數字濾波器的設計方法
2023-04-23 20:30:01 2
專利名稱：數字濾波器的設計方法
技術領域：
本發明涉及數字濾波器的設計方法，尤其涉及一種設計參數可任意調整的數字濾波器的設計方法。
背景技術：
數字濾波器(Digital Filter)的功能是對輸入的時間離散信號的數字代碼進行運算處理，以達到改變信號頻譜的目的。廣泛用於數位訊號處理中，如電視、VCD、音響等。應用數字濾波器處理模擬信號時，首先須對輸入模擬信號進行限帶、抽樣和模數轉換。數字濾波器具有高精度、高可靠性、可程控改變特性或復用、便於集成等優點。
在傳統的數位訊號處理系統中，所使用的數字濾波器的種類和係數一經設定即固定不變，其係數及種類如低通、帶通和高通等均不能修改。但在很多實際應用中，需要根據實際條件、環境要求及用戶需求等實時修改或重新設計所使用的數字濾波器的種類和係數。如在數字音響系統中，用戶的欣賞水平和風格並不同，如果用戶能實時修改數字均衡器中的濾波器係數，則可以欣賞到不同的音響效果。目前，支持種類和係數可實時改變的數字濾波器並不存在。
發明內容
有鑑於此，本發明的主要目的在於提供一種數字濾波器的設計方法，能根據設定的參數自動生成用戶所需的新的數字濾波器。
為了實現上述發明目的，本發明的主要技術方案為 一種數字濾波器的設計方法，包括 數位訊號處理系統接收到用戶選定的數字濾波器特性參數，根據所述數字濾波器特性參數計算出數字濾波器的標準傳遞函數，並以差分方程的形式表示； 根據所述差分方程的各係數及其之間的運算關係，生成以所述係數為參量的運算指令，作為新數字濾波器。
優選地，所述運算指令是以加法及乘法運算為主的運算指令，通過計算機軟體而實現。
優選地，在新數字濾波器生成之後，還包括 以等間隔頻率點的正弦信號，在工作的頻率範圍內進行掃頻處理，可以檢驗新數字濾波器是否符合設計要求；符合設計要求時生成成功消息並返回，不符合設計要求時生成失敗消息並返回。
優選地，所述數位訊號處理系統通過USB接口發送所述成功消息或失敗消息，以及接收所述數字濾波器特性參數。
優選地，所述數字濾波器特性參數包括數字濾波器的類型，以及截止頻率、通帶增益、阻帶增益，還有數字濾波器的標準傳遞函數的係數值。
優選地，所述確定的數字濾波器的標準傳遞函數，具體為 它是一個有理分式形式，分子的係數是{a0，a1，a2，…，am}，分母的係數是{b0，b1，b2，…bn}，m、n是選定的長度值，m、n的大小與用戶期望的濾波精度相關。
優選地，所述目標數字濾波器的類型包括低通、帶通、高通和帶阻，以及其他任意類型的數字濾波器。
主處理設備接收到用戶輸入的目標數字濾波器的特性參數後，通過USB接口轉發至數位訊號處理系統，數位訊號處理系統根據所述特性參數生成數字濾波器的標準傳遞函數，將其轉換為差分方程，並根據所述的差分方程生成運算指令，所述的運算指令即作為數字濾波器。本發明充分利用數位訊號處理系統強大的處理能力，根據數字濾波器的標準傳遞函數，將數字濾波器的模型轉換為簡單的加法、乘法及延時運算，從而生成所需的數字濾波器。本發明技術方案可應用於數字濾波器可變的任何系統如數字音響系統中，用戶可根據欣賞水平和風格而實時修改數字均衡器中的濾波器係數，從而欣賞到不同的音響效果。本發明實現簡單，可靈活地調整所需數字濾波器的係數和類型，從而使應用本發明方法的產品提供了更人性化的服務
圖1為本發明實施例中的數字濾波器的設計方法的流程圖。
具體實施例方式 本發明的基本思想是現有很多數字處理系統中，用戶根據自身需求而選擇不同數字濾波器的情形越來越普遍，目前的系統多不支持此需求，從而使提供給用戶的服務質量不佳。本發明充分利用數位訊號處理系統強大的處理能力，計算出用戶所需的數字濾波器的模型，將數字濾波器的模型轉換為簡單的加法、乘法及延時運算，從而生成所需的數字濾波器。本發明實現簡單，可靈活地調整所需數字濾波器的係數和類型，從而使應用本發明方法的產品提供了更人性化的服務。以下結合附圖對本發明進行詳細描述。
圖1為本發明實施例中的數字濾波器的設計方法的流程圖，如圖1所示，本發明實施例中的數字濾波器的設計方法包括以下步驟 步驟101數位訊號處理系統接收到用戶選定的數字濾波器特性參數，根據所述數字濾波器特性參數計算出數字濾波器的標準傳遞函數，並以差分方程的形式表示。
這裡，數位訊號處理系統是與主處理設備如計算機等連接的具有其他功能的處理系統，生成數字濾波器及對數位訊號進行濾波只是其中一部分工作，如具有處理能力的音響設備等。
數位訊號處理系統上設置有與主處理設備進行數據交互的USB接口，數位訊號處理系統可通過USB接口接收來自主設備的數字濾波器的特性參數。之所以選擇USB接口，是因為其技術成熟且成本較低，可即插即用。
