Đang tải... (xem toàn văn)
Trong đồ án này sẽ tìm hiểu các phương pháp thiết kế bộ lọc FIR và IIR, đồng thời thiết kế và mô phỏng hai loại bộ lọc này. Nội dung của đồ án được chia thành bốn chương nhỏ như sau:CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ BỘ LỌC SỐTrình bày tổng quan về bộ lọc số, những ưu điểm nổi bật của bộ lọc số, phân loại. Tìm hiểu về các dạng cấu trúc của hai loại bộ lọc FIR và IIR.CHƯƠNG 2: PHƯƠNG PHÁP THIẾT KẾ BỘ LỌC FIRTìm hiểu về các phương pháp thiết kế thông dụng nhất của bộ lọc FIR.CHƯƠNG 3: PHƯƠNG PHÁP THIẾT KẾ BỘ LỌC IIRTìm hiểu về các phương pháp thiết kế bộ lọc IIR và các loại bộ lọc tương tự thông dụng dùng để chuyển đổi thành bộ lọc số IIR.CHƯƠNG 4: TÍNH TOÁN VÀ MÔ PHỎNGTiến hành tính toán, thiết kế bộ lọc FIR cũng như IIR và mô phỏng các bộ lọc này.Phương pháp nghiên cứu xuyên suốt đồ án là tính toán, thiết kế và mô phỏng các bộ lọc số theo những phương pháp khác nhau để thấy rõ hơn những ưu và khuyết điểm của các phương pháp này. Đồng thời nắm rõ hơn về bộ lọc số để có thể ứng dụng chúng vào thực tiễn một cách hiệu quả nhất.
LỜI CAM ĐOAN LỜI CAM ĐOAN Em xin cam đoan nội cung đồ án chép đồ án công trình có từ trước Nếu vi phạm, em xin chịu hình thức kỷ luật Khoa Đà Nẵng, ngày 02 tháng 06 năm 2014 Sinh viên thực Nguyễn Sanh Quang MỤC LỤC MỤC LỤC TỪ VIẾT TẮT BPF Band Pass Filter Bộ lọc thông dải BSF Band Stop Filter Bộ lọc chắn dải DF Digital Filter Bộ lọc số DFT Discrete Fourier Transform Biến đổi Fourier rời rạc DSP Digital Signal Processing Xử lý tín hiệu số FIR Finite Impulse Response Đáp ứng xung hữu hạn FPGA Field Programmable Gate Array Mảng cổng lập trình dạng trường HPF High Pass Filter Bộ lọc thông cao IDFT Inverse Discrete Fourier Transform Biến đổi Fourier rời rạc ngược IIR Infinite Impulse Response Đáp ứng xung vô hạn LPF Low Pass Filter Bộ lọc thông thấp LTI Linear Time Invariant Tuyến tính bất biến theo thời gian RF Radio Frequency Sóng vô tuyến MỞ ĐẦU MỞ ĐẦU Tín hiệu xuất tất ngành khoa học kỹ thuật như: thông tin liên lạc, rada, vật lý, sinh học… Có hai dạng tín hiệu: tín hiệu tương tự (liên tục theo thời gian), hai tín hiệu số (tín hiệu rời rạc) Ngày nay, với phát triển công nghệ, máy tính xu hướng số hóa hầu hết tín hiệu tương tự chuyển đổi thành tín hiệu số để truyền tải, lưu trữ xử lý Do đó, xử lý tín hiệu số (DSP) ngày trở nên quan trọng, phổ biến ứng dụng rộng rãi nhiều lĩnh vực thiết bị Để tiếp cận lĩnh vực này, cần có kiến thức tín hiệu số phương pháp xử lý Một phép xử lý DSP lọc, hệ thống đề cập đến nhiều xử lý tín hiệu số lọc số (DF) Nếu xét đáp ứng xung chia lọc số thành hai loại lọc có đáp ứng xung hữu hạn FIR lọc có đáp ứng xung vô hạn IIR Còn xét đáp ứng tần số biên độ chia lọc FIR hay IIR thành bốn loại bản: lọc thông thấp (LPF), lọc thông cao (HPF), lọc thông dải (BPF) lọc chắn