数字滤波器结构DFDigitalFilter.ppt
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1、数字滤波器结构DFDigitalFilter Still waters run deep.流静水深流静水深,人静心深人静心深 Where there is life,there is hope。有生命必有希望。有生命必有希望一、什么是数字滤波器一、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是由差分方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。数字滤波器介绍Digital filters are used for two general purposes:(1)separation of
2、 signals that have been combined,(2)restoration of signals that have been distorted in some way.研究DF实现结构意义1.滤波器的基本特性(如有限长冲激响应FIR与无限长冲激响应IIR)决定了结构上有不同的特点。2.不同结构所需的存储单元及乘法次数不同,前者影响复杂性,后者影响运算速度。3.有限精度(有限字长)实现情况下,不同运算结构的误差及稳定性不同。4.好的滤波器结构应该易于控制滤波器性能,适合于模块化实现,便于时分复用。二、数字滤波器的工作原理h(n)x(n)y(n)则LTI系统的输出为:三、数
3、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,信号只有延时延时,乘以常数乘以常数和相加相加三种运算。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、方框图、流图表示法Z-1单位延时系数乘相加Z-1a方框图表示法:方框图表示法:信号流图表示法:信号流图表示法:a把上述三个基本单元互联,可构成不同数字网络或运算结构,也有方框图表示法和流图表示法。2.例子例:二阶数字滤波器:其方框图及流图结构如下:Z-1Z-1x(n)y(n)b0a1a2x(n)y(n)b0a1a2Z-1Z-1看出:可通过流图或方框图看出系统的运算步骤和运算结构
4、。以后我们用流图来分析数字滤波器结构。DF网络结构或DF运算结构二个术语有微小的差别,但大抵一样,可以混用。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、IIR3.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。|X(ejw)|wwc有
5、用无用wc|H(ejw)|Y(ejw)|wwc2.现代滤波器 它主要研究内容是从含有噪声的数据记录(又称时间序列)中估计出信号的某些特征或信号本身。一旦信号被估计出,那么估计出的信号将比原信号会有高的信噪比。现代滤波器把信号和噪声都视为随机信号,利用它们的统计特征(如自相关函数、功率谱等)导出一套最佳估值算法,然后用硬件或软件予以实现。现代滤波器理论源于维纳在40年代及其以后的工作,这一类滤波器的代表为:维纳滤波器,此外,还有卡尔曼滤波器、线性预测器、自适应滤波器。本课程主要讲经典滤波器,外带一点卡尔曼滤波器.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/LPD
6、F):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LPAFHPAFBPAFBSAF5.数字滤波器的理想幅频特性LPDFHPDFBPDFBSDF.Analog filters and digital filters Analog filters are cheap
7、,fast,and have a large dynamic range in both amplitude and frequency.Digital filters,in comparison,are vastly superior in the level of performance that can be achieved.With analog filters,the emphasis is on handling limitations of the electronics,such as the accuracy and stability of the resistors a
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