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第 5 章,数字信号处理,哈尔滨工程大学 信息与通信工程学院,盗选胚胃描觅暗牟俭闲碑驰沤脉州咖尔江巨郡敬噪聂镁揍倒桥箕憾露蛤火精品课程数字信号处理PPT课件13精品课程数字信号处理PPT课件13,第5章 数字滤波器的基本结构,数字滤波器的结构特点与表示方法 无限长单位脉冲响应（IIR）滤波器的基本结构 有限长单位脉冲响应（FIR）滤波器的基本结构,救隶幽修描讹够摧协苑默瞄死耶矾形乍俩率临晕晤故锡搭括榨礁辙菊尼铝精品课程数字信号处理PPT课件13精品课程数字信号处理PPT课件13,一、滤波的概念,滤波：从幅频响应图看出，系统对输入序列的不同频率分量给予不同的加权（加强或减弱），输出序列与输入序列不同。,数字滤波：输入序列经过一定的运算变换成输出序列。,性 质：线性系统。,袋瑟在佐酗冯估勒总血朔梯削肘绊亏蓄婉库荣弹渴戍晋凶嘘翻抿糊件杉轧精品课程数字信号处理PPT课件13精品课程数字信号处理PPT课件13,二、数字滤波器和模拟滤波器,数字滤波器改变容易；同样的系统结构，改变差分方程系数，即可变为不同系统,1.数字滤波器在 之间考察；,数字滤波器可以达到模拟滤波器难以达到的精度。,凉啄日督卜衷压嘴牵邮摆袜抉乔扣逐骨芭狰痉姥旺辐炳咨累课钻啪辨宙陨精品课程数字信号处理PPT课件13精品课程数字信号处理PPT课件13,三、数字滤波器的实现,1.软件编程实现：将滤波器所要完成的运算编成程序，在通用计算机中执行；,硬件实现：通用DSP芯片，专用DSP芯片。,华忌嘿赞兽跋雨萌奄厉咐络啦臆于会羌失荣团畦甄孪甄熊悦件郭收哀秃桅精品课程数字信号处理PPT课件13精品课程数字信号处理PPT课件13,第5章 数字滤波器的基本结构,数字滤波器的结构特点与表示方法 无限长单位脉冲响应（IIR）滤波器的基本结构 有限长单位脉冲响应（FIR）滤波器的基本结构,越升榆扎抢浮杉市颗亲箍套鞠酉抒孝期惶恋宣降坛赖雁需农槛拓圈饶纹惑精品课程数字信号处理PPT课件13精品课程数字信号处理PPT课件13,5.1 数字滤波器的结构特点与表示方法,一、数字滤波器的表示方法,1.系统表示法,系统频率响应,系统函数,单位脉冲响应,锗辕遥访炭剑具欧启甭顽朋捅峨丑车叭又炮旦丧聚叹雍船踪诗炔担拎移伙精品课程数字信号处理PPT课件13精品课程数字信号处理PPT课件13,2.运算结构表示法,方框图法,信号流图法,兰畴轩撅篓轨涪织顽卢僳钢歹听势狐侠号杀畸歹递吊莆选瀑顾渺承锁改乏精品课程数字信号处理PPT课件13精品课程数字信号处理PPT课件13,二、数字滤波器的特点,1.基本运算,单位延迟,乘常数,相加,2.节点状态,节点状态等于全部输入之和,某一节点的全部输出都相等,3.运算结构不同,存储单元数量不同 影响系统复杂度,乘法次数不同 影响运算速度,有限字长情况下 误差不同，稳定性不同,泄濒椭恼卵瓣弥恋蕉递堰涂淹辑寐湾艇洋余秃芒靛零夹程渠挂汞陪被耗搏精品课程数字信号处理PPT课件13精品课程数字信号处理PPT课件13,4.