dải (BSF) Việc thiết kế lọc FIR hay IIR có nhiều phương pháp khác nhau, phương pháp có ưu khuyết điểm riêng Trong đồ án tìm hiểu phương pháp thiết kế lọc FIR IIR, đồng thời thiết kế mô hai loại lọc Nội dung đồ án chia thành bốn chương nhỏ sau: CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ BỘ LỌC SỐ Trình bày tổng quan lọc số, ưu điểm bật lọc số, phân loại Tìm hiểu dạng cấu trúc hai loại lọc FIR IIR CHƯƠNG 2: PHƯƠNG PHÁP THIẾT KẾ BỘ LỌC FIR Tìm hiểu phương pháp thiết kế thông dụng lọc FIR MỞ ĐẦU CHƯƠNG 3: PHƯƠNG PHÁP THIẾT KẾ BỘ LỌC IIR Tìm hiểu phương pháp thiết kế lọc IIR loại lọc tương tự thông dụng dùng để chuyển đổi thành lọc số IIR CHƯƠNG 4: TÍNH TOÁN VÀ MÔ PHỎNG Tiến hành tính toán, thiết kế lọc FIR IIR mô lọc Phương pháp nghiên cứu xuyên suốt đồ án tính toán, thiết kế mô lọc số theo phương pháp khác để thấy rõ ưu khuyết điểm phương pháp Đồng thời nắm rõ lọc số để ứng dụng chúng vào thực tiễn cách hiệu Đồ án tiến hành tính toán, thiết kế mô lọc FIR IIR theo phương pháp khác CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ BỘ LỌC SỐ CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ BỘ LỌC SỐ 1.1 Giới thiệu chương Lọc trình quan trọng xử lý tín hiệu Ngày nay, hầu hết tín hiệu chuyển thành tín hiệu số để truyền tải lưu trữ nên lọc số sử dụng phổ biến xử lý tín hiệu Để xử lý tín hiệu, phải thiết kế thực hệ thống (bộ lọc) Vấn đề thiết kế lọc bị ảnh hưởng yếu tố loại lọc cấu trúc Do đó, trước vào việc thiết kế, cần tìm hiểu lọc cấu trúc lọc khác cần có chiến lược thiết kế khác Trong chương tìm hiểu số lý thuyết lọc số, thành phần cấu thành lọc số để tạo tiền đề cho việc tìm hiểu cấu trúc lọc số phương pháp thiết kế thiết kế lọc số chương sau Nội dung chương sau: • • • • • Khái niệm lọc Các tiêu lọc Các ưu điểm lọc số Phân loại đặc điểm loại Các thành phần lọc 1.2 Khái niệm 1.2.1 Khái niệm lọc - Bộ lọc tập hợp linh kiện thiết bị xử lý nhằm loại bỏ tín hiệu không mong muốn giữ lại tín hiệu mà ta quan tâm đến 1.2.2 Khái niệm lọc số Trước tiên ta xét hệ thống tuyến tính bất biến miền biến số n: x(n) y(n) h(n) CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ BỘ LỌC SỐ Hình 1.1 Hệ thống tuyến tính bất biến miền biến số n Trong đó: h(n): đáp ứng xung hệ thống, đặc trưng hoàn toàn cho hệ thống miền biến số n Mặt khác, hệ thống tuyến tính bất biến biểu diễn phương trình sai phân sau: Tổng hợp tất hệ số ak br biểu diễn hệ thống tuyến tính bất biến Tức hệ số ak br đặc trưng hoàn toàn cho hệ thống Trong miền z, hệ thống đặc trưng hàm truyền đạt H(z): Khi đó, miền tần số: Nếu hàm truyền đạt H(z) đánh giá vòng tròn đơn vị |z|=1 có đặc tính tần số : Quan hệ cho thấy việc phân bố tần số pha tín hiệu vào x(n) tác động hệ thống tùy thuộc vào dạng Chính dạng xác định việc CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ BỘ LỌC SỐ suy giảm