DSP第一章节

DSP与数字滤波一、该应用的发展背景及发展现状1、该应用的发展场合在数字信号处理中数字滤波占有极其重要的地位。数字滤波是语音和图象处理、模式识别、谱分析等应用中的一个基本处理算法。主要应用于通讯、自动控制、电力系统、故障检测、语音、图象、自动化仪表、航空航天、铁路、生物医学工程、机器人、雷达、声纳、遥感遥测等方面。2、该应用的特点和优点特点：数字滤波器容易实现不同的幅度和相位频率特性指标，克服了与模拟滤波器器件性能相关的电压漂移、温度漂移和噪声问题。用芯片实现数字滤波除了具有稳定性好、精确度高、不受环境影响外，还具有灵活性好的特点。优点：数字滤波器，与模拟滤波器相比有以下优点：（1）简化了硬件电路的设计，提高了硬件电路的集成度和可靠性。（2）对干扰信号的抑制能力有了明显提高，这对系统的控制精度和稳定性的提高起到了促进作用。（3）数字滤波器的参数调节比起模拟滤波器来更加方便、灵活。（4）数字滤波器可以实现数据的并行处理，提高了系统运行速度。3、该应用的发展历史Wiener滤波是最早提出的一种滤波方法，当信号混有白噪声时，可以在最小均方误差条件下得到信号的最佳估计。但是，Wiener滤波实际应用起来很困难，后面利用Wiener滤波的纯一步预测，获得著名的Levinson算法。Kalman滋滤波是20世纪60年代初提出的一种滤波方法。可以在最小均方误差条件下给出信号的最佳估计。它在时域中采用递推方式进行，速度快，便于实时处理。中值滤波是20世纪70年代提出的一种非线性滤波方法，它可以在最小绝对误差条件下，给出信号的最佳估计。这种滤波方法的优点，就是能够保持信号的边缘不模糊。另外它对脉冲噪声也有良好的清除作用。形态滤波是建立在集合运算上的一种非线性滤波方法，它除了用于滤除信号中的噪声外，还在图象分析中发挥了重要的作用。4、该应用的发展现状在国内外的研究中，设计FIR滤波器所涉及的乘法运算方式有：并行乘法、位串行乘法和采用分布式算法的乘法。并行乘法运行速度快，但占用的硬件资源极大。如果滤波器的阶数增加，乘法器位数也将变大，硬件规模将变得十分庞大。位串行乘法器的实现方法主要是通过对乘法运算进行分解，用加法器来完成乘法的功能，也即无乘法操作的乘法器。位串行乘法器使得乘法器的硬件观模达到了最省，但是由于是串行运算，使得它的运算周期过长，运算速度与硬件规模综合考虑时不是最优的。分布式算法（DA）的主要特点是利用ROM查找表将固定系数的乘累加（MAC），运算转化为查表操作。在完成乘累加功能时是通过将各输入数据每一对应位产生的部分积预先进行相加形成相应的部分积，然后再对各个部分积累加形成最终结果。DA算法设计的FIR滤波器的速度可以显著的超过基于MAC的设计。相对于前两种方法，DA算法既可以全并行实现，又可以全串行实现，还可以串并行结合实现，可以在硬件规模和滤波器速度之间作适当的折中，是数字滤波器的主要研究方向。