第九章-数字滤波器的分类及结构ppt课件.ppt
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1、经营者提供商品或者服务有欺诈行为的,应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失,增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用电器信息工程学院蔡超峰经营者提供商品或者服务有欺诈行为的,应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失,增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用数字数字滤滤波器的波器的实质实质是用有限精度算法是用有限精度算法实现实现的离散的离散时间时间 LSI 系系统统,以完成以完成对对信号信号进进行行滤滤波波处处理的功能。其理的功能。其输输入是一入是一组组由模由模拟拟信号信号经过经过抽抽样样和量化的数字信号,和量化的数字信号,输输出是出是经过处经过处理的另一理的另一组组数
2、字信数字信号。数字号。数字滤滤波器既可以是一台由数字硬件装配成的用于完成波器既可以是一台由数字硬件装配成的用于完成滤滤波波计计算功能的算功能的专专用机,也可以是由通用用机,也可以是由通用计计算机完成的一算机完成的一组组运算运算程序。程序。本章主要介本章主要介绍绍数字数字滤滤波器的分波器的分类类及及结结构。构。经营者提供商品或者服务有欺诈行为的,应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失,增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用1.数字数字滤滤波器的分波器的分类类2.数字数字滤滤波器波器结结构的表示方法构的表示方法3.IIR 滤滤波器的波器的结结构构4.FIR 滤滤波器的波器的结结构构
3、5.离散离散时间时间系系统统 的的 Lattice 结结构构经营者提供商品或者服务有欺诈行为的,应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失,增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用根据根据单单位冲激响位冲激响应应 h(n)的的时间时间特性分特性分类类:n无限冲激响无限冲激响应应数字数字滤滤波器(波器(IIR)n有限冲激响有限冲激响应应数字数字滤滤波器(波器(FIR)根据根据实现实现方法和形式分方法和形式分类类:n递归递归型数字型数字滤滤波器波器n非非递归递归型数字型数字滤滤波器波器根据根据频频率特性分率特性分类类:n低通数字低通数字滤滤波器波器n高通数字高通数字滤滤波器波器n带带通数
4、字通数字滤滤波器波器n带带阻数字阻数字滤滤波器波器1.滤滤波器的分波器的分类类经营者提供商品或者服务有欺诈行为的,应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失,增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用数字数字滤滤波器可以用一个差分方程来描述:波器可以用一个差分方程来描述:由上式可以看出,由上式可以看出,实现实现一个数字一个数字滤滤波器需要几种基本的运算波器需要几种基本的运算单单元:加法器、元:加法器、单单位延位延迟迟和常数乘法器。和常数乘法器。这这些基本的些基本的单单元可以有元可以有两种表示方法:方框两种表示方法:方框图图法和信号流法和信号流图图法,因此一个数字法,因此一个数字滤滤波器
5、波器也可也有两种表示方法:方框也可也有两种表示方法:方框图图法和信号流法和信号流图图法。法。2.数字数字滤滤波器波器结结构的表示方法构的表示方法z-1+单单位延位延迟迟乘常数乘常数相相 加加z-1aa经营者提供商品或者服务有欺诈行为的,应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失,增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用考考虑虑如下二如下二阶阶数字数字滤滤波器的信号流波器的信号流图图:x(n)处处称称为为输输入入节节点点或或源源节节点点,y(n)处处称称为为输输出出节节点点或或阱阱节节点点,其其余余节节点点称称为为网网络络节节点点。节节点点之之间间用用有有向向支支路路连连接接,每每个个
6、节节点点可可以以有有几几条条输输入入支支路路和和几几条条输输出出支支路路,节节点点值值等等于于它它所所有有输输入入支支路路的的信信号号之之和和,而而输输入入支支路路的的信信号号值值等等于于这这一一支支路路起起点点处处的的节节点信号点信号值值乘以之路上的乘以之路上的传输传输系数。延系数。延迟迟算子算子 z-1 表示表示单单位延位延迟迟。2.数字数字滤滤波器波器结结构的表示方法构的表示方法21z-14z-1a2a153x(n)y(n)b0经营者提供商品或者服务有欺诈行为的,应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失,增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用源源节节点点没没有有输输入入支支
7、路路,阱阱节节点点没没有有输输出出支支路路。如如果果某某节节点点有有一一个个输输入入,一一个个或或多多个个输输出出,该该节节点点称称为为分分支支节节点点。如如果果某某节节点点有两个或两个以上的有两个或两个以上的输输入,入,该节该节点称点称为为相加器。相加器。各各节节点点值为值为:对对分支分支节节点点 2有有 ,故,故2.数字数字滤滤波器波器结结构的表示方法构的表示方法21z-14z-1a2a153x(n)y(n)b0经营者提供商品或者服务有欺诈行为的,应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失,增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用IIR 滤滤波器的特点:波器的特点:n单单位冲激响
