專利名稱：數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì)方法，尤其涉及一種設(shè)計(jì)參數(shù)可任意調(diào)整的數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì)方法。

背景技術(shù)：
數(shù)字濾波器(Digital Filter)的功能是對輸入的時(shí)間離散信號的數(shù)字代碼進(jìn)行運(yùn)算處理，以達(dá)到改變信號頻譜的目的。廣泛用于數(shù)字信號處理中，如電視、VCD、音響等。應(yīng)用數(shù)字濾波器處理模擬信號時(shí)，首先須對輸入模擬信號進(jìn)行限帶、抽樣和模數(shù)轉(zhuǎn)換。數(shù)字濾波器具有高精度、高可靠性、可程控改變特性或復(fù)用、便于集成等優(yōu)點(diǎn)。
在傳統(tǒng)的數(shù)字信號處理系統(tǒng)中，所使用的數(shù)字濾波器的種類和系數(shù)一經(jīng)設(shè)定即固定不變，其系數(shù)及種類如低通、帶通和高通等均不能修改。但在很多實(shí)際應(yīng)用中，需要根據(jù)實(shí)際條件、環(huán)境要求及用戶需求等實(shí)時(shí)修改或重新設(shè)計(jì)所使用的數(shù)字濾波器的種類和系數(shù)。如在數(shù)字音響系統(tǒng)中，用戶的欣賞水平和風(fēng)格并不同，如果用戶能實(shí)時(shí)修改數(shù)字均衡器中的濾波器系數(shù)，則可以欣賞到不同的音響效果。目前，支持種類和系數(shù)可實(shí)時(shí)改變的數(shù)字濾波器并不存在。


發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明的主要目的在于提供一種數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì)方法，能根據(jù)設(shè)定的參數(shù)自動(dòng)生成用戶所需的新的數(shù)字濾波器。
為了實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明的主要技術(shù)方案為 一種數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì)方法，包括 數(shù)字信號處理系統(tǒng)接收到用戶選定的數(shù)字濾波器特性參數(shù)，根據(jù)所述數(shù)字濾波器特性參數(shù)計(jì)算出數(shù)字濾波器的標(biāo)準(zhǔn)傳遞函數(shù)，并以差分方程的形式表示； 根據(jù)所述差分方程的各系數(shù)及其之間的運(yùn)算關(guān)系，生成以所述系數(shù)為參量的運(yùn)算指令，作為新數(shù)字濾波器。
優(yōu)選地，所述運(yùn)算指令是以加法及乘法運(yùn)算為主的運(yùn)算指令，通過計(jì)算機(jī)軟件而實(shí)現(xiàn)。
優(yōu)選地，在新數(shù)字濾波器生成之后，還包括 以等間隔頻率點(diǎn)的正弦信號，在工作的頻率范圍內(nèi)進(jìn)行掃頻處理，可以檢驗(yàn)新數(shù)字濾波器是否符合設(shè)計(jì)要求；符合設(shè)計(jì)要求時(shí)生成成功消息并返回，不符合設(shè)計(jì)要求時(shí)生成失敗消息并返回。
優(yōu)選地，所述數(shù)字信號處理系統(tǒng)通過USB接口發(fā)送所述成功消息或失敗消息，以及接收所述數(shù)字濾波器特性參數(shù)。
優(yōu)選地，所述數(shù)字濾波器特性參數(shù)包括數(shù)字濾波器的類型，以及截止頻率、通帶增益、阻帶增益，還有數(shù)字濾波器的標(biāo)準(zhǔn)傳遞函數(shù)的系數(shù)值。
優(yōu)選地，所述確定的數(shù)字濾波器的標(biāo)準(zhǔn)傳遞函數(shù)，具體為 它是一個(gè)有理分式形式，分子的系數(shù)是{a0，a1，a2，…，am}，分母的系數(shù)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(guān)。
