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关键词： 声级计   频率计权   数字IIR滤波器设计   帝国竞争算法   混沌函数   克隆进化  

摘要： 针对双线性变换法在设计声级计频率计权数字滤波器时存在固有频率失真问题,提出一种基于改进帝国竞争算法的数字IIR滤波器设计方法.为避免帝国竞争算法出现早熟收敛而陷入局部最优的问题,在帝国竞争算法同化阶段引入混沌函数来增大搜索范围,与此同时,在帝国竞争阶段引入克隆进化算子,引导算法向IIR滤波器参数最优解方向搜索,得到改进帝国竞争算法.在研究声级计A、C计权的IIR滤波器误差来源的基础上,利用改进帝国竞争算法对声级计频率计权数字IIR滤波器系数进行寻优求解,构建基于改进帝国竞争算法的频率计权数字IIR滤波器优化模型.仿真与实验结果表明,本文提出的数字滤波器设计方法精度较高,且滤波器的误差能控制在10-3dB数量级范围内.在噪声环境下不同声信号级进行的频率计权测试结果表明,改进帝国竞争算法测试的声信号级的计权误差能维持在10-2 dB数量级范围内,完全满足国家标准GB/T3241—2010对1级声级计的设计要求.

关键词： 信道状态信息   巴特沃斯低通滤波器   离散小波变换   受限玻尔兹曼机   人体复杂动作识别  

摘要： 现有人类行为识别方法识别精度低、成本高,所能识别的动作也相对简单。为此,通过引入信道状态信息(CSI)提出一种人体复杂动作识别方法,并以传统武术形意拳招式动作为背景进行验证。利用Wi-Fi网卡采集形意拳招式的CSI数据,以数据中的振幅为特征值,使用巴特沃斯低通滤波器和离散小波变换分别过滤数据中的高频和低频异常值。离线阶段采用受限波尔兹曼机对预处理数据进行训练和分类,并构建形意拳招式指纹库。在线阶段使用深度置信网络对采集数据进行分类,将分类结果与指纹库数据进行匹配,实现对形意拳招式的准确识别。实验结果表明,与CSI-SRC方法和基于传统RSSI模型的方法相比,该方法具有较高的识别精度,并且鲁棒性较好。

关键词： 图信号   图信号处理   压缩感知   图傅里叶变换   采样   重构  

摘要： 图是广义的数据表示形式,可用于描述许多应用程序中数据域的几何结构,包括社交,能源,交通,传感器和神经元网络。与图中每个边关联的权重通常代表其连接的两个节点之间的相似度或相关程度。图节点间的连通性和边缘权值可由数据推断,也可由实际物理性质决定。例如,边缘权重可以与图节点之间的物理距离成反比。将信号幅值赋给相应的图节点,则所有图节点信号构成了一个图信号集合,若按某种顺序排列,则图信号集合元素可构成一个信号向量,简称为图信号。图信号处理就是对图信号进行平移、滤波、调制、尺度变换等操作。时域信号的采样与重构是传统信号处理的核心任务之一。同样的,图信号的采样与重构在图信号处理理论研究中也是必不可少的。考虑到图信号结构并不规则,因而其采样相较传统时域信号采样而言更加复杂。主要原因之一是,图信号的底层结构为随机加权图,这样的结构决定了图节点上的信号的顺序也可以是随机排列的,因此如传统时域信号采样中按照节点序号均匀获取采样值的方法将失去效果。此外,频谱混叠效应也无法在图信号的变换域明确定义。因此,对图信号的采样和重构理论的研究是非常有必要的。本文集中研究了图信号的采样与重构算法,主要工作如下:(1)研究了稀疏图信号的恢复问题。首先,利用压缩感知思想将图信号恢复问题转化为一个求解图信号频域系数的最优化问题。其次在考虑含噪声采样的情况下,对误差与图频域系数做分布假设,进而利用贝叶斯分析手段将求解频域系数的最优化问题转化为求解误差与频域系数的最大后验概率。最后,利用相关向量机算法求解参数,并使用归一化的均方误差衡量重构效果。与其他恢复算法进行比较,实验结果证明了基于贝叶斯压缩感知算法在图信号恢复中的优越性。(2)实现了对带限图信号最优采样算子选取算法的改进。考虑噪声时,基于完美恢复理论选取的不同采样对噪声的鲁棒性不尽相同,因此在采样算子里必存在一个最优采样算子,使得恢复后的信号偏差最小。常用贪婪算法求解此类最优采样算子,通过特征分解确定目标矩阵最小特征值,后取最小特征值的最大化得到采样坐标。然而这样的最大最小化方法在目标矩阵较大时(通常都较大)时间复杂度较高。因此考虑通过圆盘定理获取目标矩阵特征值可达域范围,估算最小特征值下界。仿真显示,基于圆盘定理的估算方法时间成本明显低于常用的特征分解方法。(3)研究了近似带限信号的最佳采样算子选取问题。近似带限信号是存在高频泄露或高频干扰的带限信号。在处理近似带限信号时,可以采用严格带限信号现有的处理方法,并对其改进以更好的符合实际信号的特点。本文基于严格带限图信号的采样理论,提出适用于近似带限图信号的最佳采样算子选取算法。通过恢复信号与原始信号的范数逼近,算法有效增强了图信号对其高频干扰的鲁棒性。此外所提出的采样算法同时适用于有向图和无向图,恢复的假设既易于检查又易于满足。

