Link tải luận văn miễn phí cho ae Kết Nối
MỤC LỤC
Chương I: GIỚI THIỆU CHỦ ĐỀ NGHIÊN CỨU 1
1.Tổng quan về thiết kế lọc IIR 1
1.1 Cơ sở tổng hợp bộ lọc IIR 2
1.1.1 Thiết kế bộ lọc tương tự 4
1.1.1.1. Bộ lọc Butterworth 4
1.1.1.2. Bộ lọc Chebyshev 5
1.1.1.3. Bộ lọc Eliptic 8
1.1.2. Phương pháp tổng hợp bộ lọc số IIR từ bộ lọc tương tự. 8
1.1.2.1. Phương pháp bất biến xung (Impulse Invariance Transformation): 8
1.1.2.2. Phương pháp biến đổi song song tuyến (Bilinear Transformation) 9
1.1.2.3 Phương pháp tương đương vi phân 10
1.2. Cấu trúc bộ lọc số IIR 10
1.2.1. Cấu trúc dạng trực tiếp 10
1.2.2. Cấu trúc dạng nối tiếp 12
1.2.3. Cấu trúc dạng song song 13
Chương II: KIỂM TRA ĐÁNH GIÁ CÁC ỨNG DỤNG BỘ LỌC IIR 14
1. Bộ lọc đa pha 14
1.1 Chi phí tính toán hiệu quả (Cost Efficiency) 15
1.2 Thiết kế bộ lọc nửa băng Dyadic (Dyadic Halfband Designs) 17
Thiết kế bộ lọc nửa băng pha tuyến tính Quasi và bộ lọc nửa băng Dyadic 18
1.4 Bộ lọc cố định điểm (Fixed-Point Robustness) 19
2. Octave-Band and Fractional Octave-Band Filters 20
2.2 Phân tích phổ của nhiễu trắng 22
2.3 Phân tích phổ của nhiễu hồng 24
3. Thiết kế bộ chỉnh âm thanh theo thông số 26
3.1 Một vài thiết kế cơ bản 27
3.2 Thiết kế dựa vào tham số chất lượng 29
3.3 Thiết kế dựa vào băng thông 31
3.4 Bộ chỉnh âm theo thông số tại tần số cắt 32
3.5 Thiết kế bậc tối thiểu 34
3.6 Bộ lọc đa tần thông thấp và đa tần thông cao 35
3.7 Specifying Low and High Frequencies 37
3.8 Bộ chỉnh âm theo thông số dạng nối tiếp 38
3.9 Thiết kế bộ lọc truyền thống 40
4. Thiết kế bộ lọc Peak và Notch 41
4.1 Cở sở lý thuyết. 41
4.1.1 Bộ lọc dải khấc (Notch Filter) 41
4.1.2 Bộ lọc đỉnh (Peaking Filters) 43
4.2 Chương trình thiết kế bộ lọc Peak Filter và Notch Filter 43
4.2.1 Bộ lọc dải khấc (Notch Filter) 43
4.3.2 Bộ lọc đỉnh (Peaking Filters) 48
5. Thiết kế bộ lọc IIR với một độ trễ nhóm quy định. 49
5.1 Cơ sở lý thuyết 49
5.1.1 Thời gian trễ 49
5.1.2 Hàm độ trễ nhóm trong matlab 52
5.2 Chương trình thiết kế bộ lọc IIR với một độ trễ nhóm quy định. 52
5.2.1. Thiết kế một bộ lọc định nhóm trễ đường viền 53
5.2.2 Thiết kế một bộ lọc Lowpass Elliptic với trễ nhóm cân bằng 55
5.2.3 Cân bằng dải thông cho bộ lọc thông dải Chebyshev 56
5.2.4 Cân bằng dải thông cho bộ lọc chắn dải Chebyshev. 57
PHÂN CHIA NHIỆM VỤ BÁO CÁO
PHẦN CHUNG
Chương I: GIỚI THIỆU CHỦ ĐỀ NGHIÊN CỨU
PHẦN RIÊNG
Chương II: KIỂM TRA ĐÁNH GIÁ CÁC ỨNG DỤNG BỘ LỌC IIR
1. Bộ lọc đa pha Mai Thị Kim Liên
2. Octave-Band and Fractional Octave-Band Filters Mai Thị Kim Liên
