基于MATLAB的FIR滤波器设计及DSP实现开题报告

1. 研究目的与意义

FIR滤波器是目前应用最广的数字滤波器之一，涉及通信、语音、生物医学、仪器和遥感等方面。充分利用数字滤波器在复杂的信号中提取有用的、所需要的信号,抑制没有用的,不需要的信号(干扰、噪声)的特性，可使日常的生产与生活更便利。对数字滤波器设计的方法进行探讨，实则是基于MATLAB的数字滤波器设计。根据数字滤波器的基本原理、结构与特性，利用窗函数设计法实现对FIR滤波器的设计，并通过TMS320C54X平台实现仿真。这样，技术人员可以在形形色色的信号中提取所需要的信号，并抑制不需要的信号。具有稳定性好、精度高、灵活性强、体积小、重量轻等优点，越来越来受到人们的重视，并在现代语音信号处理，图象处理和与工业控制等领域中得到了广泛的应用。

2. 国内外研究现状分析

在国外，设立许多院校和科研机构研究，发展比较迅速，在工业控制、医疗仪器、机电设备等领域应用广泛。50年代无源滤波技术日渐成熟；60年代至70年代滤波器朝着低功耗、高精度、小体积、多功能、高稳定性和廉价方向发展；80年代主要致力于各种新型滤波器性能的研究；90年代至今致力于滤波器应用与各类产品中。数字滤波器的一个重要发展是对有限冲激响应(FIR)和无限冲激响应(IIR)关系的认识转化。在初期，一般认为IIR滤波器比FIR滤波器具有更高的运算效率，因而明显地趋向于前者。后来，当人们提出用快速傅利叶变换(FFT)实现卷积运算的概念之后，发现高阶FIR滤波器也可以用很高的运算效率来实现，这就促使人们对高性能FIR滤波器的设计方法和数字滤波器的频域设计方法进行了大量的研究，从而出现了此后数字滤波器设计中频域方法与时域方法并驾齐驱的局面。经过最近几十年的发展，线性滤波方法，如维纳滤波、卡尔曼滤波和自适应滤波得到了广泛的研究和应用。一些非线性滤波方法，如小波滤波、同态滤波、中值滤波、形态滤波等都是现代信号处理的前沿课题，不但有重要的理论意义，而且有广阔的应用前景。近年来MiroSlav等人提出了一套有关数字滤波器设计的新算法和新设计方案－设计空间方法。该设计方法对同一组技术指标要求的数字滤波器可得到多种滤波器的设计方案，然后从中选取满足技术指标要求的最优设计方案，目前还处于研究阶段。数字滤波器可采用DSP处理器来实现并行处理。TI系列的DSP芯片采用多条指令并行处理的结构，时钟频率为几十MHz的DSP芯片，可高达几百MIPS(即每秒执行百万条指令)。与单片机相比，DSP有着更适合于数字滤波的优点。如：采用改进的哈佛总线结构，内部有硬件乘法器、累加器，使用流水线结构，具有良好的并行特性，并有专门设计的适用于数字信号处理的指令系统等。

在国内，50年代后广泛使用滤波器，主要用于话路滤波器和报路滤波，1983年清华大学成功研制单片SCF。现在关键是MOS工艺实现SCF及推广应用问题，在国内很多用户还不熟悉，因此应用尚未普及。经过半个世纪的发展，我国数字滤波器在研制、生产和应用等方面正在快速发展，但由于缺少专门研制机构，集成工艺和材料工业跟不上来，使得我国许多新型滤波器的研制应用与国际发展有一段距离。在国内的工程技术中应用中，模拟滤波器占了很大的比重，数字滤波器在生产应用中所占的比例还不多。从应用比例来看，数字滤波器要想实现大规模应用，必须加大对这方面的研究投入。随着我国科学技术的飞速发展，在国内也很多学者在数字滤波领域展开长期的深入研究，如山东大学的赖晓平教授、天津大学的王兆华教授。无论是在理论上还是在工程技术领域，都有很多科研成果。数字滤波器也逐渐应用在各种行业里，大到航空航天、国防军事，小到各种语音音箱制品、地下管道检测等经济领域。我国现有滤波器的种类和所覆盖的频率己基本上满足现有各种电信设备。从整体而言，我国有源滤波器发展比无源滤波器缓慢，数字滤波器比模拟滤波器发展缓慢。对FIR滤波器而言，从理论上讲要尽可能的降低其阶数，因为随着阶数的增加，实现数字滤波器的运算量就越大。如果阶数不能降低，则对算法的运算效率就要提出更高的。我国数字滤波器研制和生产与上述要求相差甚远，为缩短这个差距，电子工程和科技人员肩负着重大的历史责任。而且在世界范围内集成化也是一个重要的发展趋势。

3. 研究的基本内容与计划

一、研究内容

了解fir滤波器与tms320c54x的基本原理及用途；在matlab环境下设计fir滤波器，并进行必要的编程；设计出的滤波器在tms320c54x平台上进行实验验证。

二、研究计划

4. 研究创新点

在MATLAB环境下利用窗函数设计法FIR滤波器并在DSP平台上仿真结果