《信号分析与处理 教学课件 ppt 作者 杨西侠 柯晶 5-3滤波器结构》由会员分享，可在线阅读，更多相关《信号分析与处理 教学课件 ppt 作者 杨西侠 柯晶 5-3滤波器结构（22页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、1,5.4 数字滤波器的结构 5.4.1 数字滤波器结构的表示方法,一个数字滤波器可以用系统函数,差分方程,实现数字滤波器：一种方法是把滤波器所要完成的运算编成程序并让计算机执行，也就是采用计算机软件来实现；另一种方法是设计专用的数字硬件、专用的数字信号处理器或采用通用的数字信号处理器来实现。,2,这需要考虑： 计算的效率，即完成整个滤波所需要的乘法和加法次数； 需要存储量； 滤波器系数的量化影响； 运算中的舍入和截断误差、饱和以及溢出等等。 不同的滤波器结构可以实现同样的系统函数，但不同的算法在满足上述的要求方面是有差别的，有的差别还很大。 实现一个数字滤波器需要几种基本的运算单元一加法器、
2、单位延时和乘法器。这些基本的单元可以用结构图或信号流图表示，后者更简单方便。,3,一个一阶数字滤波器的信号流图:,y(n) = a0 x(n) + b1 y(n 1),4,IIR数字滤波器有以下几个特点： (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z平面上有极点存在； (3) 结构上存在着输出序列到输入的反馈，也就是结构上是递归型的。 结构：直接I型、直接II型、级联型和并联型。 1. 直接I型,5.4.2 IIR 数字滤波器的结构,5,将输入及延时后的输入组成M节的延时网络，把每节延时抽头后加权（加权系数是bk），然后把结果相加，这就是一个横向网络。,将输出加
3、以延时组成N节的延时网络，再将每节延时抽头后加权（加权系数是ak） 。,6,2. 直接II型,合并 直接型 延时单元可节省,7,直接型,ar , bk变化，将使系统所有零、极点同时变动，引起filter频响的改变。所以调整不便。 多用于一、二阶filter,8,3. 级联型结构,二阶网络，滤波器的二阶基本节 型结构,9,每一个基本节都只关系到滤波器的一对极点和一对零点，调整第i个子滤波器的系数，仅单独调整第i对零极点，便于准确实现滤波器零、极点，因而便于调整滤波器频率响应性能 。 灵活性好，适用于高阶filter。,10,4. 并联型结构,（一阶 + 二阶） 并联组合,11,并联型可以用调整1
4、k，2k的办法来调整一对极点的位置，但是不能像级联型那样单独调整零点的位置。 并联结构中，各并联基本节的误差互相没有影响，所以比级联型的误差一般来说要稍小一些。,12,四种：直接型、级联型、线性相位型、频率抽样型 1. 直接型 (卷积型、横截型), 卷积和公式，也是x(n)的延时链的横向结构,5.4.3 FIR滤波器的结构,13,2. 级联型,适用于需要控制零点的场合，但 filter系数增多，乘法运算次数增多。,14,3. 线性相位型,FIR线性相位 h(n) = h(N 1 n) 偶对称 h(n) = h(N 1 n) 奇对称,N偶数：,N奇数：,乘法次数比直接型节省一半左右。,15,16
5、,子系统 由N 个一阶系统并联,子系统,4. 频率抽样型,17,频率抽样结构的特点：系数H(k)就是在=2/N处的响应，因此控制滤波器的频率响应很方便。但是结构中所乘的系数H(k)及WN k都是复数，增加了乘法次数和存储量。且子系统1zN的零点为WNk，另一个子系统的极点正好也是在z=WNk上，它们位于单位圆上，并与子系统1zN的零点互相抵消。这样，当系数量化时，这些极点会移动，如果移到z平面单位圆外，系统就不稳定了。 为了克服系数量化后可能不稳定的缺点，可以将频率抽样结构做一点修正，即将所有零、极点都移到单位圆内某一靠近单位圆、半径为r（r小于或近似等于1）的圆上 。,18,Hr(k)为新抽样点上的抽样值，但是由于r 1，因此有,19,【例5-11】设FIR滤波器的系统函数为 试确定其直接、线性相位和级联型结构。,解：（1）直接型结构的差分方程为 y(n) = x(n) + 16.0675 x(n4) + x(n8),20,（2）线性相位结构的差分方程为 y(n) = x(n) + x(n8) + 16.0675 x(n4),21,H(z) = (1 + 2.8284 z1+ 4z 2) (1 2.8284z 1+ 4z 2) (1 + 0.7071z1+ 0.25z 2) (1 0.7071z 1+0.25z2),（3）级联型结构的滤波系数可用MATLAB程序求解,22,
