数字滤波，什么叫数字滤波

本文目录一览

1，什么叫数字滤波
2，数字滤波的基本概念
3，数字滤波器的工作原理
4，IIR数字滤波器与FIR数字滤波器的定义
5，数字滤波的介绍
6，数字滤波器的概述

1，什么叫数字滤波

滤波是将信号中特定波段频率滤除的操作。数字信号处理通常采用FFT/IFFT实现，那么其中需要滤除的频率，可以采用“滤波函数”与被处理信号相乘而达到目的。数字滤波。它是通过一种算法排除可能的随机干扰,提高检测精度的一种手段,又称软件滤波。

什么叫数字滤波

2，数字滤波的基本概念

广义而言，滤波可以看作为对某一信号的改造作用。改造之前的信号称为滤波输入，改造之后的信号称为滤波输出。输入、输出、滤波器就构成了滤波三要素（图5-2-1）。反射波地震资料数字处理中需改造的信号是含有干扰的地震信号，输出是不含干扰或干扰减少的地震信号。改造信号的滤波既可以用物理过程实现，也可以用数学运算实现。前者是所谓的电滤波器，后者即为数字滤波。图5-2-1 滤波三要素早期地震资料处理均使用电滤波器，即由电感、电容、电阻等电器元件所组成的滤波线路对地震电信号进行滤波。改变电器元件和滤波线路可以改变滤波器的特性，达到所要求的滤波目的。改变电滤波器的特性比较麻烦，其灵活性差且成本较高。数字滤波是在计算机中对采样后的地震信号进行数学运算来实现滤波的。显然，与电滤波器相比，它具有灵活、方便、改变滤波特性十分容易且成本低的特点。因此，数字滤波得到了广泛使用。数字滤波的种类很多，下面主要以使用最多的一维频率滤波为例加以介绍。在介绍一维频率滤波之前，还需要简单地了解地震记录的时间域表示和频率域表示问题。

数字滤波的基本概念

3，数字滤波器的工作原理

数字滤波器与模拟滤波器的区别主要在于一个是采用软件（程序）的数值计算（数字滤波器），另外一个是采用硬件电路获得（模拟滤波器）。数字滤波器的原理有多种，取平均值是其中的一种。取平均值就是滤除任何有具有频率的变化分量的信号。数字滤波器还可根据不同原理编制专门的程序，对采集的信号进行特殊的计算来滤除特定频率的信号。模拟滤波器的原理主要是利用电容器对高频信号的低阻抗、对低频信号的高阻抗和电感对对低频信号的低阻抗、对高频信号的高阻抗的特性，滤除特定频率的信号。

我个人认为，首先数字滤波前你必须采样，采样的过程其实已经丢掉了一些真实的数据，第二，数字滤波都是采用数学的方法，比如fft，可能有无穷次的谐波，我们现有的条件不可能把所有谐波都记录下来，第三，在理想数字滤波中，我们用到了单位冲击响应等等这样的理想信号来建立模型，在现实中其实也不存在，第四，计算机的有限字长效应，在一步步计算中会有累加的误差，第五，数字滤波还要考虑时间，存储量的需要，我们往往在精度允许的情况下，模型越简单越好，当然这就只能是理想的近似了。可能我只是说了一些皮毛，你多多参考其他的答案。

数字滤波器的工作原理

4，IIR数字滤波器与FIR数字滤波器的定义

无限脉冲响应滤波器是数位滤波器的一种，简称IIR数位滤波器(infinite impulse response filter)。由于无限脉冲响应滤波器中存在反馈回路，因此对于脉冲输入信号的响应是无限延续的。有限脉冲响应滤波器是数字滤波器的一种，简称FIR数字滤波器（finite impulse response filter）。这类滤波器对于脉冲输入信号的响应最终趋向于0，因此是有限的，而得名。它是相对于无限脉冲响应滤波器(IIR)而言。有限脉冲响应滤波器（FIR filter）的优点： 1. 脉冲响应（impulse response）为有限长：造成当输入数位讯号为有限长的时候，输出数位讯号也为有限长。 2. 比无限脉冲响应滤波器（IIR filter）较容易最佳化（optimize）。 3. 线性相位（linear phase）：造成h(n)\,是偶对称（even）或奇对称（odd）且有限长。 4. 一定是稳定的（stable）：因为Z转换（Z transform）后所有的极点（pole）都在单位圆内。有限脉冲响应滤波器（FIR filter）的缺点：设计方式较无限脉冲响应滤波器（IIR filter）不容易。无限脉冲响应滤波器(IIR filter)的优点：较容易设计以及实现。无限脉冲响应滤波器(IIR filter)的缺点： 1. 脉冲响应(impulse response)为无限长：造成当输入数位讯号为有限长的时候，输出数位讯号会变成无限长。 2. 比有限脉冲响应滤波器(FIR filter)较不易最佳化(optimize)。 3. 不一定是稳定的(stable)：因为Z转换(Z transform)后所有的极点(pole)不一定都在单位圆内。 reference：w开头的被baidu屏蔽的某网站