在數位訊號處理系統設置專用的存儲區域，以存儲主處理設備傳送的數字濾波器各特性參數。數位訊號處理系統上電後，如果用戶需要實時修改或重新設計所使用的數字濾波器的種類和係數，則先用USB連接線將主處理設備與數位訊號處理系統中的USB接口連接起來。然後用戶通過主處理設備的人機互動界面，選擇所需的濾波要求以及數字濾波器的種類等，主處理設備根據用戶的輸入信息生成數字濾波器的種類和標準傳遞函數的係數值，作為設計數字濾波器的特性參數發送到數位訊號處理系統的專用存儲區域中。其中，數字濾波器的特性參數既包括數字濾波器的種類和標準傳遞函數的係數值，也包括數字濾波器的截止頻率、通帶增益、阻帶增益。數位訊號處理系統中的主程序應以固定的時間周期檢測所述專用存儲區域中數值是否更改。若更改則提取專用存儲區域中的各參數，以所述各參數去計算出數字濾波器的標準傳遞函數，並以差分方程的形式表示。數字濾波器的標準傳遞函數，具體為它是一個有理分式形式，分子的係數是{a0，a1，a2，…，am}，分母的係數是{b0，b1，b2，…bn}，m、n是選定的長度值，與用戶期望的濾波精度相關。
步驟102根據所述差分方程的各係數及其之間的運算關係，生成以所述係數為參量的運算指令，作為新數字濾波器。
數字濾波器需要通過大量的乘法運算和加法運算而得到，這些乘法運算和加法運算可通過運算指令輕易實現，本領域技術人員應當理解，根據數學式自動轉換為運算指令是容易實現的。在新設計的數字濾波器正式使用之前，還需檢驗所設計的新數字濾波器是否能達到設計要求。應用正弦波掃頻方式，檢查新設計的數字濾波器是否符合給定的設計參數。正弦波掃頻方式是在工作的頻率範圍內，以等間隔的頻率點的正弦信號依次輸入數字濾波器，並測量濾波器的輸出信號幅度，得出新數字濾波器的截止頻率、通帶增益、阻帶增益。然後與主處理設備輸入進來的數字濾波器特性參數中的截止頻率、通帶增益、阻帶增益進行比較以檢查濾波器設計效果。自檢結果如果在給定的誤差範圍內符合給定的濾波器所述特性參數，將生成設計成功消息並通過USB接口發送到主設備。如果自檢結果不符合誤差要求，將生成設計失敗消息並通過USB接口發送到主機中，數位訊號處理系統仍運行舊的數字濾波器，並刪除數位訊號處理系統中專用存儲區中的參數。
本發明可根據用戶輸入的數字濾波器特性參數來生成相應的數字濾波器，適用於低通、帶通、高通和帶阻等類型的數字濾波器。而且實現簡單，並可應用於要求數字濾波器參數可變的系統中。
以上所述僅為本發明的較佳實施例而已，並非用於限定本發明的保護範圍。
權利要求
1、一種數字濾波器的設計方法，其特徵在於，該方法包括
數位訊號處理系統接收到用戶選定的數字濾波器特性參數，根據所述數字濾波器特性參數確定出數字濾波器的標準傳遞函數，並以差分方程的形式表示；
根據所述差分方程的各係數及其之間的運算關係，生成以所述係數為參量的運算指令，作為新數字濾波器。
2、根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述運算指令是以加法及乘法運算為主的運算指令，通過計算機軟體而實現。
3、根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，該方法還包括
在新數字濾波器生成之後，以等間隔頻率點的正弦信號，在工作的頻率範圍內進行掃頻處理，檢驗新數字濾波器是否符合設計要求，符合設計要求時生成成功消息並返回，不符合設計要求時生成失敗消息並返回。
4、根據權利要求3所述的方法，其特徵在於，所述數位訊號處理系統是通過USB接口來發送所述成功或失敗消息，以及接收所述數字濾波器的特性參數。
5、根據權利要求1至4中任一項所述的方法，其特徵在於，所述數字濾波器特性參數包括數字濾波器的類型，以及截止頻率、通帶增益、阻帶增益、數字濾波器的標準傳遞函數的係數值。
6、根據權利要求5所述的方法，其特徵在於，所述數字濾波器的標準傳遞函數它是一個為有理分式形式，分子的係數是{a0，a1，a2，...，am}，分母的係數是{b0，b1，b2，...bn}，其中，m、n的長度決定所述數字濾波器的濾波精度；
生成以所述係數為參量的運算指令，具體為根據所述有理式的分子分母係數及其之間的運算關係編寫運算指令代碼，即生成所需的數字濾波器。
7、根據權利要求6所述的方法，其特徵在於，所述目標數字濾波器的類型包括低通、帶通、高通和帶阻。
全文摘要
本發明公開了一種數字濾波器的設計方法，包括數位訊號處理系統接收到用戶選定的數字濾波器特性參數，根據所述數字濾波器特性參數確定出數字濾波器的標準傳遞函數，並以差分方程的形式表示；根據所述差分方程的各係數及其之間的運算關係，生成以所述係數為參量的運算指令，作為新數字濾波器。本發明技術方案可應用於數字濾波器可實時改變的任何系統如數字音響系統中，實現簡單，可靈活地調整所需數字濾波器的係數和類型，從而使應用本發明方法的產品提供了更人性化的服務。
文檔編號H03H17/02GK101295968SQ20081012618
公開日2008年10月29日 申請日期2008年6月27日 優先權日2008年6月27日
發明者顏小平 申請人:中興通訊股份有限公司