數(shù)字濾波器概述

數(shù)字濾波器可以分為兩大部分：即經(jīng)典濾波器和現(xiàn)代濾波器。經(jīng)典濾波器就是假定輸入信號(hào)x(n)中的有用成分和希望濾除成分分別位于不同的頻帶，因而我們通過一個(gè)線性系統(tǒng)就可以對(duì)噪聲進(jìn)行濾除，如果噪聲和信號(hào)的頻譜相互混疊，則經(jīng)典濾波器得不到濾波的要求。通常有高通濾波器，低通濾波器，帶通濾波器，帶阻濾波器。現(xiàn)代濾波器是從含有噪聲的信號(hào)估計(jì)出有用的信號(hào)和噪聲信號(hào)。這種方法是把信號(hào)和噪聲本身都視為隨機(jī)信號(hào)，利用其統(tǒng)計(jì)特征，如自相關(guān)函數(shù)，互相關(guān)函數(shù)，自功率譜，互功率譜等引導(dǎo)出信號(hào)的估計(jì)算法，然后利用數(shù)字設(shè)備實(shí)現(xiàn)。主要有維納濾波，卡爾曼濾波，自適應(yīng)濾波等數(shù)字濾波器。

經(jīng)典濾波的概念，是根據(jù)傅里葉分析和變換提出的一個(gè)工程概念。根據(jù)高等數(shù)學(xué)理論，任何一個(gè)滿足一定條件的信號(hào)，都可以被看成是由無限個(gè)正弦波疊加而成。換句話說，就是工程信號(hào)是不同頻率的正弦波線性疊加而成的，組成信號(hào)的不同頻率的正弦波叫做信號(hào)的頻率成分或叫做諧波成分。實(shí)際上，任何一個(gè)電子系統(tǒng)都具有自己的頻帶寬度(對(duì)信號(hào)最高頻率的限制)，頻率特性反映出了電子系統(tǒng)的這個(gè)基本特點(diǎn)。而濾波器，則是根據(jù)電路參數(shù)對(duì)電路頻帶寬度的影響而設(shè)計(jì)出來的工程應(yīng)用電路。

經(jīng)典濾波的概念，是根據(jù)傅里葉分析和變換提出的一個(gè)工程概念。根據(jù)高等數(shù)學(xué)理論，任何一個(gè)滿足一定條件的信號(hào)，都可以被看成是由無限個(gè)正弦波疊加而成。換句話說，就是工程信號(hào)是不同頻率的正弦波線性疊加而成的，組成信號(hào)的不同頻率的正弦波叫做信號(hào)的頻率成分或叫做諧波成分。

現(xiàn)代濾波思想是和經(jīng)典濾波思想截然不同的?，F(xiàn)代濾波是利用信號(hào)的隨機(jī)性的本質(zhì)，將信號(hào)及其噪聲看成隨機(jī)信號(hào)，通過利用其統(tǒng)計(jì)特征，估計(jì)出信號(hào)本身。一旦信號(hào)被估計(jì)出，得到的信號(hào)本身比原來的信噪比高出許多。典型的數(shù)字濾波器有Kalman濾波，Wenner濾波，自適應(yīng)濾波，小波變換(wavelet)等手段 。從本質(zhì)上講，數(shù)字濾波實(shí)際上是一種算法，這種算法在數(shù)字設(shè)備上得以實(shí)現(xiàn)。這里的數(shù)字設(shè)備不僅包含計(jì)算機(jī)，還有嵌入式設(shè)備如：DSP，F(xiàn)PGA，ARM等。

數(shù)字濾波具有高精度、高可靠性、可程控改變特性或復(fù)用、便于集成等優(yōu)點(diǎn)。數(shù)字濾波在語言信號(hào)處理、圖像信號(hào)處理、醫(yī)學(xué)生物信號(hào)處理以及其他應(yīng)用領(lǐng)域都得到了廣泛應(yīng)用。數(shù)字濾波有低通、高通、帶通、帶阻和全通等類型。它可以是時(shí)不變的或時(shí)變的、因果的或非因果的、線性的或非線性的。應(yīng)用最廣的是線性、時(shí)不變數(shù)字濾波器。

經(jīng)典濾波器，又名“經(jīng)典濾波電路”，就是根據(jù)傅里葉分析和變換設(shè)計(jì)出來的，只允許一定頻率范圍內(nèi)的信號(hào)成分正常通過，而阻止另一部分頻率成分通過的電子裝置。

實(shí)際上，任何一個(gè)電子系統(tǒng)都具有自己的頻帶寬度(對(duì)信號(hào)最高頻率的限制)，頻率特性反映出了電子系統(tǒng)的這個(gè)基本特點(diǎn)。而濾波器，則是根據(jù)電路參數(shù)對(duì)電路頻帶寬度的影響而設(shè)計(jì)出來的工程應(yīng)用電路。