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標(biāo)簽 > FIR
我們所說的FIR代表FIR（Finite Impulse Response）濾波器：有限長單位沖激響應(yīng)濾波器，又稱為非遞歸型濾波器，是數(shù)字信號處理系統(tǒng)中最基本的元件，它可以在保證任意幅頻特性的同時具有嚴(yán)格的線性相頻特性，同時其單位抽樣響應(yīng)是有限長的，因而濾波器是穩(wěn)定的系統(tǒng)。
我們所說的FIR代表FIR（Finite Impulse Response）濾波器：有限長單位沖激響應(yīng)濾波器，又稱為非遞歸型濾波器，是數(shù)字信號處理系統(tǒng)中最基本的元件，它可以在保證任意幅頻特性的同時具有嚴(yán)格的線性相頻特性，同時其單位抽樣響應(yīng)是有限長的，因而濾波器是穩(wěn)定的系統(tǒng)。因此，F(xiàn)IR濾波器在通信、圖像處理、模式識別等領(lǐng)域都有著廣泛的應(yīng)用。
工作原理
在進(jìn)入FIR濾波器前，首先要將信號通過A/D器件進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，把模擬信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號；為了使信號處理能夠不發(fā)生失真，信號的采樣速度必須滿足奈奎斯特定理，一般取信號頻率上限的4-5倍做為采樣頻率；一般可用速度較高的逐次逼進(jìn)式A/D轉(zhuǎn)換器，不論采用乘累加方法還是分布式算法設(shè)計FIR濾波器，濾波器輸出的數(shù)據(jù)都是一串序列，要使它能直觀地反應(yīng)出來，還需經(jīng)過數(shù)模轉(zhuǎn)換，因此由FPGA構(gòu)成的FIR濾波器的輸出須外接D/A模塊。FPGA有著規(guī)整的內(nèi)部邏輯陣列和豐富的連線資源，特別適合于數(shù)字信號處理任務(wù)，相對于串行運算為主導(dǎo)的通用DSP芯片來說，其并行性和可擴(kuò)展性更好，利用FPGA乘累加的快速算法，可以設(shè)計出高速的FIR數(shù)字濾波器。
我們所說的FIR代表FIR（Finite Impulse Response）濾波器：有限長單位沖激響應(yīng)濾波器，又稱為非遞歸型濾波器，是數(shù)字信號處理系統(tǒng)中最基本的元件，它可以在保證任意幅頻特性的同時具有嚴(yán)格的線性相頻特性，同時其單位抽樣響應(yīng)是有限長的，因而濾波器是穩(wěn)定的系統(tǒng)。因此，F(xiàn)IR濾波器在通信、圖像處理、模式識別等領(lǐng)域都有著廣泛的應(yīng)用。
工作原理
在進(jìn)入FIR濾波器前，首先要將信號通過A/D器件進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，把模擬信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號；為了使信號處理能夠不發(fā)生失真，信號的采樣速度必須滿足奈奎斯特定理，一般取信號頻率上限的4-5倍做為采樣頻率；一般可用速度較高的逐次逼進(jìn)式A/D轉(zhuǎn)換器，不論采用乘累加方法還是分布式算法設(shè)計FIR濾波器，濾波器輸出的數(shù)據(jù)都是一串序列，要使它能直觀地反應(yīng)出來，還需經(jīng)過數(shù)模轉(zhuǎn)換，因此由FPGA構(gòu)成的FIR濾波器的輸出須外接D/A模塊。FPGA有著規(guī)整的內(nèi)部邏輯陣列和豐富的連線資源，特別適合于數(shù)字信號處理任務(wù)，相對于串行運算為主導(dǎo)的通用DSP芯片來說，其并行性和可擴(kuò)展性更好，利用FPGA乘累加的快速算法，可以設(shè)計出高速的FIR數(shù)字濾波器。
