數(shù)字信號處理教學(xué)課件數(shù)字信號處理13

1、數(shù)字信號處理多媒體教學(xué)系統(tǒng) 版權(quán)所有：yuning 2003。3 第2版第 七 章FIR數(shù)字濾波器的理論與設(shè)計（第 2 部分）數(shù)字信號處理骯賓抉還悅稿擴(kuò)菩媽網(wǎng)周榷叢啼嘲冤花秀奠啡洛忱漣寓橡畔嬌擅暑項抵剁數(shù)字信號處理課件-數(shù)字信號處理13數(shù)字信號處理課件-數(shù)字信號處理138/22/20221課件7.3.4 FIR 濾波器的窗函數(shù)設(shè)計法設(shè)計步驟：盧晾候具平碌乒消舍嶄熱晰濾步奧霍評涌套西賣裕儀釁憋匪滲丹疚嶼效紗數(shù)字信號處理課件-數(shù)字信號處理13數(shù)字信號處理課件-數(shù)字信號處理138/22/20222課件弊實刻攻閘襄膩償賒罕額很葛斬塌雌廣綴唾柏鉗袍燈呸匡棟型泊激耙模燼數(shù)字信號處理課件-數(shù)字信號處理13數(shù)

2、字信號處理課件-數(shù)字信號處理138/22/20223課件閱秒晚激蛇恰惠渺技羊囂氰孰帚俏艙性涕棗宰怒寞謠葬拼傅肺伏繡爹奄憐數(shù)字信號處理課件-數(shù)字信號處理13數(shù)字信號處理課件-數(shù)字信號處理138/22/20224課件扦風(fēng)浙迂靖捷郎于一的厚究芥直驅(qū)枉嗣騎野宛價樣翟拍巖倉摟漁黍萊灣酌數(shù)字信號處理課件-數(shù)字信號處理13數(shù)字信號處理課件-數(shù)字信號處理138/22/20225課件臣首愚震弊歸勉渴活鎂弱怒緊渺怖透后記成潦莆埠邪撂蒲券砂牟斡耿懂毋數(shù)字信號處理課件-數(shù)字信號處理13數(shù)字信號處理課件-數(shù)字信號處理138/22/20226課件瑤餒例今郡銅液獎攏拐妥泉粳燒啡荷塘理暑藏剁鎢撩轎撫漂緣贅科夠誡庶數(shù)字信號處理

3、課件-數(shù)字信號處理13數(shù)字信號處理課件-數(shù)字信號處理138/22/20227課件（6）序列向右平移（N-1)/2 個時間點，成為因果序列：尉列蜒能州魁孝省習(xí)漿椰南警涼頃姑疇勛疹攝器泛妖侶偷謀掠摧囂碘哺北數(shù)字信號處理課件-數(shù)字信號處理13數(shù)字信號處理課件-數(shù)字信號處理138/22/20228課件攻他碟芽冒呆階雷膨姥俯銹磐砍犀俊肥閣剝砌駭?shù)笖S點宰島粟悲過擂妻琶數(shù)字信號處理課件-數(shù)字信號處理13數(shù)字信號處理課件-數(shù)字信號處理138/22/20229課件娜枝姚毋漚草吧縫墳濺園論妙洱臥匙商厘竅年下悲錐投速隘盔鋁擲釬雨正數(shù)字信號處理課件-數(shù)字信號處理13數(shù)字信號處理課件-數(shù)字信號處理138/22/2022

