收藏本站
《浙江大学》 2010年
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

高效数字滤波器结构研究及其在虚拟听觉实现中的应用

朱广信  
【摘要】:数字滤波器(控制器)在多媒体信号处理、通信和控制等诸多领域中扮演着非常重要的角色。在实际应用中,这些按无限精度设计的系统一般都要由MCU DSP或FPGA这样的数字器件来实现,系统的参数、中间状态以及输入、输出信号都是离散的,有限精度的量化以及运算时的舍入和溢出都会导致产生所谓的有限字长(Finite Word Length, FWL)效应。FWL效应可能导致系统性能的急剧恶化甚至使系统无法正常工作,因而是滤波器实施时一个必须面对的非常重要的问题。 减少FWL影响的最直接方法是使用高精度的数字处理器,然而随着目标系统的复杂性不断增加、性能要求不断增高,对滤波器的性能要求也变得更为苛刻,单纯依靠字长的增加显然是不合适的。在许多便携设备的设计中,低功耗和低成本更是设计中一个非常重要的原则。此外,简洁的系统结构也符合当前不断在增强的绿色、环保设计理念。 对于一个给定的数字滤波器,存在着许多种不同的实现方法,这些实现在无限精度情况下都是是等效的,因为它们都表示了同一个传输函数。不同的系统结构有着截然不同的抵御FWL影响的能力,近些年发展起来的系统结构理论已成为减小量化误差、提高系统性能的最有效手段之一。 本文在对数字滤波器各种有限精度优化实现方法做充分研究的基础上,提出了一种基于状态空间的数字滤波器正规实现方法,并给出了具体的构造过程。同时,在理论上证明该实现方法可以避免系统自激振荡的产生。在此结构基础上,利用构造过程中相似变换的自由度,对系统关于舍入噪声进行优化设计,得到了最优舍入噪声正规实现。经分析推导可知相应的舍入噪声增益和误差传播增益。通过具体数值算例,将该实现与经典最优舍入噪声实现及平衡输入实现进行了比较表明,在量化字长相对较短的情况下,最优舍入噪声正规实现在主要性能上具有优势。 由于最优舍入噪声正规实现和其它经典最优实现类似均为全参系统,为了降低其实现的复杂度,本文进一步利用系数矩阵的Schur分解及Givens变换得到了一种更为高效的结构,称之为最优舍入噪声稀疏实现。可以证明这类新的实现同样能避免产生极限环,分析表明该结构中的非平凡参数数量约为系统阶数的3.5倍。此外,通过推导也得到了这种实现的舍入噪声增益表达式。数值算例结果表明这种新结构在对抗有限字长效应和降低系统实施复杂度方面与传统方法相比具有明显的优势。 最后,本文将所提出的最优舍入噪声稀疏结构应用于虚拟听觉重放系统中头相关传输函数(Head Related Transfer Function, HRTF)的建模与实现。由于HRTF滤波器非常复杂,传统建模方法在阶数较低情况下效果不够理想。通过对传统HRTF建模方法的分析研究,本文提出了一种将Yule-Walker算法和BMT算法相结合的系统降阶方法,该方法在阶数较低的情况下能有效还原HRTF系统模型。在此基础上,进一步结合最优舍入噪声稀疏结构来降低HRTF滤波器的实现复杂度,使系统能在有限精度情况下得以稳定、高效地实现。
【学位授予单位】:浙江大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2010
【分类号】:TN713.7

手机知网App
【参考文献】
中国期刊全文数据库 前1条
1 谢菠荪;;头相关传输函数与虚拟听觉重放[J];中国科学(G辑:物理学 力学 天文学);2009年09期
【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 冉志红;李乔;单德山;唐亮;;影响矩阵法在南京长江三桥状态识别中的应用[J];四川建筑科学研究;2008年04期
2 王慧勤;雷刚;;预处理后新分裂下的SOR迭代法收敛性讨论[J];安徽大学学报(自然科学版);2010年04期
3 薛蕊;;一类线性混合模型中方差分量的估计[J];安庆师范学院学报(自然科学版);2010年02期
4 李新海;;双反对称矩阵的性质分析与推广[J];白城师范学院学报;2007年06期
5 斯彩英;;关于左、右伪逆矩阵的阶数递推算法[J];保定学院学报;2008年02期
