Đang tải... (xem toàn văn)
LỜI MỞ ĐẦU Xử lý tín hiệu số (Digital Signal Processing – DSP) là một lĩnh vực mới, đã phát triển mạnh mẽ về mặt lý thuyết và công nghệ. Ngày nay, nó đã trở thành môn học không thể thiếu cho nhiều ngành học về khoa học và kỹ thuật. Các thuật toán của nó đã mang lại những thuận tiện cho công nghệ và ứng dụng mới, nhất là các lĩnh vực về kỹ thuật điện tử và điều khiển tự động. Phép xử lý cơ bản nhất của DSP là lọc, và các hệ thống được đề cập đến nhiều nhất trong xử lý tín hiệu số là các bộ lọc số (Digital Filter). Nếu xét về đáp ứng xung có thể chia các bộ lọc số thành 2 loại chính là bộ lọc có đáp ứng xung hữu hạn FIR (Finite Impulse Response) còn gọi là lọc không đệ quy, và bộ lọc có đáp ứng xung vô hạn IIR (Infinte Impulse Response) còn gọi là lọc đệ quy. Xét về đáp ứng tần số biên độ có thể chia các bộ lọc, FIR hay IIR, thành 4 loại cơ bản: thông thấp, thông cao, thông dải và chắn dải. Các bộ lọc này có thể được thiết kế bằng những phương pháp sau đây: Phương pháp cửa sổ (Window Design Techniques), Phương pháp lấy mẫu tần số (Frequency Sampling Design Techniques) và Phương pháp xấp xỉ tối ưu cân bằng gợn sóng (Optimal Equiripple Design Techniques). Mỗi phương pháp đều có những đặc điểm và ưu khuyết điểm riêng. Với tiểu luận này, tôi xin phép được trình bày bài toán “ Thiết kế bộ lộc thông dải cấu trúc FIR bằng phương pháp lấy mẫu tần số “ Nội dung tiểu luận được chia thành 3 phần: Phần 1. Cơ sở lý thuyết Phần 2. Thiết kế bộ Vi phân theo cấu trúc FIR bằng phương pháp lấy mẫu tần số Phần 3. Thuật toán và chương trình thiết kế Tôi xin trân trọng cảm ơn Thầy giáo TS. Ngô Văn Sỹ đã tận giảng dạy và hướng dẫn để tôi có thể hoành thành tốt tiểu luận này. Phần lớn nội dung trình bày ở báo cáo này được lấy từ bài giảng, tài liệu tham khảo do thầy cung cấp. Trong quá trình thực hiện tiểu luận, tuy đã hết sức cố gắng song không tránh khỏi những sai sót. Rất mong nhận được sự góp ý của Thầy, các bạn học viên cùng lớp để nội dung của tiểu luận được hoàn chỉnh hơn.
ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA oOo TIỂU LUẬN MÔN HỌC XỬ LÝ TÍN HIỆU SỐ ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ BỘ LỌC VI PHÂN THEO CẤU TRÚC FIR BẰNG PHƯƠNG PHÁP LẤY MẪU TẦN SỐ GVHD : TS. NGÔ VĂN SỸ SVTH : Phạm Đức Linh : Nguyễn Văn Lượm : Hoàng Hữu Vấn Lớp : 07CLC2 Đà Nẵng, tháng 11/2010 2 LỜI MỞ ĐẦU Xử lý tín hiệu số (Digital Signal Processing – DSP) là một lĩnh vực mới, đã phát triển mạnh mẽ về mặt lý thuyết và công nghệ. Ngày nay, nó đã trở thành môn học không thể thiếu cho nhiều