第四章数字滤波结构DF(DigitalFilter).ppt

第四章数字滤波器结构DF（Digital Filter) 第一节 引 言 一、什么是数字滤波器 顾名思义：其作用是对输入信号起到滤波的作用；即DF是由差分议程描述的一类特殊的离散时间系统。 它的功能：把输入序列通过一定的运算变换成输出序列。不同的运算处理方法决定了滤波器的实现结构的不同。 二、数字滤波器的工作原理 三、数字滤波器表示方法 有两 种表示方法：方框图表示法；流图表示法. 数字滤波器中,信号只有延时，乘以常数和相加三种运算。 所以DF结构中有三个基本运算单元：加法器，单位延时，乘常数的乘法器。 1、方框图、流图表示法 2.例子 四、数字滤波器的分类 滤波器的种类很多，分类方法也不同。 1.从功能上分；低、带、高、带阻。 2.从实现方法上分:FIR、IIR 3.从设计方法上来分：Chebyshev(切比雪夫）,Butterworth（巴特沃斯） 4.从处理信号分：经典滤波器、现代滤波器 等等。 1、经典滤波器 假定输入信号x(n)中的有用成分和希望去除的成分，各自占有不同的频带。当x(n）经过一个线性系统（即滤波器）后即可将欲去除的成分有效地去除。但如果信号和噪声的频谱相互重叠，那么经典滤波器将无能为力。 2.现代滤波器 3.模拟滤波器和数字滤波器 经典滤波器从功能上分又可分为： 低通滤波器（LPAF/LPDF):Low pass analog filter 带通滤波器(BPAF/BPDF):Bandpass analog filter 高通滤波器(HPAF/HPDF):High pass analog filter 带阻滤波器(BSAF/BSDF):Bandstop analog filter 即它们每一种又可分为：数字(Digital)和模拟(Analog)滤波器。 4.模拟滤波器的理想幅频特性 5.数字滤波器的理想幅频特性 五、研究DF实现结构意义 六、本章介绍主要的内容 第二节 IIR DF的基本结构 一、IIR DF特点 二、IIR DF基本结构 1、 IIR DF系统函数及差分方程 2、直接I型（1)直接I型流图 IIRDF的差分方程就代表了一种最直接的计算公式，用流图表现出来的实现结构即为直接I型结构（即由差分方程直接实现。） (2)结构的特点 3、直接II型（正准型/典范型）（1)直接II型原理 从上面直接型结构的两部分看成两个独立的网络（即两个子系统）。 原理：一个线性时不变系统，若交换其级联子系统的次序，系统函数不变。把此原理应用于直接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。 得到另一种结构即直接II型。 (2)直接II型的结构流图过程1--对调 (3)直接II型的结构流图过程2--合并 (4)直接II型特点 例子 4、级联型结构(1)系统函数因式分解 (2)系统函数系数分析 (3)基本二阶节的级联结构 (4)滤波器的基本二阶节 (5)用二阶节级联表示的滤波器系统 例子 (6)级联结构的特点 5、并联型(1)系统函数的部分分式展开 (3)并联型基本二阶节结构 (4)并联型特点 （5）例子 第三节FIR DF的结构（有限长冲激响应滤波器） 一、FIR DF的特点 (1)系统的单位冲激响应h(n)在有限个n值处不为零。即h(n)是个有限长序列。 (2)系统函数|H(z)|在|z|0处收敛，极点全部在z=0处(即FIR一定为稳定系统) (3)结构上主要是非递归结构，没有输出到输入反馈。但有些结构中（例如频率抽样结构）也包含有反馈的递归部分。 二、FIR的系统函数及差分方程 三、FIR滤波器实现基本结构 （1）FIR的横截型结构（直接型） （2） FIR的级联型结构 （3）FIR的线性型 结构 （4）FIR的频率抽样型结构 （5）FIR的轨迹卷积型结构 1.FIR直接型结构（卷积型、横截型）(1)流图 （2）框图 2.级联型结构（1）流图 当需要控制滤波器的传输零点时，可将H(z)系统函数分解成二阶实系数因子的形成： （2）级联型结构特点 由于这种结构所需的系数比直接型多，所需乘法运算也比直接型多，很少用。 由于这种结构的每一节控制一对零点，因而只能在需要控制传输零点时用。 3.线性相位FIR型结构（1）定义 所谓线性相位：是指滤波器产生的相移与输入信号频率成线性关系。 （2）线性相位FIR DF具有特性 h(n)是因果的，为实数，且满足对称性。即满足约束条件： h(n)=±h(N-1-n) 其中:h(n)为偶对称时，h(n)=h(N-1-n); h(n)为奇对称时，h(n)=-h(N-1-n); 下面我们针对h(n)奇、偶进行讨论。 （3）h(n)为偶数，N=偶数时