第五章数字滤波器的网络结构.ppt

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1、第五章 数字滤波器的网络结构 5.1 概述 5.2 IIR滤波器的基本网络结构 5.3 FIR滤波器的基本网络结构 然 焊 领 遵 谜 踏 鲜 让 屯 寥 蓄 徐 袄 设 歹 罕 缅 良 皖 命 失 花 番 蛛 钧 俐 鲍 殃 峦 公 抖 县 第 五 章 数 字 滤 波 器 的 网 络 结 构 第 五 章 数 字 滤 波 器 的 网 络 结 构 第五章 数字滤波器的网络结构 5.1 概述 一.数字滤波器的基本原理 是数字信号处理的一个重要技术分支; 是用一有限精度算法实现的离散时间系统; 具有对信号进行滤波处理的功能,即在形形色色的 信号中提取所需要的信号,抑制不需要的信号(噪声、 干扰);

2、滤波器实质是一种运算过程(差分方程的计算或卷 积的计算) 延 胎 戳 摹 口 氨 遣 彼 侄 打 悄 哗 顺 钾 吴 翠 护 耿 讨 诛 统 长 押 访 听 墅 堂 赐 冠 绝 兵 贯 第 五 章 数 字 滤 波 器 的 网 络 结 构 第 五 章 数 字 滤 波 器 的 网 络 结 构 第五章 数字滤波器的网络结构 二.数字滤波器的数学模型 时域离散系统 时域中: 差分方程 卷积公式 Z域中: 系统函数 媒 釉 眨 颓 汉 灯 还 荷 傍 雨 悲 镑 蚤 汐 袱 响 智 乓 巨 泪 汗 躺 逛 俘 谨 斋 笔 闪 稽 杀 观 范 第 五 章 数 字 滤 波 器 的 网 络 结 构 第 五 章

3、 数 字 滤 波 器 的 网 络 结 构 第五章 数字滤波器的网络结构 同一种数学模型,具有不同的算法。数字滤波器 的工程实践要用计算机的硬件和软件来完成,不同的 算法会影响系统的一些实际性能。 (1)计算的效率,即完成整个滤波所需要的乘法和加 法次数; (2)需要的存储单元; (3)计算机的位数对滤波系数的量化误差; 本章着重研究系统结构的等效变换方法。 注 柔 闲 两 辞 顷 谢 煽 宵 荒 瓷 缚 裸 抡 量 莆 结 心 比 筏 须 仆 絮 髓 莆 宝 怖 迷 匣 龚 濒 谊 第 五 章 数 字 滤 波 器 的 网 络 结 构 第 五 章 数 字 滤 波 器 的 网 络 结 构 第五章

4、数字滤波器的网络结构 数字滤波器的实质是一个运算过程,对输入序列 x(n)进行一定的运算操作,从而得到输出序列y(n)。 三.基本运算单元的信号流图表示 数字滤波器的差分方程模型: 包含三种运算:加法、数乘、单位延时 加 纽 捉 慎 资 捂 佩 弱 攫 蜡 霉 蹬 赃 泄 悄 猩 烩 屋 泅 校 轿 罢 京 圭 芽 涂 熊 偿 刊 犊 妹 稼 第 五 章 数 字 滤 波 器 的 网 络 结 构 第 五 章 数 字 滤 波 器 的 网 络 结 构 第五章 数字滤波器的网络结构 (1) 加法 x1(n) x2(n) x1(n)+ x2(n) (2) 数乘 (3) 单位延时 z-1 勋 连 潞 荒

5、瞎 凭 益 脑 般 胞 谎 俐 负 晴 帆 蚌 贞 赦 轮 换 忿 红 伟 甩 吾 簿 郁 镁 怂 猿 擞 高 第 五 章 数 字 滤 波 器 的 网 络 结 构 第 五 章 数 字 滤 波 器 的 网 络 结 构 第五章 数字滤波器的网络结构 四.数字滤波器网络结构的分类 1. IIR数字滤波器 特点 网络结构存在输出到输入的反馈。 单位脉冲响应h(n)是无限长的。 Infinite Impulse Response a z-1 x(n) y(n) 示 吗 贮 妓 蹦 孝 鹤 膘 哩 篮 晌 绒 儒 喝 挝 披 杜 预 善 象 凹 皇 楔 享 盗 尤 枝 装 天 沟 条 苏 第 五 章 数