優(yōu)選地，所述目標(biāo)數(shù)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(shù)字濾波器。
主處理設(shè)備接收到用戶輸入的目標(biāo)數(shù)字濾波器的特性參數(shù)后，通過USB接口轉(zhuǎn)發(fā)至數(shù)字信號處理系統(tǒng)，數(shù)字信號處理系統(tǒng)根據(jù)所述特性參數(shù)生成數(shù)字濾波器的標(biāo)準(zhǔn)傳遞函數(shù)，將其轉(zhuǎn)換為差分方程，并根據(jù)所述的差分方程生成運(yùn)算指令，所述的運(yùn)算指令即作為數(shù)字濾波器。本發(fā)明充分利用數(shù)字信號處理系統(tǒng)強(qiáng)大的處理能力，根據(jù)數(shù)字濾波器的標(biāo)準(zhǔn)傳遞函數(shù)，將數(shù)字濾波器的模型轉(zhuǎn)換為簡單的加法、乘法及延時(shí)運(yùn)算，從而生成所需的數(shù)字濾波器。本發(fā)明技術(shù)方案可應(yīng)用于數(shù)字濾波器可變的任何系統(tǒng)如數(shù)字音響系統(tǒng)中，用戶可根據(jù)欣賞水平和風(fēng)格而實(shí)時(shí)修改數(shù)字均衡器中的濾波器系數(shù)，從而欣賞到不同的音響效果。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)簡單，可靈活地調(diào)整所需數(shù)字濾波器的系數(shù)和類型，從而使應(yīng)用本發(fā)明方法的產(chǎn)品提供了更人性化的服務(wù)


圖1為本發(fā)明實(shí)施例中的數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì)方法的流程圖。

具體實(shí)施例方式 本發(fā)明的基本思想是現(xiàn)有很多數(shù)字處理系統(tǒng)中，用戶根據(jù)自身需求而選擇不同數(shù)字濾波器的情形越來越普遍，目前的系統(tǒng)多不支持此需求，從而使提供給用戶的服務(wù)質(zhì)量不佳。本發(fā)明充分利用數(shù)字信號處理系統(tǒng)強(qiáng)大的處理能力，計(jì)算出用戶所需的數(shù)字濾波器的模型，將數(shù)字濾波器的模型轉(zhuǎn)換為簡單的加法、乘法及延時(shí)運(yùn)算，從而生成所需的數(shù)字濾波器。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)簡單，可靈活地調(diào)整所需數(shù)字濾波器的系數(shù)和類型，從而使應(yīng)用本發(fā)明方法的產(chǎn)品提供了更人性化的服務(wù)。以下結(jié)合附圖對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)描述。
圖1為本發(fā)明實(shí)施例中的數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì)方法的流程圖，如圖1所示，本發(fā)明實(shí)施例中的數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì)方法包括以下步驟 步驟101數(shù)字信號處理系統(tǒng)接收到用戶選定的數(shù)字濾波器特性參數(shù)，根據(jù)所述數(shù)字濾波器特性參數(shù)計(jì)算出數(shù)字濾波器的標(biāo)準(zhǔn)傳遞函數(shù)，并以差分方程的形式表示。
這里，數(shù)字信號處理系統(tǒng)是與主處理設(shè)備如計(jì)算機(jī)等連接的具有其他功能的處理系統(tǒng)，生成數(shù)字濾波器及對數(shù)字信號進(jìn)行濾波只是其中一部分工作，如具有處理能力的音響設(shè)備等。
數(shù)字信號處理系統(tǒng)上設(shè)置有與主處理設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)交互的USB接口，數(shù)字信號處理系統(tǒng)可通過USB接口接收來自主設(shè)備的數(shù)字濾波器的特性參數(shù)。之所以選擇USB接口，是因?yàn)槠浼夹g(shù)成熟且成本較低，可即插即用。