ngành học về khoa học và kỹ thuật. Các thuật toán của nó đã mang lại những thuận tiện cho công nghệ và ứng dụng mới, nhất là các lĩnh vực về kỹ thuật điện tử và điều khiển tự động. Phép xử lý cơ bản nhất của DSP là lọc, và các hệ thống được đề cập đến nhiều nhất trong xử lý tín hiệu số là các bộ lọc số (Digital Filter). Nếu xét về đáp ứng xung có thể chia các bộ lọc số thành 2 loại chính là bộ lọc có đáp ứng xung hữu hạn FIR (Finite Impulse Response) còn gọi là lọc không đệ quy, và bộ lọc có đáp ứng xung vô hạn IIR (Infinte Impulse Response) còn gọi là lọc đệ quy. Xét về đáp ứng tần số biên độ có thể chia các bộ lọc, FIR hay IIR, thành 4 loại cơ bản: thông thấp, thông cao, thông dải và chắn dải. Các bộ lọc này có thể được thiết kế bằng những phương pháp sau đây: Phương pháp cửa sổ (Window Design Techniques), Phương pháp lấy mẫu tần số (Frequency Sampling Design Techniques) và Phương pháp xấp xỉ tối ưu cân bằng gợn sóng (Optimal Equiripple Design Techniques). Mỗi phương pháp đều có những đặc điểm và ưu khuyết điểm riêng. Với tiểu luận này, tôi xin phép được trình bày bài toán “ Thiết kế bộ lộc thông dải cấu trúc FIR bằng phương pháp lấy mẫu tần số “ Nội dung tiểu luận được chia thành 3 phần: Phần 1. Cơ sở lý thuyết Phần 2. Thiết kế bộ Vi phân theo cấu trúc FIR bằng phương pháp lấy mẫu tần số Phần 3. Thuật toán và chương trình thiết kế Tôi xin trân trọng cảm ơn Thầy giáo TS. Ngô Văn Sỹ đã tận giảng dạy và hướng dẫn để tôi có thể hoành thành tốt tiểu luận này. Phần lớn nội dung trình bày ở báo cáo này được lấy từ bài giảng, tài liệu tham khảo do thầy cung cấp. Trong quá trình thực hiện tiểu luận, tuy đã hết sức cố gắng song không tránh khỏi những sai sót. Rất mong nhận được sự góp ý của Thầy, các bạn học viên cùng lớp để nội dung của tiểu luận được hoàn chỉnh hơn. Đà Nẵng, ngày 09 tháng 11 năm 2010 3 PHẦN 1. CƠ SỞ LÝ THUYẾT 1.1. Mở đầu Việc thiết kế một bộ lọc số tiến hành theo 3 bước: - Đưa ra các chỉ tiêu (Specifications): Để thiết kế một bộ lọc, đầu tiên chúng ta cần xác định các chỉ tiêu. Các chỉ tiêu được xác định bởi các ứng dụng. - Tìm các xấp xỉ (Appproximations): Một khi chỉ tiêu đã được xác định, ta sử dụng các khái niệm và công cụ toán học khác nhau để tiến tới biểu diễn và tính gần đúng cho bộ lọc với tập các chỉ tiêu đã cho. Bước này là chủ đề chính của việc thiết kế lọc số. - Thực hiện bộ lọc (Implementation): Kết quả của các bước trên được mô tả dưới dạng một phương trình sai phân, hoặc một hàm hệ thống H(z), hoặc một đáp ứng xung h(n). Từ các mô tả này chúng ta có thể thi hành bộ lọc bằng