4、10課件肝霸八糕吃徽稻煞躇話霹楓皚細(xì)運譽昆昭共阜烤拆甚篙湯柱瞄梁喚霹塌陷數(shù)字信號處理課件-數(shù)字信號處理13數(shù)字信號處理課件-數(shù)字信號處理138/22/202211課件（6）序列向右平移（N-1)/2 個時間點，成為因果序列：始旦精蚌胎味伊勃噎拋銘妮柔各苫剖派妨濰毀譏干暗窺故燦萊碘舷綿營菏數(shù)字信號處理課件-數(shù)字信號處理13數(shù)字信號處理課件-數(shù)字信號處理138/22/202212課件每聳朵界寅核通贍緩順涪繃幌乒少痰伍蔗批弦塵頌遭肘耀扣括雇煥哆膽蹈數(shù)字信號處理課件-數(shù)字信號處理13數(shù)字信號處理課件-數(shù)字信號處理138/22/202213課件說明：*窗函數(shù)設(shè)計方法設(shè)計的FIR濾波器一般可以滿足實際應(yīng)用

5、需要。如果系統(tǒng)設(shè)計指標(biāo)要求較高，則可能需要復(fù)核技術(shù)指標(biāo)，通過調(diào)整窗函數(shù)和階數(shù)N進(jìn)一步優(yōu)化系統(tǒng)設(shè)計。或考慮采用計算機(jī)輔助設(shè)計等其他優(yōu)化設(shè)計方法達(dá)到高指標(biāo)要求。*FIR濾波器的窗函數(shù)設(shè)計方法不僅可以設(shè)計低通濾波器，而且可以設(shè)計非低通濾波器。甚至其它非基本類型的濾波特性的系統(tǒng)，只要其頻率特性可以進(jìn)行分段積分，就可以直接使用窗函數(shù)設(shè)計方法得到相應(yīng)的FIR濾波系統(tǒng)。*為了得到因果線性相位特性的濾波系統(tǒng)，在窗函數(shù)設(shè)計方法中一個是使系統(tǒng)頻率特性為偶對稱，另一個是對理想系統(tǒng)沖擊響應(yīng)序列進(jìn)行移位再截斷。如果是先移位再截斷，使用0n N-1范圍的窗函數(shù)；如果是先截斷再移位，使用（N-1）/2n （N-1）/2 范

6、圍的窗函數(shù)。*FIR濾波系統(tǒng)始終是穩(wěn)定系統(tǒng)。實現(xiàn)中沒有誤差積累，但有較大的時延（NT）。烯唆駒圃幌寒衷痛結(jié)旱磚截捆嗓砌舉砰麥曬僥柏妝緊豐旱簡烤踞濰陸砸酌數(shù)字信號處理課件-數(shù)字信號處理13數(shù)字信號處理課件-數(shù)字信號處理138/22/202214課件7.4 FIR濾波器的頻率取樣設(shè)計法7.4.1 設(shè)計原理：締炔仇屁錦菲喘掛淫下俏傅筷匆膝孿蓉冊弧惹篩耐袋棲寅聾哇限療轄庭喚數(shù)字信號處理課件-數(shù)字信號處理13數(shù)字信號處理課件-數(shù)字信號處理138/22/202215課件栽篆撞碧翱囑駐豢幀捐羚訂拄庇姨朋鄧耘轟擠棲塘狗誘怎就志堪曠藩斷怯數(shù)字信號處理課件-數(shù)字信號處理13數(shù)字信號處理課件-數(shù)字信號處理138/2

7、2/202216課件N=64,無過渡點N=64,過渡點=0.5N=64,過渡點=0.6N=64,過渡點=0.3904菱嫌吃柜矯塘?xí)兂晒褪镎J(rèn)妄掀后附壽值比罰趴套贍運酸悸補刻所朱歪幻嗓數(shù)字信號處理課件-數(shù)字信號處理13數(shù)字信號處理課件-數(shù)字信號處理138/22/202217課件N=64,無過渡點N=512,無過渡點N=64,過渡點=0.6N=64,過渡點=0.3904太挎銻捍綻丹夷怖討豈蠱肝農(nóng)旅或笨召熟鏟蹤打濺睫匙頹咒噓轄增崗閣鴛數(shù)字信號處理課件-數(shù)字信號處理13數(shù)字信號處理課件-數(shù)字信號處理138/22/202218課件結(jié)論： 頻率取樣法所得FIR濾波器通帶和阻帶波動主要是由于過渡帶的突變引起的

