二节频率采样法设计FIR滤波器.................................................................11一、频率采样法设计FIR数字滤波器的基本原理....................................11二、频率采样法设计线性相位滤波器的条件............................................11三、逼近误差及其采样措施........................................................................12四、频率采样法设计FIR滤波器的步骤....................................................13第三节等波纹逼近法设计FIR数字滤波器.....................................................13一、等波纹最佳逼近的原理........................................................................14二、利用最佳一致逼近准则设计线性相位FIR数字滤波器....................15第四节本章小结.................................................................................................16第三章Matlab实现FIR数字滤波器......................................................................17第一节Matlab实现窗函数法设计.....................................................................17一、Matlab实现窗函数法的设计................................................................17二、利用窗函数法设计滤波器....................................................................18第二节Matlab实现频率采样法设计.................................................................22第三节Matlab实现等波纹逼近法设计.............................................................23重庆邮电大学本科毕业设计（论文）V一、利用最佳逼近法设计FIR数字带通滤波器........................................24二、FIR滤波器约束最小二乘法设计分析.................................................24三、FIR滤波器任意频响设计法设计分析.................................................26第四节语音滤波分析.........................................................................................27一、利用等波纹逼近法设计的LPF对加噪声音滤波...............................27二、GUI设计及滤波结果分析....................................................................28三、频率采样法设计的HPF对语音滤波..................................................31第五节本章小结.................................................................................................32第四章多采样率数字信号处理的研究...................................................................33第一节多采样率数字信号处理工程需求.........................................................33一、按整数因子抽取....................................................................................33二、按整数因子内插....................................................................................35三、按有理因子I/D采样率内插.................................................................36第二节多采样率转换滤波器的设计.................................................................36一、多相滤波器的实现.......................