2. Thiết kế bộ chỉnh âm thanh theo thông số Mai Thị Kim Liên
4. Thiết kế bộ lọc Peak và Notch Phạm Hoàng Phương
5. Thiết kế bộ lọc IIR với một độ trễ nhóm quy định Phạm Hoàng Phương
Chương I: GIỚI THIỆU CHỦ ĐỀ NGHIÊN CỨU
1. Tổng quan về thiết kế lọc IIR
Lọc số là một trong những kỹ thuật phổ biến của xử lý tín hiệu số. Cùng với sự phát triển rực rỡ của công nghệ vi mạch điện tử số đã làm tăng hiệu quả của các bộ lọc số, các hệ thống số giúp tối ưu được các tham số của bộ lọc. Một hệ thống dùng làm biến dạng sự phân bố tần số của các thành phần của một tín hiệu theo các chỉ tiêu đã cho được gọi là bộ lọc số. Có 2 bộ lọc số là bộ lọc số có đáp ứng xung có chiều dài hữu hạn FIR và bộ lọc số có đáp ứng xung có chiều dài vô hạn IIR. Với bộ lọc FIR thì ưu điểm là có pha tuyến tính và ổn định nhưng nhược điểm là muốn có đáp ứng tần số tốt thì chiều dài bộ lọc phải lớn, chi phí tính toán cao. Đối với bộ lọc IIR thì chi phí tính toán thấp và thực hiện hiệu quả theo kiểu cascade. Bộ lọc IIR có đáp ứng xung vô hạn, vì vậy chúng có thể khớp với các bộ lọc analog , mà nói chung đều có đáp ứng xung dài vô hạn.
Kỹ thuật cơ bản để thiết kế lọc IIR là biến đổi các bộ lọc analog điển hình thành các bộ lọc digital sử dụng các ánh xạ giá trị-phức. Sự thuận tiện của kỹ thuật này là ở chỗ có sẵn các bảng thiết kế lọc analog và các ánh xạ được mở rộng trong thư viện.
Có 3 phương pháp chính để chuyển từ bộ lọc tương tự sang bộ lọc số tương đương
- Phương pháp bất biến xung
- Phương pháp biến đổi song tuyến
- Phương pháp tương đương vi phân
Với điều kiện đã tổng hợp được Ha(s)
Để tìm hàm truyền đạt Ha(s) người ta có 3 phương pháp sau
- Butterworth
- Chebyshev
- Elip
1.1 Cơ sở tổng hợp bộ lọc IIR
Một bộ lọc IIR có đáp ứng xung tồn tại vô hạn trong quá khứ, hiện tại và tương lai. Về mặt cấu trúc, bộ lọc IIR là một hệ thống đệ qui, ở đây có một số kết nối từ ngõ ra đến một điểm bên trong hệ thống để ngõ ra phụ thuộc vào ngõ vào và ngõ ra trước nó. Khi ta nói một lọc IIR hay lọc đệ qui thường có nghĩa như nhau.
Phương trình tín hiệu của lọc IIR có dạng như sau
Với ak , bk là những hệ số lọc. Theo lý thuyết, N, M có thể là vô hạn.
Lọc IIR thì hiệu quả hơn lọc FIR trong độ nhạy, vì một bộ lọc IIR có ít hệ số hơn có thể cho đáp ứng biên độ tần số bằng với một lọc FIR có nhiều hệ số hơn. Tuy nhiên lọc IIR có hai mặt nhược điểm.
- Chúng có thể không ổn định nếu những hệ số của nó chọn không thích hợp.
- Chúng có thể có pha không tuyến tính và vì vậy nó không phù hợp cho một số ứng dụng lọc.
