利用虚拟仪器进行数字信号处理设计(08-100)

　　简化DSP设计的参数选择

　　以数字滤波器设计为例，它是用NI LabVIEW和数字滤波器设计工具包进行开发与实现的。在这个应用和其他应用中，虚拟仪器方法的一个优点是提供了交互性——可以直接看到制定修改设计参数的结果。

　　数字滤波器设计首先要为滤波器类型(低通、带通、带阻和高通)定义滤波器规范，确定是有限脉冲响应(FIR)或是无限脉冲响应(IIR)，确定采样速率以及浮点机器上所需的滤波器响应。图1给出了用于设计典型滤波器的交互式界面，例如巴特沃斯、切比雪夫、反切比雪夫、椭圆、凯塞窗、多尔夫—切比雪夫窗以及等波纹FIR设计方法。图1所示的设计是8 kHz采样速率、1 kHz带通、2 kHz带阻、60 dB带阻衰减的低通数字滤波器。在设计这些参数的时候，可以立刻看到当前设计的幅度响应和零极点图，以及产生滤波器的阶数。在图1中，选择了反切比雪夫滤波器因为它具有较好的过度带特性和相对较低的滤波器阶数。

　　图1 典型滤波器设计Express VI提供了用于交互式设计探索的界面，可以使用教科书中的巴特沃斯、切比雪夫以及等波纹FIR等滤波器

　　基于虚拟仪器的信号处理设计所具有的另一个优点是图形化的编程方式，类似流程图式的图形化编程方式使得程序更加直观。同时，要尝试一个新的算法只需要替换成所需要的函数图标即可。例如，反切比雪夫滤波器设计可以方便地替换成雷米兹滤波器设计方法或是最小P阶规范设计方法。实际上，在表1中所列的一系列编程设计选择都可以用于设计中。雷米兹设计方法生成了FIR滤波器，可以将期望频率响应和实际设计滤波器频率响应之间的最大误差降到最小。这种设计规范产生的滤波器具有“等波纹”特性，即“切比雪夫”误差行为。雷米兹工具产生的滤波器设计适用于类型I-IV线性相位、任意形状FIR、最优幅度近似(最大或最小相位)、单点带规范(谷或峰)以及精确增益控制。最小P阶规范方法可以用于设计带有任意幅度和相位约束的FIR和IIR滤波器。使用数字滤波器设计工具包，最小P阶规范方法使用牛顿法或迭代重赋权最小二乘(IRLS)法开发解决方案。

　　表1 数字滤波器设计工具包提供了从传统应用到现代应用所需的程序化的滤波器设计工具套件