利用虛擬儀器進(jìn)行數(shù)字信號(hào)處理設(shè)計(jì)(08-100)

　　簡(jiǎn)化DSP設(shè)計(jì)的參數(shù)選擇

　　以數(shù)字濾波器設(shè)計(jì)為例，它是用NI LabVIEW和數(shù)字濾波器設(shè)計(jì)工具包進(jìn)行開(kāi)發(fā)與實(shí)現(xiàn)的。在這個(gè)應(yīng)用和其他應(yīng)用中，虛擬儀器方法的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是提供了交互性——可以直接看到制定修改設(shè)計(jì)參數(shù)的結(jié)果。

　　數(shù)字濾波器設(shè)計(jì)首先要為濾波器類(lèi)型(低通、帶通、帶阻和高通)定義濾波器規(guī)范，確定是有限脈沖響應(yīng)(FIR)或是無(wú)限脈沖響應(yīng)(IIR)，確定采樣速率以及浮點(diǎn)機(jī)器上所需的濾波器響應(yīng)。圖1給出了用于設(shè)計(jì)典型濾波器的交互式界面，例如巴特沃斯、切比雪夫、反切比雪夫、橢圓、凱塞窗、多爾夫—切比雪夫窗以及等波紋FIR設(shè)計(jì)方法。圖1所示的設(shè)計(jì)是8 kHz采樣速率、1 kHz帶通、2 kHz帶阻、60 dB帶阻衰減的低通數(shù)字濾波器。在設(shè)計(jì)這些參數(shù)的時(shí)候，可以立刻看到當(dāng)前設(shè)計(jì)的幅度響應(yīng)和零極點(diǎn)圖，以及產(chǎn)生濾波器的階數(shù)。在圖1中，選擇了反切比雪夫?yàn)V波器因?yàn)樗哂休^好的過(guò)度帶特性和相對(duì)較低的濾波器階數(shù)。

　　圖1 典型濾波器設(shè)計(jì)Express VI提供了用于交互式設(shè)計(jì)探索的界面，可以使用教科書(shū)中的巴特沃斯、切比雪夫以及等波紋FIR等濾波器

　　基于虛擬儀器的信號(hào)處理設(shè)計(jì)所具有的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是圖形化的編程方式，類(lèi)似流程圖式的圖形化編程方式使得程序更加直觀。同時(shí)，要嘗試一個(gè)新的算法只需要替換成所需要的函數(shù)圖標(biāo)即可。例如，反切比雪夫?yàn)V波器設(shè)計(jì)可以方便地替換成雷米茲濾波器設(shè)計(jì)方法或是最小P階規(guī)范設(shè)計(jì)方法。實(shí)際上，在表1中所列的一系列編程設(shè)計(jì)選擇都可以用于設(shè)計(jì)中。雷米茲設(shè)計(jì)方法生成了FIR濾波器，可以將期望頻率響應(yīng)和實(shí)際設(shè)計(jì)濾波器頻率響應(yīng)之間的最大誤差降到最小。這種設(shè)計(jì)規(guī)范產(chǎn)生的濾波器具有“等波紋”特性，即“切比雪夫”誤差行為。雷米茲工具產(chǎn)生的濾波器設(shè)計(jì)適用于類(lèi)型I-IV線性相位、任意形狀FIR、最優(yōu)幅度近似(最大或最小相位)、單點(diǎn)帶規(guī)范(谷或峰)以及精確增益控制。最小P階規(guī)范方法可以用于設(shè)計(jì)帶有任意幅度和相位約束的FIR和IIR濾波器。使用數(shù)字濾波器設(shè)計(jì)工具包，最小P階規(guī)范方法使用牛頓法或迭代重賦權(quán)最小二乘(IRLS)法開(kāi)發(fā)解決方案。

　　表1 數(shù)字濾波器設(shè)計(jì)工具包提供了從傳統(tǒng)應(yīng)用到現(xiàn)代應(yīng)用所需的程序化的濾波器設(shè)計(jì)工具套件