8、位冲激响应应 h(n)是无限是无限长长的;的;n系系统统函数在有限函数在有限 Z 平面上(平面上(0|z|)有极点存在;)有极点存在;n结结构上存在着构上存在着输输出到出到输输入的反入的反馈馈。3.IIR 滤滤波器的波器的结结构构经营者提供商品或者服务有欺诈行为的,应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失,增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用数字数字滤滤波器可用差分方程来描述:波器可用差分方程来描述:也可以用系也可以用系统统函数来表示:函数来表示:3.IIR 滤滤波器的波器的结结构构经营者提供商品或者服务有欺诈行为的,应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失,增加赔偿的金额为消
9、费者购买商品的价款或接受服务的费用表示表示为为两个系两个系统级联统级联的形式:的形式:称称为为直接直接型型结结构。构。3.IIR 滤滤波器的波器的结结构构H1(z)H2(z)x(n)y(n)y(n)z-1-aN-1b1x(n)y(n)b0z-1z-1b2bM-1bMz-1z-1z-1-a2-a1-aNy(n)经营者提供商品或者服务有欺诈行为的,应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失,增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用直接直接型的型的变变型:型:3.IIR 滤滤波器的波器的结结构构H2(z)H1(z)x(n)y(n)y(n)z-1-aN-1b1x(n)y(n)b0z-1z-1
10、b2bM-1bMz-1z-1z-1-a2-a1-aNy(n)经营者提供商品或者服务有欺诈行为的,应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失,增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用直接直接型型结结构(典范型)构(典范型):3.IIR 滤滤波器的波器的结结构构H2(z)H1(z)x(n)y(n)y(n)-aN-1b1x(n)y(n)b0b2bM-1bMz-1z-1z-1-a2-a1-aNy(n)经营者提供商品或者服务有欺诈行为的,应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失,增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用习题习题:已知数字已知数字滤滤波器的系波器的系统统函数函数画出画
11、出该滤该滤波器的直接型波器的直接型结结构。构。解答:解答:如右如右图图所示。所示。直接型直接型结结构的特点构的特点:n所需要的延所需要的延迟单迟单元最少;元最少;n系系统调统调整不方便;整不方便;n受有限字受有限字长长影响影响较较大。大。3.IIR 滤滤波器的波器的结结构构-4x(n)z-1z-1y(n)z-1811-25/4-3/41/8经营者提供商品或者服务有欺诈行为的,应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失,增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用对对系系统统函数函数 H(z)进进行因式分解:行因式分解:式中式中 M=M1+2M2,N=N1+2N2。级联级联型型结结构构图图
12、:3.IIR 滤滤波器的波器的结结构构xk(n)z-1z-1yk(n)1k2k2k1k经营者提供商品或者服务有欺诈行为的,应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失,增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用习题习题:已知数字已知数字滤滤波器的系波器的系统统函数函数画出画出该滤该滤波器的波器的级联级联型型结结构。构。解答:解答:级联级联型型结结构的特点构的特点:n所用存所用存储单储单元元较较少;少;n系数系数调调整方便,便于准确整方便,便于准确实现实现系系统统的零极点;的零极点;n受有限字受有限字长长影响影响较较大。大。3.IIR 滤滤波器的波器的结结构构z-1z-1y(n)-1.4-
13、0.81.2x(n)z-1z-1-0.8-0.90.53经营者提供商品或者服务有欺诈行为的,应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失,增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用对对系系统统函数函数 H(z)进进行因式分解:行因式分解:上式中上式中 N=N1+2N2。当。当 M N 时时,公式中不包含最后一,公式中不包含最后一项项。当。当M=N 时时,最后一,最后一项变项变成成 G0。一般。一般 IIR 系系统统皆皆满满足足 M0 处处收收敛敛,极点全部在,极点全部在 z=0处处;n结结构上不存在构上不存在输输出到出到输输入的反入的反馈馈。4.FIR 滤滤波器的波器的结结构构经营者提供