Xét pha tuyến tính, ta biết rằng hàm truyền H(z) của lọc pha tuyến tính phải thỏa mãn sự liên hệ
Với z-N là trễ của N mẫu. Sự liên hệ này ngụ ý rằng ở đây có một cực ảo bên ngoài đường tròn đơn vị với mỗi cực bên trong, ngược lại điều kiện để lọc ổn định và nhân quả là tất cả các cực của nó phải nằm bên trong đường tròn đơn vị. Điều này có nghĩa rằng lọc ổn định và nhân quả không thể có pha tuyến tính. Nếu không yêu cầu nhân quả, lọc IIR có thể có pha tuyến tính nhưng trong trường hợp này lọc FIR thì thuận lợi hơn
Trong khi thiết kế lọc FIR không có lợi cho bất kỳ phương pháp thiết kế tương tự, thì lọc IIR là phù hợp từ mặt phẳng tương tự s đến mặt phẳng số z. Vì vậy, phương pháp thiết kế IIR thì giống như nguyên mẫu tương tự chẳng hạn: Butterworth, Chebyshev, hay lọc elliptic. Hai phương pháp thiết kế là biến đổi xung bất biến và biến đổi song tuyến. Bên cạnh đó, IIR có thể được thiết kế bằng phương pháp đặt cực không như lọc FIR, hay cũng bằng phương pháp bình phương tối thiểu trong miền số.
Những thông số được áp dụng vào lọc tương tự và được ký hiệu như Ωp, Ωc, Ωs.
Đáp ứng biên độ có thể diễn tả ở dạng tuyến tính hay thang dB với
Ví dụ đáp ứng được chuẩn hóa biên độ là 1 tương ứng với 0 dB, (ứng với -3 dB). Ta gọi Ωp là tần số cạnh dải thông, Ωs là tần số cạnh dải chắn, Ωc là tần số cắt (hay tần số -3 dB ). Độ gợn sóng dải thông δp và độ suy hao dải chắn δs được tính ở thang dB như sau
Bộ lọc đa pha trình bày nhiều đặc tính hấp dẫn : chúng yêu cầu số lượng bộ nhân ít để thực thi, chúng kế thừa sự ổn định, chúng có mật độ nhiễu vòng thấp và không giới hạn số vòng. Đặc biệt hơn, nó có pha hầu như tuyến tính. Bộ lọc Butterworth, Chebyshev I và II và Eliptic có thể thiết kế dùng tất cả các bộ lọc thông như thông thấp, thông cao, thông dải, chắn dải. Bộ lọc Butterworth và Eliptic còn có thể thiết kế với nửa dải, băng tần Hilbert và nửa băng đa tốc độ, và các dạng đáp ứng nửa băng đa tốc độ cấp 2
1.1 Chi phí tính toán hiệu quả (Cost Efficiency)
Một trong những cách đo chi phí tính toán bộ lọc là xác định có bao nhiêu bộ nhân cần thiết trên một mẫu đầu vào (MPIS). Khi xem xét MPIS cho trường hợp bộ lọc FIR và IIR ta thấy:
Fc = 1/16; % Cutoff frequency: 0.0625*pi rad/sample
TW = 0.002; % Transition width: 0.002*pi rad/sample
Ap = 3e-3; % Maximum passband ripple: 0.003 dB
Ast= 80; % Minimum stopband attenuation: 80 dB
Fp = Fc-TW/2;
Fst= Fc+TW/2;
f = fdesign.lowpass(Fp,Fst,Ap,Ast);
Bộ lọc Eliptic có số bậc thấp nhất trong số những bộ lọc IIR mà chúng ta thường gặp. Thiết kế bộ lọc Eliptic cổ điển có thể được thực thi với cấu trúc trực tiếp loại II, cấu trúc bậc II
Hiir = design(f,'ellip')
=> Bộ lọc này yêu cầu 38MPIS
cost(Hiir)
Do Drive thay đổi chính sách, nên một số link cũ yêu cầu duyệt download. các bạn chỉ cần làm theo hướng dẫn.