关键词： 二维FIR滤波器   交替方向乘子法   约束最小二乘   并行优化   计算复杂度  

摘要： 随着计算机技术与信息科学的高速发展,使得计算机及其相关硬件处理数据的能力大大提高,内存容量快速增加,这也为二维数字滤波器带来越来越广阔的应用和发展前景。相比于无限脉冲响应(Infinite Impulse Response,IIR)滤波器,有限脉冲响应(Finite Impulse Response,FIR)滤波器由于具有内禀稳定性和可实现精准线性相位等显著特点而备受专家学者关注,同时被广泛应用于工业领域中。二维FIR数字滤波器的优化设计,是信号处理领域一个经典但仍具挑战的问题。当滤波器阶数较大时,脉冲响应系数及逼近频率点的数目大,导致算法计算复杂度高。此时,计算量大是设计问题最主要挑战之一。近年来,交替方向乘子算法(Alternation Direction Method of Multipliers,ADMM)因其严格的理论保证以及在处理大规模凸优化问题上较好的性能,成为众多学者研究的热点。本文针对二维FIR滤波器的最小二乘(Least Square,LS)设计和约束最小二乘(Constrained Least Square,CLS)设计应用交替方向乘子法,对优化模型进行最大分划,并结合松弛技术,提出基于最大分划松弛ADMM(Maximally Split and Relaxed ADMM,MS-RADMM)的二维 FIR 滤波器最小二乘设计和约束最小二乘设计。本文主要做了以下工作:1.研究了基于MS-RADMM算法的二维FIR数字滤波器LS设计。针对二维线性相位和非线性相位FIR滤波器的最小二乘设计,应用交替方向乘子法,研究设计问题的并行优化方法。通过对优化模型最大分划,并采用最近提出的一种加速技术,提出一个具有高度并行结构且以标量计算迭代更新的最大分划松弛ADMM算法。分析了算法的计算复杂度,讨论了算法的收敛性,并给出了使算法快速收敛的参数设置分析。仿真结果表明,最大分划松弛ADMM具有高度并行结构,计算效率更高,且可应用于非矩阵频率格点情况下。2.研究了基于MS-RADMM算法的线性相位二维FIR数字滤波器CLS设计。在第1项LS设计的基础上,增加滤波器幅值误差约束,研究线性相位二维FIR滤波器的CLS设计。将LS设计的最大分划松弛ADMM算法推广到CLS设计,提出可标量化的最大分划松弛ADMM。分析了算法的收敛性,讨论了算法的参数设置问题,并仿真研究了误差约束上界对算法收敛性的影响。通过与其他二维FIR数字滤波器CLS设计方法的比较可知,本文方法降低了优化模型的维度,可方便进行并行处理,计算效率更高。同时,因其可应用于非矩阵频率格点情形,可设计出性能更好的滤波器。

