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1、第三章数字滤波器的基本结构第1页，共37页，编辑于2022年，星期二 数字滤波器结构的表示方法数字滤波器结构的表示方法一一.数字滤波器的概念数字滤波器的概念.滤波器：滤波器：指指对输入信号起滤波作用的装置对输入信号起滤波作用的装置。,对其进行傅氏变换得对其进行傅氏变换得:2、当输入、输出是离散信号，滤波器的冲激响应是单位抽样响应 h（n）时，这样的滤波器称作数字滤波器。第2页，共37页，编辑于2022年，星期二c c00c c0c cH(ej)为矩形窗时为矩形窗时的情形的情形第3页，共37页，编辑于2022年，星期二二、数字滤波器的系统函数与差分方程H(z)X(z)Y(z)1、系统函数第4页，
2、共37页，编辑于2022年，星期二 2、差分方程 对上式进行 Z反变换，即得 3、滤波器的功能与实现 滤波就是对输入序列（n）进行一定的运算操作。从而得到输出序列 实现滤波从运算上看,只需三种运算：加法、单位延迟、乘常数。因此实现的方法有两种：（1）利用通用计算机编程，即软件实现;（2）数字信号处理器（DSP）即专用硬件实现。第5页，共37页，编辑于2022年，星期二三、数字滤波器的结构表示法1、方框图法 方框图法简明且直观，其三种基本运算如下图所示：单位延时:(n)乘常数:(n）a z-1a第6页，共37页，编辑于2022年，星期二相加:例如：第7页，共37页，编辑于2022年，星期二 x(
3、n)b0b0 x(n)y(n)第8页，共37页，编辑于2022年，星期二2、信号流图法 三种基本的运算：单位延时：乘常数：相加：这种表示法更加简单方便。第9页，共37页，编辑于2022年，星期二 几个基本概念：a）输入节点或源节点，所处的节点；b）输出节点或阱节点，所处的节点；c）分支节点，一个输入，一个或一个以上输 出的节点；将值分配到每一支路;d）相加器（节点)或和点，有两个或两个以 上输入的节点。*支路不标传输系数时，就认为其传输系数为1；任何一节点值等于所有输入支路的信号之和。第10页，共37页，编辑于2022年，星期二1例如，和点：1，5；分点：2，3，4；源点：6；阱点：72354
4、67a1y(n-1)y(n)第11页，共37页，编辑于2022年，星期二 无限长单位冲激响（IIR）滤波器的 基本结构一、IIR滤波器的特点 1、单位冲激响应h（n）是无限长的。2、系统函数H（z）在有限Z平面（）上有极点存在。3、结构上是递归型的，即存在着输出到输入的反馈。第12页，共37页，编辑于2022年，星期二二、基本结构 1、直接I型 （1）系统函数 （2）差分方程（N阶）第13页，共37页，编辑于2022年，星期二t(3)结构流图t按差分方程可以写出。第14页，共37页，编辑于2022年，星期二(4)特点 第一个网络实现零点，即实现x(n)加权延时:第二个网络实现极点，即实现y(n
5、)加权延时:可见，第二网络是输出延时，即反馈网络。*共需（M+N）个存储延时单元。第15页，共37页，编辑于2022年，星期二2直接直接II型（正准型型（正准型）第16页，共37页，编辑于2022年，星期二第17页，共37页，编辑于2022年，星期二3、级联型先将系统函数按零、极点进行因式分解其中，pk为实零点，ck为实极点；qk，qk*表示复共轭零点，dk，dk*表示复共轭极点，M=M1+2M2，N=N1+2N2 第18页，共37页，编辑于2022年，星期二 再将共轭因子展开，构成实系数二阶因子，则得第19页，共37页，编辑于2022年，星期二 为了方便，分子取正号，分母取负号；这样，流图上
6、 最后，将两个一阶因子组合成二阶因子（或将的系数均为正。一阶因子看成是二阶因子的退化形式），则有第20页，共37页，编辑于2022年，星期二当（M=N=2）时AB第21页，共37页，编辑于2022年，星期二当（M=N=4）时当（M=N=6）时第22页，共37页，编辑于2022年，星期二特点：仅影响第k对零点，同样仅影响第k对极点，便于调节滤波器的频率特性。所用的存储器的个数最少。AZ-1Z-1第23页，共37页，编辑于2022年，星期二。；注意：*如果有奇数个实零点，则有一个；同样，如果有奇数个实极点，则有一个*通常M=N时，共有（N+1）/2节，符号(N+1)/2 表示取（N+1)/2的整数
7、。4.并联型将H（Z）展成部分分式形式:其中，均为实数，与复共轭当MN时，不包含项；M=N时，该项为G。第24页，共37页，编辑于2022年，星期二 当M=N时，将两个一阶实极点合为一项，将共轭极点化成实系数二阶多项式，H（Z）可表为当N为奇数时，包含一个一阶节，即第25页，共37页，编辑于2022年，星期二例：M=N=3时，为奇数，故所以：第26页，共37页，编辑于2022年，星期二其结构图如下：X(Z)Y(z)第27页，共37页，编辑于2022年，星期二三、转置定理如果将原网络中所有支路方向加以倒转，且将输入和输出交换其系统函数仍不改变。（原网络）（原网络）第28页，共37页，编辑于202
8、2年，星期二（转置转置后的网络）后的网络）第29页，共37页，编辑于2022年，星期二h(n)为一个N点序列，Z=0处为（N-1）阶极点，FIR滤波器的基本结构一、特点：1、h（n）在有限个n值处不为零。2、H（z）在处收敛，极点全部在Z=0处。3、非递归结构。，有（N-1）阶零点。第30页，共37页，编辑于2022年，星期二二、基本结构1、横截型（卷积型、直接型）它就是线性移不变系统的卷积和公式h(0)h(1)h(2)h(N-2)h(N-1)第31页，共37页，编辑于2022年，星期二用转置定理可得另一种结构2、级联型 将H（Z）分解为实系数二阶因子的乘积形式h(N-1)h(N-2)h(N-
9、3)h(2)h(1)h(0)第32页，共37页，编辑于2022年，星期二注：N/2表示取N/2的整数部分，如 *N为偶数时，N-1为奇数，这时因为有奇数个根，所以中有一个为零。当N为奇数时的结构如下：第33页，共37页，编辑于2022年，星期二特点：每节结构可控制一对零点。所需系数多，乘法次数也多。一般情况：一般情况：第34页，共37页，编辑于2022年，星期二3、频率抽样型从略4、快速卷积结构如果，的长为N1 ，h（n）的长为N2。将 补L-N1个零值点，h（n）补L-N2零值点，只要L N1+N2-1,就有 由卷积定理得Y（k）=X（k）H（k）所以有第35页，共37页，编辑于2022年，星期二这样，就可以得到FIRDF的快速卷积结构这里的DFT和IDFT均可以利用FFT算法。h(n)L点点DFTL点点DFTX(k)H(k)Y(k)L点点IDFT第36页，共37页，编辑于2022年，星期二作业：226页 1；2；4；8第37页，共37页，编辑于2022年，星期二