Password giải nén nếu cần: ket-noi.com | Bấm trực tiếp vào Link để tải:
MỤC LỤC
Chương I: GIỚI THIỆU CHỦ ĐỀ NGHIÊN CỨU 1
1.Tổng quan về thiết kế lọc IIR 1
1.1 Cơ sở tổng hợp bộ lọc IIR 2
1.1.1 Thiết kế bộ lọc tương tự 4
1.1.1.1. Bộ lọc Butterworth 4
1.1.1.2. Bộ lọc Chebyshev 5
1.1.1.3. Bộ lọc Eliptic 8
1.1.2. Phương pháp tổng hợp bộ lọc số IIR từ bộ lọc tương tự. 8
1.1.2.1. Phương pháp bất biến xung (Impulse Invariance Transformation): 8
1.1.2.2. Phương pháp biến đổi song song tuyến (Bilinear Transformation) 9
1.1.2.3 Phương pháp tương đương vi phân 10
1.2. Cấu trúc bộ lọc số IIR 10
1.2.1. Cấu trúc dạng trực tiếp 10
1.2.2. Cấu trúc dạng nối tiếp 12
1.2.3. Cấu trúc dạng song song 13
Chương II: KIỂM TRA ĐÁNH GIÁ CÁC ỨNG DỤNG BỘ LỌC IIR 14
1. Bộ lọc đa pha 14
1.1 Chi phí tính toán hiệu quả (Cost Efficiency) 15
1.2 Thiết kế bộ lọc nửa băng Dyadic (Dyadic Halfband Designs) 17
Thiết kế bộ lọc nửa băng pha tuyến tính Quasi và bộ lọc nửa băng Dyadic 18
1.4 Bộ lọc cố định điểm (Fixed-Point Robustness) 19
2. Octave-Band and Fractional Octave-Band Filters 20
2.2 Phân tích phổ của nhiễu trắng 22
2.3 Phân tích phổ của nhiễu hồng 24
3. Thiết kế bộ chỉnh âm thanh theo thông số 26
3.1 Một vài thiết kế cơ bản 27
3.2 Thiết kế dựa vào tham số chất lượng 29
3.3 Thiết kế dựa vào băng thông 31
3.4 Bộ chỉnh âm theo thông số tại tần số cắt 32
3.5 Thiết kế bậc tối thiểu 34
3.6 Bộ lọc đa tần thông thấp và đa tần thông cao 35
3.7 Specifying Low and High Frequencies 37
3.8 Bộ chỉnh âm theo thông số dạng nối tiếp 38
3.9 Thiết kế bộ lọc truyền thống 40
4. Thiết kế bộ lọc Peak và Notch 41
4.1 Cở sở lý thuyết. 41
4.1.1 Bộ lọc dải khấc (Notch Filter) 41
4.1.2 Bộ lọc đỉnh (Peaking Filters) 43
4.2 Chương trình thiết kế bộ lọc Peak Filter và Notch Filter 43
4.2.1 Bộ lọc dải khấc (Notch Filter) 43
4.3.2 Bộ lọc đỉnh (Peaking Filters) 48
5. Thiết kế bộ lọc IIR với một độ trễ nhóm quy định. 49
5.1 Cơ sở lý thuyết 49
5.1.1 Thời gian trễ 49
5.1.2 Hàm độ trễ nhóm trong matlab 52
5.2 Chương trình thiết kế bộ lọc IIR với một độ trễ nhóm quy định. 52
5.2.1. Thiết kế một bộ lọc định nhóm trễ đường viền 53
5.2.2 Thiết kế một bộ lọc Lowpass Elliptic với trễ nhóm cân bằng 55
5.2.3 Cân bằng dải thông cho bộ lọc thông dải Chebyshev 56
5.2.4 Cân bằng dải thông cho bộ lọc chắn dải Chebyshev. 57
PHÂN CHIA NHIỆM VỤ BÁO CÁO
PHẦN CHUNG
Chương I: GIỚI THIỆU CHỦ ĐỀ NGHIÊN CỨU
PHẦN RIÊNG
Chương II: KIỂM TRA ĐÁNH GIÁ CÁC ỨNG DỤNG BỘ LỌC IIR
1. Bộ lọc đa pha Mai Thị Kim Liên
2. Octave-Band and Fractional Octave-Band Filters Mai Thị Kim Liên
