CN101295968A - 数字滤波器的设计方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种数字滤波器的设计方法，包括：数字信号处理系统接收到用户选定的数字滤波器特性参数，根据所述数字滤波器特性参数确定出数字滤波器的标准传递函数，并以差分方程的形式表示；根据所述差分方程的各系数及其之间的运算关系，生成以所述系数为参量的运算指令，作为新数字滤波器。本发明技术方案可应用于数字滤波器可实时改变的任何系统如数字音响系统中，实现简单，可灵活地调整所需数字滤波器的系数和类型，从而使应用本发明方法的产品提供了更人性化的服务。

Description

数字滤波器的设计方法

技术领域

本发明涉及数字滤波器的设计方法，尤其涉及一种设计参数可任意调整的数字滤波器的设计方法。

背景技术

数字滤波器(Digital Filter)的功能是对输入的时间离散信号的数字代码进行运算处理，以达到改变信号频谱的目的。广泛用于数字信号处理中，如电视、VCD、音响等。应用数字滤波器处理模拟信号时，首先须对输入模拟信号进行限带、抽样和模数转换。数字滤波器具有高精度、高可靠性、可程控改变特性或复用、便于集成等优点。

在传统的数字信号处理系统中，所使用的数字滤波器的种类和系数一经设定即固定不变，其系数及种类如低通、带通和高通等均不能修改。但在很多实际应用中，需要根据实际条件、环境要求及用户需求等实时修改或重新设计所使用的数字滤波器的种类和系数。如在数字音响系统中，用户的欣赏水平和风格并不同，如果用户能实时修改数字均衡器中的滤波器系数，则可以欣赏到不同的音响效果。目前，支持种类和系数可实时改变的数字滤波器并不存在。

发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种数字滤波器的设计方法，能根据设定的参数自动生成用户所需的新的数字滤波器。

为了实现上述发明目的，本发明的主要技术方案为：

一种数字滤波器的设计方法，包括：

数字信号处理系统接收到用户选定的数字滤波器特性参数，根据所述数字滤波器特性参数计算出数字滤波器的标准传递函数，并以差分方程的形式表示；

根据所述差分方程的各系数及其之间的运算关系，生成以所述系数为参量的运算指令，作为新数字滤波器。

优选地，所述运算指令是以加法及乘法运算为主的运算指令，通过计算机软件而实现。

优选地，在新数字滤波器生成之后，还包括：

以等间隔频率点的正弦信号，在工作的频率范围内进行扫频处理，可以检验新数字滤波器是否符合设计要求；符合设计要求时生成成功消息并返回，不符合设计要求时生成失败消息并返回。

优选地，所述数字信号处理系统通过USB接口发送所述成功消息或失败消息，以及接收所述数字滤波器特性参数。

优选地，所述数字滤波器特性参数包括：数字滤波器的类型，以及截止频率、通带增益、阻带增益，还有数字滤波器的标准传递函数的系数值。

优选地，所述确定的数字滤波器的标准传递函数，具体为：

它是一个有理分式形式，分子的系数是{a0，a1，a2，…，am}，分母的系数是{b0，b1，b2，…bn}，m、n是选定的长度值，m、n的大小与用户期望的滤波精度相关。

优选地，所述目标数字滤波器的类型包括：低通、带通、高通和带阻，以及其他任意类型的数字滤波器。

主处理设备接收到用户输入的目标数字滤波器的特性参数后，通过USB接口转发至数字信号处理系统，数字信号处理系统根据所述特性参数生成数字滤波器的标准传递函数，将其转换为差分方程，并根据所述的差分方程生成运算指令，所述的运算指令即作为数字滤波器。本发明充分利用数字信号处理系统强大的处理能力，根据数字滤波器的标准传递函数，将数字滤波器的模型转换为简单的加法、乘法及延时运算，从而生成所需的数字滤波器。本发明技术方案可应用于数字滤波器可变的任何系统如数字音响系统中，用户可根据欣赏水平和风格而实时修改数字均衡器中的滤波器系数，从而欣赏到不同的音响效果。本发明实现简单，可灵活地调整所需数字滤波器的系数和类型，从而使应用本发明方法的产品提供了更人性化的服务

附图说明

图1为本发明实施例中的数字滤波器的设计方法的流程图。

具体实施方式

本发明的基本思想是：现有很多数字处理系统中，用户根据自身需求而选择不同数字滤波器的情形越来越普遍，目前的系统多不支持此需求，从而使提供给用户的服务质量不佳。本发明充分利用数字信号处理系统强大的处理能力，计算出用户所需的数字滤波器的模型，将数字滤波器的模型转换为简单的加法、乘法及延时运算，从而生成所需的数字滤波器。本发明实现简单，可灵活地调整所需数字滤波器的系数和类型，从而使应用本发明方法的产品提供了更人性化的服务。以下结合附图对本发明进行详细描述。