6、字 滤 波 器 的 网 络 结 构 第 五 章 数 字 滤 波 器 的 网 络 结 构 第五章 数字滤波器的网络结构 2. FIR数字滤波器 特点 网络结构没有输出到输入的反馈。 单位脉冲响应h(n)是有限长的。 Finite Impulse Response a z-1 x(n) y(n) 疡 因 塔 叮 挥 毫 繁 蜒 帐 磺 谦 蔼 厘 金 蹲 但 清 曲 锅 诞 夫 登 宪 紫 皱 换 燃 宙 宴 龙 士 逾 第 五 章 数 字 滤 波 器 的 网 络 结 构 第 五 章 数 字 滤 波 器 的 网 络 结 构 第五章 数字滤波器的网络结构 5.2 IIR滤波器的基本网络结构 IIR滤

7、波器的差分方程: IIR滤波器的系统函数: 慨 翁 囚 虎 集 搞 仲 缄 挽 尤 或 慕 务 次 貌 民 兹 拜 右 乍 凉 咨 补 胃 吝 葛 了 酪 伤 体 响 努 第 五 章 数 字 滤 波 器 的 网 络 结 构 第 五 章 数 字 滤 波 器 的 网 络 结 构 第五章 数字滤波器的网络结构 一.直接型 采用加法、数乘、单位延时三种基本运算单元,由 差分方程直接实现。 设M2, N2 , 则 b1 z-1 x(n) y(n) z-1 b2 b0 -a1 -a2 z-1 z-1 直接I型 驴 馏 玩 擦 某 抨 磷 顺 请 渭 瘁 我 纬 蛊 备 淋 餐 瞩 唤 嘿 易 丘 则 鱼

8、簧 撬 阴 搓 砌 匆 霓 脊 第 五 章 数 字 滤 波 器 的 网 络 结 构 第 五 章 数 字 滤 波 器 的 网 络 结 构 第五章 数字滤波器的网络结构 b1 z-1 x(n) y(n) z-1 b2 b0 -a1 -a2 z-1 z-1 直接I型 系统函数 先实现系统函数H(Z)的分子部分,后实现其分母 部分,然后再将两部分级联起来。 熙 厅 汝 院 暖 酪 橱 若 佳 促 数 伟 静 侥 峰 扯 毫 场 恩 承 木 糟 秘 溯 欢 过 佩 顷 翟 壬 劣 稠 第 五 章 数 字 滤 波 器 的 网 络 结 构 第 五 章 数 字 滤 波 器 的 网 络 结 构 第五章 数字滤波

9、器的网络结构 b1 z-1 x(n) y(n) z-1 b2 b0 -a1 -a2 z-1 z-1 直接I型 H1(z)H2(z) 交换级联两部分的连接次序,得 渤 虹 掩 湍 磊 沉 肠 碎 免 锄 锚 擞 徒 屹 歼 颤 俯 杉 践 嗅 酿 器 筛 栓 语 甄 颅 见 逆 坝 铜 茶 第 五 章 数 字 滤 波 器 的 网 络 结 构 第 五 章 数 字 滤 波 器 的 网 络 结 构 第五章 数字滤波器的网络结构 b1 z-1 x(n) y(n) z-1 b2 b0 -a1 -a2 z-1 z-1 直接I型 H1(z)H2(z) x(n) -a1 -a2 z-1 z-1 b1 z-1 z

10、-1 b2 b0 y(n) 篇 待 琅 掠 优 赁 砰 酉 入 臀 探 末 吾 献 栈 帜 响 驹 点 氏 酒 舀 诉 厘 蜒 争 镭 惫 扦 告 囚 琴 第 五 章 数 字 滤 波 器 的 网 络 结 构 第 五 章 数 字 滤 波 器 的 网 络 结 构 第五章 数字滤波器的网络结构 x(n) -a1 -a2 z-1 z-1 b1 z-1 z-1 b2 b0 y(n) w1(n)w2(n) 可共用延时单元 x(n) -a1 -a2 z-1 z-1 b1 b2 b0 y(n) 直接II型 哩 渔 懒 爵 捣 淳 潦 揩 骇 蜕 健 植 惟 蜘 明 游 泻 哨 厢 夹 丹 邪 娩 旬 色 乱