hay khuếch đại thành phần tần số khác Các hệ thống tương ứng với có đặc tính tần số mong muốn thực thi mặt vật lý gọi lọc số 1.3 Các lọc lý tưởng Có bốn lọc số lý tưởng là: • • • • Bộ lọc số thông thấp Bộ lọc số thông cao Bộ lọc số thông dải Bộ lọc số chắn dải Trong thực tế, lọc số lý tưởng thực mặt vật lý xét trường hợp đáp ứng xung h(n) thực chiều dài h(n) vô Vì vậy, thực tế ta thiết kế lọc số gần lý tưởng, tức thỏa mãn số tiêu tùy theo mục đích sử dụng lọc 1.4 Các tiêu lọc Có nhóm tiêu: + Các tiêu tuyệt đối + Các tiêu tương đối Để thấy cách trực quan ta lấy lọc thông thấp làm ví dụ: CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ BỘ LỌC SỐ Hình 1.2 Các tiêu lọc: tiêu tuyệt đối tiêu tương đối [6] Trong đó: + gọi dải thông + gọi dải chắn + gọi dải chuyển tiếp ràng buộc đáp ứng biên độ dải • Các tiêu tương đối gồm có: + : độ gợn dải thông tính theo dB + : độ gợn dải chắn tính theo dB • Các tiêu tuyệt đối: CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ BỘ LỌC SỐ Dải thông Dải chuyển tiếp Dải chắn Hình 1.3 Đặc tuyến lọc thông thấp thực tế [6] Trong đó: + : độ gợn dải thông + : độ gợn dải chắn + : tần số giới hạn dải chắn + : tần số giới hạn dải thông + : bề rộng dải chuyển tiếp Quan hệ tiêu: Từ ta suy ra: CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ BỘ LỌC SỐ Đối với loại lọc khác tiêu tương tự lọc thông thấp 1.5 Ưu điểm lọc số Việc lọc số sử dụng nhiều không ngày tín hiếu số sử dụng nhiều mà ưu điểm bật so với lọc tương tự Cụ thể sau: • Bộ lọc số có khả lập trình được, lọc tương tự muốn thay đổi cấu • • trúc phải thiết kế thi công lại lọc Các lọc số thiết kế dễ dàng, dễ kiểm tra Đặc điểm mạch lọc tương tự bị ảnh hưởng trôi phụ thuộc nhiệt độ Các lọc số vấn đề ổn định với thời gian lẫn nhiệt độ • Các lọc số xử lý tín hiệu tần số thấp xác Tốc độ xử lý công nghệ DSP ngày tăng lên, làm cho lọc số có khả xử lý tín hiệu tần số cao miền RF (Thời gian trước lĩnh vực “độc • • quyền” công nghệ tương tự Các lọc số linh hoạt xử lý tín hiệu, thích nghi với tín hiệu nhiễu Các xử lý DSP nhanh xử lý tổ hợp phức tạp, phần cứng tương đối đơn giản mật độ tích hợp cao Ngoài ra, để nâng cao chất lượng lọc tương tự ta trọng khắc phục hạn chế linh kiện như: độ xác, độ ổn định, phụ thuộc vào nhiệt độ… Còn lọc số, ta trọng đến phương pháp thiết kế thuật toán xử lý tín hiệu 1.6 Phân loại lọc số - FIR: Hệ thống đặc trưng đáp ứng xung có chiều dài hữu hạn Nó gọi hệ thống có đáp ứng xung có chiều dài hữu hạn, tức h(n) khác không 10 CHƯƠNG 4: TÍNH TOÁN VÀ MÔ PHỎNG Cửa sổ Hamming: Dap ung xung thuc te 0.6 h(n) 0.4 0.2 -0.2 20 40 60 80 100 120 n Dap ung tan so dB dB 50 0.45 0.5 Tan so theo pi Hình 4.3 Đáp ứng lọc thiết kế phương pháp cửa sổ (cửa sổ Hamming) Các thông số lọc thiết kế: M = 133, As = 53 dB, Rp = 0.0901 dB Từ kết ta có nhận xét: Cùng đáp ứng yêu