phần cứng hoặc phần mềm mô phỏng trên máy tính. Ở trong nhiều ứng dụng như xử lý tiếng nói hoặc xử lý âm thanh, bộ lọc số được dùng để thực hiện các thao tác chọn tần. Do đó, các chỉ tiêu được đòi hỏi trong vùng tần số ở mỗi chu kỳ về số lượng và đáp ứng pha của bộ lọc mong muốn. Nói chung đáp ứng pha cần tuyến tính trong dải thông. - Trong trường hợp các bộ lọc FIR , Có thể đạt được chính xác yêu cầu về pha tuyến tính. - Trong trường hợp các bộ lọc IIR, một dải thông có pha tuyến tính là rất khó đạt. Do đó, chúng ta chỉ xét các chỉ tiêu về biên độ. Có 2 nhóm chỉ tiêu: • Các chỉ tiêu tuyệt đối (Absolute Specifications) : Đưa ra một tập các yêu cầu trên hàm đáp ứng biên độ |H(e jw )|. Những chỉ tiêu này được sử dụng chung cho các bộ lọc FIR. • Các chỉ tiêu tương đối (Relative Specifications - DB) : Đưa ra các yêu cầu tính theo decibels (dB), được cho bởi : Phương pháp này được là một phương pháp phổ biến nhất trong thực tế và được sử dụng cho cả bộ lọc FIR và IIR. Trong những phần tiếp sau đây, để mô tả các chỉ tiêu của bộ lọc chúng ta sẽ xem xét việc thiết kế một bộ lọc thông thấp như một ví dụ cơ sở để thiết cho bộ lọc FIR. 1.2. Các chỉ tiêu Trên hình (1.1) là mô tả các chỉ tiêu của bộ lọc FIR thông thấp (Low Pass Filter): 1.2.1.Các chỉ tiêu tuyệt đối •Band [0, w p ] được gọi là dải thông, và δ 1 là dung sai (gợn sóng) được chấp nhận trong đáp ứng dải thông lý tưởng. 0 )( )( log20 max 10 ≥−= ω ω j j eH eH dBscale (1.1) 4 •Band [w s , π ] được gọi là dải chắn, và δ 2 là dung sai ở dải chắn. Band [w p , w s ] được gọi là dải chuyển tiếp, và không có ràng buộc nào về đáp ứng biên độ trong dải này. 1.2.2. Các chỉ tiêu tương đối (DB) R p : Độ gợn sóng trong dải thông tính theo dB. A s : Suy hao trong dải chắn tính theo dB. Quan hệ giữa các chỉ tiêu này như sau: Tại sao tập trung vào bộ lọc thông thấp? Các chỉ tiêu trên được đưa ra đối với bộ lọc FIR thông thấp, và tất nhiên đối với các bộ lọc khác như thông cao HPF (High Pass Filter), thông dải BPF (Band Pass Filter) đều có thể được định nghĩa tương tự. Tuy nhiên, các tham số thiết kế quan trọng nhất là các dung sai dải tần và các tần số cạnh-dải. Bởi vậy, trong phần 1 về cơ sở lý thuyết này chúng ta chỉ tập trung vào bộ lọc FIR thông thấp. Việc thiết kế cụ thể cho bộ lọc FIR thông dải bằng kỹ thuật cửa sổ sẽ được phát triển trên cơ sở lọc thông thấp và sẽ được mô tả chi tiết trong phần 2. Các thuận lợi trong thiết kế và thi hành lọc số FIR Việc thiết kế và thực hiện lọc FIR có những thuận lợi sau đây: (1.2) (1.3) 0 1 1 2 10 log20 > + −= δ δ s A (>>1) for