在數(shù)字信號處理系統(tǒng)設(shè)置專用的存儲區(qū)域，以存儲主處理設(shè)備傳送的數(shù)字濾波器各特性參數(shù)。數(shù)字信號處理系統(tǒng)上電后，如果用戶需要實(shí)時(shí)修改或重新設(shè)計(jì)所使用的數(shù)字濾波器的種類和系數(shù)，則先用USB連接線將主處理設(shè)備與數(shù)字信號處理系統(tǒng)中的USB接口連接起來。然后用戶通過主處理設(shè)備的人機(jī)交互界面，選擇所需的濾波要求以及數(shù)字濾波器的種類等，主處理設(shè)備根據(jù)用戶的輸入信息生成數(shù)字濾波器的種類和標(biāo)準(zhǔn)傳遞函數(shù)的系數(shù)值，作為設(shè)計(jì)數(shù)字濾波器的特性參數(shù)發(fā)送到數(shù)字信號處理系統(tǒng)的專用存儲區(qū)域中。其中，數(shù)字濾波器的特性參數(shù)既包括數(shù)字濾波器的種類和標(biāo)準(zhǔn)傳遞函數(shù)的系數(shù)值，也包括數(shù)字濾波器的截止頻率、通帶增益、阻帶增益。數(shù)字信號處理系統(tǒng)中的主程序應(yīng)以固定的時(shí)間周期檢測所述專用存儲區(qū)域中數(shù)值是否更改。若更改則提取專用存儲區(qū)域中的各參數(shù)，以所述各參數(shù)去計(jì)算出數(shù)字濾波器的標(biāo)準(zhǔn)傳遞函數(shù)，并以差分方程的形式表示。數(shù)字濾波器的標(biāo)準(zhǔn)傳遞函數(shù)，具體為它是一個(gè)有理分式形式，分子的系數(shù)是{a0，a1，a2，…，am}，分母的系數(shù)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(guān)。
步驟102根據(jù)所述差分方程的各系數(shù)及其之間的運(yùn)算關(guān)系，生成以所述系數(shù)為參量的運(yùn)算指令，作為新數(shù)字濾波器。
數(shù)字濾波器需要通過大量的乘法運(yùn)算和加法運(yùn)算而得到，這些乘法運(yùn)算和加法運(yùn)算可通過運(yùn)算指令輕易實(shí)現(xiàn)，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，根據(jù)數(shù)學(xué)式自動(dòng)轉(zhuǎn)換為運(yùn)算指令是容易實(shí)現(xiàn)的。在新設(shè)計(jì)的數(shù)字濾波器正式使用之前，還需檢驗(yàn)所設(shè)計(jì)的新數(shù)字濾波器是否能達(dá)到設(shè)計(jì)要求。應(yīng)用正弦波掃頻方式，檢查新設(shè)計(jì)的數(shù)字濾波器是否符合給定的設(shè)計(jì)參數(shù)。正弦波掃頻方式是在工作的頻率范圍內(nèi)，以等間隔的頻率點(diǎn)的正弦信號依次輸入數(shù)字濾波器，并測量濾波器的輸出信號幅度，得出新數(shù)字濾波器的截止頻率、通帶增益、阻帶增益。然后與主處理設(shè)備輸入進(jìn)來的數(shù)字濾波器特性參數(shù)中的截止頻率、通帶增益、阻帶增益進(jìn)行比較以檢查濾波器設(shè)計(jì)效果。自檢結(jié)果如果在給定的誤差范圍內(nèi)符合給定的濾波器所述特性參數(shù)，將生成設(shè)計(jì)成功消息并通過USB接口發(fā)送到主設(shè)備。如果自檢結(jié)果不符合誤差要求，將生成設(shè)計(jì)失敗消息并通過USB接口發(fā)送到主機(jī)中，數(shù)字信號處理系統(tǒng)仍運(yùn)行舊的數(shù)字濾波器，并刪除數(shù)字信號處理系統(tǒng)中專用存儲區(qū)中的參數(shù)。
本發(fā)明可根據(jù)用戶輸入的數(shù)字濾波器特性參數(shù)來生成相應(yīng)的數(shù)字濾波器，適用于低通、帶通、高通和帶阻等類型的數(shù)字濾波器。而且實(shí)現(xiàn)簡單，并可應(yīng)用于要求數(shù)字濾波器參數(shù)可變的系統(tǒng)中。
