数字滤波器的设计（笔记）

滤波器的分类（两大类）

1.经典滤波器

  经典滤波器即一般的滤波器，特点是输入信号中有用的频率成分和希望滤除的成分各占有不同的频带，通过一个合适的选频滤波器达到滤波的目的。当输入信号中有干扰时，如果信号和干扰频带互不重叠，可滤除干扰得到纯信号。

2.现代滤波器

  现代滤波器主要有：维纳滤波器、卡尔曼滤波器、线性预测器、自适应滤波器等，很多专家将基于特征分解的频率估计及奇异值分解算法都归入现代滤波器的范畴。如果信号和干扰频带互相重叠，则不能完成对干扰的有效滤除，这时就需要采用另一类所谓的现代滤波器。这些滤波器可按照随机信号内部的一些统计分布规律，从干扰中最佳的提取信号。

数字滤波器的应用

1.粗略应用

数字滤波器在语音信号处理、信号频谱估计、信号去噪、无线通信中的数字变频以及图像信号等各种信号处理中都有广泛的应用。
数字滤波器也是使用最为广泛的信号处理算法之一。

2.还有应用

语音图像处理、数字通信、谱分析、模式识别、自动控制等领域。
数字滤波器是数字信号处理中最重要的组成部分之一。
其输入是一组（由模拟信号取样和量化的）数字量，其输出是经过变换的另一组数字量。

Matlab滤波器设计函数的使用

1.两种数字滤波器

1. FIR滤波器
     FIR滤波器全称是有限冲击相应滤波器。是对理想滤波器的高度近似，滤波器的通带增益恒定，阻带增益几乎为0，相位特性好。
2. IIR滤波器
     IIR滤波器中文全称是无限脉冲响应滤波器。该滤波器是实际模拟滤波器的数字实现，其相位特性不如FIR滤波器。最常见的有巴特沃斯滤波器、切比雪夫滤波器、椭圆滤波器。
3. FIR与IIR滤波器的比较
     在计算量大致相同时，IIR滤波器对阻带频率的衰减能力要远高于FIR滤波器。对于电力电子应用来说，数字滤波的目的通常是滤除信号中的部分频率或让信号中的特定频率通过，因此对滤波器的通带增益没有过多要求，所以选用IIR滤波器是合适的。而在IIR滤波器中，又以巴特沃思滤波器最为合适。
4. Matlab中的数字滤波器设计
     TI公司提供了两个基于matlab的IIR数字滤波器设计函数eziir16.m和eziir32.m。eziir16.m对应dsp程序内部运算为16位，运算速度较快，但是精度很成问题，所以在使用的时候强烈推荐eziir32.m，其程序内部运算为32位的，运算速度对于电力电子开关电源应用来说也相对可以接受。

2.自适应滤波器

数字滤波器的DSP实现

1.数字滤波器在TI公司的CCS开发软件下的实现

• 题目：《基于DSP芯片的数字滤波器设计》
  基于TI公司的数字信号处理器TMS320VC5402设计稳定度高，低功耗的数字滤波器系统。
  研究FIR数字滤波器的基本理论，以及数字滤波器的实现方法。
  根据TI公司的5000系列数字信号处理器的基本结构和特征，充分利用其片上资源，用通过的可编程DSP芯片实现本次基于DSP的数字滤波器设计。
  主要是利用DSP来实现数字滤波的硬件系统。

2.数字滤波器在CETC 38所的ECS开发软件下的实现

待补充。。。

数字滤波器的实现方法

如下图六种：

BWDSP的特性

1. 超长指令字(Very Long Instruction Word,VLIW)的硬件架构
     VLIW：(Very Long Instruction Word，超长指令字)一种非常长的指令组合，它把许多条指令连在一起，增加了运算的速度。 超长指令字(VLIW)是指令级并行，超线程(Hyper-Threading)是线程级并行，而多内核则是芯片级并行。这三种方式都是提高并行计算性能的有效途径。其中，VLIW（超长指令字）体系结构是美国Multiflow和Cydrome公司于20世纪80年代设计的体系结构，EPIC体系结构就是从VLIW中衍生出来的。

2. 多核
     多核体系结构的特点是：每个核都有寄存器文件，寄存器文件与
     核内功能部件的关系类似于单核架构，核与核之叫的通信通过总线进行。
     多内核（multicore chips）是指在一枚处理器（chip）中集成两个或多个完整的计算引擎(内核)。

3. 单指令流多数据流 (Single Instruction Multiple Data, SIMD) 架构
     其1个指令行允许嵌入多大16条指令

4. 哈佛体系结构，有独立的程序总线和数据总线。
     哈佛结构是一种将程序指令存储和数据存储分开的存储器结构。哈佛结构是一种并行体系结构，它的主要特点是将程序和数据存储在不同的存储空间中，即程序存储器和数据存储器是两个独立的存储器，每个存储器独立编址、独立访问。
     哈佛结构的微处理器通常具有较高的执行效率。其程序指令和数据指令分开组织和存储的，执行时可以预先读取下一条指令。
     哈佛结构是指程序和数据空间独立的体系结构，目的是为了减轻程序运行时的访存瓶颈。
     例如最常见的卷积运算中，一条指令同时取两个操作数，在流水线处理时， 同时还有一个取址操作，如果程序和数据通过同一条总线访问，取址和取数必会产生冲突，而这对大运算量的循环的执行效率是很不利的。
     哈佛结构能基本上解决取址和取数的冲突问题。而对另一个操作数的访问， 就只能采用Enhanced 哈佛结构了，例如像TI那样,数据区再split，并多一组总线。 或向AD 那样， 采用指令cache，指令区可存放一部分数据。