5，数字滤波的介绍

数字滤波指用数字设备，通过一定的算法，对信号进行处理，将某个频段的信号进行滤除，得到新的信号的这一过程叫做数字滤波。

滤波是将信号中特定波段频率滤除的操作。数字信号处理通常采用fft/ifft实现，那么其中需要滤除的频率，可以采用“滤波函数”与被处理信号相乘而达到目的。数字滤波。它是通过一种算法排除可能的随机干扰,提高检测精度的一种手段,又称软件滤波。数字滤波器具有比模拟滤波器更高的精度，甚至能够实现后者在理论上也无法达到的性能。例如，对于数字滤波器来说很容易就能够做到一个 1000hz 的低通滤波器允许 999hz 信号通过并且完全阻止 1001hz 的信号，模拟滤波器无法区分如此接近的信号。数字滤波器相比模拟滤波器有更高的信噪比。这主要是因为数字滤波器是以数字器件执行运算，从而避免了模拟电路中噪声（如电阻热噪声）的影响。数字滤波器中主要的噪声源是在数字系统之前的模拟电路引入的电路噪声以及在数字系统输入端的模数转换过程中产生的量化噪声。这些噪声在数字系统的运算中可能会被放大，因此在设计数字滤波器时需要采用合适的结构，以降低输入噪声对系统性能的影响。数字滤波器还具有模拟滤波器不能比拟的可靠性。组成模拟滤波器的电子元件的电路特性会随着时间、温度、电压的变化而漂移，而数字电路就没有这种问题。只要在数字电路的工作环境下，数字滤波器就能够稳定可靠的工作。由于奈奎斯特采样定理（en:nyquist sampling theorem），数字滤波器的处理能力受到系统采样频率的限制。如果输入信号的频率分量包含超过滤波器1/2采样频率的分量时，数字滤波器因为数字系统的“混叠”而不能正常工作。如果超出1/2采样频率的频率分量不占主要地位，通常的解决办法是在模数转换电路之前放置一个低通滤波器（即抗混叠滤波器）将超过的高频成分滤除。否则就必须用模拟滤波器实现要求的功能。

6，数字滤波器的概述

数字滤波器对信号滤波的方法是：用数字计算机对数字信号进行处理，处理就是按照预先编制的程序进行计算。数字滤波器的原理如图所示，它的核心是数字信号处理器。如果采用通用的计算机，随时编写程序就能进行信号处理的工作，但处理的速度较慢。如果采用专用的计算机芯片，它是按运算方法制成的集成电路，连接信号就能进行处理工作，处理的速度飞快，但功能不易更改。如果采用可编程的计算机芯片，那么，装入什么程序机器就能具有什么功能。这种可编程芯片的优点很多，是现代电子产品的首选。如果是对模拟信号进行处理，则需要添加模数转换器和数模转换器。参考《数字信号处理》杨毅明著p.183-184，机械工业出版社2012年发行。数字滤波器是按照程序计算信号，达到滤波的目的。通过对数字滤波器的存储器编写程序，就可以实现各种滤波功能。对数字滤波器来说，增加功能就是增加程序，不用增加元件，不受元件误差的影响，对低频信号的处理也不用增加芯片的体积。用数字滤波方法可以摆脱模拟滤波器被元件限制的困扰。数字滤波器一词出现在60年代中期。由于电子计算机技术和大规模集成电路的发展，数字滤波器已可用计算机软件实现，也可用大规模集成数字硬件实时实现。数字滤波器是一个离散时间系统（按预定的算法，将输入离散时间信号(对应数字频率)转换为所要求的输出离散时间信号的特定功能装置）。应用数字滤波器处理模拟信号（对应模拟频率）时，首先须对输入模拟信号进行限带、抽样和模数转换。数字滤波器输入信号的数字频率（2π*f/fs,f为模拟信号的频率，fs为采样频率，注意区别于模拟频率),按照奈奎斯特抽样定理，要使抽样信号的频谱不产生重叠，应小于折叠频率（ws/2=π)，其频率响应具有以2π为间隔的周期重复特性，且以折叠频率即ω=π点对称。为得到模拟信号，数字滤波器处理的输出数字信号须经数模转换、平滑。数字滤波器具有高精度、高可靠性、可程控改变特性或复用、便于集成等优点。数字滤波器在语言信号处理、图像信号处理、医学生物信号处理以及其他应用领域都得到了广泛应用。数字滤波器有低通、高通、带通、带阻和全通等类型。它可以是时不变的或时变的、因果的或非因果的、线性的或非线性的。应用最广的是线性、时不变数字滤波器，以及f.i.r滤波器。

一般情况下，不改变自适应滤波器的结构。而自适应滤波器的系数是由自适应算法更新的时变系数。即其系数自动连续地适应于给定信号，以获得期望响应。自适应滤波器的最重要的特征就在于它能够在未知环境中有效工作，并能够跟踪输入信号的时变特征。