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數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì)開(kāi)題報(bào)告范文
基于matlab的FIR濾波器設(shè)計(jì)開(kāi)題報(bào)告
一、研究背景
數(shù)字濾波器和模擬濾波器有著相同的濾波概念，根據(jù)其頻率響應(yīng)特性可分為低通、高通、帶通、帶阻等類型，與模擬濾波器相比，數(shù)字濾波器除了具有數(shù)字信號(hào)處理的固有優(yōu)點(diǎn)外，還有濾波精度高、穩(wěn)定性好、靈活性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。
數(shù)字濾波器可以過(guò)濾時(shí)間離散信號(hào)，通過(guò)對(duì)抽樣數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)字處理來(lái)達(dá)到頻域?yàn)V波的目的。由于計(jì)算機(jī)技術(shù)和大規(guī)模集成電路的發(fā)展，數(shù)字濾波器已可用計(jì)算機(jī)軟件實(shí)現(xiàn)。
FIR濾波器具有嚴(yán)格的線性相位，可以具有任意的幅度特性，且是可物理實(shí)現(xiàn)的因果系統(tǒng)，因此被廣泛地應(yīng)用在現(xiàn)代通信技術(shù)當(dāng)中，如解調(diào)器中的位同步與位定時(shí)提取、自適應(yīng)均衡去碼間串?dāng)_以及話音的自適應(yīng)編碼等�？梢�(jiàn)對(duì)基于MATLAB的FIR濾波器的研究是具有非常重要的現(xiàn)實(shí)意義的。在高度信息化的今天，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)，基于視覺(jué)的圖像處理技術(shù)，模式識(shí)別等領(lǐng)域的不斷研究與發(fā)展，圖像識(shí)別技術(shù)得到更快的發(fā)展，并在檢測(cè)的實(shí)時(shí)性和準(zhǔn)確性方面有更新的突破，所以將數(shù)字濾波器應(yīng)用在工業(yè)缺陷零件的檢測(cè)上也成為當(dāng)今一熱點(diǎn)課題。
MATLAB既具有結(jié)構(gòu)化的控制語(yǔ)言，又能面向?qū)ο缶幊蹋Z(yǔ)法限制不嚴(yán)格，具有強(qiáng)大的圖形功能和功能強(qiáng)大的工具箱。它為數(shù)字濾波的研究和應(yīng)用提供了一個(gè)直觀、高效、便捷的利器，并且提供了完整的聯(lián)機(jī)查詢、幫助系統(tǒng)和比較完備的調(diào)試系統(tǒng)，程序不必經(jīng)過(guò)編譯就可以直接運(yùn)行，而且能夠及時(shí)地報(bào)告出現(xiàn)的錯(cuò)誤及進(jìn)行出錯(cuò)原因分析。
二、國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀
在數(shù)字信號(hào)處理中，F(xiàn)IR數(shù)字濾波器是最常用的單元之一。數(shù)字濾波器精確度高、使用靈活、可靠性高，具有模擬設(shè)備所沒(méi)有的許多優(yōu)點(diǎn)，已廣泛地應(yīng)用于各個(gè)科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域，例如數(shù)字電視、語(yǔ)音、通信、雷達(dá)、聲納、遙感、圖像、生物醫(yī)學(xué)以及許多工程應(yīng)用領(lǐng)域。隨著信息時(shí)代數(shù)字時(shí)代的到來(lái)，數(shù)字濾波技術(shù)已經(jīng)成為一門(mén)及其重要的科學(xué)和技術(shù)領(lǐng)域。以往的濾波器大多采用模擬電路技術(shù)，但是，模擬電路技術(shù)存在很多難以解決的問(wèn)題，例如，模擬電路元件對(duì)溫度的敏感性，等等。而采用數(shù)字技術(shù)則避免很多類似的難題，當(dāng)然數(shù)字濾波器在其他方面也有很多突出的優(yōu)點(diǎn)都是模擬技術(shù)所不能及的，所以采用數(shù)字濾波器對(duì)信號(hào)進(jìn)行處理是目前的發(fā)展方向。