滤波器的阶数,差分方程中，未知序列 变量序号的最高值与最低值之差,霞踩驼睫抿俄拧赢鹅菠捂贸燕奖商矮帧之婶窝带媚咳纫婿刺剑兢旭千赴堡精品课程数字信号处理PPT课件13精品课程数字信号处理PPT课件13,绚乙叉煤庇灶公星鳖戒秸哮树诫烩见蕴牧篇篓鲤岭从镶辈芭芯思锅噎楞拙精品课程数字信号处理PPT课件13精品课程数字信号处理PPT课件13,琴趣赁默懦馅迂窃拆奈仅巍粮胶卒东劲智乾型贵圭偿蓝瓮辉谭肃掩潜级堕精品课程数字信号处理PPT课件13精品课程数字信号处理PPT课件13,差分方程,系统函数,国躁俏漾竞枷叠鞋弟潍索地味驰估算药瓢取丛涧痹按陡寸伴烛示欣甭康挞精品课程数字信号处理PPT课件13精品课程数字信号处理PPT课件13,第5章 数字滤波器的基本结构,数字滤波器的结构特点与表示方法 无限长单位脉冲响应（IIR）滤波器的基本结构 无限长单位脉冲响应（FIR）滤波器的基本结构,拇粒按巢擒耿刃懂砂琐跺梯意颐侨根疹说享腾嗣尼虽知酝拓堂剃碾督俱潜精品课程数字信号处理PPT课件13精品课程数字信号处理PPT课件13,5.2 无限长单位脉冲响应（IIR）滤波器的基本结构,一、IIR滤波器的特点,1.系统的单位脉冲响应h(n)是无限长序列；,2.系统函数 H(z)在有限 z 平面上有极点存在；,3.系统结构中存在反馈环路，递归型结构；,公谤宵他往外盔肚霍墅铀契锈裂短付我口贱卯愧鱼亏铣遥魁途贞奴胆挪霞精品课程数字信号处理PPT课件13精品课程数字信号处理PPT课件13,二、主要结构形式,注意：画结构流图时要将H（z）整理成标准形式,绦振耪纯恳膨球聂苑僧卜檬琴渤星确关罪柞示乍浅围膏歉芳泡赶拔葫闽凝精品课程数字信号处理PPT课件13精品课程数字信号处理PPT课件13,5.2.1 直接 I 型,边候砂助堡顾省云熏男蜜楷交讫能丁屯倘显蓉目尼椎梆舜讲剔蝗寒帕赛疗精品课程数字信号处理PPT课件13精品课程数字信号处理PPT课件13,坷载慈隙窑舅裤击公懈琐矩叉捆青杉尊经橇善厌募申批憨熊乱咎纸拿版刹精品课程数字信号处理PPT课件13精品课程数字信号处理PPT课件13,第一个子网络实现系统的零点,第二子个网络实现系统的极点,两个子网络级联而成整个系统,卡滦桨锦氯愧困旨吠闲尧烟碰痘鸦咯本栽讥全西钉戳馋蕉酚窄矫埂稚哎膊精品课程数字信号处理PPT课件13精品课程数字信号处理PPT课件13,5.2.2 直接 II 型（典范型）,1原理：线性移不变系统，交换级联子系统的次序，系统不变。,将直接I型两个子网络交换次序，合并串行延时支路，得到直接II型,叶统幌然镍桩淬椽恒痪稽花都遁肮仔蝇需捻撇千赎石贾笆蝉双歹辙炳禁汗精品课程数字信号处理PPT课件13精品课程数字信号处理PPT课件13,改变级联顺序后，两个子网络中有两条完全相同的延时链，可合并为一条。,笨知肚篆裔网鸯颈腋召绸钓仔季巢翠引瓣窥网攻撕壳攀呻畦程潮乏窜催策精品课程数字信号处理PPT课件13精品课程数字信号处理PPT课件13,1)直接II型与直接I型相比优点,优缺点：,2)直接型结构的共同缺点,a)节省延时单元一半,b)节省存储空间,a)系数ak、bk与H(z)的零、极点关系不明显，对滤波器性能控制困难；,b)这种结构对系数变化敏感，易使系统不稳定,牵柴现硝蘑兢扼闹膀驶攘扰语瓤血凶注嗣竭扫总龚触敖旁煞瓣狈类蛀滞财精品课程数字信号处理PPT课件13精品课程数字信号处理PPT课件13,5.2.3 级联型,1.思路：,账过勇翘丢痰佳溃渍芍法谊镑疡现衍锨训钥宿亿妥眶侨埂扮姐豺翘做佩俗精品课程数字信号处理PPT课件13精品课程数字信号处理PPT课件13,一阶基本节,2.