6 秦翰林;周慧鑫;刘上乾;杨廷梧;;基于奇异值分解的红外弱小目标背景抑制[J];半导体光电;2009年03期
7 程广利;蔡志明;;改进的层次分析法在水下信息战人才胜任力评估中的应用[J];兵工自动化;2010年03期
8 朱亮;姜长生;薛雅丽;;基于单隐层神经网络的空天飞行器鲁棒自适应轨迹线性化控制[J];兵工学报;2008年01期
9 辛怡;陶然;王越;;多重分数阶傅里叶变换在Shamir三次传递协议中的应用[J];兵工学报;2008年06期
10 叶中付;李春辉;贾红江;刘超;;空间非平稳噪声下的信源数估计算法[J];兵工学报;2009年07期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 姚智颖;刘冬;;基于Kazakov线性化的迭代滤波[A];第二十九届中国控制会议论文集[C];2010年
2 逄海萍;王璐萍;;一类不确定仿射非线性系统的鲁棒近似最优滑模控制[A];第二十九届中国控制会议论文集[C];2010年
3 查星云;;一种钢铁企业金属损耗平衡分析方法[A];全国冶金自动化信息网2012年年会论文集[C];2012年
4 沙志超;彭耿;徐神;黄知涛;;基于信号子空间维数估计的单通道盲信号检测[A];第十四届全国信号处理学术年会(CCSP-2009)论文集[C];2009年
5 董杰;孙怡;;一种高频谱效率的OFDM载波频偏盲估计方法[A];2006北京地区高校研究生学术交流会——通信与信息技术会议论文集(上)[C];2006年
6 张艳红;都赟赟;付铁连;;一种基于分布式USFC-OFDM的异步协同传输技术[A];2007北京地区高校研究生学术交流会通信与信息技术会议论文集(下册)[C];2008年
7 陈婷慧;常建平;;STAP中协方差矩阵新的求逆方法[A];中国电子学会第十六届信息论学术年会论文集[C];2009年
8 范炜;李勇;;Sigma点卡尔曼滤波方法精度分析[A];2009中国控制与决策会议论文集(2)[C];2009年
9 罗志荣;孙晶;;红外与可见光图像的边缘融合[A];第二十四届中国(天津)2010’IT、网络、信息技术、电子、仪器仪表创新学术会议论文集[C];2010年
10 马绪;陈其先;王呈贵;梁莉;;Rake与均衡相结合的DS-UWB接收机性能分析与仿真[A];2008通信理论与技术新发展——第十三届全国青年通信学术会议论文集(下)[C];2008年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 范迪;沉渣厚度超声检测信号处理技术研究及应用[D];山东科技大学;2010年
2 侯婷;离散时间Markov跳变系统的稳定性与鲁棒H_2/H_∞控制[D];山东科技大学;2010年
3 殷复莲;同步CDMA系统NBI识别及抑制技术研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
4 于志明;无线通信系统中的信号识别技术研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
5 李关防;模态域信号处理在水声中的应用[D];哈尔滨工程大学;2009年
6 刘德铸;声学多普勒流速测量关键技术研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
7 于蕾;OFDM系统的信道估计技术研究[D];哈尔滨工程大学;2009年
8 郭文卓;多天线多用户通信系统关键技术研究[D];哈尔滨工程大学;2009年
9 王文标;基于视觉测量的快速再制造成形系统关键技术研究[D];大连海事大学;2010年
10 张进;宽带阵列信号波达方向估计算法研究[D];中国科学技术大学;2010年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 邵毓敏;一类正规线性脉冲系统的稳定性研究[D];郑州大学;2010年
2 蒋静;基于子空间的二阶统计量盲信道辨识算法研究[D];郑州大学;2010年
3 赵金平;基于矩阵变换的MIMO-OFDM系统信号检测[D];郑州大学;2010年