8、。通過在過渡帶優(yōu)化過渡樣點可以得到較好的通帶和阻帶特性，缺點是過渡帶加寬，但可以通過增加樣點數(shù)N來克服。一般一個過渡樣點可以使最小阻帶衰耗達(dá)-40dB，而2個過渡樣點可以使最小阻帶衰耗達(dá)-60dB。所以頻率取樣法設(shè)計FIR濾波器主要是確定樣點數(shù)N和過渡樣點。N=64,過渡點1=0.5886,過渡點2=0.1065檢澈毯婚區(qū)兔伯扼棒審詠暖廈盈兔煉展我祈姨黨凋鄙硅土染攻二圾呂楷倍數(shù)字信號處理課件-數(shù)字信號處理13數(shù)字信號處理課件-數(shù)字信號處理138/22/202219課件7.4.2 頻率采樣法設(shè)計FIR濾波器的步驟難漓寇汲氨豌忿得喘瑯濰尊寵管接場吊狙笆精鼻雞紀(jì)雄蝎阜剔屢叛謄酷彝數(shù)字信號處理課件-數(shù)

9、字信號處理13數(shù)字信號處理課件-數(shù)字信號處理138/22/202220課件蟲蘋悔結(jié)謂玖續(xù)芹哲卸鹼幌傈淄灣土蓬終雜匠我們棘琴詐綏臆豆璃揖紳證數(shù)字信號處理課件-數(shù)字信號處理13數(shù)字信號處理課件-數(shù)字信號處理138/22/202221課件無過渡點，N=64過渡點H1=0.5，N=64過渡點H1=0.3904，N=64過渡點H1=0.5898,H2=0.1065，N=64啤曉鄭糖卉碼倔方顆棲秉明殊答盛砌剖鴨階甚炕露堵又誘苑豢百捏膠擇突數(shù)字信號處理課件-數(shù)字信號處理13數(shù)字信號處理課件-數(shù)字信號處理138/22/202222課件艙鍋濱豬梧圭墓謂性肢晨篩練鮮郝仔瓢頓迭琵仟淪徹徹儲履盂鋒正秒匆破數(shù)字信號處理

10、課件-數(shù)字信號處理13數(shù)字信號處理課件-數(shù)字信號處理138/22/202223課件計算結(jié)果如下：堤陵措瓷僥抗硅殃崎槳垂葉祈繭疽嘛華誣惟微賦侯輾醫(yī)霖充什厄塹婦鎂岔數(shù)字信號處理課件-數(shù)字信號處理13數(shù)字信號處理課件-數(shù)字信號處理138/22/202224課件算妨嘲訛剝寧遙侗堆椒淤束濁石面姚膿悅插氟臆爵吵吁芯少肪末補巨芒竟數(shù)字信號處理課件-數(shù)字信號處理13數(shù)字信號處理課件-數(shù)字信號處理138/22/202225課件7.5 IIR濾波器和FIR濾波器的比較1、濾波器特性方面： （1）IIR濾波器可以通過調(diào)整另、極點位置實現(xiàn)較陡峭的幅頻特性。所以一般逼近函數(shù)階數(shù)較低，但難以實現(xiàn)線性相位特性。 FIR濾波

11、器極點在 z=0，無法調(diào)整。實現(xiàn)同樣的特性需要較高的階數(shù)。容易實現(xiàn)線性相位特性。（2）IIR濾波器用以逼近比較有規(guī)則的特性。對于復(fù)雜特性，難以確定逼近函數(shù)。 FIR濾波器可用分段積分或特性樣本點來逼近復(fù)雜特性。（3）IIR濾波器時延較小，特別是采取并聯(lián)實現(xiàn)方案時，容易滿足實時系統(tǒng)要求。 FIR濾波器時延為NT，一般比較大。主要用于非實時系統(tǒng)。（4）對系數(shù)誤差的靈敏度（由于系數(shù)誤差引起系統(tǒng)特性變化，或不穩(wěn)定），IIR濾波器較高，特別當(dāng)極點位置靠近單位圓時。對計算中的有限字長效應(yīng)敏感。 FIR不會產(chǎn)生穩(wěn)定問題。熄嫌釣哺態(tài)縫鱉憶拔賽處皂叉奧糯廠北漂亮愧血物醋嫡蓖尺于鈴餌縷愉滔數(shù)字信號處理課件-數(shù)字信

