系统性能的影响。(2)可靠性高。只要在数字电路的工作环境下,数字滤波器就能够稳定可靠的工作。(3)数字滤波器可以实现精确的线性相位和多速率处理等模拟滤波器无法实现的功能。(4)精度高。数字滤波器只要提高字长,可以实现任意精度的信号处理。(5)灵活性大。数字滤波器实现更加灵活,可用计算机软件实现,也可用大规模集成数字硬件实现。除此之外,数字滤波器还具有易于大规模集成、自适应算法、并行处理等优点。但是经典数字滤波器的设计还存在着一些缺点,如IIR[2](无限冲击响应)滤波器所用存储单元少,经济且效率高,但是系统不稳定,且其相位是非线性的;FIR[3](有限冲击响应)滤波器可以得到严格的线性相位,却需要用较高的阶数来实现其高选择性,所以成本较高,信号延迟也较大。
2数字滤波器的应用现状与发展趋势[4]
在信号处理过程中,所处理的信号往往混有噪音,从接收到的信号中消除或减弱噪音是信号传输和处理中十分重要的问题。根据有用信号和噪音的不同特性,提取有用信号的过程称为滤波,实现滤波功能的系统称为滤波器。在近代电信设备和各类控制系统中,数字滤波器应用极为广泛,这里只列举部分应用最成功的领域[5]。 2.1语音处理
语音处理是最早应用数字滤波器的领域之一,也是最早推动数字信号处理理论发展的领域之一。该领域主要包括5个方面的内容:第一,语音信号分析。即对语音信号的波形特征、统计特性、模型参数等进行分析计算;第二,语音合成。即利用专用数字硬件或在通用计算机上运行软件来产生语音;第三,语音识别。即用专用硬件或计算机识别人讲的话,或者识别说话的人;第四,语音增强。即从噪音或干扰中提取被掩盖的语音信号。第五,语音编码。主要用于语音数据压缩,目前已经建立了一系列语音编码的国际标准,大量用于通信和音频处理。
2.2图像处理
数字滤波技术以成功地应用于静止图像和活动图像的恢复和增强、数据压缩、去噪音和干扰、图像识别以及层析X射线摄影,还成功地应用于雷达、声纳、超声波和红外信号的可见图像成像。在现代通信技术领域内,几乎没有一个分支不受到数字滤波技术的影响。信源编码、信道编码、调制、多路复用、数据压缩以及自适应信道均衡等,都广泛地采用数字滤波器,特别是在数字通信、网络通信、图像通信、多媒体通信等应用中,离开了数字滤波器,几乎是寸步难行。其中,被认为是通信技术未来发展方向的软件无线电技术,更是以数字滤波技术为基础。
2.3电视、雷达
数字电视取代模拟电视已是必然趋势。高清晰度电视的普及指日可待,与之配套的视频光盘技术已形成具有巨大市场的产业;可视电话和会议电视产品不断更新换代。视频压缩和音频压缩技术所取得的成就和标准化工作,促成了电视领域产业的蓬勃发展,而数字滤波器及其相关技术是视频压缩和音频压缩技术的重要基础。雷达信号占有的频带非常宽,数据传输速率也非常高,因而压缩数据量和降低数据传输速率是雷达信号数字处理面临的首要问题。告诉数字器件的出现促进了雷达信号处理技术的进步。在现代雷达系统中,数字信号处理部分是不可缺少的,因为从信号的产生、滤波、加工到目标参数的估计和目标成像显示都离不开数字滤波技术。雷达信号的数字滤波器是当今十分活跃的研究领域之一。声纳信号处理分为两大类,即有源声纳信号处理和无源声纳信号处理,有源声纳系统涉及的许多理论和技术与雷达系统相同。 2.4音乐
数字滤波器为音乐领域开辟了一个新局面,在对音乐信号进行编辑、合成、以及在音乐中加入交混回响、合声等特殊效果特殊方面,数字滤波技术都显示出了强大的威力。数字滤波器还可用于作曲、录音和播放,或对旧录音带的音质进行恢复等。
数字滤波器的应用领域如此广泛,以至于想完全列举他们是根本不可能的,除了以上几个领域外,还有很多其他的应用领域。例如,在军事上被大量应用于导航、制导、电子对抗、战场侦察;在电力系统中被应用于能源分布规划和自动检测;在环境保护中被应用于对空气污染和噪声干扰的自动监测,在经济领域中被应用于股票市场预测和经济效益分析等等。 参考文献
[1] 刘正士等.一种数字滤波器的设计方法及其应用[J].中国机械工程,2013(1). [2] 聂光伟等.基于MATLAB的IIR数字滤波器的设计方法[J].科技创新导报,2009(3) [3]李钟慎.基于MATLAB设计巴特沃斯低通滤波器[J].信息技术,2003,27(3):49-50. [4]赵晓群,张洁.巴特沃斯低通滤波器的实现方法研究[J].大连民族学院学报,2013,15(01):72-75.
[5]杨武. LMS自适应滤波器优化设计与仿真分析[D].吉林大学,2017.