1、四、设计FIR滤波器的最优化方法1、均方误差最小准则 10Nj nj ndnnhn eh n e 10Nj nj nddnnhnh nehn e其它jjjdE eHeH e频率响应误差:实际频响理想频响均方误差:2221122jjjdeE edHeH ed当 0dhnh n01nN时22minee即 010dhnnNh nn其它相当于矩形窗矩形窗设计结果必满足最小均方误差准则 1220Nddnnhnh nhn其它2、最大误差最小化准则 (加权chebyshev等波纹逼近)当 h n为偶/奇对称,N为奇/偶数的四种情况其频响 122NjjLjH eeeH为偶对称时 h n0L N为奇数: 120
2、cosNnHa nnN为偶数: 211cos2NnHb nnN为奇数: 121sinNnHc nn利用三角恒等式将 表示成两项相乘形式 H HQP h n为奇对称时 1L 122NjjLjH eeeH 211sin2NnHd nnN为偶数:N为奇数 Q PN为偶数 1 120cosNna nncos2 120cosNnb nnN为奇数 奇对称 h nN为偶数 sin 320cosNnc nnsin2 120cosNnd nn偶对称 h n HQP其中: 11012112,3,12211222bbbNb nb nb nnNNbb 由下而上由 求 b n b n 1 0,1,.,2Na na nn
3、 11012112,3,12211222dddNd nd nd nnNNdd - 1102215112,3,221311,222cccNc nc nc nnNNc nc nn dHWQPQ加权chebyshev等波纹逼近: min maxAEE各系数 n求一组系数 使各频带上 E的最大绝对值最小 加权逼近误差函数:逼近函数 dEWHH加权函数 dWHPQ dEWHPA 各通带和阻带交错定理:若 是r个余弦函数的线性组合。即 P 10cosrnPnnA是 内的一个闭区间(包括各通带、阻带,但不包括过渡带), 是A上的一个连续函数,0, dH则 是 的唯一地和最佳的加权chebyshev逼近的充分
4、必要条件是: P dH加权逼近误差函数 在A中至少有 个极值点,即A中至少有 个点 ,且 E1r 1r i1231rr使得11,2,iiEEir maxiAEE且 设要求滤波器频率响应: 100cjdsHe寻找一个 使其在通带和阻带内最佳地一致逼近jH ejdHe参数: , , , ,N cst12若 最佳一致逼近jjdH eHe则 在通、阻带内具等波纹性jH e故又称等波纹逼近 根据交错定理:最大极值点数 的极值点数 单有极点 E H E根据 知 的极值点数为: 10cosrnHnn H cNr h n偶对称 N为奇数 N为偶数 12Nr2Nr h n奇对称 N为奇数 N为偶数 12Nr2N
5、r E0,单有的极值点是除 外的频带端点处如低通有2个,带通有4个 极值点数目最优线性相位FIR滤波器的设计步骤 6)用Remez算法,求逼近问解的解7)计算滤波器的单位抽样响应 h n2)根据类型和 h n的长度N,确定 cos的个数r 4)计算各格点频率上的 dH和 W函数值1)输入数据,滤波器性能要求,滤波器类型加权逼近误差: dEWHP将 dH, W表示成 dH W,5)用公式表示逼近问题3)在 0,频率区间,用密集的格点表示离散频率 r总格点数格点密度设误差函数值为,则10,kdkkkWHPkr 10,kdkkkHPkrWRemez算法1)按等间隔设定1r 个极值点频率的初始值0,k
6、kr其中: , ,cl1stl0lr 10 cosrkknPnn其中: 000011110111coscos2cos10111coscos2cos111 1coscos2cos1rrrrrdddrrWrWrrWHHH 10,kdkkkHPkrW 10 cosrkknPnn其中: 1r 未知数: n和,但求解困难 可求 2)用解析法求001ridiiriiiia Ha W其中: 01coscosrikikk ia3)求 P值 1010coscoscoscosriiiiriiicP其中:101coscosrikikk i 10,1,1iiidiicPHirW 10,kdkkkHPkrW利用重心形式
7、的拉格朗日内插公式得4)求 dEWHP5)判断是否所有频率上皆有 E若是,结束计算若否,作为新的一组交错点组频率,返回步骤2)重新计算值, , P E误差曲线每个格点频率上 E E(r+1)个极值点频率处 ,且正负交错。 P为最佳逼近,为波纹极值 E误差曲线的1r 个局部极值频率点求前后两次迭代的值相等,终止条件:即收敛于其上限、 已知N、 cst,求最佳 ,通、阻带加权误差相同若 、 已知,则可规定加权函数 12 121W当 在通带内当 在阻带内则经Remez解法迭代得 2E若 、 已知,则固定 12c,改变 st值,重复迭代使、 12满足要求加权函数及其它参数的确定:计算滤波器的单位抽样响应 10Rerj nnn e Re DTFTn由 10cosrnPnn n为实函数求 P k的L点IDFT即得 epn对 P频域抽样得P(k),L点2MLN时不混叠)( 01nnr而为实数,又在内不混叠,可得 02, 11epepnnnnr*( )1/2 ( )() ( )epNNNxnx nxNnRn偶对称,N为奇数时如 h n nh n由,求得 na nb nc nd n:、 na na n=由 102Nah 1121,22NNa nhnn可求得h(n)偶对称,N为偶数时如 h n nb nb nh n=