cầu thiết kế (cùng tần số cắt, độ suy hao dải chắn As độ gợn dải thông Rp) nhiên sử dụng sổ Kaiser lại cần bậc lọc 119 sử dụng cửa sổ Hamming 133 Hay nói cách khác sử dụng cửa sổ Kaiser lọc gọn gàng (sử dụng thành phần cấu trúc hơn) cửa sổ Hamming Trong khuôn khổ đồ án đề cập đến tất loại sổ khác, nói cửa sổ Kaiser loại cửa sổ tối ưu Thiết kế lọc dùng cửa sổ Kaiser sử dụng công cụ FDAtool: 58 CHƯƠNG 4: TÍNH TOÁN VÀ MÔ PHỎNG Kết sau: Bậc lọc M = 118 Impulse Response 0.5 0.4 0.3 Amplitude 0.2 0.1 -0.1 -0.2 -0.3 20 40 60 Samples 80 100 Magnitude Response (dB) -10 Magnitude (dB) -20 -30 -40 -50 -60 -70 -80 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 Normalized Frequency ( ×π rad/sample) 0.7 0.8 0.9 Hình 4.4 Đáp ứng lọc thiết kế công cụ FDAtool (cửa sổ Kaiser) Từ hình 4.2 hình 4.4 ta dễ dàng nhận thấy hai đáp ứng lọc không khác nhiều, đồng thời bậc lọc xấp xỉ (119 118) Điều cho thấy việc tính toán thiết kế lọc phương pháp cửa sổ sử dụng cửa sổ Kaiser xác Dưới cấu trúc lọc thiết kế công cụ FDAtool: 59 CHƯƠNG 4: TÍNH TOÁN VÀ MÔ PHỎNG … … Hình 4.5 Cấu trúc lọc sử dụng công cụ FDAtool 4.3.1.2 Phương pháp lấy mẫu tần số Trong phương pháp tiến hành mô hai trường hợp: + Có mẫu dải chuyển tiếp + Có hai mẫu dải chuyển tiếp Để so sánh rút nhận xét tăng số mẫu dải chuyển tiếp Trong dải chuyển tiếp có mẫu: Số điểm cần lấy mẫu đáp ứng xung lọc lý tưởng 81, hay bậc lọc cần thiết kế M = 81 Kết sau: As = 44 dB, Rp = 2.53 dB 60 CHƯƠNG 4: TÍNH TOÁN VÀ MÔ PHỎNG Dap ung xung thuc te 0.6 h(n) 0.4 0.2 -0.2 10 20 30 40 50 n Dap ung tan so dB 60 70 80 dB 50 0.450.5 Tan so theo pi Hình 4.6 Đáp ứng lọc có mẫu dải chuyển tiếp Trong dải chuyển tiếp có hai mẫu: M = 121, As = 66 dB, Rp = 0.9422 dB Dap ung xung thuc te 0.6 h(n) 0.4 0.2 -0.2 20 40 60 80 n Dap ung tan so dB 100 120 dB 50 0.450.5 Tan so theo pi Hình 4.6 Đáp ứng lọc có mẫu dải chuyển tiếp 61 CHƯƠNG 4: TÍNH TOÁN VÀ MÔ PHỎNG Từ ta có nhận xét: Khi tăng số mẫu dải chuyển tiếp bậc lọc tăng nhanh bù lại, đáp ứng tần số lọc thu gần với đáp ứng lọc lý tưởng Sau ta tiến hành khảo sát tăng độ rộng dải chuyển tiếp lên xem ảnh hưởng đến lọc thiết kế (ở ta tăng gấp đôi để thấy rõ thay đổi), kết sau: Bậc lọc M = 60 Hình 4.7 Đáp ứng lọc tăng độ rộng dải chuyển tiếp Dễ thấy tăng độ rộng dải chuyển tiếp lên bậc lọc giảm cách rõ rệt (ban đầu độ rộng dải chuyển tiếp 0,05 bậc lọc M = 119, tăng 62 CHƯƠNG 4: TÍNH TOÁN VÀ MÔ PHỎNG độ rộng dải chuyển tiếp lên gấp đôi thành 0,1 bậc lọc giảm nửa M = 60) 4.3.2 Bộ lọc IIR Hàm truyền lọc IIR tính toán thiết kế tay phức tạp nên sử dụng công cụ FDAtool để mô kết thiết kế Kết quả: bậc lọc M = 13 Hình 4.8 Đáp ứng lọc IIR dùng lọc Chebyshev 63 CHƯƠNG 4: TÍNH TOÁN VÀ MÔ PHỎNG Dễ dàng nhận thấy đáp ứng xung lọc dài vô hạn, bậc lọc tính toán M = 15 dùng FDAtool M = 13 (gần nhau) cho thấy việc tính