stopband 0 1 1 1 1 10 log20 > + − −= δ δ p R (≈0) for passband ω ω 5 •Đáp ứng pha là tuyến tính. •Dễ thiết kế do không gặp các vấn đề ổn định (lọc FIR luôn ổn định). •Việc thực hiện rất hiệu quả •. •Có thể sử dụng DFT để thực hiện •Mặc dầu vậy dải đã cho là dải thông hay dải chắn chỉ là tương đối có thể đảo lại ( minor issue). Các thuận lợi của đáp ứng pha tuyến tính Đáp ứng pha là tuyến tính (linear phase response) mang lại những thuận lợi sau: • Bài toán thiết kế chỉ gồm các phép tính số học thực chứ không cần phép tính số học phức • Bộ lọc pha tuyến tính không có méo trễ nhóm và chỉ bị trễ một khoảng không đổi. • Đối với bộ lọc có chiều dài M (hoặc bậc M-1) số phép toán có bậc M/2 như đã khảo sát trong thi hành pha tuyến tính. 1.3. Cấu trúc của bộ lọc FIR Cho h(n), n=0,1,…,M-1 là đáp ứng xung có chiều dài M. Thì hàm truyền hệ thống là một bộ lọc đáp ứng xung hữu hạn với hàm hệ thống có dạng: ∑ − = −− − − =+++= 1M 0n n n M1 1M 1 10 zbzbzbb)z(H (1.4) Như vậy đáp ứng xung h(n) là: −≤≤ = else Mnb nh n 0 10 )( (1.5) Và phương trình sai phân là: )1()1()()( 110 +−++−+= − Mnxbnxbnxbny M (1.6) Đây chính là tích chập tuyến tính của các dãy hữu hạn. Bậc của bộ lọc là M-1, trong khi chiều dài của bộ lọc là M (bằng với số lượng các hệ số). Các cấu trúc bộ lọc FIR luôn luôn ổn định, và tương đối đơn giản hơn so với các cấu trúc bộ lọc IIR. Hơn thế nữa, các bộ lọc FIR có thể được thiết kế để có một đáp ứng pha tuyến tính và đó là điều cần thiết trong một số ứng dụng. Chúng ta sẽ xem xét lần lượt các cấu trúc của bộ lọc FIR sau đây: 1.3.1. Cấu trúc dạng trực tiếp Phương trình sai phân được thực hiện bởi một dãy liên tiếp các bộ trễ do không có đường phản hồi: )1Mn(xb)1n(xb)n(xb)n(y 1M10 +−++−+= − (1.7) Do mẫu thức bằng đơn vị nên ta chỉ có một cấu trúc dạng trực tiếp duy nhất. Cấu trúc dạng trực tiếp được cho trong hình (1.2) với M = 5: 1.3.2. Cấu trúc dạng ghép tầng b 0 z - 1 b 1 z - 1 b 2 z - 1 b 3 z - 1 b 4 y(n) x(n) Hình (1.2) Cấu trúc lọc FIR dạng trực tiếp 6 Hàm hệ thống H(z) được biến đổi thành các tích của các khâu bậc 2 với các hệ số thực. Các khâu này được thực hiện ở dạng trực tiếp và bộ lọc tổng thể có dạng ghép tầng của các khâu bậc 2. +++=+++= − − −− − − M1 0 1M 1 0 1 0 M1 1M 1 10 z b b z b b 1bzbzbb)z(H (1.8) ∏ = −− ++= K 1k 2 2,k 1 1,k0 )zBzB1(b trong đó = 2 M K , B k,1 và B k,2 là các số thực đại diện cho các hệ số của các khâu bậc 2. Cấu trúc dạng ghép tầng được cho trong hình (1.3) với M = 7: 1.3.3. Cấu trúc dạng pha tuyến tính Đối với các bộ lọc chọn tần, người ta mong muốn có đáp ứng pha là