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六月 5 2020

FIR滤波器的原理及特点


目录

1.工作原理
2.特点

  在现代电子系统中,到处都可以看到数字信号处理( DSP )的应用,从MP3播放器、数码相机到手机。在这些数字信号处理系统中,如语音或音频信号处理中,有限冲激响应(FIR)滤波器是最常用的组件之一,它能完成信号预调、频带选择和滤波等功能。下面我们将来了解其的工作原理以及特点:

  FIR(Finite Impulse Response)滤波器:有限长单位冲激响应滤波器,又称为非递归型滤波器,是数字信号处理系统中最基本的元件,它可以在保证任意幅频特性的同时具有严格的线性相频特性,同时其单位抽样响应是有限长的,因而滤波器是稳定的系统。因此,FIR滤波器在通信、图像处理、模式识别等领域都有着广泛的应用。

FIR滤波器

FIR滤波器

  1.工作原理

  在进入FIR滤波器前,首先要将信号通过A/D器件进行模数转换,把模拟信号转化为数字信号;为了使信号处理能够不发生失真,信号的采样速度必须满足香农采样定理,一般取信号频率上限的4-5倍做为采样频率;一般可用速度较高的逐次逼进式A/D转换器,不论采用乘累加方法还是分布式算法设计FIR滤波器,滤波器输出的数据都是一串序列,要使它能直观地反应出来,还需经过数模转换,因此由FPGA构成的FIR滤波器的输出须外接D/A模块。FPGA有着规整的内部逻辑阵列和丰富的连线资源,特别适合于数字信号处理任务,相对于串行运算为主导的通用DSP芯片来说,其并行性和可扩展性更好,利用FPGA乘累加的快速算法,可以设计出高速的FIR数字滤波器。

工作原理图

  FIR滤波器工作原理图

  2.特点

  有限长单位冲激响应(FIR)滤波器有以下特点:

  (1) 系统的单位冲激响应h (n)在有限个n值处不为零

  (2) 系统函数H(z)在|z|>0处收敛,极点全部在z = 0处(因果系统)

  (3) 结构上主要是非递归结构,没有输出到输入的反馈,但有些结构中(例如频率抽样结构)也包含有反馈的递归部分。

  设FIR滤波器的单位冲激响应h (n)为一个N点序列,0 ≤ n ≤N —1,则滤波器的系统函数为:

  H(z)=∑h(n)*z^-k

  就是说,它有(N—1)阶极点在z = 0处,有(N—1)个零点位于有限z平面的任何位置。

  以上就是FIR滤波器的原理及特点介绍了。DSP设计人员的工具箱的支柱之一是有限脉冲响应(FIR)滤波器。FIR滤波器越长(有大量的抽头),滤波器的响应越好。但是更多的抽头增加了逻辑要求、增加了计算的复杂性,增加了功耗,以及有更大可能的饱和/溢出。

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