毕业设计基于matlab的FIR数字滤波器设计文档格式.docx
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院、系：
信息工程学院
2012年3月7日
一、毕业设计的目的
1、通过毕业设计把自己在大学中所学的知识应用到实践当中。
2、深入了解利用Matlab设计FIR数字滤波器的基本方法。
3、在毕业设计的过程中基本掌握了Matlab编译程序的基本方法。
4、提高自己的自学能力和动手能力。
5、锻炼自己通过网络及各种资料解决实际问题的能力。
二、主要设计内容
利用窗函数法、频率抽样法设计FIR滤波器，绘制出滤波器的特性图。
利用所设计的滤
波器对多个频带叠加的正弦信号进行处理，对比滤波前后的信号时域和频域图，验证滤波器
的效果。
最后找一段语音信号，并对此信号进行采样和加噪，绘制出采样后语音信号的时域
波形和频谱图，然后用所设计的滤波器对加噪后的信号进行滤波，绘制出滤波后信号的时域
波形和频谱，并对滤波前后的信号进行对比，分析信号的变化。
三、重点研究问题
基于Matlab的FIR数字滤波器的基本设计方法，能够根据性能指标要求独立灵活地进行滤波器的设计。
四、主要技术指标或主要设计参数
（1）滤波器类型
（2）滤波器阶数和采样频率
（3）通带和阻带截止频率
（4）通带和阻带衰减
五、设计成果要求
1、完成毕业设计书文档
2、完成程序的编译和调试
3、对程序主要语句做出注释
本科生毕业设计（论文）开题报告
2012年3月20日
数字滤波技术是数字信号处理的一个重要组成部分，滤波器的设计是
信号处理的核心问题之一。
数字滤波器是一个离散的系统，它可以对输入的离散信号进行一系列运算处理，从输入的信号中获得所需要的信息。
数字滤波器的系统函数通常表示为
M
bjzj
H（z）4
1azi
i1
数字滤波器分为有限冲激响应数字滤波器，即FIR数字滤波器和无限
冲激响应，即IIR数字滤波器。
从公式的角度来看，FIR数字滤波器的ai始
主要内容终为零；
IIR数字滤波器ai至少有一个非零。
实现数字滤波器的方法一般有两种：
一种方法是吧滤波器所要完成的运算编成程序并让计算机执行，也就是采用计算机软件来实现；
另一种方法是设计专用的数字硬件、专用的数字信号处理器或采用通用的数字信号处理器来实现。
本设计根据FIR滤波器的设计原理，提出了Matlab环境下FIR滤波器的窗函数法、频率抽样法，Matlab环境为设计FIR滤波器提供了一个可靠而有效的工作平台。
Matlab软件以矩阵运算为基础，把计算、可视化及程序设计有机融合到交互式工作环境中，并且为数字滤波的研究和应用提供了一个直观、高效、便捷的利器。
工程人员可以直观方便地进行科学研究与工程应用。
Matlab是美国MathWorks公司出品的商业数学软件，用于算法开发、数据可视化、数据分析以及数值计算的高级技术计算语言和交互式环境，主要包括Matlab和Simlink两大部分。
在数字信号处理中，由于信号中经常混有各种复杂成分，所以很多信号分析都是基于滤波器而进行的，因此数字滤波器占有极其重要的地位。
数字滤波器是具有一定传输选择特性的数字信号处理装置，其输入与输出
均为数字信号，实质上是一个由有限精度算法实现的线性时不变离散系统。
它的基本工作原理是利用离散系统特性对系统输入信号进行加工和变换，
改变输入序列的频谱或信号波形，让有用频率的信号分量通过，抑制无用的信号分量输出。
数字滤波器和模拟滤波器有着相同的滤波概念，根据其频率响应特性可分为低通、高通、带通、带阻等类型。
与模拟滤波器相比，数字
滤波器除了具有数字信号处理固有优点外，还有滤波精度高、稳定性好、灵活性强等优点。
FIR滤波器可以得到严格的线性相位，但它的传递函数的极点固定在原点，只能通过改变零点位置来改变性能，为了达到高的选择性，必须用较高的阶数，对于同样的滤波器设计指标,FIR滤波器要求的阶数可能比IIR滤波器高5〜10倍。
在设计中，我将利用窗函数法、频率抽样法设计FIR滤波器，绘制出滤波器的特性图。
利用所设计的滤波器对多个频带叠加的正弦信号进行处理，对比滤波前后的信号时域和频域图，验证滤波器的效果。
最后找一段语音信号，并对找到的信号进行采样和加噪，绘制出采样后语音信号的时域波形和频谱图，然后用所设计的滤波器对加噪后的信号进行滤波，绘制出滤波后信号的时域波形和频谱，并对滤波前后的信号进行对比，分析信号的变化。
采取的主要技术路线或方法
由于FIR数字滤波器具有严格的相位特性，对于信号处理和数据传输是很重要的。
目前FIR滤波器的设计方法主要有三种：
窗函数法、频率抽样法和优化设计方法。
我们本文主要介绍窗函数法和频率抽样设计法。
其中利用窗函数法设计FIR滤波器的基本思路是：
先给定频率响应函数，利用IDFT求出理想滤波器的单位响应在时域表达hd（n）,从时域出发设计h（n）逼近理想hd（n）。
我们要设计的是FIR滤波器，其h（n）必然是有限长的，所以要用有限长的h（n）来逼近无限长的hd（n）0最有效的方法是将hd（n）进行截断，或者说，是用一个有限长度的窗函数序列w（n）
来截取hd（n）,即利用h（n）hd（n）（n）截取为有限长因果序列。
按照线性相位滤波器的要求，线性相位FIR数字低通滤波器的单位抽样响应h（n）必须是偶对称的。
