數(shù)字濾波器

數(shù)字濾波器一詞出現(xiàn)在20世紀60年代中期。

由于電子計算機技術和大規(guī)模集成電路的發(fā)展，數(shù)字濾波器可以用計算機軟件實現(xiàn)或者使用大規(guī)模集成數(shù)字硬件實時實現(xiàn)。

數(shù)字濾波器是離散時間系統(tǒng)，其對數(shù)字信號進行濾波以獲得期望的響應特性。

作為電子濾波器，數(shù)字濾波器不同于完全在模擬信號域中操作的模擬濾波器。

數(shù)字濾波器在數(shù)字信號域中工作，并且處理通過采樣裝置轉換模擬信號而獲得的數(shù)字信號。

數(shù)字濾波器的工作模式與模擬濾波器的工作模式完全不同：后者完全依賴于由電阻器，電容器和晶體管等電子元件組成的物理網絡來實現(xiàn)濾波功能;而前者通過數(shù)字計算設備操作和處理輸入數(shù)字信號。

達到設計所要求的特性。

將模擬濾波器應用于模擬信號時，輸入模擬信號必須首先進行頻帶限制，采樣和模數(shù)轉換。

數(shù)字濾波器輸入信號的采樣率應大于處理信號帶寬的兩倍。

頻率響應在采樣頻率的間隔處具有周期性重復特性，并且在折疊頻率處是鏡像對稱的，即1/2采樣頻率點。

為了獲得模擬信號，由數(shù)字濾波器處理的輸出數(shù)字信號經過數(shù)模轉換和平滑。

該數(shù)字濾波器具有精度高，可靠性高，可編程變化特性或多路復用等優(yōu)點，易于集成。

數(shù)字濾波器廣泛用于語音信號處理，圖像信號處理，醫(yī)學生物信號處理和其他應用。

數(shù)字濾波器有低通，高通，帶通，帶阻和全通。

它可以是時不變的或時變的，因果的或非因果的，線性的或非線性的。

最廣泛使用的是線性，時不變的數(shù)字濾波器和f.i.r濾波器。

根據(jù)功能：低通，高通，帶通，帶阻，全通濾波器根據(jù)網絡結構或單位采樣響應點的實現(xiàn)：無限脈沖響應濾波器（IIR濾波器），有限脈沖響應濾波器（FIR濾波器）此外，它可以分為線性和非線性，因果和非因果。

其中，線性時不變數(shù)字濾波器是最基本的類型;并且因為數(shù)字系統(tǒng)可以利用延遲器件，它與傳統(tǒng)的因果濾波器相比，可以引入一定程度的非因果關系，獲得更靈活，更強大的特性。

與IIR濾波器相比，F(xiàn)IR濾波器具有易于實現(xiàn)和系統(tǒng)絕對穩(wěn)定的優(yōu)點，因此得到了廣泛的應用。

對時變系統(tǒng)濾波器的研究導致了卡爾曼濾波器所代表的自適應濾波理論數(shù)字濾波，該器件比模擬濾波器具有更高的精度，甚至可以達到性能。

他后者理論上無法實現(xiàn)。

例如，數(shù)字濾波器很容易實現(xiàn)1000 Hz低通濾波器，允許999 Hz信號通過并完全阻止1001 Hz信號，模擬濾波器無法區(qū)分這種近距離信號。

數(shù)字濾波器具有比模擬濾波器更高的信噪比。

這主要是因為數(shù)字濾波器在數(shù)字設備上執(zhí)行操作，從而避免了模擬電路中的噪聲（例如電阻熱噪聲）的影響。

數(shù)字濾波器中的主要噪聲源是數(shù)字系統(tǒng)之前由模擬電路引入的電路噪聲和數(shù)字系統(tǒng)輸入端的模數(shù)轉換期間產生的量化噪聲。

這些噪聲可能在數(shù)字系統(tǒng)的操作中被放大，因此在設計數(shù)字濾波器時需要適當?shù)脑O計以減少輸入噪聲對系統(tǒng)性能的影響。

數(shù)字濾波器還具有模擬濾波器無法比擬的可靠性。

構成模擬濾波器的電子元件的電路特性隨時間，溫度和電壓而漂移，并且數(shù)字電路沒有這個問題。

只要數(shù)字電路的工作環(huán)境，數(shù)字濾波器就能穩(wěn)定可靠地工作。

由于奈奎斯特采樣定理，數(shù)字濾波器的處理能力受到系統(tǒng)采樣頻率的限制。

如果輸入信號的頻率分量包含超過濾波器1/2的采樣頻率的分量，則由于“混疊”，數(shù)字濾波器將不能正常工作。

數(shù)字系統(tǒng)如果超過1/2采樣頻率的頻率分量不占優(yōu)勢，通常的解決方案是放置一個低通濾波器（即抗混疊濾波器）來濾除模擬之前超出的高頻分量。

- 數(shù)字轉換電路。

否則，必須使用模擬濾波器來實現(xiàn)所需的功能。

該數(shù)字濾波器具有精度高，可靠性高，可編程變化特性或多路復用等優(yōu)點，易于集成。

數(shù)字濾波器廣泛用于語音信號處理，圖像信號處理，醫(yī)學生物信號處理和其他應用。

●根據(jù)設計任務，確定過濾器性能要求，制定技術指標。

●使用因果穩(wěn)定離散LSI系統(tǒng)的系統(tǒng)函數(shù)H（z）來近似該性能指標。

●使用有限精度算法實現(xiàn)該系統(tǒng)功能：如操作結構，字長選擇等。

●實際技術實現(xiàn)：軟件方法，硬件方法或DSP芯片方法