2. Thiết kế bộ chỉnh âm thanh theo thông số Mai Thị Kim Liên
4. Thiết kế bộ lọc Peak và Notch Phạm Hoàng Phương
5. Thiết kế bộ lọc IIR với một độ trễ nhóm quy định Phạm Hoàng Phương
Chương I: GIỚI THIỆU CHỦ ĐỀ NGHIÊN CỨU
1. Tổng quan về thiết kế lọc IIR
Lọc số là một trong những kỹ thuật phổ biến của xử lý tín hiệu số. Cùng với sự phát triển rực rỡ của công nghệ vi mạch điện tử số đã làm tăng hiệu quả của các bộ lọc số, các hệ thống số giúp tối ưu được các tham số của bộ lọc. Một hệ thống dùng làm biến dạng sự phân bố tần số của các thành phần của một tín hiệu theo các chỉ tiêu đã cho được gọi là bộ lọc số. Có 2 bộ lọc số là bộ lọc số có đáp ứng xung có chiều dài hữu hạn FIR và bộ lọc số có đáp ứng xung có chiều dài vô hạn IIR. Với bộ lọc FIR thì ưu điểm là có pha tuyến tính và ổn định nhưng nhược điểm là muốn có đáp ứng tần số tốt thì chiều dài bộ lọc phải lớn, chi phí tính toán cao. Đối với bộ lọc IIR thì chi phí tính toán thấp và thực hiện hiệu quả theo kiểu cascade. Bộ lọc IIR có đáp ứng xung vô hạn, vì vậy chúng có thể khớp với các bộ lọc analog , mà nói chung đều có đáp ứng xung dài vô hạn.
Kỹ thuật cơ bản để thiết kế lọc IIR là biến đổi các bộ lọc analog điển hình thành các bộ lọc digital sử dụng các ánh xạ giá trị-phức. Sự thuận tiện của kỹ thuật này là ở chỗ có sẵn các bảng thiết kế lọc analog và các ánh xạ được mở rộng trong thư viện.
Có 3 phương pháp chính để chuyển từ bộ lọc tương tự sang bộ lọc số tương đương
- Phương pháp bất biến xung
- Phương pháp biến đổi song tuyến
- Phương pháp tương đương vi phân
Với điều kiện đã tổng hợp được Ha(s)
Để tìm hàm truyền đạt Ha(s) người ta có 3 phương pháp sau
- Butterworth
- Chebyshev
- Elip
1.1 Cơ sở tổng hợp bộ lọc IIR
Một bộ lọc IIR có đáp ứng xung tồn tại vô hạn trong quá khứ, hiện tại và tương lai. Về mặt cấu trúc, bộ lọc IIR là một hệ thống đệ qui, ở đây có một số kết nối từ ngõ ra đến một điểm bên trong hệ thống để ngõ ra phụ thuộc vào ngõ vào và ngõ ra trước nó. Khi ta nói một lọc IIR hay lọc đệ qui thường có nghĩa như nhau.
Phương trình tín hiệu của lọc IIR có dạng như sau
Với ak , bk là những hệ số lọc. Theo lý thuyết, N, M có thể là vô hạn.
Lọc IIR thì hiệu quả hơn lọc FIR trong độ nhạy, vì một bộ lọc IIR có ít hệ số hơn có thể cho đáp ứng biên độ tần số bằng với một lọc FIR có nhiều hệ số hơn. Tuy nhiên lọc IIR có hai mặt nhược điểm.
- Chúng có thể không ổn định nếu những hệ số của nó chọn không thích hợp.
- Chúng có thể có pha không tuyến tính và vì vậy nó không phù hợp cho một số ứng dụng lọc.