toán thiết kế xác … Hình 4.9 Cấu trúc lọc IIR thiết kế (các Sect1 đến Sect5 giống Sect1) 4.4 Kết luận chương Dựa sở lý thuyết chương trước, chương tiến hành tính toán thiết kế lọc FIR IIR số phương pháp khác nhau, từ rút số nhận xét sau: - Bộ lọc FIR lọc có đáp ứng xung hữu hạn, thiết kế cách dễ dàng việc tính toán mặt toán học đơn giản Đồng thời cho ta thấy rằng: thiết kế lọc FIR phương pháp cửa sổ phương pháp đơn giản Cửa sổ Kaiser nói cửa sổ tối ưu nên sử dụng phương pháp Trong phương pháp lấy mẫu tần số việc tăng số điểm chèn 64 CHƯƠNG 4: TÍNH TOÁN VÀ MÔ PHỎNG vào dải chuyển tiếp ảnh hưởng lớn đến lọc thiết kế Cụ thể bậc lọc tăng lên cách đáng kể bù lại lọc thiết kế gần với lọc lý tưởng Tuy nhiên thực tế, người ta thường chèn nhiều mẫu dải chuyển tiếp để đảm bảo bậc lọc không lớn, hay nói cách khác lọc không cồng kềnh Phương pháp tối ưu việc tính toán phức tạp, đòi hỏi phải có hỗ trợ máy tính nên đồ án không thực theo phương pháp - Bộ lọc IIR lọc có đáp ứng xung vô hạn, việc tính toán thiết kế trở nên phức tạp bậc lọc lớn Nếu đáp ứng yêu cầu thiết kế lọc IIR có bậc nhỏ nhiều so với FIR (trong đồ án FIR có bậc 119 IIR bậc lọc 15) 65 KẾT LUẬN VÀ HƯƠNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI Kết luận Qua phần trình bày nắm bước phương pháp phổ biến để tính toán thiết kế lọc số FIR IIR Đồ án trình bày trình tính toán thiết kế lọc số theo tiêu cho trước theo số phương pháp khác tiến hành mô phần mềm Matlab Từ khẳng định lại đặc điểm đặc trưng lọc FIR IIR: • • Bộ lọc FIR: đáp ứng xung hữu hạn Bộ lọc IIR: Đáp ứng xung vô hạn Đồng thời rút ưu khuyết điểm phương pháp thiết kế Qua giúp lựa chọn phương pháp thiết kế lọc số phù hợp theo yêu cầu mục đích sử dụng Bên cạnh thực đồ án vài hạn chế như: + Chưa thực thiết kế lọc số với số phương pháp (phương pháp tối ưu, phương pháp bất biến xung…) + Chưa thực lọc thực tế để có nhìn trực quan lọc số + Chưa đưa lọc số vào ứng dụng thực tế để xem xét khả phạm vi ứng dụng Hướng phát triển đề tài Một số hướng phát triển sau: + Đầu tiên khắc phục thiếu sót đồ án đồng thời tiến hành thiết kế lọc số theo phương pháp khác mà đồ án chưa thực + Thực lọc số thực tế chip FPGA + Ứng dụng lọc số vào mã hóa băng giải mã băng 66 TÀI LIỆU THAM KHẢO TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Phùng Trung Nghĩa, Đỗ Huy Khôi,”Giáo trình xử lí tín hiệu số 2”, Khoa Công nghệ thông tin, Đại học Thái Nguyên, 2008 [2] Monson H Hayes, “Statistical digital signal processing and modeling”, John Wiley & Sons Inc 1996 [3] Miroslav Vlček, Pavel Zahradník, Rolf Unbehauen, “Analytical Design of FIR Filter”, IEEE transactions on signal processing, VOL 48, NO 9, September 2000 [4] Paulo S R Diniz, Eduardo A B da Silva, Sergio L Netto, “Digital Signal Processing: System Analysis and Diesign”, Cambridge University Press 2010 [5] Vijay K.Madisetti and Douglas B Williams, “Digital Signal Processing Handbook”, CRC Press LLC 1999 [6] Vinay K Ingle, John G Proakis, “Digital signal processing using MATLAB V.4”, PWS Publishing Company 1997 [7] Zoran Milivojević, “Digital Filter Design”, MikroElektronika 2009 67 PHỤ LỤC PHỤ LỤC Code phương pháp cửa sổ: • Cửa sổ Kaiser: wp = 0.5*pi; ws = 0.45*pi; As = 50; deltaf = (wp-ws)/(2*pi); M = ceil((As-7.95)/(14.36*deltaf)+1) n = [0:1:M-1]; beta = 0.1102*(As-8.7); wc = (ws+wp)/2; hd = ideal_lp(pi,M) - ideal_lp(wc,M); %Dap ung ly tuong bo loc thong cao w_kai = (kaiser(M,beta))'; h = hd.*w_kai; %Ham cua so Kaiser %Tinh dap ung thuc te [db,mag,pha,grd,w] = freqz_m(h,[1]); d = 2*pi/1000; Rp = -min(db((wp/d):1:501)) As = -round(max(db(1:1:ws/d))) subplot(2,1,1);stem(n,h);title('Dap ung xung thuc te') axis([0,M-1,-0.4,0.7]); xlabel('n'); ylabel('h(n)'); set(gca,'YTickMode','manual','YTick',[0.2,0,0.2,0.4,0.6]); grid subplot(2,1,2);plot(w/pi,db); title('Dap ung tan so dB');grid; xlabel('Tan so theo pi'); ylabel('dB') axis([0 -100 10]); set(gca,'XTickMode','Manual','XTick',[0,0.45,0.5,1]); 68 PHỤ LỤC set(gca,'YTickMode','Manual','YTick',[-50;0]); set(gca,'YTickLabelMode','manual','YTickLabels',['50';' 0']); • Cửa sổ Hamming: wp = 0.5*pi; ws = 0.45*pi; As = 50; delta = wp-ws; M = ceil(6.6*pi/delta)+1 n = [0:1:M-1]; wc = (ws+wp)/2; hd = ideal_lp(pi,M) - ideal_lp(wc,M); %Dap ung ly tuong bo loc thong cao w_ham =(hamming(M))'; h = hd.*w_ham; %Ham cua so Hamming %Tinh dap ung thuc te [db,mag,pha,grd,w] = freqz_m(h,[1]); d = 2*pi/1000; Rp = -min(db((wp/d):1:501)) As = -round(max(db(1:1:ws/d))) subplot(2,1,1);stem(n,h);title('Dap ung xung thuc te') axis([0,M-1,-0.4,0.7]); xlabel('n'); ylabel('h(n)'); set(gca,'YTickMode','manual','YTick',[0.2,0,0.2,0.4,0.6]); grid subplot(2,1,2);plot(w/pi,db); title('Dap ung tan so dB');grid; xlabel('Tan so theo pi'); ylabel('dB') axis([0 -100 10]); set(gca,'XTickMode','Manual','XTick',[0,0.45,0.5,1]); set(gca,'YTickMode','Manual','YTick',[-50;0]); 69 PHỤ LỤC set(gca,'YTickLabelMode','manual','YTickLabels',['50';' 0']); Code phương pháp lấy mẫu tần số: • Trong dải chuyển tiếp có mẫu wp = 0.5*pi; ws = 0.45*pi; M = 81; n = 0:M-1; wn = 2*pi*n/M; T = 0.35282745; % Chon T Hrs = [zeros(1,19) T ones(1,41) T zeros(1,19)]; f = [0 ws/pi wp/pi 1]; m = [0 1]; alpha = (M-1)/2; k1 = 0:floor(alpha); % k1 = 0,1 k2 = floor(alpha)+1:M-1; % k2 = k1max, ,M-1 angH = [-alpha*2*pi*k1/M alpha*2*pi*(M-k2)/M]; H = Hrs.