硬件分類
FIR濾波器的硬件實現(xiàn)有以下幾種方式：
集成電路
一種是使用單片通用數(shù)字濾波器集成電路，這種電路使用簡單，但是由于字長和階數(shù)的規(guī)格較少，不易完全滿足實際需要。雖然可采用多片擴(kuò)展來滿足要求，但會增加體積和功耗，因而在實際應(yīng)用中受到限制。
DSP芯片
另一種是使用DSP芯片。DSP芯片有專用的數(shù)字信號處理函數(shù)可調(diào)用，或者根據(jù)芯片指令集的結(jié)構(gòu)自行設(shè)計代碼實現(xiàn)FIR的功能；由于FIR設(shè)計時其系數(shù)計算及其量化比較復(fù)雜，因此一般都采用MATLAB軟件作為輔助設(shè)計，計算出FIR的系數(shù)；然后進(jìn)行代碼設(shè)計實現(xiàn)。實現(xiàn)FIR濾波器相對簡單，但是由于程序順序執(zhí)行，速度受到限制。而且，就是同一公司的不同系統(tǒng)的DSP芯片，其編程指令也會有所不同，開發(fā)周期較長。
可編程
還有一種是使用可編程邏輯器件，F(xiàn)PGA/CPLD。FPGA有著規(guī)則的內(nèi)部邏輯塊陣列和豐富的連線資源，特別適合用于細(xì)粒度和高并行度結(jié)構(gòu)的FIR濾波器的實現(xiàn)，相對于串行運算主導(dǎo)的通用DSP芯片來說，并行性和可擴(kuò)展性都更好。
FIR濾波器和IIR濾波器的區(qū)別
數(shù)字濾波器廣泛應(yīng)用于硬件電路設(shè)計，在離散系統(tǒng)中尤為常見，一般可以分為FIR濾波器和IIR濾波器，那么他們有什么區(qū)別和聯(lián)系呢。
FIR濾波器
定義：
FIR濾波器是有限長單位沖激響應(yīng)濾波器，又稱為非遞歸型濾波器，是數(shù)字信號處理系統(tǒng)中最基本的元件，它可以在保證任意幅頻特性的同時具有嚴(yán)格的線性相頻特性，同時其單位抽樣響應(yīng)是有限長的，因而濾波器是穩(wěn)定的系統(tǒng)。
特點：
FIR濾波器的最主要的特點是沒有反饋回路，穩(wěn)定性強，故不存在不穩(wěn)定的問題; FIR具有嚴(yán)格的線性相位，幅度特性隨意設(shè)置的同時，保證精確的線性相位; FIR設(shè)計方式是線性的，硬件容易實現(xiàn); FIR相對IIR濾波器而言，相同性能指標(biāo)時，階次較高，對CPU的性能要去較高。
圖1 FIR濾波原理圖
IIR濾波器
定義：
IIR濾波器是無限脈沖響應(yīng)濾波器，又稱遞歸型濾波器，即結(jié)構(gòu)上帶有反饋環(huán)路。
特點：
IIR數(shù)字濾波器的系統(tǒng)函數(shù)可以寫成封閉函數(shù)的形式，具有反饋回路; IIR數(shù)字濾波器的相位非線性，相位特性不好控制，隨截止頻率變化而變化，對相位要求較高時，需加相位校準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò); IIR濾波器有歷史的輸出參與反饋，同F(xiàn)IR相比在相同階數(shù)時取得更好的濾波效果; IIR數(shù)字濾波器采用遞歸型結(jié)構(gòu)，由于運算中的舍入處理，使誤差不斷累積，有時會產(chǎn)生微弱的寄生振蕩。
圖2 IIR基礎(chǔ)原理圖
區(qū)別