4 刘维巍;语音信号基音周期检测算法研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
5 巩俊;语音信号欠定盲源分离技术的研究[D];大连理工大学;2010年
6 柳永娟;数字音频真实性鉴定的研究[D];大连理工大学;2010年
7 唐科威;基于洛伦兹流形的特征提取算法研究[D];大连理工大学;2010年
8 陈光辉;分数延迟FIR数字滤波器设计及其FPGA实现[D];湘潭大学;2010年
9 顾霞芳;基于小波多分辨分析的图像水印算法研究[D];苏州大学;2010年
10 薛蕊;线性混合模型的参数估计[D];安徽师范大学;2010年
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 谢菠荪;头部转动与虚拟声像的稳定性[J];电声技术;2005年06期
2 石亮政;谢菠荪;;改进的虚拟声四扬声器重放信号处理方法[J];电声技术;2007年04期
3 饶丹;吴硕贤;;个性化与非个性化双耳房间脉冲响应的可听化差异[J];华南理工大学学报(自然科学版);2008年08期
4 谢菠荪;钟小丽;饶丹;梁志强;;头相关传输函数数据库及其特性分析[J];中国科学G辑:物理学、力学、天文学;2006年05期
5 谢志文;金晶;;虚拟分离声源空间去掩蔽的初步研究[J];中国科学(G辑:物理学 力学 天文学);2009年01期
6 钟小丽;谢菠荪;;衣服、耳廓对肩部反射及头相关传输函数的综合影响(英文)[J];声学技术;2006年02期
7 谢菠荪;张林山;管善群;张承云;;采用扬声器的虚拟声滤波器简化及其主观评价(英文)[J];声学技术;2006年06期
8 饶丹;谢菠荪;;声源指向性对双耳可听化质量的影响[J];声学技术;2007年05期
9 谢菠荪,师勇,谢志文,管善群;5.1通路环绕声的虚拟重放系统[J];声学学报;2005年03期
10 谢菠荪,王杰,管善群,李长滨;5.1通路环绕声的耳机虚拟重放[J];声学学报;2005年04期
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 刘泉民;陈炜;;高速调制基带数字滤波器的设计与研究[J];科技资讯;2009年17期
2 李洪芹;;一种高性能数字滤波器的ASIC设计方法与Matlab仿真验证[J];计算机应用与软件;2009年09期
3 樊景峰;吴加富;;用脉冲响应不变法设计IIR数字低通滤波器[J];濮阳职业技术学院学报;2010年01期
4 张学敏;;基于Matlab的FIR带通滤波器的设计与仿真[J];长春工程学院学报(自然科学版);2007年04期
5 郭德才;;基于Matlab的FIR低通滤波器的设计与仿真[J];通化师范学院学报;2009年08期
6 郭彦;杨羽;张溯;;视频采样转换中的FIR滤波器的优化实现[J];集成电路应用;2005年12期
7 Philip Joseph Walsh;古经伦;;数字滤波器研究[J];水声译丛;1976年02期
8 G.G.Murray;单荣华;;数字Walsh滤波器设计[J];水声译丛;1977年02期
9 欧阳珉;章永山;;复数字滤波器的舍人噪声分析[J];南京邮电大学学报(自然科学版);1985年01期
10 代军;卓士谦;;用微机实现n路无同步FSK信号的实时解调[J];无线电通信技术;1986年03期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 张维玺;;系统线性变换的研究[A];1997年中国控制会议论文集[C];1997年
2 张培珍;;FIR数字滤波器特性分析与组合窗设计法教学方案[A];2011高等职业教育电子信息类专业学术暨教学研讨会论文集[C];2011年
3 常彬;高振斌;;基于FPGA的数字滤波器设计[A];2007北京地区高校研究生学术交流会通信与信息技术会议论文集(上册)[C];2008年
4 张维玺;;频率采样型数字网络的工程设计[A];1993中国控制与决策学术年会论文集[C];1993年
5 金勇;;FIR滤波器在TMS320VC33上的实现[A];全国第二届嵌入式技术联合学术会议论文集[C];2007年