hàm tuyến tính theo tần số, nghĩa là: αω−β=∠ ω )e(H j π≤ω≤π− (1.9) Trong đó : 0=β hoặc 2 π ± và α là một hằng số. Đối với bộ lọc FIR nhân quả có đáp ứng xung trong khoảng [0, M-1], thì các điều kiện tuyến tính là: 1Mn0,0);n1M(h)n(h −≤≤=β−−= (1.10) 1Mn0,2/);n1M(h)n(h −≤≤π±=β−−−= (1.11) Xét phương trình sai phân được cho trong phương trình (1.6) với đáp ứng xung đối xứng trong phương trình (1.10), ta có: )1Mn(xb)2Mn(xb)1n(xb)n(xb)n(y 0110 +−++−++−+= ++−+−++−+= )]2Mn(x)1n(x[b)]1Mn(x)n(x[b 10 Sơ đồ khối thực hiện phương trình sai phân trên được mô tả trong hình (1.4) dưới đây đối với cả M lẻ và M chẵn: Đối với M lẻ: M = 7, còn đối với M chẵn: M = 6 ( hình 1.4 ) Rõ ràng, với cùng một bậc của bộ lọc (cùng M) cấu trúc pha tuyến tính sẽ tiết kiệm được 50% các bộ nhân so với cấu trúc dạng trực tiếp. B 1,1 z - 1 z - 1 z - 1 y(n) x(n) B 2,1 B 3,1 b 0 B 1,2 z - 1 z - 1 z - 1 B 2,2 B 3,2 Hình (1.3) Cấu trúc lọc FIR dạng ghép tầng 7 1.4. Các đặc tính của bộ lọc FIR pha tuyến tính Trong phần này chúng ta sẽ thảo luận về hình dạng của đáp ứng xung, đáp ứng tần số trong hàm hệ thống của các bộ lọc FIR pha tuyến tính. Cho h(n), trong đó 0 ≤ n ≤ M – 1, là đáp ứng xung có chiều dài M thì hàm truyền hệ thống là: ∑∑ − = −−−− − = − == 1M 0n n1M)1M( 1M 0n n z)n(hzz)n(h)z(H (1.12) có (M-1) điểm cực ở gốc (trivial poles) và M-1 điểm không nằm ở vị trí bất kỳ trên mặt phẳng z. Đáp ứng tần số là: π≤ω<π−= ∑ − = ω−ω ,e)n(h)e(H 1M 0n njj (1.13) 1.4.1. Đáp ứng xung h(n) Chúng ta có thể đưa ra ràng buộc pha tuyến tính: π≤ω<π−αω−=∠ ω ,)e(H j (1.14) trong đó: α là một hằng số trễ pha. Ta đã biết rằng h(n) phải đối xứng, nghĩa là: 2 1M ,1Mn0),n1M(h)n(h − =α−≤≤−−= (1.15) Do đó h(n) là đối xứng theo α, là chỉ số đối xứng. Có hai kiểu đối xứng: • M lẻ: Trong trường hợp này, 2 1M − =α là một số nguyên. Đáp ứng xung được mô tả trong (hình 1.5) dưới đây: • M chẵn: Trong trường hợp này, 2 1M − =α không phải là một số nguyên. Đáp ứng xung được mô tả bằng (hình 1.6) dưới đây: Hình 1.5 Đáp ứng xung đối xứng, M lẻ 8 Ta cũng có bộ lọc FIR pha tuyến tính loại hai nếu ta yêu cầu đáp ứng pha ( ) ω ∠ j eH thoả mãn điều kiện: αω−β=∠ ω )e(H j với π≤ω<π− (1.16) Đáp ứng pha là đường thẳng nhưng không đi qua gốc. Trong trường hợp này α không phải là hằng số trễ pha, nhưng: α−= ω ∠ ω d )e(Hd j (1.17) là hằng số, chính là trễ nhóm (α là một hằng số trễ nhóm). Trong trường hợp này, các tần số được làm trễ với một tốc độ không đổi. Đối với kiểu pha tuyến tính này, có thể thấy rằng: 1Mn0),n1M(h)n(h −≤≤−−−= và 2 , 2 1M π ±=β − =α (1.18) Điều này có nghĩa rằng