如何用C语言写4阶巴特沃斯高通滤波器,要求输入输出均为长整型

时间: 2024-03-17 12:41:16 浏览: 21
巴特沃斯高通滤波器是一种数字滤波器,用于滤除低频信号并保留高频信号。4阶的巴特沃斯高通滤波器具有更陡峭的通带边缘和更窄的过渡带,可以更好地滤除低频信号。下面是一个用C语言实现4阶巴特沃斯高通滤波器的示例代码,输入输出均为长整型: ```c #include <stdio.h> #include <stdlib.h> #include <math.h> #define M_PI 3.14159265358979323846 long b[5]; // 分子系数 long a[5]; // 分母系数 long x[5]; // 输入信号 long y[5]; // 输出信号 void butterworth_highpass_filter_4th_order(long fc, int fs, double Q) { double w0 = 2 * M_PI * fc / fs; double alpha = sin(w0) / (2 * Q); double cosw0 = cos(w0); double alpha2 = alpha * alpha; double beta = sqrt(alpha2 + cosw0 * cosw0 - 2 * alpha * cosw0); double gamma = alpha2 + cosw0 * beta + alpha; b[0] = (long)(alpha2 * pow(2, 30) / gamma); b[1] = (long)(2 * alpha2 * pow(2, 30) / gamma); b[2] = (long)(alpha2 * pow(2, 30) / gamma); b[3] = (long)(-2 * alpha2 * pow(2, 30) / gamma); b[4] = (long)(alpha2 * pow(2, 30) / gamma); a[0] = pow(2, 30) + (long)(alpha * pow(2, 30)); a[1] = (long)(-2 * pow(2, 30) * cosw0); a[2] = pow(2, 30) - (long)(alpha * pow(2, 30)); a[3] = (long)(-2 * pow(2, 30) * cosw0); a[4] = pow(2, 30) - (long)(alpha2 * pow(2, 30) / gamma); double gain = 1 / (double)a[0]; b[0] = (long)(b[0] * gain); b[1] = (long)(b[1] * gain); b[2] = (long)(b[2] * gain); b[3] = (long)(b[3] * gain); b[4] = (long)(b[4] * gain); a[1] = (long)(-a[1]); a[3] = (long)(-a[3]); a[4] = (long)(-a[4]); x[0] = x[1] = x[2] = x[3] = x[4] = 0; y[0] = y[1] = y[2] = y[3] = y[4] = 0; } long butterworth_highpass_filter_4th_order_apply(long input) { x[4] = x[3]; x[3] = x[2]; x[2] = x[1]; x[1] = x[0]; x[0] = input; y[4] = y[3]; y[3] = y[2]; y[2] = y[1]; y[1] = y[0]; y[0] = (long)((b[0] * x[0] + b[1] * x[1] + b[2] * x[2] + b[3] * x[3] + b[4] * x[4] - a[1] * y[1] - a[3] * y[3] - a[4] * y[4]) / (double)a[0]); return y[0]; } int main() { long fc = 1000; // 截止频率为1kHz int fs = 8000; // 采样率为8kHz double Q = 0.707; // 质因数Q为0.707 butterworth_highpass_filter_4th_order(fc, fs, Q); // 生成测试信号,1s的8000Hz正弦波 int num_samples = 8000; long test_signal[num_samples]; for (int i = 0; i < num_samples; i++) { test_signal[i] = (long)(sin(2 * M_PI * i * 1000 / fs) * pow(2, 30)); } // 对测试信号进行滤波 long filtered_signal[num_samples]; for (int i = 0; i < num_samples; i++) { filtered_signal[i] = butterworth_highpass_filter_4th_order_apply(test_signal[i]); } // 将结果输出到文件 FILE *fp = fopen("filtered_signal.txt", "w"); if (fp == NULL) { printf("Failed to open file\n"); return 1; } for (int i = 0; i < num_samples; i++) { fprintf(fp, "%ld\n", filtered_signal[i]); } fclose(fp); return 0; } ``` 在这个示例中,我们首先定义了一个 `butterworth_highpass_filter_4th_order` 函数,用于计算4阶巴特沃斯高通滤波器的分子和分母系数。然后,我们定义了一个 `butterworth_highpass_filter_4th_order_apply` 函数,用于对输入信号进行滤波。在 `main` 函数中,我们首先生成了一个1秒钟的正弦波作为测试信号,然后对其进行滤波,并将结果输出到文件中。 需要注意的是,在这个示例中,我们将输入信号和输出信号都乘以了 $2^{30}$,以避免在计算过程中出现浮点运算误差。在使用时,需要根据具体的需求进行修改。

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