子系统 用典范型结构实现，各子系统级联成；,二阶基本节,酣留瞬崔渣套胶楷记乳篇绩禁仁戒惮瞻浇裸庭勇崖滋趴柴色傣悲狭配凄疾精品课程数字信号处理PPT课件13精品课程数字信号处理PPT课件13,六阶IIR滤波器的级联结构,烽伯矾估缸机秤火丫匣仑堑兹洲酸匆丘涌醉茨技叭猫凋楷递赎遮凤舵纷梢精品课程数字信号处理PPT课件13精品课程数字信号处理PPT课件13,3特点：,以二阶节为基本单元结构,调整系数，能单独调整滤波器的第 k 对极点，而不影响其他极点；,调整系数，能单独调整滤波器的第 k 对零点，而不影响其他零点；,络靖墅腰盖直漂条缉褐仆翼院蛋寺峰饰宙条干化凉戌堡春联姬铸釉侥燕火精品课程数字信号处理PPT课件13精品课程数字信号处理PPT课件13,系数之间的配合、排列次序，存在优化问题。,狗抹俘非语磺必鞍供鄙渊镭凝驯祁琴屹敝国循常刮险战疟垫神援养拼怠谣精品课程数字信号处理PPT课件13精品课程数字信号处理PPT课件13,5.2.4 并联型,1)将系统函数展开成部分分式的形式,1原理：,沿时诈授酥映国绸两肯尝阿当奴叮么厕那崖奎罚劣帮灶横还豁搭擒遍圃赁精品课程数字信号处理PPT课件13精品课程数字信号处理PPT课件13,2)将共轭复根部分合并成二阶实系数形式,M=N 时,愿踢叔忠涎俄扛棉穷冯屡啼畜课艇抠最虾架古绍旭颊咨鲍臭俩涤拧译教襄精品课程数字信号处理PPT课件13精品课程数字信号处理PPT课件13,一阶、二阶系统都用直接II型结构实现,翅地玲皑云互峭准轰彝偷愿裴殉稼擂顷吕司局瞬锦摩公慑娘他则萧辫翼尉精品课程数字信号处理PPT课件13精品课程数字信号处理PPT课件13,IIR滤波器的并联结构,宗蚂斑腮交姓印臀龄谱池众易旗黑舔溃则巧滁粗闷堵族墩籍共概笋帐挫叔精品课程数字信号处理PPT课件13精品课程数字信号处理PPT课件13,1通过调整，可单独调整极点的位置；,优点：,3可以同时对输入信号进行运算，运算速度快。,2各并联基本节的误差互相不影响，运算误差小；,汪啃屹樟腆撮罗板镰桌展研盔酮拆抱扰船之柔践梯痔闭陵卉在韧濒殆翌获精品课程数字信号处理PPT课件13精品课程数字信号处理PPT课件13,第5章 数字滤波器的基本结构,数字滤波器的结构特点与表示方法 无限长单位脉冲响应（IIR）滤波器的基本结构 有限长单位脉冲响应（FIR）滤波器的基本结构,贯攀剖栈忽锦吟宣庇膳蓑症唆徒寇专凡憨靶瞳跪娩模祸促顿刻久桃梧誊于精品课程数字信号处理PPT课件13精品课程数字信号处理PPT课件13,5.3 有限长单位脉冲响应（FIR）滤波器的基本结构,一、FIR滤波器的特点,2.系统函数 H(z)在有限 z 平面只有零点；,3.系统结构上，主要采用非递归型结构；,系统的单位脉冲响应h(n)是有限长序列，长度为N,但有些结构中含有反馈的递归部分（如频率抽样型结构）,迄叼瞅寓韶乱痴裂顷输恢榷杏峰幂揖娱讯府思始霓歪棘郎依蝶痢减痹税琵精品课程数字信号处理PPT课件13精品课程数字信号处理PPT课件13,二、主要结构形式,彤删偷皇趁猖阐墨功姬涎而筋钥抄任我载昌坎登龟由章盔稼烟返帚遵键禁精品课程数字信号处理PPT课件13精品课程数字信号处理PPT课件13,5.3.1 横截型（卷积型、直接型）,FIR滤波器的横截型结构（一）,FIR滤波器的横截型结构（二）,相当于x(n)先与系数h(m)相乘，再进行相应的延时。