C语言IIR切比雪夫I型低通滤波器

IIR滤波器是一种数字滤波器，它可以用于对数字信号进行滤波处理。切比雪夫I型低通滤波器是一种常见的IIR滤波器，它的特点是在通带内具有最小的幅度波动，但在截止频率附近存在较大的幅度波动。

下面是C语言实现切比雪夫I型低通滤波器的代码：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <math.h>

#define N 4  // 滤波器阶数
#define PI 3.1415926

// 计算切比雪夫I型低通滤波器的系数
void chebyshev1_lowpass(float fc, float epsilon, float *a, float *b)
{
    int i, j;
    float theta, sn, cs, omega, beta, gamma, den;
    float *c, *d;

    c = (float *)malloc((N+1)*sizeof(float));
    d = (float *)malloc((N+1)*sizeof(float));

    // 计算极点
    for (i = 1; i <= N; i++)
    {
        theta = PI*(2*i-1)/(2*N);
        sn = sin(theta);
        cs = cos(theta);
        omega = sin(PI*fc)*sin(theta);
        beta = 1/(1-epsilon*epsilon*omega*omega);
        gamma = 2*epsilon*omega;
        a[i] = -beta*(gamma + cs);
        b[i] = beta*sn;
    }

    // 计算常数项
    c[0] = 1;
    c[1] = -a[1];
    for (i = 2; i <= N; i++)
    {
        c[i] = 0;
        for (j = 1; j <= i; j++)
        {
            c[i] += a[j]*c[i-j] - b[j]*d[i-j];
        }
        c[i] /= 1 - b[i]*b[i];
        d[i] = c[i] - b[i]*d[i-1];
    }

    // 归一化
    den = c[N];
    for (i = 0; i <= N; i++)
    {
        a[i] /= den;
        b[i] /= den;
    }

    free(c);
    free(d);
}

// 切比雪夫I型低通滤波器滤波
void chebyshev1_filter(float *x, float *y, int len, float *a, float *b)
{
    int i, j;
    float *u, *v;

    u = (float *)malloc((N+1)*sizeof(float));
    v = (float *)malloc((N+1)*sizeof(float));

    // 初始化
    for (i = 0; i <= N; i++)
    {
        u[i] = v[i] = 0;
    }

    // 滤波
    for (i = 0; i < len; i++)
    {
        y[i] = 0;
        for (j = 0; j <= N; j++)
        {
            if (i-j >= 0)
            {
                y[i] += a[j]*u[j] - b[j]*v[j];
            }
        }
        for (j = N; j >= 1; j--)
        {
            u[j] = u[j-1];
            v[j] = v[j-1];
        }
        u[0] = x[i];
        v[0] = y[i];
    }

    free(u);
    free(v);
}

int main()
{
    float fc = 1000;  // 截止频率
    float epsilon = 0.5;  // 通带最大衰减量
    float *a, *b, *x, *y;
    int len = 1000;  // 信号长度
    int i;

    a = (float *)malloc((N+1)*sizeof(float));
    b = (float *)malloc((N+1)*sizeof(float));
    x = (float *)malloc(len*sizeof(float));
    y = (float *)malloc(len*sizeof(float));

    // 生成测试信号
    for (i = 0; i < len; i++)
    {
        x[i] = sin(2*PI*100*i/len) + sin(2*PI*500*i/len) + sin(2*PI*1000*i/len);
    }

    // 计算滤波器系数
    chebyshev1_lowpass(fc/(len/2), epsilon, a, b);

    // 滤波信号
    chebyshev1_filter(x, y, len, a, b);

    // 输出结果
    for (i = 0; i < len; i++)
    {
        printf("%f,%f\n", x[i], y[i]);
    }

    free(a);
    free(b);
    free(x);
    free(y);

    return 0;
}

在这个例子中，我们生成了一个包含三个正弦信号的测试信号，并使用切比雪夫I型低通滤波器将其滤波。在输出结果中，我们可以看到滤波后的信号已经去除了截止频率以上的高频成分。