利用虛擬儀器進行數字信號處理設計(08-100)

　　簡化DSP設計的參數選擇

　　以數字濾波器設計為例，它是用NI LabVIEW和數字濾波器設計工具包進行開發與實現的。在這個應用和其他應用中，虛擬儀器方法的一個優點是提供了交互性——可以直接看到制定修改設計參數的結果。

　　數字濾波器設計首先要為濾波器類型(低通、帶通、帶阻和高通)定義濾波器規范，確定是有限脈沖響應(FIR)或是無限脈沖響應(IIR)，確定采樣速率以及浮點機器上所需的濾波器響應。圖1給出了用于設計典型濾波器的交互式界面，例如巴特沃斯、切比雪夫、反切比雪夫、橢圓、凱塞窗、多爾夫—切比雪夫窗以及等波紋FIR設計方法。圖1所示的設計是8 kHz采樣速率、1 kHz帶通、2 kHz帶阻、60 dB帶阻衰減的低通數字濾波器。在設計這些參數的時候，可以立刻看到當前設計的幅度響應和零極點圖，以及產生濾波器的階數。在圖1中，選擇了反切比雪夫濾波器因為它具有較好的過度帶特性和相對較低的濾波器階數。

　　圖1 典型濾波器設計Express VI提供了用于交互式設計探索的界面，可以使用教科書中的巴特沃斯、切比雪夫以及等波紋FIR等濾波器

　　基于虛擬儀器的信號處理設計所具有的另一個優點是圖形化的編程方式，類似流程圖式的圖形化編程方式使得程序更加直觀。同時，要嘗試一個新的算法只需要替換成所需要的函數圖標即可。例如，反切比雪夫濾波器設計可以方便地替換成雷米茲濾波器設計方法或是最小P階規范設計方法。實際上，在表1中所列的一系列編程設計選擇都可以用于設計中。雷米茲設計方法生成了FIR濾波器，可以將期望頻率響應和實際設計濾波器頻率響應之間的最大誤差降到最小。這種設計規范產生的濾波器具有“等波紋”特性，即“切比雪夫”誤差行為。雷米茲工具產生的濾波器設計適用于類型I-IV線性相位、任意形狀FIR、最優幅度近似(最大或最小相位)、單點帶規范(谷或峰)以及精確增益控制。最小P階規范方法可以用于設計帶有任意幅度和相位約束的FIR和IIR濾波器。使用數字濾波器設計工具包，最小P階規范方法使用牛頓法或迭代重賦權最小二乘(IRLS)法開發解決方案。

　　表1 數字濾波器設計工具包提供了從傳統應用到現代應用所需的程序化的濾波器設計工具套件