FIR濾波器是什么

FIR（Finite Impulse Response）濾波器，即有限長單位沖激響應濾波器，又稱為非遞歸型濾波器，是數字信號處理系統中最基本的元件之一。其名稱“有限長單位沖激響應”意味著該濾波器的輸出僅與其輸入以及有限數量的之前輸入樣本有關，并且其單位沖激響應（即濾波器對單位沖激信號的響應）在有限時間內衰減到零。這種特性使得FIR濾波器在設計和實現上具有一定的優勢。

FIR濾波器的工作原理

在進入FIR濾波器前，首先要將信號通過A/D器件進行模數轉換，把模擬信號轉化為數字信號;為了使信號處理能夠不發生失真，信號的采樣速度必須滿足香農采樣定理，一般取信號頻率上限的4-5倍做為采樣頻率;一般可用速度較高的逐次逼進式A/D轉換器，不論采用乘累加方法還是分布式算法設計FIR濾波器，濾波器輸出的數據都是一串序列，要使它能直觀地反應出來，還需經過數模轉換，因此由FPGA構成的FIR濾波器的輸出須外接D/A模塊。

FPGA有著規整的內部邏輯陣列和豐富的連線資源，特別適合于數字信號處理任務，相對于串行運算為主導的通用DSP芯片來說，其并行性和可擴展性更好，利用FPGA乘累加的快速算法，可以設計出高速的FIR數字濾波器。

FIR濾波器的特點

FIR濾波器具有多項顯著特點，這些特點使其在數字信號處理領域得到廣泛應用。以下是FIR濾波器的主要特點：

1. 線性相位 ：FIR濾波器在保證幅度特性的同時，很容易做到嚴格的線性相位特性。在數字信號處理中，線性相位特性意味著濾波器的輸出信號在時間上不會發生相位畸變，這對于圖像處理、音頻信號處理等需要保持信號相位關系的應用尤為重要。
2. 穩定性強 ：由于FIR濾波器沒有反饋回路（即非遞歸結構），因此它總是穩定的。與之相比，IIR（無限沖激響應）濾波器由于存在反饋回路，可能在某些情況下出現不穩定的問題。
3. 設計靈活 ：FIR濾波器的設計方式是線性的，可以通過調整濾波器的系數來改變其頻率響應特性。這種設計靈活性使得FIR濾波器能夠滿足不同應用場景的需求。
4. 硬件實現簡單 ：FIR濾波器的硬件實現相對簡單，因為它不涉及復雜的遞歸運算。這使得FIR濾波器在嵌入式系統、數字信號處理芯片等硬件平臺上更容易實現。
5. 過渡帶特性 ：FIR濾波器的過渡帶（即從通帶到阻帶的過渡區域）具有有限區間，這意味著其頻率響應在過渡帶內變化較為平緩。這一特性在某些應用中可能是有益的，但在需要陡峭過渡帶的應用中則可能不是最佳選擇。
6. 高延遲 ：相對于同樣性能的IIR濾波器，FIR濾波器的階次通常較高，因此其延遲也較大。這對于需要低延遲的應用可能是一個不利因素。

綜上所述，FIR濾波器作為一種重要的數字信號處理工具，在多個領域都發揮著重要作用。其線性相位特性、穩定性強、設計靈活等特點使得它成為許多應用場景中的首選濾波器類型。