矩形窗设计的FIR低通滤波器，最大相对肩峰值为8.95%,N增加钾时，2pi/N减小，故起伏振荡变密，最大肩峰则总是8.95%,这种现象称为吉布斯（Gibbs）现象。
为了消除吉布斯效应，一般采用其他类型的窗函数，Matlab设计FIR滤波器有多种方法和对应的函数。
窗函数设计法不仅在数字滤波器的设计中占有重要的地位，同时可以用于功率谱的估计，
从根本上讲，使用窗函数的目的就是消除由无限序列的截短而引起的Gibbs现象所带来的影响。
利用频率抽样法的基本思路是：
设所需滤波器的频率响应为Hd（ej）0现要求设计一个M阶的FIR滤波器h[k],使得Hd（ej）在M+1个抽样点上，FIR滤波器的频率响应Hd（ej）与所需的频率响应H（ej）相等，即
Hd（ej）H（ejm）h[k]ejkm,m0,1，…，Mk0
Hd（ej）由设计要求给定，h[k]需要通过设计来确定。
如果M+1个方程是线性无关的，则可以通过求解M+1阶的线性方程得出FIR滤波器的h[k]。
对
要满足线性相位滤波器的约束条件
预期的成果及形
1、毕业设计书文档
2、程序的编译和调试
3、程序主要语句注释
时间安排
第3周根据任务书，查阅相关资料
第4周完成开题报告
第5周复习数字信号处理中关于FIR数字滤波器的内容
第6周复习matlab课程中的笔记，熟悉matlab的使用
第7周开始利用matlab进行程序的编译
第8周继续利用matlab进行程序的编译，并修改程序中所出现的错误
第9周完成外文翻译
第10周继续利用matlab进行程序的编译和修改
第11周继续利用matlab进行程序的编译和修改，并完善程序注释
第12周完成毕业论文
第13周制作PPT准备答辩
第14周答辩
指导教师意见
签名：
年月日
备注
基于Matlab的FIR数字滤波器设计
摘要：
在数字信号处理中,由于信号中经常混有各种复杂成分，所以很多信号
分析都是基于滤波器而进行的，因此数字滤波器占有极其重要的地位。
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，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，频率采样法通过调用Matlab函
数设计FIR数字滤波器。
绘制对应的幅频特性曲线。
最后用基于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。
关键词：
FIR数字滤波器，仿真，窗函数法，频率抽样法，Matlab
DesignoftheMATLAB-basedFIRdigitalfilter
Abstract:
Indigitalsignalprocessing,becausethesignalisoftenmixedwitha
varietyofcomplexcomposition,soalotofsignalanalysisarebasedonthefilter,digitalfilteroccupiesanextremelyimportantposition.Indigitalcontrolsystem,interference,whichismixedintheinputsignal,hasagreateffectonperformanceofthesystem.Therefore,processingofinputsignalhastobedonetogetusefulsignal.Finiteimpulseresponse（FIR）filterplaysanimportantroleintheprocessingofdigitalsignal.DesigningtheFIRfilterbyMatlabcansimplifythecomplicatedcomputationinsimulationandimprovetheperformance.Byusingthemethodsofwindowfunction,frequencysampling,thedesignofFIRdigitalfilterhasbeenprocessedinMatlab.IntheviewofthedesignedprogramofMatlabandthefigureoftheamplitude-frequencycharacterization.Atlast,byusingtheFIRdigitalfilterswhichhavebeendesignedtoprocessthesoundsignalbasedontheMatlabfunction,thefilteringeffectofdifferentdigitalfiltersisanalyzedbycomparingthesignal’sspectrumviewersandthesound
fileswhichhavebeengenerated.TheexperimentalresultsshowthattheFIRfiltersdesignedinthispaperareeffective.
Keywords:
FIRdigitalfilter,simulation,windowingmethod,frequen
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