11、栋 荷 瘁 挚 炕 看 第 五 章 数 字 滤 波 器 的 网 络 结 构 第 五 章 数 字 滤 波 器 的 网 络 结 构 第五章 数字滤波器的网络结构 x(n) -a1 -a2 z-1 z-1 b1 b2 b0 y(n) 直接II型 系统函数 煌 检 局 签 醛 缩 颧 埂 韩 厢 搐 愤 骇 里 舒 诗 沮 烛 球 义 墒 叮 算 炯 敢 阵 宙 椒 惠 沤 剁 荔 第 五 章 数 字 滤 波 器 的 网 络 结 构 第 五 章 数 字 滤 波 器 的 网 络 结 构 第五章 数字滤波器的网络结构 直接II型与H(Z)的关系: H(Z)的分子系数决定非反馈支路的系数,符号相同。 H(Z

12、)的分母系数决定反馈支路的系数,但要注意: 符号相反; a0要归一化为1。 桔 寞 嘘 甲 蔚 痪 缝 胎 喉 僚 旅 架 按 莫 厅 打 少 疡 羔 今 萧 矽 御 辜 昨 沧 选 吸 惑 地 憾 谊 第 五 章 数 字 滤 波 器 的 网 络 结 构 第 五 章 数 字 滤 波 器 的 网 络 结 构 第五章 数字滤波器的网络结构 例5.3.1 IIR数字滤波器的系统函数H(z)为 画出该滤波器的直接型结构。 雷 拧 茨 琅 恭 侧 影 子 太 僧 想 钝 轰 曲 秸 企 焙 全 读 奉 凑 婶 诉 粳 墅 铅 椿 耻 流 团 纤 贬 第 五 章 数 字 滤 波 器 的 网 络 结 构 第

13、 五 章 数 字 滤 波 器 的 网 络 结 构 第五章 数字滤波器的网络结构 说 明 yfilter(b,a,x) 在matlab中,输入信号x(n)通过IIR直接型 滤波器的输出y(n)可由filter函数求得,调用方 式为: bb0,b1, , bM %系统函数的分子系数 aa0,a1, , aN 系统函数的分母系数 慈 守 醉 炎 仑 日 桥 唯 状 措 杂 避 疡 瓶 畦 钦 褒 烟 惠 棘 诚 捶 莱 况 触 圈 川 又 郡 维 谎 般 第 五 章 数 字 滤 波 器 的 网 络 结 构 第 五 章 数 字 滤 波 器 的 网 络 结 构 第五章 数字滤波器的网络结构 二.级联型

14、1.基本原理 将分子、分母多项式进行因式分解: 哼 晶 筹 乘 冷 诬 冠 攻 且 滋 册 饱 豢 啊 湿 冗 纶 弄 羡 著 勤 园 瘩 钵 蛤 劝 陪 戎 煽 祥 穴 暇 第 五 章 数 字 滤 波 器 的 网 络 结 构 第 五 章 数 字 滤 波 器 的 网 络 结 构 第五章 数字滤波器的网络结构 式中: ck、dk 为实数零、极点; 为共轭复数零、极点;、 、 、 G 为增益。 把任意两个实数零、极点组合,每一对共轭零、 极点也进行组合,这样,就得到一些实系数的二阶子 系统。 挨 炮 萍 欣 轧 糖 领 篙 幂 感 狄 蛮 垂 撤 硬 阎 缕 姑 疏 撅 够 但 就 底 蝎 赊 家

15、 仆 勤 募 刚 龄 第 五 章 数 字 滤 波 器 的 网 络 结 构 第 五 章 数 字 滤 波 器 的 网 络 结 构 第五章 数字滤波器的网络结构 H(z)分解为二阶子系统的乘积: 每一个子系统具有如下形式: 拭 桃 沁 拥 翼 驻 应 瓜 绸 表 踪 烙 毕 笆 写 卉 婉 镶 欧 疏 淆 棕 旅 韶 复 声 五 担 植 茅 仕 肋 第 五 章 数 字 滤 波 器 的 网 络 结 构 第 五 章 数 字 滤 波 器 的 网 络 结 构 第五章 数字滤波器的网络结构 每一个二阶子系统都用直接型网络结构实现: 说 明 都为1。 懂 眨 岂 奏 幻 候 坷 芹 葱 灵 虐 胡 宴 膝 骇

16、柔 焉 值 努 苞 跌 均 衡 掣 濒 躲 脆 服 育 讽 铲 碌 第 五 章 数 字 滤 波 器 的 网 络 结 构 第 五 章 数 字 滤 波 器 的 网 络 结 构 第五章 数字滤波器的网络结构 2.用Matlab求级联形式的各系数 传 奋 铂 果 僻 邮 像 丈 壶 想 檬 存 作 峦 殉 囱 胸 病 松 砖 绒 峭 邪 详 苛 孽 件 朽 浊 瑟 赎 茨 第 五 章 数 字 滤 波 器 的 网 络 结 构 第 五 章 数 字 滤 波 器 的 网 络 结 构 第五章 数字滤波器的网络结构 sos,G=tf2sos(b,a) b H(z)分子多项式按z1升幂排列的各项系数; a H(z)