图1为本发明实施例中的数字滤波器的设计方法的流程图，如图1所示，本发明实施例中的数字滤波器的设计方法包括以下步骤：

步骤101：数字信号处理系统接收到用户选定的数字滤波器特性参数，根据所述数字滤波器特性参数计算出数字滤波器的标准传递函数，并以差分方程的形式表示。

这里，数字信号处理系统是与主处理设备如计算机等连接的具有其他功能的处理系统，生成数字滤波器及对数字信号进行滤波只是其中一部分工作，如具有处理能力的音响设备等。

数字信号处理系统上设置有与主处理设备进行数据交互的USB接口，数字信号处理系统可通过USB接口接收来自主设备的数字滤波器的特性参数。之所以选择USB接口，是因为其技术成熟且成本较低，可即插即用。

在数字信号处理系统设置专用的存储区域，以存储主处理设备传送的数字滤波器各特性参数。数字信号处理系统上电后，如果用户需要实时修改或重新设计所使用的数字滤波器的种类和系数，则先用USB连接线将主处理设备与数字信号处理系统中的USB接口连接起来。然后用户通过主处理设备的人机交互界面，选择所需的滤波要求以及数字滤波器的种类等，主处理设备根据用户的输入信息生成数字滤波器的种类和标准传递函数的系数值，作为设计数字滤波器的特性参数发送到数字信号处理系统的专用存储区域中。其中，数字滤波器的特性参数既包括数字滤波器的种类和标准传递函数的系数值，也包括数字滤波器的截止频率、通带增益、阻带增益。数字信号处理系统中的主程序应以固定的时间周期检测所述专用存储区域中数值是否更改。若更改则提取专用存储区域中的各参数，以所述各参数去计算出数字滤波器的标准传递函数，并以差分方程的形式表示。数字滤波器的标准传递函数，具体为：它是一个有理分式形式，分子的系数是{a0，a1，a2，…，am}，分母的系数是{b0，b1，b2，…bn}，m、n是选定的长度值，与用户期望的滤波精度相关。

步骤102：根据所述差分方程的各系数及其之间的运算关系，生成以所述系数为参量的运算指令，作为新数字滤波器。

数字滤波器需要通过大量的乘法运算和加法运算而得到，这些乘法运算和加法运算可通过运算指令轻易实现，本领域技术人员应当理解，根据数学式自动转换为运算指令是容易实现的。在新设计的数字滤波器正式使用之前，还需检验所设计的新数字滤波器是否能达到设计要求。应用正弦波扫频方式，检查新设计的数字滤波器是否符合给定的设计参数。正弦波扫频方式是在工作的频率范围内，以等间隔的频率点的正弦信号依次输入数字滤波器，并测量滤波器的输出信号幅度，得出新数字滤波器的截止频率、通带增益、阻带增益。然后与主处理设备输入进来的数字滤波器特性参数中的截止频率、通带增益、阻带增益进行比较以检查滤波器设计效果。自检结果如果在给定的误差范围内符合给定的滤波器所述特性参数，将生成设计成功消息并通过USB接口发送到主设备。如果自检结果不符合误差要求，将生成设计失败消息并通过USB接口发送到主机中，数字信号处理系统仍运行旧的数字滤波器，并删除数字信号处理系统中专用存储区中的参数。

本发明可根据用户输入的数字滤波器特性参数来生成相应的数字滤波器，适用于低通、带通、高通和带阻等类型的数字滤波器。而且实现简单，并可应用于要求数字滤波器参数可变的系统中。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。

Claims (7)

1、一种数字滤波器的设计方法，其特征在于，该方法包括：

数字信号处理系统接收到用户选定的数字滤波器特性参数，根据所述数字滤波器特性参数确定出数字滤波器的标准传递函数，并以差分方程的形式表示；

根据所述差分方程的各系数及其之间的运算关系，生成以所述系数为参量的运算指令，作为新数字滤波器。

2、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述运算指令是以加法及乘法运算为主的运算指令，通过计算机软件而实现。

3、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，该方法还包括：

在新数字滤波器生成之后，以等间隔频率点的正弦信号，在工作的频率范围内进行扫频处理，检验新数字滤波器是否符合设计要求，符合设计要求时生成成功消息并返回，不符合设计要求时生成失败消息并返回。

4、根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述数字信号处理系统是通过USB接口来发送所述成功或失败消息，以及接收所述数字滤波器的特性参数。

5、根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其特征在于，所述数字滤波器特性参数包括：数字滤波器的类型，以及截止频率、通带增益、阻带增益、数字滤波器的标准传递函数的系数值。

6、根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述数字滤波器的标准传递函数它是一个为有理分式形式，分子的系数是{a0，a1，a2，...，am}，分母的系数是{b0，b1，b2，...bn}，其中，m、n的长度决定所述数字滤波器的滤波精度；

生成以所述系数为参量的运算指令，具体为：根据所述有理式的分子分母系数及其之间的运算关系编写运算指令代码，即生成所需的数字滤波器。

7、根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述目标数字滤波器的类型包括：低通、带通、高通和带阻。

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