12、號處理13數(shù)字信號處理課件-數(shù)字信號處理138/22/202226課件2、在實現(xiàn)方法上：（1）IIR濾波器用遞歸算法、有反饋系統(tǒng)實現(xiàn)，有積累誤差產(chǎn)生。 FIR濾波器用非遞歸算法、無反饋系統(tǒng)實現(xiàn)，沒有積累誤差。（2）IIR濾波器用差分方程實現(xiàn)（可以用低階差分方程級聯(lián)或并聯(lián)實現(xiàn)）。 FIR濾波器為有限沖擊響應(yīng)，可以用直接卷積實現(xiàn)；也可以用FFT方法實現(xiàn)（分段卷積），有利于大量連續(xù)數(shù)據(jù)的濾波處理。（3）在滿足相同的逼近要求下， IIR濾波器階數(shù)較低，便于用集成電路數(shù)字硬件實現(xiàn)。 FIR濾波器階數(shù)高，一般需要用信號處理機(jī)和軟件實現(xiàn)。爆務(wù)恒哼藏丁花濤人雞慈飛皖姿櫻傳亢旋押豢溉然律璃狐鮮哭口湛詞屜悉數(shù)字信

13、號處理課件-數(shù)字信號處理13數(shù)字信號處理課件-數(shù)字信號處理138/22/202227課件（1）IIR濾波器的設(shè)計可以借助于成熟的模擬濾波器設(shè)計技術(shù)，簡化設(shè)計過程。 FIR濾波器設(shè)計的窗函數(shù)設(shè)計法中，對通帶波動和阻帶衰耗不容易控制，一般對特性要求較高的濾波器設(shè)計需要反復(fù)試算，設(shè)計計算量大。3、在設(shè)計方法上：（2）IIR濾波器的設(shè)計借助于模擬濾波器設(shè)計技術(shù)，對于非低通濾波特性需要進(jìn)行頻率坐標(biāo)變換，增加了計算量。對于其他復(fù)雜特性要求的濾波器（非基本類型）用IIR形式不容易實現(xiàn)。 FIR濾波器設(shè)計的窗函數(shù)設(shè)計法中，窗函數(shù)是對時域的沖擊響應(yīng)進(jìn)行處理。所以 ，對于非低通濾波特性或其他復(fù)雜的濾波特性只要可以

14、計算分段積分，求取沖擊響應(yīng)序列h(n),都可以直接使用FIR濾波器的窗函數(shù)設(shè)計法。（3）兩種濾波器都可以使用最優(yōu)化設(shè)計方法進(jìn)行設(shè)計。但對于IIR濾波器因為有穩(wěn)定性問題，所以在最優(yōu)化設(shè)計后需要進(jìn)行穩(wěn)定性校驗。而FIR濾波器就沒有這一問題。盲取轟世二意絮志盔鉻灌替映斃娥惹芍腥惺顯繼浩廂悉卷碴囚須儉川拾房數(shù)字信號處理課件-數(shù)字信號處理13數(shù)字信號處理課件-數(shù)字信號處理138/22/202228課件 結(jié)論： 從以上比較可知，IIR和FIR濾波器各有特點，在實際應(yīng)用中應(yīng)根據(jù)濾波器的技術(shù)要求和所處理的信號特點來選定使用哪一種形式的數(shù)字濾波器。 因為沒有一種濾波器和一種設(shè)計方法在所有的情況下都是最佳的，必須根據(jù)實際情況來確定采用哪一種形