*exp(j*angH); %H: dap ung tan so h = real(ifft(H,M)); %h: dap ung xung [db,mag,pha,grd,w] = freqz_m(h,1); [Hr,ww,a,L] = Hr_type1(h); d = pi/500; As = -max(db(1:1:ws/d)) Rp = -min(db(wp/d:1:501)) subplot(2,1,1);stem(n,h);title('Dap ung xung thuc te') axis([0,M-1,-0.4,0.7]); xlabel('n'); ylabel('h(n)'); set(gca,'YTickMode','manual','YTick',[-0.2,0,0.2, 0.4,0.6]); grid subplot(2,1,2);plot(w/pi,db); 70 PHỤ LỤC title('Dap ung tan so dB');grid; xlabel('Tan so theo pi'); ylabel('dB') axis([0 -100 10]); set(gca,'XTickMode','Manual','XTick',[0,0.45,0.5,1]); set(gca,'YTickMode','Manual','YTick',[-50;0]); set(gca,'YTickLabelMode','manual','YTickLabels',['50';' 0']); • Trong dải chuyển tiếp có hai mẫu wp = 0.5*pi; ws = 0.45*pi; M = 121; alpha = (M-1)/2; n = 0: M-1; wn = (2*pi/M)*n; T1 = 0.09663696; T2 = 0.57121235; % Chon T1 T2 % Hrs lay mau dap ung cu bo loc ly tuong Hrs = [zeros(1,28) T1 T2 ones(1,61) T2 T1 zeros(1,28)]; Hdr = [0,0,1,1]; wdl = [0,0.45,0.5,1]; k1 = 0:floor((M-1)/2); %k1=0 60 k2 = floor((M-1)/2)+1:M-1; %k2=61 120 angH = [-alpha*(2*pi)/M*k1, alpha*(2*pi)/M*(M-k2)]; %Pha cua H(k) H = Hrs.*exp(j*angH); %H: dap ung tan so h = real(ifft(H,M)); %h: dap ung xung [db,mag,pha,grd,w] = freqz_m(h,[1]); [Hr,ww,a,L] = Hr_Type1(h); d = pi/500; Rp = -min(db(wp/d+2:1:501)) 71 PHỤ LỤC As = -round(max(db(1:1:ws/d))) subplot(2,1,1);stem(n,h);title('Dap ung xung thuc te') axis([0,M-1,-0.4,0.7]); xlabel('n'); ylabel('h(n)'); set(gca,'YTickMode','manual','YTick',[0.2,0,0.2,0.4,0.6]); grid subplot(2,1,2);plot(w/pi,db); title('Dap ung tan so dB');grid; xlabel('Tan so theo pi'); ylabel('dB') axis([0 -100 10]); set(gca,'XTickMode','Manual','XTick',[0,0.45,0.5,1]); set(gca,'YTickMode','Manual','YTick',[-50;0]); set(gca,'YTickLabelMode','manual','YTickLabels',['50';' 0']); 72 [...]... của cả hai loại bộ lọc FIR và IIR 1.8 Kết luận chương Chương này nêu tổng quan về bộ lọc số, định nghĩa bộ lọc số, các bộ lọc lý tưởng và phân loại Trình bày các ưu điểm của bộ lọc số cũng như các thông số, chỉ tiêu của bộ lọc ở miền thời gian, miền tần số cần quan tâm khi thiết kế một bộ lọc số Ngoài ra còn nêu khái quát các đặc điểm nổi bật của hai loại bộ lọc FIR và IIR, từ đây ta có thể nhận thấy... ứng tần số của bộ lọc thực tế và đáp ứng tần số của bộ lọc lý tưởng là nhỏ nhất Ta định nghĩa một hàm trọng số 27 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ BỘ LỌC SỐ trên sai số gần đúng Từ việc định nghĩa và , sai số giữa bộ lọc thực tế và bộ lọc lý tưởng được đánh giá bằng hàm sai số có trọng số như sau: Với: + S bao gồm dải thông và dải chắn của mạch lọc mong muốn + M: bậc của bộ lọc + Ta định nghĩa: + Hàm trọng số. .. ta có thể lựa chọn được phương pháp thiết kế phù hợp nhất theo yêu cầu thiết kế và mục đích sử dụng của bộ lọc cần thực thi 32 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ BỘ LỌC SỐ Nội dung của chương này phục vụ cho việc tính toán thiết kế và mô phỏng bộ lọc FIR trong chương 4 33 CHƯƠNG 3: CÁC PHƯƠNG PHÁP THIẾT KẾ BỘ LỌC IIR CHƯƠNG 3: CÁC PHƯƠNG PHÁP THIẾT KẾ BỘ LỌC IIR 3.1 Giới thiệu chương Cũng như bộ lọc FIR, bộ lọc. .. chương Cũng như bộ lọc FIR, bộ lọc IIR cũng có các dạng cấu trúc