穩(wěn)定性：由于FIR濾波器沒有反饋回路，穩(wěn)定性要強于IIR; 相位特性：FIR 為線性相位延遲，IIR 為非線性相位延遲。 如下圖所示為10Hz的方波信號，采樣率為1KHz
圖3 方波信號
FIR濾波器后，濾波后效果圖下圖所示
圖4 FIR濾波效果圖
IIR濾波器后，濾波后效果圖下圖所示
圖5 IIR濾波效果圖
通過對比不難發(fā)現(xiàn)，IIR濾波器存在非線性相位延遲，校正時需要雙向濾波進(jìn)行校正，復(fù)雜不易控制;FIR濾波器為線性延遲，可通過左右平移的方式直接校正，誤差小。
信號處理速度：FIR的濾波輸出取決于當(dāng)前輸入數(shù)據(jù)和歷史輸入數(shù)據(jù)，IIR的濾波輸出取決于當(dāng)前輸入數(shù)據(jù)、歷史輸入數(shù)據(jù)和歷史輸出數(shù)據(jù)。以基于FPGA硬件的數(shù)字濾波器為例，F(xiàn)IR在處理信號時不需等待前一個信號的濾波輸出，只需要考慮輸入數(shù)據(jù)便可實時濾波;IIR需要等待上一個信號的濾波輸出，存在一定的時間延遲，所以處理速度上沒有FIR快。
圖6 FIR和IIR濾波對比圖
從上面的簡單比較可以看到IIR與FIR濾波器各有所長，所以在實際應(yīng)用時應(yīng)該從多方面考慮來加以選擇。從使用要求上來看，在對相位要求不敏感的場合，如語言通信等，選用IIR較為合適，這樣可以充分發(fā)揮其經(jīng)濟(jì)高效的特點;對于圖像信號處理，數(shù)據(jù)傳輸?shù)纫圆ㄐ螖y帶信息的系統(tǒng)，則對線性相位要求較高，采用FIR濾波器較好。當(dāng)然，在實際應(yīng)用中可能還要考慮更多方面的因素。
FIR（Finite Impulse Response）濾波器：有限長單位沖激響應(yīng)濾波器，又稱為非遞歸型濾波器，是數(shù)字信號處理系統(tǒng)中最基本的元件，它可以...
IIR數(shù)字濾波器可以借助成熟的模擬濾波器的成果，如巴特沃斯、契比雪夫和橢圓濾波器等，有現(xiàn)成的設(shè)計數(shù)據(jù)或圖表可查，其設(shè)計工作量比較小，對計算工具的要求不高...
FIR可以做到是線性相位的，即沖擊響應(yīng)是左右對稱的，而IIR通常是非線性相位的。這是因為FIR在設(shè)計的時候就確定了其時域波形和頻響，而IIR在設(shè)計中確定...
大神教你：FIR與IIR低通濾波器的最簡最快實現(xiàn)
在設(shè)計單片機程序的過程中，經(jīng)常需要利用ADC采集外界模擬信號。有一些信號我們比較關(guān)注它的直流與低頻分量，希望將高頻噪聲濾除，就需要借助低通濾波器。
IIR與FIR數(shù)位濾波器有什么不同，分別具有哪些優(yōu)缺點
無限脈沖響應(yīng)濾波器是數(shù)位濾波器的一種，簡稱IIR數(shù)位濾波器（infinite impulse response filter）。由于無限脈沖響應(yīng)濾波器中...
基于Matlab的FIR數(shù)字濾波器設(shè)計方案
目前，數(shù)字信號處理在通信、語音、圖像、自動控制、雷達(dá)、軍事、航空航天、醫(yī)療和家用電器等眾多領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。在數(shù)字信號處理應(yīng)用中，F(xiàn)IR數(shù)字濾波器的...
2013-11-13 標(biāo)簽：MatlabFIRFIR數(shù)字濾波器 1.7萬 0
上堂課講到FIR濾波器的線性相位特點，分析了線性相位帶來的延時特性。本堂課繼續(xù)講解FIR濾波器的幅度特性，再理論聯(lián)系實際的看看FIR濾波器到底長什么樣？...