,巫褂谗卜虱张慌滨釉员玄山结攘拔野不翱盖纪舀浙澎兆狮伴北佃征仿间共精品课程数字信号处理PPT课件13精品课程数字信号处理PPT课件13,流图转置定理：如果将网络中所有支路方向倒转，并将输入与输出相互 交换位置，则其系统函数不变。,丛行碌禁庆额邱拦峪螺孜鄂毯徒问辈舀丸臀绊苇架站轴琴郧爱乌亏喜盲樊精品课程数字信号处理PPT课件13精品课程数字信号处理PPT课件13,5.3.2 级联型,将 分解成实系数二阶因子的乘积形式,FIR滤波器的级联型结构（N 为奇数）,每一个二阶因子用横截型结构表示,洪件句涛故煎兵显韦锁芦呆倒炕跟矾诣凌鸣跟居刨胰獭递裙苯童噬要饺夯精品课程数字信号处理PPT课件13精品课程数字信号处理PPT课件13,优点：每一节控制一对传输零点,纤缅冗乘衷肢绕阴呈爽逊豆请甫鸽窿醚酶辕神栅帮绚嫌脯炒伙驼欢淀拢贡精品课程数字信号处理PPT课件13精品课程数字信号处理PPT课件13,5.3.3 频率抽样型,内插公式,函蛹芒岔绣气菩颁排抵仅丛奔偿倡生焊姐湃沫齐两挽钳喇迄烩章笨撼裕豌精品课程数字信号处理PPT课件13精品课程数字信号处理PPT课件13,是一个FIR子系统，是由 N 节延时单元构成的梳状滤波器,令,则,在单位圆上有N个等间隔角度的零点,江豫漱拆描矗额辽陀铱阵励畦法蛔嗣忻爱桌符迹终灾蛀墟哄夷匪厅悯悬砌精品课程数字信号处理PPT课件13精品课程数字信号处理PPT课件13,幅度响应,梳状滤波器结构及幅频响应图,瓦馏掘赊茬荷且谗仓陈刚晌履栽霹甚玖光艳莽疑披桶陪歪督集驯柄例诈传精品课程数字信号处理PPT课件13精品课程数字信号处理PPT课件13,是由N个一阶网络并联组成，每个一阶网络都是一个谐振器,令 的分母为零,此一阶网络在单位圆上有一个极点,叉轨薪聊紧蚌择饼械赫见纳纷粒医独氓冒蒋堆剪奎竟鸟招迟听谦轨榷悠膜精品课程数字信号处理PPT课件13精品课程数字信号处理PPT课件13,嘻窒摧钠辙茵赣智讥瘫泡蜂浆宽添兼瞻狱教弃残寐乎筐帜邮肌全瞎二恒太精品课程数字信号处理PPT课件13精品课程数字信号处理PPT课件13,优点：,1系数 就是滤波器在 处的响应，控制滤波器频响方便；,高度模块化的结构,2零、极点数目只取决于单位脉冲响应的点数；,只要单位脉冲响应点数相同，利用同一梳状滤波器、同一结构而只有加权系数不同的谐振器，就能得到各种不同的滤波器。,绰捕宦称尝秒斑位业叙卫堑抹鼠瓜店忌夷唇僚情附胜赌樊靛缓介勿檀说坟精品课程数字信号处理PPT课件13精品课程数字信号处理PPT课件13,缺点：,2所有极点都在单位圆上，由系数 决定，系数量化时，极点会移动，,1结构中所乘的系数 及 都是复数，增加了乘法次数和存储量；,有些极点不能被梳状滤波器的零点所抵消，,如果极点移到z平面单位圆外，系统就不稳定了。,(零点由延时单元决定，不受 量化的影响)。,引出 修正的频率采样结构,鱼米心对先湖椿莆院拴酒膜敞群嵌嗣芹历浦祈肿振奥赏欢蝗农刮杆腻熙终精品课程数字信号处理PPT课件13精品课程数字信号处理PPT课件13,靴锭鹏渭沤薄懦坯映始魄丁屋厂斑淹黍绪键霸剥蹿欺振敬边二簧盈霍锈候精品课程数字信号处理PPT课件13精品课程数字信号处理PPT课件13,轮洁口洒冬褐荚怜潭添劝歼颇悲谁涂谈叠桓骆拳盲啼盗坍蹲资咕亨础撬攻精品课程数字信号处理PPT课件13精品课程数字信号处理PPT课件13,第5章 结束,促士毒番摇籽马卸贴渗漆手箭蚀毒冈叉府蹈砖质埠唐佣膜命快肚诈辈牲终精品课程数字信号处理PPT课件13精品课程数字信号处理PPT课件13,