6 朱桂华;周鸿兴;赖晓平;;递推辨识算法与线性相位FIR数字滤波器的设计[A];1997年中国控制会议论文集[C];1997年
7 梁志国;孙璟宇;;信号周期的一种数字化测量方法[A];中国仪器仪表学会第五届青年学术会议论文集[C];2003年
8 刘畅;原大宁;刘宏昭;;窗函数法设计数字滤波器及在机构弹性动力分析中的应用[A];制造技术自动化学术会议论文集[C];2004年
9 李国;;基于DSP的超级电容器组充电管理系统[A];2006中国电工技术学会电力电子学会第十届学术年会论文摘要集[C];2006年
10 李国丽;胡存刚;张建;;心音信号处理中的自适应数字滤波器设计[A];全国第13届计算机辅助设计与图形学(CAD/CG)学术会议论文集[C];2004年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 广东 黄宗祥;DVD AUDIO、SACD音频解码器的设计[N];电子报;2001年
2 刘冀人;著名地球物理专家王卫华[N];中国石油报;2001年
3 虹信通信;虹信通信:ICS系统助力构筑优质3G网[N];通信产业报;2009年
4 江苏 李寒清;松下DVD-A770播放机介绍[N];电子报;2000年
5 ;廉价MP3的秘密[N];电脑报;2004年
6 ;采用PCM 1732和胆输出的高级HDCD解码摩机板[N];电子报;2004年
7 中船总第七研究院722研究所 戴伟高 武汉大学信息工程 戴成;价格模式是程序化交易的核心[N];期货日报;2009年
8 四川 涂小平;单片机应用中的几种软件抗干扰方法(下)[N];电子报;2002年
9 ;大唐无线接入设备率先入网[N];人民邮电;2001年
10 冀复生;关于美国信息技术发展情况的一些看法[N];科技日报;2002年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 朱广信;高效数字滤波器结构研究及其在虚拟听觉实现中的应用[D];浙江大学;2010年
2 孔阳;一种适用于地震勘探仪器的低运算量数字滤波器的设计与研究[D];中国科学技术大学;2011年
3 孔玮;城市轨道交通直流牵引系统故障分析及若干问题的研究[D];华北电力大学(北京);2005年
4 张洪;时延混沌系统的控制与同步[D];电子科技大学;2005年
5 丁喜波;电容式湿度传感器测试方法与测试系统研究[D];哈尔滨理工大学;2005年
6 赵光权;基于贪婪策略的微分进化算法及其应用研究[D];哈尔滨工业大学;2007年
7 肖纯;工程结构远程健康监测系统的集成与数据处理研究[D];武汉理工大学;2006年
8 赵瑞杰;二维FIR数字滤波器优化设计理论与二维优化设计算法研究[D];山东大学;2012年
9 周俐娜;高Q值微波光子学滤波器的理论和实验研究[D];华中科技大学;2010年
10 张瑞峰;全光纤滤波技术研究[D];天津大学;2003年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 高和平;高性能格型数字滤波器结构设计[D];浙江工业大学;2011年
2 郝逸轩;数字滤波器的优化设计研究[D];长沙理工大学;2012年
3 吴光清清;数字滤波器的满意优化设计[D];西南交通大学;2011年
4 周金元;通信中的若干数字滤波器设计[D];复旦大学;2011年
5 栗晶晶;一种适用于地震勘探仪器的数字滤波器的设计[D];苏州大学;2012年
6 张范勇;二维频率变换下数字滤波器的舍入噪声分析[D];兰州大学;2012年
7 杨莹莹;软件无线电中程控数字滤波器ASIC芯片设计[D];桂林电子科技大学;2010年
8 安宁;APF中数字滤波器性能比较与设计[D];燕山大学;2012年
9 杨吉祥;低群延迟误差IIR数字滤波器的minimax设计方法[D];杭州电子科技大学;2012年
10 巴奉丽;信号的分段滤波系统设计及DSP实现[D];山东大学;2010年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62791813
  • 010-62985026