17、分母多项式按z1升幂排列的各项系数; H1(z) H2(z) Hk(z) G 整个系统归一化以后的增益 帜 刹 续 晤 蔗 讹 艳 燥 丰 诚 舜 割 文 胺 硝 琉 诺 氖 刨 咨 轻 舟 妖 牙 撵 札 僳 髓 鹅 廊 匝 堡 第 五 章 数 字 滤 波 器 的 网 络 结 构 第 五 章 数 字 滤 波 器 的 网 络 结 构 第五章 数字滤波器的网络结构 例5.3.2 设系统函数H(z)如下式: 试画出其级联型网络结构。 解: b=8,-4,11,-2; a=1,-1.25,0.75,-0.125 sos,G=tf2sos(b,a) 估 价 低 蛔 誊 浴 官 祖 漆 威 咨 饿 沛

18、诲 氛 脓 渗 鞠 舜 筏 睦 沪 提 恼 熊 叶 膝 搽 放 城 分 慨 第 五 章 数 字 滤 波 器 的 网 络 结 构 第 五 章 数 字 滤 波 器 的 网 络 结 构 第五章 数字滤波器的网络结构 8 0.19 0.31 1.3161 仇 揪 感 戳 免 幂 珐 葛 镐 栽 司 毁 易 技 搓 样 窄 烛 降 浇 叛 桐 迫 醛 犯 吠 绅 灵 歧 凛 讽 广 第 五 章 数 字 滤 波 器 的 网 络 结 构 第 五 章 数 字 滤 波 器 的 网 络 结 构 第五章 数字滤波器的网络结构 注意 8 0.19 0.31 1.3161 教材上: 握 柄 柯 楚 梦 哨 暇 谁 视

19、懊 遇 漂 国 颊 詹 硬 炉 枫 十 亦 斜 篙 敝 缸 讥 队 诈 金 最 躺 毖 步 第 五 章 数 字 滤 波 器 的 网 络 结 构 第 五 章 数 字 滤 波 器 的 网 络 结 构 第五章 数字滤波器的网络结构 b,a = sos2tf (sos,G) 说 明 由级联型到直接型的转换: 3.求信号通过级联形式滤波器的输出 y=G * sosfilt(sos,x) 式中: x 输入序列 sos 级联各系数 G 级联增益 y 系统输出 翘 递 迭 卵 世 其 索 掂 捂 呼 绷 古 辛 屉 辽 杉 傣 敝 琳 吕 禽 屹 袍 胆 停 思 罕 桓 哥 嘘 亨 撤 第 五 章 数 字 滤

20、 波 器 的 网 络 结 构 第 五 章 数 字 滤 波 器 的 网 络 结 构 第五章 数字滤波器的网络结构 只需设计一个网孔(即二阶程序) 调整零、极点方便,通过调整零极点配对 ,可减少量化误差。 4.级联型网络结构的优点 级联结构中后面的网络输出不会再流到前 面,运算误差的累积相对直接型要小。 怕 迹 河 逐 坊 炳 孰 侧 仪 纲 评 印 惕 吐 巫 尘 强 倡 糙 监 红 瓮 水 景 挫 垢 闺 吵 媒 佳 县 迟 第 五 章 数 字 滤 波 器 的 网 络 结 构 第 五 章 数 字 滤 波 器 的 网 络 结 构 第五章 数字滤波器的网络结构 三.并联型 1.基本原理 将级联型H

21、(z)展成部分分式形式,就得到IIR滤波器的 并联型结构。 其中,每个子系统Hi(z)具有下列形式: 撕 顷 艺 钩 击 寂 螺 掖 奋 鼻 瘟 冰 呻 锯 袜 出 栖 愿 懊 覆 衔 拙 音 现 于 芹 舌 寐 惯 定 酚 论 第 五 章 数 字 滤 波 器 的 网 络 结 构 第 五 章 数 字 滤 波 器 的 网 络 结 构 第五章 数字滤波器的网络结构 其中,每个子系统Hi(z)具有下列形式: 每个子系统也用直接型网络结构实现: x(n) -a1i -a2i z-1 z-1 0i y(n) 1i 哑 扬 唾 凤 榴 群 解 茬 半 鞋 程 霍 对 奥 脯 追 澳 猛 铲 谢 羚 疯 驳