以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并非用于限定本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1、一種數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì)方法，其特征在于，該方法包括
數(shù)字信號處理系統(tǒng)接收到用戶選定的數(shù)字濾波器特性參數(shù)，根據(jù)所述數(shù)字濾波器特性參數(shù)確定出數(shù)字濾波器的標(biāo)準(zhǔn)傳遞函數(shù)，并以差分方程的形式表示；
根據(jù)所述差分方程的各系數(shù)及其之間的運(yùn)算關(guān)系，生成以所述系數(shù)為參量的運(yùn)算指令，作為新數(shù)字濾波器。
2、根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述運(yùn)算指令是以加法及乘法運(yùn)算為主的運(yùn)算指令，通過計(jì)算機(jī)軟件而實(shí)現(xiàn)。
3、根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，該方法還包括
在新數(shù)字濾波器生成之后，以等間隔頻率點(diǎn)的正弦信號，在工作的頻率范圍內(nèi)進(jìn)行掃頻處理，檢驗(yàn)新數(shù)字濾波器是否符合設(shè)計(jì)要求，符合設(shè)計(jì)要求時(shí)生成成功消息并返回，不符合設(shè)計(jì)要求時(shí)生成失敗消息并返回。
4、根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所述數(shù)字信號處理系統(tǒng)是通過USB接口來發(fā)送所述成功或失敗消息，以及接收所述數(shù)字濾波器的特性參數(shù)。
5、根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述數(shù)字濾波器特性參數(shù)包括數(shù)字濾波器的類型，以及截止頻率、通帶增益、阻帶增益、數(shù)字濾波器的標(biāo)準(zhǔn)傳遞函數(shù)的系數(shù)值。
6、根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，所述數(shù)字濾波器的標(biāo)準(zhǔn)傳遞函數(shù)它是一個(gè)為有理分式形式，分子的系數(shù)是{a0，a1，a2，...，am}，分母的系數(shù)是{b0，b1，b2，...bn}，其中，m、n的長度決定所述數(shù)字濾波器的濾波精度；
生成以所述系數(shù)為參量的運(yùn)算指令，具體為根據(jù)所述有理式的分子分母系數(shù)及其之間的運(yùn)算關(guān)系編寫運(yùn)算指令代碼，即生成所需的數(shù)字濾波器。
7、根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，所述目標(biāo)數(shù)字濾波器的類型包括低通、帶通、高通和帶阻。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì)方法，包括數(shù)字信號處理系統(tǒng)接收到用戶選定的數(shù)字濾波器特性參數(shù)，根據(jù)所述數(shù)字濾波器特性參數(shù)確定出數(shù)字濾波器的標(biāo)準(zhǔn)傳遞函數(shù)，并以差分方程的形式表示；根據(jù)所述差分方程的各系數(shù)及其之間的運(yùn)算關(guān)系，生成以所述系數(shù)為參量的運(yùn)算指令，作為新數(shù)字濾波器。本發(fā)明技術(shù)方案可應(yīng)用于數(shù)字濾波器可實(shí)時(shí)改變的任何系統(tǒng)如數(shù)字音響系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)簡單，可靈活地調(diào)整所需數(shù)字濾波器的系數(shù)和類型，從而使應(yīng)用本發(fā)明方法的產(chǎn)品提供了更人性化的服務(wù)。
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(yōu)先權(quán)日2008年6月27日
發(fā)明者顏小平 申請人:中興通訊股份有限公司