và các phương pháp thiết kế khác nhau Có hai con đường để thiết kế bộ lọc IIR: Thứ nhất là thiết kế bộ lọc tương tự, sau đó chuyển đổi thành bộ lọc số Cách này được dùng phổ biến do việc thiết kế bộ lọc tương tự đã được phát triển từ lâu và có nền tảng vững chắc Thứ hai là thiết kế trực tiếp bộ lọc số IIR, con đường này rất phức tạp và khó... số IIR, bao gồm: • • • Bộ lọc Butterworth Bộ lọc Chebyshev Bộ lọc Elliptic 3.2 Cấu trúc bộ lọc IIR Hàm truyền của bộ lọc IIR có dạng: Trong đó bn và an là các hệ số của bộ lọc Ở đây đã giả định mà không mất tính tổng quát là a0 = 1 M được gọi là bậc của bộ lọc nếu a M khác 0 Bộ lọc IIR cũng có thể được biểu diễn bằng phương trình sau: 34 CHƯƠNG 3: CÁC PHƯƠNG PHÁP THIẾT KẾ BỘ LỌC IIR 3.2.1 Cấu trúc... được từ tích chập Đối với bộ lọc lý tưởng, đáp ứng biên độ chuyển đột ngột từ 1 xuống 0 (hoặc ngược lại) ở tần số cắt Nhưng với bộ lọc thực tế, do tích chập trong miền tần số sẽ gây dao động ở dải thông và dải chắn xung quanh tần số cắt Sự phát sinh các dao động này gọi là hiện tượng Gibbs 2.4 Thiết kế bộ lọc FIR bằng phương pháp lấy mẫu tần số 2.4.1 Các đặc tính của bộ lọc FIR pha tuyến tính Cho... thành bộ lọc, hay nói cách khác là bộ lọc thiết kế theo phương pháp này khá 31 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ BỘ LỌC SỐ công kềnh Phương pháp này thiếu sự điều chỉnh chính xác các tần số giới hạn giải thông và dải chắn Điều này phụ thuộc vào loại của sổ và chiều dài bộ lọc là chủ yếu Hơn nữa, việc tìm đáp ứng của bộ lọc bằng cách nhân đáp ứng xung của bộ lọc lý tưởng với hàm của sổ nên trong miền tần số sẽ... theo loại mạch lọc đã chọn thiết kế 2.6 Kết luận chương Chương này đã nêu được các dạng cấu trúc của bộ lọc cũng như các phương pháp thiết kế phổ biến của bộ lọc FIR, cách thiết kế một bộ lọc FIR theo từng phương pháp Qua chương này cũng cho thấy rằng mỗi phương pháp thiết kế đều có những ưu khuyết điểm riêng của chúng, và việc lựa chọn phương pháp thiết kế đòi hỏi người thực hiện cần có kinh nghiệm... các dạng cấu trúc cơ bản của bộ lọc FIR và IIR trong các chương tiếp theo CHƯƠNG 2: CÁC PHƯƠNG PHÁP THIẾT KẾ BỘ LỌC FIR 2.1 Giới thiệu chương Chương này sẽ giới thiệu các dạng cấu trúc của bộ lọc FIR từ đó tạo điều kiện để tìm hiểu các phương pháp thiết kế bộ lọc này Để thiết kế bộ lọc FIR có thể dùng nhiều phương pháp khác nhau Mỗi phương pháp đều bắt nguồn từ các bộ lọc lý tưởng, tuy nhiên lại đi... phương pháp lấy mẫu tần số là kỹ thuật đơn giản cho việc thiết kế bộ lọc FIR pha tuyến tính Tuy nhiên, hai phương pháp này cũng có và bất lợi nhỏ Đó là thiếu sự điểu chỉnh chính xác các tần số giới hạn như: tần số giới hạn dải thông và tần số giới hạn dải chắn Ở phương pháp tối ưu này, những sai lệch giữa đáp ứng tần số mong muốn với đáp ứng tần số thực tế được trải đều trên cả dải thông và dải chắn,