由于我們所面對(duì)的工程問(wèn)題越來(lái)越復(fù)雜，過(guò)去所依賴分析的技術(shù)已逐漸不敷使用。利用電腦來(lái)分析及解決工程問(wèn)題已是當(dāng)今工程師的必要工具。使用 matlab 軟件進(jìn)行科學(xué)計(jì)算，能夠極大加快科研人員進(jìn)行研究開(kāi)發(fā)的進(jìn)度，減少在編寫(xiě)程序和開(kāi)發(fā)算法方面所消耗的時(shí)間和有限的經(jīng)費(fèi)，從而獲得最大的效能。
三、研究方案
1、數(shù)字濾波器利用離散系統(tǒng)的特性對(duì)系統(tǒng)輸入信號(hào)進(jìn)行加工和變換，改變輸入序列的頻譜或信號(hào)波形，讓有用的頻率分量通過(guò)，抑制無(wú)用的信號(hào)分量輸出。如果要處理的信號(hào)是模擬信號(hào)，就可以通過(guò)A/D 或者D/A 轉(zhuǎn)換，在信號(hào)形式上進(jìn)行匹配轉(zhuǎn)換，同樣可以使用數(shù)字濾波器對(duì)模擬信號(hào)進(jìn)行濾波。
2、利用MATLAB設(shè)計(jì)濾波器，隨時(shí)對(duì)比設(shè)計(jì)要求和濾波器特性調(diào)整參數(shù)，直觀簡(jiǎn)便的優(yōu)化濾波器的設(shè)計(jì)，本設(shè)計(jì)采用窗函數(shù)法和頻率采樣法來(lái)設(shè)計(jì)。
3、結(jié)合實(shí)際生產(chǎn)要求，采集工業(yè)零件圖像，選擇已設(shè)計(jì)出的FIR數(shù)字濾波器對(duì)圖像進(jìn)行處理，對(duì)含有噪聲的圖像進(jìn)行去噪和篩選。
4、在圖像處理過(guò)程中調(diào)節(jié)濾波器的相關(guān)參數(shù)，尋求一個(gè)物理上可實(shí)現(xiàn)的系統(tǒng)函數(shù)H(z)，使其頻率響應(yīng)H(z)滿足所希望得到的頻域指標(biāo)，即符合給定的通帶截止頻率、阻帶截止頻率、通帶衰減系數(shù)和阻帶衰減系數(shù)，從而得到理想的效果，同時(shí)分析各參數(shù)對(duì)濾波器的影響。
四、預(yù)期結(jié)果
1、實(shí)現(xiàn)較好的濾波作用。在實(shí)際應(yīng)用中只需按需求修改濾波器參數(shù)，并結(jié)合程序的相應(yīng)改動(dòng)，即可實(shí)現(xiàn)不同功能的濾波器。 最后可得到準(zhǔn)確度高、穩(wěn)定性好，易于移植使用的最佳濾波器，具有較強(qiáng)的實(shí)用性與靈活性。Matlab可方便地設(shè)計(jì)出FIR數(shù)字濾波器，并且修改系數(shù)方便。
2、通過(guò)對(duì)FIR數(shù)字濾波器的參數(shù)的設(shè)置和濾波器的通帶和頻率的調(diào)節(jié)，結(jié)合圖像的特點(diǎn)和實(shí)際的要求，從而實(shí)現(xiàn)在工業(yè)生產(chǎn)中采集需要的合格的工業(yè)零件。
3、通過(guò)對(duì)大小、性質(zhì)完全相同的圖像進(jìn)行濾波的效果，和采用數(shù)字濾波器的通帶和頻率的調(diào)整，完成對(duì)圖像和信號(hào)的采集，通過(guò)對(duì)比和仿真，深入了解模擬和數(shù)字濾波器的功能和性能。
4、通過(guò)對(duì)數(shù)字低通濾波器的設(shè)計(jì)，熟悉了MATLAB的運(yùn)行環(huán)境，初步掌握了MATLAB語(yǔ)言在數(shù)字信號(hào)處理中一些基本庫(kù)函數(shù)的調(diào)用和編寫(xiě)基本程序等應(yīng)用；熟悉了濾波器設(shè)計(jì)的一般原理，對(duì)濾波器有了一個(gè)感性的認(rèn)識(shí)�？傊�，使理論聯(lián)系了實(shí)際，鞏固并深化了對(duì)課本基本知識(shí)的認(rèn)識(shí)和理解，使理論得以升華。
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