đáp ứng xung h(n) là phản đối xứng (antisymmetric). Chỉ số đối xứng vẫn là 2 1M − =α . Một lần nữa chúng ta lại có 2 kiểu, cho M lẻ và M chẵn. • M lẻ: Trong trường hợp này, 2 1M − =α là một số nguyên. Đáp ứng xung được mô tả bằng (hình 1.7) dưới đây: Lưu ý rằng mẫu h(α) tại 2 1M − =α phải bằng 0, nghĩa là, 0 2 1M h = − . Hình 1.6 Đáp ứng xung đối xứng, M chẵn Hình 1.7 Đáp ứng xung phản đối xứng, M lẻ 9 • M chẵn: Trong trường hợp này, 2 1M − =α không phải là một số nguyên. Đáp ứng xung được mô tả trong hình 1.8. 1.4.2. Đáp ứng tần số H(e j ω ) Như vậy, khi tổ hợp hai loại đối xứng và phản đối xứng với M chẵn và M lẻ, ta có bốn kiểu lọc FIR pha tuyến tính. Đáp ứng tần số của mỗi kiểu có biểu thức và hình dạng riêng. Để nghiên cứu các đáp ứng pha của các kiểu này, ta viết biểu thức của H(e j ω ) như sau: 2 1M , 2 ;e)e(H)e(H )(jj r j − =α π ±=β= αω−βωω (1.19) trong đó H r (e j ω ) là hàm đáp ứng độ lớn chứ không phải là hàm đáp ứng biên độ. Đáp ứng độ lớn là một hàm thực, có thể vừa dương vừa âm, không giống đáp ứng biên độ luôn luôn dương. Đáp ứng pha kết hợp với đáp ứng biên độ là một hàm không liên tục, trong khi kết hợp với đáp ứng độ lớn là một hàm tuyến tính liên tục. • Bộ lọc FIR pha tuyến tính Loại-1 ( Type 1 ): Đáp ứng xung đối xứng, M lẻ: Trong trường hợp này 0=β , 2 1M − =α là một biến nguyên, và ( ) ( ) nMhnh −−= 1 , 1Mn0 −≤≤ , thì ta có thể chứng tỏ rằng: ( ) ( ) ( ) 2/1Mj 2/1M 0n j encosna)e(H −ω− − = ω ω= ∑ (1.20) trong đó: ( ) − = 2 1M h0a với mẫu ở chính giữa (1.21) ( ) − − = n M hna 2 1 2 với 2 3M n1 − ≤≤ • Bộ lọc FIR pha tuyến tính Loại-2 ( Type 2 ): Đáp ứng xung đối xứng, M chẵn Hình 1.8 Đáp ứng xung phản đối xứng, M chẵn 10 Trong trường hợp này 0=β , ( ) ( ) n1Mhnh −−= , 1Mn0 −≤≤ , nhưng 2 1M − =α không phải là một biến nguyên, thì ta có thể chứng tỏ rằng: ( ) ( ) 2/1Mj 2/M 1n j e 2 1 ncosnb)e(H −ω− = ω −ω= ∑ (1.22) trong đó: ( ) −= n 2 M h2nb với 2 M , ,2,1n = (1.23) Sosánh (1.21) và (1.18), ta có: ( ) ∑ = −ω=ω 2/M 1n r 2 1 ncosnb)(H (1.24) Lưu ý: Tại π=ω , ta có ( ) 0 2 1 ncosnb)(H 2/M 1n r = −π=π ∑ = mà không cần quan tâm đến b(n) hoặc h(n). Do đó chúng ta không thể sử dụng loại này (h(n) đối xứng, M chẵn) đối với bộ lọc thông cao hoặc bộ lọc chắn dải. • Lọc FIR pha tuyến tính Loại-3 ( Type 3 ): Đáp ứng xung phản đối xứng, M lẻ: Trong trường hợp này ta có 2 π =β , 2 1M − =α là một biến nguyên, ( ) ( ) n1Mhnh −−−= , 1Mn0 −≤≤ , và 0 2 1M h = − thì ta có thể chứng tỏ: ( ) ( ) ω − − π − = ω ω= ∑ 2 1M 2 j 2/1M 0n j ensinnc)e(H (1.25) trong đó : ( ) − − = n 2 1M h2nc với 2 M , ,2,1n = (1.26) So sánh (1.24) và (1.18), ta có: ( ) ( ) ( ) ∑ − = ω=ω 2/1M 0n r nsinncH (1.27) Lưu ý: Tại 0 =ω và π=ω , ta có ( ) 0H r =ω mà không cần quan tâm c(n) hoặc h(n). Hơn thế nữa, je 2 j = π , điều đó có nghĩa là ( ) ω r jH là thuần ảo. Do đó, loại bộ lọc này không thích hợp đối với việc thiết kế bộ lọc thông thấp hoặc thông cao. Tuy nhiên, điều này thích hợp đối với việc xấp xỉ các bộ vi phân và bộ biến đổi Hilbert số lý tưởng. • Lọc FIR pha tuyến tính Loại-4 ( Type 4 ):Đáp ứng xung phản đối xứng, M chẵn Trong trường hợp này 2 π =β , ( ) ( ) n1Mhnh −−−= , 1Mn0 −≤≤ , nhưng 2 1M − =α không phải là một biến nguyên, thì ta có thể chứng tỏ rằng: [...]... hợp cho vi c thiết kế các bộ vi phân số và bộ biến đổi Hilbert số Bảng sau đây mô tả khả năng thích hợp trong vi c thiết kế các bộ lọc và các bộ biến đổi Hilbert số, bộ vi phân số của 4 loại lọc FIR pha tuyến tính đã nêu: Bảng 1.1 Type FIR Type 1 FIR Type 2 FIR Type 3 FIR Type 4 LPF HPF BPF SBF Hilbert Differentiator 12 PHẦN 1 1.PHUƠNG PHÁP CỬA SỔ - PHẠM ĐỨC LINH a)LÝ THUYẾT... trình thiết kế bộ lọc thông dải bằng phương pháp lấy mẫu tần số 2.1 Bài toán thiết kế Cho các thông số sau đây: w1s = 0.2π , As = 60dB Cạnh thấp dải chắn: w1 p = 0.35π , Rp = 1dB Cạnh thấp dải thông: w2 p = 0.65π , Ap = 1dB Cạnh cao dải thông: w2 s = 0.8π , Rp = 60dB Cạnh cao dải chắn: Sử dụng phương pháp lấy mẫu tần số để thiết kế bộ lọc FIR thông dải Giải : Chúng ta chọn M=40 để chúng ta có 2 mẫu trong... 0']) 21 2.2 Kết quả chương trình: 22 C THIẾT KẾ BỘ LỌC SỐ BẰNG PHƯƠNG PHÁP TỐI ƯU: (NGUYỄN VĂN LƯỢM) Vi c thiết kế bộ lọc thông thấp FIR bằng các sử dụng kỹ thuật thiết kế dùng cửa sổ sẽ đơn giản và mộ cách tổng quát ,dẫn đến kết quả là một bộ lọc có phaarmr chất tương đối tốt.Tuy nhiên,các bộ lọc này không tối ưu: 1 Thứ nhất ,các độ lệch dải thông và dỉa chận ,delta_p và delta_s,xấp xỉ bằng nhau.mặc... các tần số khác nhau phụ thuộc vào tần số của đáp ứng tần số lý tưởng, nghĩa là đáp ứng tần số lý tưởng càng sắc nét thì lỗi xấp xỉ càng lớn Lối càng lớn khi ở gần cạnh dải và càng bé khi ở bên trong dải Hai cách tiếp cạnh thiết kế: Phương pháp thiết kế đơn giản: Sử dụng ý tưởng cơ bản và không đưa ra một ràng buộc nào về lỗi xấp xỉ, nghĩa là chấp nhận lỗi sinh ra do thiết kế Phương pháp thiết kế tối... gợn được phân bố đều trên toàn dỉa sẻ tạo ra độ gợn đỉnh nhỏ hơn Bộ lọc có pha tuyến tính đồng độ gợn , mặt khác, sẻ tối ưu theo nghĩa biên độ của độ gợn được tối thiểu hóa trên tất cả các dải đối với bậc cho trước N của bộ lọc Trong đề cập sau đây,ta khảo sát vi c thiết kế bộ lọc