Xét pha tuyến tính, ta biết rằng hàm truyền H(z) của lọc pha tuyến tính phải thỏa mãn sự liên hệ
Với z-N là trễ của N mẫu. Sự liên hệ này ngụ ý rằng ở đây có một cực ảo bên ngoài đường tròn đơn vị với mỗi cực bên trong, ngược lại điều kiện để lọc ổn định và nhân quả là tất cả các cực của nó phải nằm bên trong đường tròn đơn vị. Điều này có nghĩa rằng lọc ổn định và nhân quả không thể có pha tuyến tính. Nếu không yêu cầu nhân quả, lọc IIR có thể có pha tuyến tính nhưng trong trường hợp này lọc FIR thì thuận lợi hơn
Trong khi thiết kế lọc FIR không có lợi cho bất kỳ phương pháp thiết kế tương tự, thì lọc IIR là phù hợp từ mặt phẳng tương tự s đến mặt phẳng số z. Vì vậy, phương pháp thiết kế IIR thì giống như nguyên mẫu tương tự chẳng hạn: Butterworth, Chebyshev, hay lọc elliptic. Hai phương pháp thiết kế là biến đổi xung bất biến và biến đổi song tuyến. Bên cạnh đó, IIR có thể được thiết kế bằng phương pháp đặt cực không như lọc FIR, hay cũng bằng phương pháp bình phương tối thiểu trong miền số.
Những thông số được áp dụng vào lọc tương tự và được ký hiệu như Ωp, Ωc, Ωs.
Đáp ứng biên độ có thể diễn tả ở dạng tuyến tính hay thang dB với
Ví dụ đáp ứng được chuẩn hóa biên độ là 1 tương ứng với 0 dB, (ứng với -3 dB). Ta gọi Ωp là tần số cạnh dải thông, Ωs là tần số cạnh dải chắn, Ωc là tần số cắt (hay tần số -3 dB ). Độ gợn sóng dải thông δp và độ suy hao dải chắn δs được tính ở thang dB như sau
Bộ lọc đa pha trình bày nhiều đặc tính hấp dẫn : chúng yêu cầu số lượng bộ nhân ít để thực thi, chúng kế thừa sự ổn định, chúng có mật độ nhiễu vòng thấp và không giới hạn số vòng. Đặc biệt hơn, nó có pha hầu như tuyến tính. Bộ lọc Butterworth, Chebyshev I và II và Eliptic có thể thiết kế dùng tất cả các bộ lọc thông như thông thấp, thông cao, thông dải, chắn dải. Bộ lọc Butterworth và Eliptic còn có thể thiết kế với nửa dải, băng tần Hilbert và nửa băng đa tốc độ, và các dạng đáp ứng nửa băng đa tốc độ cấp 2
1.1 Chi phí tính toán hiệu quả (Cost Efficiency)
Một trong những cách đo chi phí tính toán bộ lọc là xác định có bao nhiêu bộ nhân cần thiết trên một mẫu đầu vào (MPIS). Khi xem xét MPIS cho trường hợp bộ lọc FIR và IIR ta thấy:
Fc = 1/16; % Cutoff frequency: 0.0625*pi rad/sample
TW = 0.002; % Transition width: 0.002*pi rad/sample
Ap = 3e-3; % Maximum passband ripple: 0.003 dB
Ast= 80; % Minimum stopband attenuation: 80 dB
Fp = Fc-TW/2;
Fst= Fc+TW/2;
f = fdesign.lowpass(Fp,Fst,Ap,Ast);
Bộ lọc Eliptic có số bậc thấp nhất trong số những bộ lọc IIR mà chúng ta thường gặp. Thiết kế bộ lọc Eliptic cổ điển có thể được thực thi với cấu trúc trực tiếp loại II, cấu trúc bậc II
Hiir = design(f,'ellip')
=> Bộ lọc này yêu cầu 38MPIS
cost(Hiir)
Do Drive thay đổi chính sách, nên một số link cũ yêu cầu duyệt download. các bạn chỉ cần làm theo hướng dẫn.
Password giải nén nếu cần: ket-noi.com | Bấm trực tiếp vào Link để tải:
You must be registered for see links