关键词： FIR滤波器   分布式算法   现场可编程逻辑门阵列  

摘要： 电信号在产生、转换或传输的过程中都有可能由于周边的环境的影响产生畸变,在大多数情况下原信号会被完全掩埋在噪声中。因此,需要使用滤波器将非有效信号的频率分量滤除。介绍了FIR滤波器的原理与分布式算法,设计了在FPGA中实现FIR滤波器的方法。综合考虑高阶数字滤波器在FPGA实现时所占用的时间资源和空间资源,提出一种能灵活使用空间资源和时间资源的实现方式。使用Verilog编程实现FIR滤波器,再通过编译软件VIVADO和MATLAB进行仿真验证设计的正确性。

关键词： 压缩感知   快速迭代阈值收缩算法   基追踪抗量化噪声  

摘要： 针对宽频段非均匀采样信号恢复的FPGA实现进行了技术研究。以非均匀采样器作为频域稀疏信号的压缩采样模型,应用快速迭代阈值收缩算法(FISTA)求解基于L1范数最小化的稀疏信号恢复优化问题——基追踪抗量化噪声,提出了对求解过程的近似处理方法,使得硬件实现难度大幅降低,最终给出了基于FISTA的信号恢复算法在FPGA上的实现方法,编写了Verilog HDL代码,在逻辑电路仿真工具上进行了仿真,算法运行时间为6.7 ms。结果表明所设计的恢复电路能够正确运行,且具备良好的实时性能。

关键词： 数字滤波器   傅里叶变换   单位脉冲响应  

摘要： 数字滤波器是用来对离散信号的数字代码进行运算处理,以达到改变信号频谱的目的,在通信、图形图像、语音、声纳、生物、地震等信息处理中广泛应用。因此在数字信号处理课程教学中,数字滤波器的设计显得尤为重要。在工程实践中有限长脉冲响应数字滤波器(FIR)更为普遍,以此在教学中提出根据理想频响,采用直接逼近的实验设计方法,并通过MATLAB具体实现。从理论、视觉和听觉三方面设计实验内容。结果表明该方法能较好地让学生运用傅里叶变换等相关理论知识解决实际问题。

关键词： FIR数字滤波器   DSP   TMS320C5416   CCS  

摘要： 本FIR数字滤波器设计采用了TI公司的TMS320C54x系列的TMS320C5416DSP,应用DSP集成开发环境CCS调试汇编程序来实现了FIR数字滤波。

关键词： 巴特沃斯滤波器   CFA   电路仿真   网络函数  

摘要： 选用一种典型的电流反馈型运放设计了巴特沃斯低通滤波器.详细论述电路结构、元件参数选择方法以及仿真结果.用巴特沃斯多项式逼近电路传递函数,得到巴特沃斯滤波器.结合数学方法和电路约束条件设计一种新的参数计算方法,该方法克服了常用方法中等值元件法和单位增益法的缺点.仿真结果表明,滤波器的通带增益为18 dB,上限截止频率为10 MHz,通带增益起伏为4 dB,过渡带下降速率为60 dB/dec.

关键词： 权重改进   混沌粒子群算法   线性相位数字滤波器   参数优化  

摘要： 文中采用混沌粒子群算法并结合权重改进对线性相位FIR数字滤波器进行设计。将最小均方误差函数作为适应度函数,并通过优化得到线性相位FIR数字滤波器的系数。通过实例进行仿真验证,并将所提算法与最小二乘法、基本粒子群算法等进行比较。仿真结果表明,采用混沌粒子群算法设计的线性相位FIR数字滤波器具有更好的收敛特性、带通特性和阻带特性。