数字滤波器的基本结构.ppt
《数字滤波器的基本结构.ppt》由会员分享,可在线阅读,更多相关《数字滤波器的基本结构.ppt(98页珍藏版)》请在三一文库上搜索。
1、1,5.1、滤波器的基本概念,滤波器 信号通过某个系统,虑除某些无用的频率成分,而保留有用的成分,这样的系统称为滤波器。,第五章 数字滤波器(Digital Filter),2,滤波原理(以低通滤波器为例):,3,滤波原理(以低通滤波器为例):,通过系统,后,使输出,不含有,的频率成分,,的频率无失真通过。,数字滤波器若滤波器的输入、输出都是数字信号,则滤波器的单位冲激响应必是离散的,这样的滤波器称为DF (Digital Filter)。,4,数字滤波器定义,DF是一种具有频率选择性的离散线性不变系统,可利用硬件实现(延时器、乘法器、加法器),也可在通用计算机上用软件实现(线性卷积程序)。
2、实现容易、稳定性高、精度高、灵活性大,应用广泛。,5,数字滤波器定义,6,滤波器的分类 1)经典滤波器,有用成分和希望去除的成分各自占有不同的频带,通过一个线性系统可将欲去除的成分有效去除。,7,滤波器的分类 1)经典滤波器,分类: 低通(LP), 高通(HP), 带通(BP), 带阻(BS) 。,每一种又有模拟(AF)、数字(DF) 两种滤波器。,8,2)现代滤波器,从含有噪声的数据记录(又称时间序列)中估计出信号的某些特征或信号本身。,包括:维纳滤波器、卡尔曼滤波器、线性预测、自适应滤波器等。,9,对数字滤波器, 从实现方法上划分, 有IIR滤波器和FIR滤波器之分, 系统函数分别为:,差
3、分方程分别为:,10,IIR系统:,FIR系统:令IIR系统中,则,可认为:,11,2、数字滤波器的设计问题,1)确定实际滤波器的性能指标要求;,2)用因果稳定系统(IIR)或(FIR)逼近实际性能要求;,3)选择合适的结构、字长及处理方法;,4)采用通用或专用软件或硬件来具体实现。,数字滤波器的设计是确定其系统函数并实现的过程。包括:,12,课程主要讨论数字滤波器系统函数的逼近过程(第二步)。,包括无限长冲激响应(IIR)和有限长冲激响应(FIR)两类数字滤波器系统函数的逼近(设计)。,13,各种滤波器的理想幅度频率响应特性:,14,图中频率为数字频率,,由于数字,采样频率,折叠频率为:,按
4、照奈奎斯特采样定理,频率响应只能限于:,故只考虑,的频率范围。,但同时需给出抽样频率。,15,数字滤波器的设计就是对理想频率响应特性的逼近。 一般以频率响应的幅度特性的允许误差来表征。,在通带内幅度响应以,在阻带内幅度响应以小于,的误差接近1,误差接近0,16,通、阻带之间为过渡带:,横轴频率(在DF下)为数字域频率,以,相当于模拟频率以抽样率 为周期, 为对称点。,为周期,并以 为对称点。,或,17,各型实际滤波器的性能指标描述:,18,19,5.2、数字滤波器的结构,20,系统函数,差分方程,数字系统表示方法,系统的单位取样响应h(n),21,研究数字滤波器一般包括:,(1)由滤波器结构分
5、析其运算功能或频率特性:包括H(Z),H(ejw),h(n),差分方程。 (2)由滤波器技术指标设计出系统函数H(Z),再由H(Z)画出实现结构(软件运算结构或硬件实现结构)。,运算结构的重要性:,22,1)滤波器的基本特性(如有限长冲激响应与无限长冲激响应)决定了结构上 有不同的特点;,2)不同结构所需的存储单元(复杂性)及乘法次数(运算速度)不同;,23,4)好的滤波器结构应该易于控制滤波器性能,适合于模块化实现,便于时分复用。,3)不同运算结构的误差、稳定性是不同的(有限字长情况下)。,运算结构的重要性:,本章主要内容:,一、数字滤波器结构的表示方法 二、IIR滤波器的基本结构 三、FI
6、R滤波器的基本结构,24,一、数字滤波器结构的表示方法,25,数字滤波器结构中有三个基本的运算单元: 加法器 单位延时 乘常数的乘法器,一、数字滤波器结构的表示方法,26,这三种基本运算单元有两种表示法:方框图法和信号流图法 。,一个滤波器的运算结构也有这两种表示方法。,运算结构的表示方法:,27,方框图,信号流图,28,信号流图的基本概念,信号流图是一种有向图 用带箭头的有向线段来代表一条支路 箭头的方向代表信号流动的方向 有向线段上标注出支路的传输值,29,信号流图的基本概念,支路的两个端点称为节点; 每个节点处的信号称为节点变量,节点变量的大小等于流入节点变量之和; 只有信号流出没有信号
7、流入的节点称为源节点或输入节点; 只有信号流入没有信号流出的节点称为汇节点或输出节点。,30,数字网络的信号流图表示, 通路:沿同一方向传输的连通支路 环路:闭合的通路 环路增益 : 环路中所有支路增益之积 前向通路 :从输入节点到输出节点通过任何节点仅一次的通路 前向通路增益:前向通路中所有支路增益之积,31,二阶数字滤波器的例子:,可清楚地看出运算步骤和运算结构。,二、IIR滤波器的基本结构,32,IIR滤波器的特点:,1)系统的单位冲激响应h(n)是无限长的;,2)系统函数H(z)在有限z平面 上有极点存在;,3)结构上存在着输出到输入的反馈,也就是结构上是递归型的。,IIR数字滤波器结
8、构的数学表示,系统函数 差分方程 是个ARMA filter. ak: 递归项(auto-regression, AR) bk: 平均项(moving averaging, MA) N: 滤波器的阶数,用LTI系统来逼近filter性能,当M=N, H(z): N阶IIR系统+(M-N)阶的FIR系统, 以上两种表示等价,部分分式形式和零极点增益形式,34,35,同一种IIR系统函数H(z)的基本网络结构有四种形式:,I I R 数字滤波器,36,1、直接I型,实现N阶差分方程的直接I型结构,37,M=N,38,特点:,1)可直接差分方程或系统函数的标准形式画出。两个网络级联:第一个横向结构M
9、节延时网络实现零点(分子,输入),第二个有反馈的N节延时网络实现极点(分母,输出) 。需要N+M级延时单元。,39,3)容易出现不稳定或产生较大误差(极点对系数变化过于灵敏,即对有限字长运算过于灵敏);,2)调整滤波器性能困难(系统函数系数不是直接决定单个零、极点,零、极点位置不易控制);,40,2、直接II型(典范型),原理:一个线性移不变系统,若交换其级联子系统的次序,系统函数不变。 把该原理应用于直接I型结构,即: (1)交换两个级联网络的次序。 (2)合并两个具有相同输入的延时支路。 这样就得到另一种结构,称为直接II型结构。,41,直接II型,合并延时,42,直接II型(典范结构),
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 数字滤波器 基本 结构
链接地址:https://www.31doc.com/p-2803716.html