2021-07-29 標(biāo)簽：FIR 1.6萬 0
如果單純依靠模擬電路，是不可能將50Hz干擾徹底抑制掉的，所以這時候就體現(xiàn)出數(shù)字信號處理的優(yōu)越性了。
數(shù)字濾波器的基本結(jié)構(gòu)和方框圖的詳細(xì)資料概述
數(shù)字濾波器的結(jié)構(gòu)有很多種，對于工程應(yīng)用而言，只要記住第一種結(jié)構(gòu)即可。多種結(jié)構(gòu)的學(xué)習(xí)對理論學(xué)習(xí)有幫助，工程實踐過程只需要最簡單的結(jié)構(gòu)，能夠用起來是最關(guān)鍵的...
2018-05-01 標(biāo)簽：數(shù)字濾波器FIR方框圖 1.4萬 0
在數(shù)字信號處理應(yīng)用中， 濾波占有十分重要的地位， 如對信號的過濾、檢測、預(yù)測等， 都要廣泛地用到濾波器。文中研究了FIR濾波器窗函數(shù)算法的基本思想給出了...
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DSP教學(xué)實驗箱_DSP算法實驗_嵌入式教程：4-3 有限沖激響應(yīng)濾波器（FIR）算法（CCS顯示）
標(biāo)簽：數(shù)字信號處理FIRDSP基礎(chǔ) 16754 0
類別：數(shù)字信號處理論文 2017-12-21 標(biāo)簽：濾波器FIR
FIR數(shù)字濾波器的MATLAB仿真和DSP的實現(xiàn)立即下載
類別：模擬數(shù)字 2013-06-09 標(biāo)簽：DSP數(shù)字濾波器FIR
Matlab作為濾波器設(shè)計的基礎(chǔ)軟件，不僅可以快速有效地實現(xiàn)希爾伯特變換器的設(shè)計、分析仿真和最優(yōu)化，而且可以直接計算出希爾伯特變換器的系數(shù)，加之Matl...
FIR帶通濾波器的FPGA實現(xiàn) 引 言??? 在FPGA應(yīng)用中，比較廣泛而基礎(chǔ)的就是數(shù)字濾波器。根據(jù)其單位沖激響應(yīng)函數(shù)的時域特性可分為無限沖擊響應(yīng)(I...
數(shù)字濾波器的輸入輸出均為數(shù)字信號，信號通過數(shù)字濾波器后，可以改變頻率成分的相對比例或濾除某些頻率成分。數(shù)字濾波器可以分為IIR數(shù)字濾波器和FIR數(shù)字濾波器。
2022-04-05 標(biāo)簽：數(shù)字濾波器FIR 6.7k 0
FIR數(shù)字濾波器分布式算法的原理及FPGA實現(xiàn)
摘要： 在利用FPGA實現(xiàn)數(shù)字信號處理方面，分布式算法發(fā)揮著關(guān)鍵作用，與傳統(tǒng)的乘積-積結(jié)構(gòu)相比，具有并行處理的高效性特點。詳細(xì)研究了基于FPGA、采用分布式
2009-06-20 標(biāo)簽：FIR 6.4k 1
關(guān)于DSP的語音信號FIR濾波和系統(tǒng)的實現(xiàn)
介紹了一種用DSP芯片TMS320VC5509A為語音信號進(jìn)行FIR濾波處理的實現(xiàn)方法。本方案采用TLV320AIC23來采集語音信號，然后調(diào)
基于vivado的fir ip核的重采樣設(shè)計與實現(xiàn)
本文基于xilinx 的IP核設(shè)計，源于音頻下采樣這一需求。 創(chuàng)建vivado工程 1. 首先打開vivado，創(chuàng)建一個新的project（勾選crea...
2017-02-08 標(biāo)簽：FIR 6k 0
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目前數(shù)字濾波器的硬件實現(xiàn)方法通常采用專用DSP芯片或FPGA,本文從FIR濾波器的系數(shù)考慮，采用CSD編碼，對FIR數(shù)字濾波器進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計。
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基于VerilogHDL語言的FIR數(shù)字濾波器設(shè)計與實現(xiàn)
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2012-08-13 標(biāo)簽：寄存器數(shù)字濾波器FIR 4.2k 0
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