14、商品或者服务有欺诈行为的,应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失,增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用数字数字滤滤波器可用一个差分方程来描述:波器可用一个差分方程来描述:对对于于 FIR 滤滤波器波器则则有:有:直接型直接型结结构:构:4.FIR 滤滤波器的波器的结结构构z-1z-1z-1x(n)b(0)y(n)b(1)b(2)b(M)b(M-1)经营者提供商品或者服务有欺诈行为的,应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失,增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用把把 FIR 滤滤波器的系波器的系统统函数用二函数用二阶阶因子乘因子乘积积表示:表示:级联级联型型结结
15、构:构:x(n)z-101y(n)z-1z-1z-1z-1z-111210212220N/21N/22N/24.FIR 滤滤波器的波器的结结构构经营者提供商品或者服务有欺诈行为的,应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失,增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用前已前已证证明,当明,当 FIR 系系统统的的单单位冲激响位冲激响应满应满足足 时时,该该系系统统具有具有线线性相位。性相位。类类型型滤滤波器:波器:,且,且 N 为为奇数。奇数。4.FIR 滤滤波器的波器的结结构构令令 m=N-1-n经营者提供商品或者服务有欺诈行为的,应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失,增加赔偿的金
16、额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用类类型型滤滤波器的波器的结结构:构:x(n)y(n)z-1z-1z-1z-1z-1z-1z-1z-1h(0)h(1)h(2)h(N-1)/2h(N-3)/2z-1z-14.FIR 滤滤波器的波器的结结构构经营者提供商品或者服务有欺诈行为的,应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失,增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用类类型型滤滤波器:波器:,且,且 N 为为偶数。偶数。x(n)y(n)z-1z-1z-1z-1z-1z-1z-1z-1h(0)h(1)h(2)h(N/2-2)z-1z-1z-1h(N/2-1)4.FIR 滤滤波器的波器的结结构
17、构经营者提供商品或者服务有欺诈行为的,应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失,增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用类类型型 滤滤波器:波器:,且,且 N 为为奇数。奇数。x(n)y(n)z-1z-1z-1z-1z-1z-1z-1-z-1h(0)h(1)h(2)h(N-3)/2z-1z-14.FIR 滤滤波器的波器的结结构构经营者提供商品或者服务有欺诈行为的,应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失,增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用类类型型 滤滤波器:波器:,且,且 N 为为偶数。偶数。x(n)y(n)z-1z-1z-1z-1z-1z-1z-1z-1h(0)
18、h(1)h(2)h(N/2-2)z-1z-1-z-1h(N/2-1)4.FIR 滤滤波器的波器的结结构构经营者提供商品或者服务有欺诈行为的,应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失,增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用给给定一个定一个 FIR 系系统统的的单单位冲激响位冲激响应为应为 h(n),n=0,1,N-1,其系其系统统函函数和数和h(n)的的DFT 分分别为别为:显显然,然,H(k)实际实际上是上是 H(z)在在单单位位圆圆上的上的 N 个个值值,即,即 H(k)是是 H(j)在在频频域的抽域的抽样样。因此,我。因此,我们们可以用可以用 H(k)来表示来表示 H(z),
19、即,即:4.FIR 滤滤波器的波器的结结构构经营者提供商品或者服务有欺诈行为的,应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失,增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用H(z)可看做是两个子系可看做是两个子系统级联统级联。一个是。一个是 FIR 子系子系统统 H1(z),一个,一个是是 IIR 子系子系统统 H2(z)。FIR 子系子系统统由由 N 个延个延时单时单元元组组成,系成,系统统函数函数为为H1(z),该该系系统统在在单单位位圆圆上有上有 N 个等分的零点:个等分的零点:频频率响率响应应:4.FIR 滤滤波器的波器的结结构构2/N0“梳状梳状滤滤波器波器”经营者提供商品或者服务
20、有欺诈行为的,应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失,增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用IIR 子系子系统统由由 N 个一个一阶阶系系统统并并联组联组成,系成,系统统函数函数为为该该系系统统有有 N 个极点:个极点:IIR 系系统统与与 FIR 系系统统级级联联后后,N 个个IIR系系统统在在单单位位圆圆上上的的极极点点正正好好和和 FIR 系系统统在在单单位位圆圆上上的的零零点点相相互互抵抵消消,所所以以整整个个系系统统是是FIR 系系统统,称,称为为 FIR 系系统统的的频频率抽率抽样样型型结结构。构。4.FIR 滤滤波器的波器的结结构构经营者提供商品或者服务有欺诈行为
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