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22
Signal Processing Toolbox FIR Filter Design Filter Analysis
23
FIR数字滤波器 — 窗函数设计法
滤波器系数的确定
1 I

25
FIR数字滤波器 — 频率抽样设计法
滤波器系数的确定
Frequency sampling-based finite impulse response filter design
b=fir2(n, f, m) f ---- 归一化频率向量，其值在0～1之间， m ---- 与f相对应的期望幅频响应。
信号插值——正弦内插
正弦内插
x(n)
F I倍零值内插
xe(n)
F'=IF
低通滤波h(n)
xI(n)
F'
多抽样频率下信号的处理称为
“多抽样率信号处理”
Multirate Signal Processing
8
信号插值——正弦内插
正弦内插
9
信号插值——正弦内插
将x(n)的采样频率增加I倍(整数倍) 相邻两点之间等间隔插入 I-1个零点， I 称为插值因子



[1] 0 x0 [3] 0 0 [3]0x[2] x[4] x[2] 0 x[2] 0 0 0 0 0 0 x0 0 x0 0 x[1] 0 0 0 0x[0]0 0




0 0

x [1] x[0] 0 0 0


0 x[0]
h[11] h[1] [3] h[2] h[3] [5] h h[6] [8] h [10] [12]h[13] h h[0] h[1] h h[0] [2] h [4] h h[4] [6] h [7] h[7] [9] [11]h h[15] [13] h [5] h [8] h[10] h[14] [12] h[14]h[15] h h [9] h [1] h [3] h[15] h[0] [2] h[1] h[3] h[15] h [0] h [2]
பைடு நூலகம்
常用插值方式
6
信号插值——线性内插
线性内插
已知直线上两点的坐标(x1, y1)和(x2, y2)，在由 这两点决定的直线上插入若干个给定点的x的值y
由直线的两点式公式：
y y1 y2 y1 x x1 x2 x1
y 2 1 3 x
7
得线性插值公式：
y2 y1 y y1 ( x x1 ) x2 x1
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FIR数字滤波器 — 频率抽样设计法
滤波器系数的确定
Frequency sampling-based finite impulse response filter design
b=fir2(15,[0 1/I 1/I 1],[I I 0 0])
| H ( ) |
I
1 I
1 I
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信号插值——低通滤波
低通滤波器
j Ie j H (e ) 0
窗函数设计法 频率抽样设计法 …
1 I
1 | | I 1 | | I
| H ( ) |
I
通带内幅度=I
1 I

截止频率=1/I
18
主要内容
数字滤波器 信号插值

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FIR数字滤波器— Filter Analysis
频率响应
freqz(num,den,n)
b = fir1(15,1/I); [H,w] = freqz(b,1,512); plot(w/pi,abs(H1));
freqz(num,den,n,Fs)
其中：
num-----系统传递函数分子系数组成的行向量 den------系统传递函数分母系数组成的行向量 n---------是频率响应的点数，最好为2的幂缺省值512
x ( n)
I
xe (n) If s
fs
内插后的序列
n x( ) xe (n) I 0
n 0, I , 2 I else
10
信号插值——正弦内插
采样频率转换
x(n / I ) xI (n) 0
X I (e j )
n
n 0, I , 2 I else
待测 信号 信号调理 通道 数 据 ADC 接 DCLK 收 SCLK 晶振 F I F O S P 接 口 DSP 键盘 DCM
LCD
信号调理通道模块
FPGA模块
DSP模块
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数字滤波的实现—卷积
设两序列x(n)、 h(n)，则其卷积和定义为：
y ( n)

m
x(m)h(n m) x(n) h(n)
信号插值的基本原理
数字滤波器
基于Matlab的信号插值滤波器设计
DSP中数字滤波器的实现
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Digital Signal Processing
数字信号处理
信号用数字或符号表示的序列，通过计算 机或通用(专用)信号处理设备，用数字的数值 计算方法处理(例如滤波、变换、压缩、增强、 估计、识别等)，以达到提取有用信息便于应 用的目的。
信号滤波（减噪）
信号插值
频域补偿
(幅度平坦化、带宽增强、相位校正等)
信号重建
(非均匀校正等)
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数字滤波器的分类
IIR数字滤波器：
可以利用模拟滤波器设计 但相位非线性
FIR数字滤波器：
可以严格线性相位，又可任意幅度特性 因果稳定系统
可用FFT计算 但阶次比IIR滤波器要高得多



xI (n)e jn x(n / I )e jn
n

n


x(k )e jkI
信号抽取前后频域的关系
X I (e j ) X (e j I )
X (e jω )周期：-π ~ π ; XI (e jω)周期：-π / I ~ π / I
11
信号插值——正弦内插
FR16_TO_FLOAT Function:
Convert a fract16 to a floating-point value
Synopsis:
#include <fract2float_conv.h> float fr16_to_float(fract16 x);
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开始 读取gOriginBuffer[0]
14
数字滤波器
模拟滤波器：
用电阻、电容、电感及有源器件等构成滤波器对 信号进行滤波 y (n) x ( n)
数字滤波器： 优点：
b0 a1
z 1
通过对输入信号的进行数值运算来实现滤波
高精度、稳定、体积小、重量轻、灵活，不要求 阻抗匹配，可实现特殊滤波功能
15
DSP在数字存储示波器中的应用
DSP中数字滤波的实现
32
基本数据采集系统
本实验原理框图
ADC: AD9481, 250MSPS FPGA：Xilinx公司的Spartan-3A系列的XC3S400A-4， 开发工具：ISE DSP: ADI公司的Blackfin系列BF531 DS FPGA 开发工具：VisualDSP++ D SD
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MATLAB - FDATool
MATLAB中提供的滤波器设计辅助设计 软件（在命令窗口中键入“fdatool”即可 启动）
产生 HDL 幅度响应 相位响应…
定点化 Simulink
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MATLAB - LowPassFilter
低通滤波器的设计规范
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主要内容
数字滤波器 信号插值 基于Matlab的信号插值滤波器设计
通过DSP实现对采样数据的4倍插值；
在Visual DSP++中完成调试，并送屏幕显示， 确认运算结果的正确性。
3
实验目的
实验目的
掌握基于DSP的数字信号处理基本流程； 掌握信号插值数字滤波器的基本设计方法； 掌握数字信号插值在DSP中的实现流程。
实验设备与工具
硬件：PG1000嵌入式开发平台，PC 机，信号 发生器。
时域测试技术综合实验
——数字示波器中的信号插值
电子测试技术及仪器教育部工程研究中心 潘卉青
1
信号插值
为什么插值：
显示所需采样率大于ADC最高采样率，显示所 需的两个点的时间间隔小于ADC输出的采样点的时 间间隔时，需要插值。
时基
200× 250samples
2
实验内容
实验内容
使用Matlab设计一个插值倍数I=4倍的数字插值 滤波器；
x(n) 低通滤波器
F I倍零值内插
xe(n)
F'=IF
低通滤波h(n)
xI(n)
F'
j Ie j H (e ) 0
1 | | I 1 | | I
| H ( ) |
I
通带内幅度=I
1 I
1 I

截止频率=1/I
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主要内容
中的原始采样数据
基 本 流 程 图
完成对原始采样数据 I=4的零值内插
Fs--------采样频率
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Filter滤波
因果LSI系统的的零状态响应，在matlab中 可以用函数