在通频带边界发生超调被称为吉布斯现象。将滤波器阶数 N 从 N1=63 增加到上述的 N2=127,会使超调更接近频带边界,但不会减小其振幅。
从 1 过渡为 0 的波形会随滤波器阶数值 N 的增加而变得更尖。
生成更多所需频率响应的一种方式是窗口化理想脉冲响应,以便在滤波器脉冲响应的边界处可以更加平滑地过渡到 0。将窗口逐项与响应矢量 r 相乘。
三角窗
函数 triangular 返回宽度为 N 的三角窗或 Bartlett 窗。
结果矢量第 j 个元素的计算方法:
对于
对于
1. 将该函数应用于滤波器阶数 N 并绘制结果矢量图像。
2. 计算窗口化的脉冲响应。
3. 使用 gain 函数计算和绘制此滤波器在频率为 k/1000 时的增益,单位为 dB,系数为 vt。
汉宁窗
函数 hanning 返回宽度为 N 的汉宁窗。
结果矢量第 k 个元素的计算方法:
1. 将该函数应用于滤波器阶数 N 并绘制结果矢量图像。
2. 计算窗口化的脉冲响应。
3. 使用 gain 函数计算和绘制此滤波器在频率为 k/1000 时的增益,单位为 dB,系数为 vhn。
阻带波纹约为 -45 dB。
汉明窗
函数 hamming 返回宽度为 N 的汉明窗。
结果矢量第 k 个元素的计算方法:
1. 将该函数应用于滤波器阶数 N 并绘制结果矢量图像。
2. 计算窗口化的脉冲响应。
3. 使用 gain 函数计算和绘制此滤波器在频率为 k/1000 时的增益,单位为 dB,系数为 vhm。
阻带波纹约为 -55 dB。
布拉克曼窗
函数 blackman 返回宽度为 N 的布拉克曼窗。
结果矢量第 k 个元素的计算方法:
1. 将该函数应用于滤波器阶数 N 并绘制结果矢量图像
2. 计算窗口化的脉冲响应。
3. 使用 gain 函数计算和绘制此滤波器在频率为 k/1000 时的增益,单位为 dB,系数为 vb。
阻带波纹约为 -75 dB。
Nuttall 窗
函数 nuttall 返回宽度为 N 的 Nuttall 窗。
结果矢量第 k 个元素的计算方法:
1. 将该函数应用于滤波器阶数 N 并绘制结果矢量图像。
2. 计算窗口化的脉冲响应。
3. 使用 gain 函数计算和绘制此滤波器在频率为 k/1000 时的增益,单位为 dB,系数为 vnu。
阻带波纹约为 -105 dB。
尖顶矩形窗
函数 taprect 返回宽度为 N 的尖顶矩形窗。
此窗口中部水平高度为 1,渐缩的两端为余弦曲线形式。右侧和左侧均使用下列值:
其中
且 n 的范围为从 0 到 h。
1. 将该函数应用于滤波器阶数 N 并绘制结果矢量图像。
2. 计算窗口化的脉冲响应。
3. 使用 gain 函数计算和绘制此滤波器在频率为 k/1000 时的增益,单位为 dB,系数为 vtr。
高斯窗
函数 gaussian 返回宽度为 N、参数为 a 的高斯窗。其中参数 a 是与高斯方差逆变换成正比的实数,且必须满足 2 < a < 20。
结果矢量第 k 个元素的计算方法:
1. 将该函数应用于滤波器阶数 N 并绘制结果矢量图像。
2. 计算窗口化的脉冲响应。
3. 使用 gain 函数计算和绘制此滤波器在频率为 k/1000 时的增益,单位为 dB,系数为 vg。
阻带波纹约为 -95 dB。
凯泽窗
函数 kaiser 返回宽度为 N、参数为 b 的凯泽窗。参数 b 必须满足 2≤b≤20。
结果矢量第 k 个元素的计算方法:
1. 将该函数应用于滤波器阶数 N 并绘制结果矢量图像。
2. 计算窗口化的脉冲响应。
3. 使用 gain 函数计算和绘制此滤波器在频率为 k/1000 时的增益,单位为 dB,系数为 vk。
阻带波纹约为 -75 dB。
切比雪夫窗
函数 cheby 返回宽度为 N、参数为 b 的切比雪夫窗或等波纹窗。参数 b 指定最大边波瓣波纹,单位为 dB 且必须满足 b > 1;通常情况下 b > 50。此窗口的长度必须为奇数。切比雪夫窗通过对在单位圆周围的点上计算的切比雪夫多项式进行离散傅立叶逆变换加以计算。有关此窗口的更多信息,请参见 Programs for Digital Signal Processing (《数字信号处理的程序》) (IEEE Press)。
1. 将该函数应用于滤波器阶数 N 并绘制结果矢量图像。
2. 计算窗口化的脉冲响应。
3. 使用 gain 函数计算和绘制此滤波器在频率为 k/1000 时的增益,单位为 dB,系数为 vc。
阻带波纹约为 -110 dB。
取余弦窗
函数 costaper 类似于函数 taprect,可返回尾部渐缩的余弦曲线形式的矩形窗。但是,前者可以使用参数 a 指定应通过余弦曲线创建的窗口的百分比。参数 a 应介于 0 和 1 之间;a 的值为 0 时会返回矩形窗口,而 a 的值为 1 时会返回递增余弦曲线窗口。
对于窗口的渐缩部分,第 k 个元素的值计算方法如下:
其中,M 是落在其中一个尾部的窗口元素的数量,通过 a-N 计算得出:
1. 将该函数应用于滤波器阶数 N 并绘制结果矢量图像。
2. 计算窗口化的脉冲响应。
3. 使用 gain 函数计算和绘制此滤波器在频率为 k/1000 时的增益,单位为 dB,系数为 vrc。
阻带波纹约为 -20 dB。
参考资料
• S. Lawrence Marple, Jr., Digital Spectral Analysis with Applications, Prentice-Hall (1987).
• Lawrence R. Rabiner and Bernard Gold, Theory and Application of Digital Signal Processing, Prentice-Hall, Inc. (1975).
• T. W. Parks and C. S. Burrus, Digital Filter Design, Wiley-Interscience (1987).