có pha tuyến tính loại 1.kết quả thiết kế này có thể dể dàng được sửa đổi để thiết kế các loại bộ lọc có pha tuyến tính loại... loc thiet ke dB');grid; xlabel('tan so tinh theo don vi PI'); ylabel('Bien do') axis([0 1 -150 10]); set(gca,'XTickMode','manual','XTick',[0,0.2,0.35,0.65,0.8,1]) set(gca,'YTickMode','manual','YTick',[-60,0]) set(gca,'YTickLabelMode','manual','YTickLabels',['60';' 0']) 15 2 KẾT QUẢ 16 THIẾT KẾ BỘ LỌC VI PHÂN THEO CẤU TRÚC FIR BẰNG PHƯƠNG PHÁP LẤY MẪU TẦN SỐ (FREQUENCY SAMPLING DESIGN TECHNIQUES) (... [h]=remez(N,f,m,weights,ftype) Khi ấy weight=1 mọi nơi, Và ftype không phải là bộ biến đổi Hilbert hoặc bộ Vi phân [h]=remez(N,f,m) h là các hệ số bộ lọc có chiều dài M=N+1 N ký hiệu bậc của bộ lọc f một mảng ký hiệu các cạnh dải tính theo đơn vị của π m – đáp ứng biên độ mong muốn ở mỗi f 24 a Thiết kế bộ lọc thông dải dùng phương pháp tối ưu: ws1 = 0.2*pi; wp1 = 0.35*pi; wp2 = 0.65*pi; ws2 = 0.8*pi; Rp... bản: Cho một bộ lọc thông thấp lý tưởng Hd(e jw) chọn chiều dài bộ lọc M và sau đó lấy mẫu Hd(ejw)ở M tần số cách đều nhau giữa 0 và 2pi Đáp ứng thực tế là nội suy của các mẫu được cho bởi M −1 H ( z ) = ∑ h( n) z − n = n =0 1 − z−M M M −1 H (k ) −1 j 2π k / M e ∑ 1− z k =0 17 h(n) = IDFT [ H ( k )] Lỗi xấp xỉ là hiệu của đáp ứng lý tưởng và đáp ứng thực tế bằng 0 tại các tần số được lấy mẫu, lỗi xấp... thông số này không thể được điều khiển một cách độc lập trong phương pháp thiết kế sử dụng cửa sổ.Do vậy,với phương pháp thiết kế sử dụng cửa sổ, vta cần phải thiết kế lố dải thông của bộ lọc để thỏa các yêu cầu nghiêm ngặt hơn trong dải chận 2 Thứ hai,với đa số các cửa sổ ,độ gợn sẽ không đều hoặc trong dỉa thông hoặc trong dải chận và một cách tông quát giảm khi di chuyển từ giải chuyển tiếp .vi c... THUYẾT Ý tưởng cơ bản: chọn một bộ lọc chọn tần lý tưởng (mà đáp ứng xung luôn luôn phi nhân quả, dài vô hạn) và cắt (lấy cửa sổ) đáp ứng xung của nó để thu được bộ lọc FIR có pha tuyến tính và nhân quả Để thu được bộ lọc FIR có pha tuyến tính và nhân quả h(n) có độ dài M, ta cần có h ( n ) 0 ≤ n ≤ M − 1 M −1 h( n) = hp , and α = elsewhere 2 Thao tác này được 0 "lấy cửa sổ" gọi là h(n) = hhp (n) . Lớp : 07CLC2 Đà Nẵng, tháng 11/2010 2 LỜI MỞ ĐẦU Xử lý tín hiệu số (Digital Signal Processing – DSP) là một lĩnh vực mới, đã phát triển mạnh mẽ về mặt lý thuyết và công nghệ. Ngày nay, nó đã trở. mới, nhất là các lĩnh vực về kỹ thuật điện tử và điều khiển tự động. Phép xử lý cơ bản nhất của DSP là lọc, và các hệ thống được đề cập đến nhiều nhất trong xử lý tín hiệu số là các bộ lọc số