《FIR滤波器结构》课件.ppt

*******************FIR滤波器结构byFIR滤波器简介有限脉冲响应滤波器，英文全称是FiniteImpulseResponseFilter，简称FIR滤波器。FIR滤波器是一种数字滤波器，它利用有限长度的冲激响应来实现信号的滤波。FIR滤波器是线性时不变系统，其输出信号仅取决于当前输入和过去输入的有限个样本值。FIR滤波器特点1线性相位相位响应是线性的，保证信号波形不失真。2稳定性所有极点都位于z平面的原点，保证系统稳定。3可实现任意频率响应通过设计滤波器系数，可以实现理想的频率特性。FIR滤波器结构分类直接形式最简单的一种结构，直接根据滤波器系数进行计算。级联形式将滤波器分解为多个级联的二阶子滤波器，可以降低计算复杂度。并行形式将滤波器分解为多个并行的子滤波器，可以提高并行计算效率。状态空间形式使用状态空间方程来描述滤波器，适合于高阶滤波器。直接形式FIR滤波器1结构简单直接形式FIR滤波器结构简单，易于实现2系数易于修改直接形式FIR滤波器的系数易于修改，方便灵活3适用于低阶滤波器直接形式FIR滤波器适用于低阶滤波器，性能优越直接形式FIR滤波器的优缺点优点结构简单，易于实现计算量少便于硬件实现缺点系数存储量大，对有限字长敏感易受量化误差影响对高阶滤波器效率低级联形式FIR滤波器1多级结构将一个高阶FIR滤波器分解成多个低阶滤波器级联2简化实现降低滤波器阶数，减少计算量3灵活设计可以灵活调整各级滤波器的特性级联形式FIR滤波器的优缺点优点降低了滤波器的阶数，简化了实现，降低了计算量。可以灵活地调整滤波器特性。缺点对有限字长效应比较敏感，可能导致滤波器性能下降。实现过程相对复杂，需要对各个级联子滤波器进行设计和分析。并行形式FIR滤波器并行结构并行形式FIR滤波器将滤波器分成多个子滤波器，每个子滤波器处理输入信号的一部分，然后将子滤波器的输出相加得到最终的滤波输出。提高效率并行形式FIR滤波器可以提高滤波器的处理速度和吞吐量，适用于高数据速率的应用。降低复杂度并行形式FIR滤波器可以降低每个子滤波器的复杂度，从而简化滤波器的设计和实现。并行形式FIR滤波器的优缺点优点提高运算速度降低延迟缺点增加硬件成本设计复杂状态空间形式FIR滤波器1矩阵表示状态空间模型使用矩阵来描述系统状态，输入和输出之间的关系。2状态向量状态向量表示系统在特定时间点的状态，它包含系统内部变量的信息。3状态方程状态方程描述了状态向量随时间的变化规律，它体现了系统的动态特性。状态空间形式FIR滤波器的优缺点优点状态空间模型可以更好地描述系统的动态特性，例如，可以更清晰地了解系统的响应时间和稳定性。缺点状态空间模型的复杂度较高，需要更多的计算资源，并且需要更多的参数来描述系统。线性相位FIR滤波器相位线性线性相位FIR滤波器在整个频率范围内保持线性相位响应。这确保信号通过滤波器后不会出现相位失真。无失真由于线性相位响应，信号的波形在通过滤波器后不会发生扭曲，保留了原始信号的形状。应用广泛线性相位FIR滤波器广泛应用于音频处理，图像处理，通信系统和其他需要精确相位响应的应用中。线性相位FIR滤波器的特点无延时失真频率响应对称相位线性变化对称性和反对称性1对称性线性相位FIR滤波器具有对称性或反对称性。对称性意味着滤波器系数关于中心对称。2反对称性反对称性意味着滤波器系数关于中心反对称，即中心点为零。奇对称和偶对称奇对称奇对称的冲击响应关于时间轴中心点对称，满足h(n)=-h(N-1-n)偶对称偶对称的冲击响应关于时间轴中心点对称，满足h(n)=h(N-1-n)线性相位的类型理想型相位响应严格线性，但实际很难实现。延迟型引入一定的延迟，但可以实现线性相位。群延迟型对不同的频率引入不同的延迟，实现近似线性相位。线性相位FIR滤波器的设计1窗口法简单易行，适用于各种应用2频域法性能优越，但计算量较大3混合域法综合了两种方法的优点窗口法截断直接截断理想滤波器的频率响应，会导致频谱泄漏。平滑过渡使用窗口函数平滑截断后的频率响应，减少频谱泄漏。窗口函数常见的窗口函数包括矩形窗、汉宁窗、海明窗等。频域法1理想滤波器在频域中设计理想滤波器，并使用傅里叶变换将其转换到时域。2窗口函数使用窗口函数来平滑理想滤波器的频谱，减少过渡带的振荡。3逆傅里叶变换将窗口化的频域响应转换回时域，得到FIR滤波器的系数。混合域法