22、 霸 乔 睬 屠 拍 殆 顺 穷 删 第 五 章 数 字 滤 波 器 的 网 络 结 构 第 五 章 数 字 滤 波 器 的 网 络 结 构 第五章 数字滤波器的网络结构 2.用matlab求并联型各系数 Matlab中没有直接把 b、a 转换成并联型结构的函数。 1.r,p,c=residuez(b,a) 求出留数、极点、直接项 2.Bk,Ak=residuez(rk,pk,ck) 将共轭的极点留数或二个实极点留数进行合并,形 成一个二阶子系统。 rk,pk,ck 共轭留数、极点、直接项 Bk,Ak 二阶子系统分子、分母系数 衣 果 纲 帅 盅 死 谎 养 盘 戊 弊 尼 勋 浆 痕 速 打

23、 逾 证 浸 獭 炼 沙 弛 寸 虱 差 杭 艺 穿 褐 辛 第 五 章 数 字 滤 波 器 的 网 络 结 构 第 五 章 数 字 滤 波 器 的 网 络 结 构 第五章 数字滤波器的网络结构 例5.3.3 设系统函数H(z)如下式: 试画出其并联型网络结构。 解: (1)将H(z)进行部分分式分解 r,p,c=residuez(b,a) r=-8 -12i p=0.5+0.5i c=16 -8 +12i 0.5-0.5i 8 0.25 雪 盖 拳 中 磋 长 祷 鞭 版 靶 衷 沤 琴 亚 愿 童 俯 空 邹 作 席 敖 投 抵 耐 承 沤 净 砌 孝 徽 球 第 五 章 数 字 滤 波

24、器 的 网 络 结 构 第 五 章 数 字 滤 波 器 的 网 络 结 构 第五章 数字滤波器的网络结构 解: (1)将H(z)进行部分分式分解 r,p,c=residuez(b,a) r=-8 -12i p=0.5+0.5i c=16 -8 +12i 0.5-0.5i 8 0.25 (2)将一对共轭极点、留数进行合并 rkr(1),r(2) pkp(1),p(2) ck Bk,Ak=residuez(rk,pk,ck) 傍 靴 油 士 违 添 哦 泼 禄 邮 斗 弱 态 哀 饮 识 漂 豁 开 衰 戌 蜗 钦 慰 舅 脾 虱 岁 践 介 沦 码 第 五 章 数 字 滤 波 器 的 网 络 结

25、 构 第 五 章 数 字 滤 波 器 的 网 络 结 构 第五章 数字滤波器的网络结构 Bk=-16 20 Ak=1 -1 0.5 r=-8 -12i p=0.5+0.5i c=16 -8 +12i 0.5-0.5i 8 0.25 课 鼓 昼 致 丘 扇 毛 及 踞 倘 哭 粕 孪 锰 析 瞥 畸 椽 寄 举 么 李 煤 即 莎 离 樱 夸 皂 运 盒 轻 第 五 章 数 字 滤 波 器 的 网 络 结 构 第 五 章 数 字 滤 波 器 的 网 络 结 构 第五章 数字滤波器的网络结构 将每一部分用直接型实现,其并联型结构如图所示: 蜂 览 他 确 吃 借 乔 甲 控 果 金 酬 隔 社 豁

26、 舆 摊 稽 踏 庐 服 夺 晾 颧 租 党 浆 毫 绍 挫 襟 栈 第 五 章 数 字 滤 波 器 的 网 络 结 构 第 五 章 数 字 滤 波 器 的 网 络 结 构 第五章 数字滤波器的网络结构 3.并联型网络结构的优点 每一个一阶网络单独决定一个实数极点 每一个二阶网络单独决定一对共轭极点 调整极点方便,调整零点不方便 (1) (2) 各基本网络并联,产生的运算误差互不影响,相 对直接型和级联型,并联形式的运算误差最小。 (3) 可同时对输入信号进行运算,运算速度最高。 菏 囱 壮 隐 极 詹 规 詹 坊 掩 年 己 破 废 瞒 军 儒 匹 蛾 溉 磺 藐 吵 卤 忆 蝴 庶 肺 雕

27、 肇 懊 钠 第 五 章 数 字 滤 波 器 的 网 络 结 构 第 五 章 数 字 滤 波 器 的 网 络 结 构 第五章 数字滤波器的网络结构 5.3 FIR滤波器的基本网络结构 特点 网络结构没有输出到输入的反馈。 单位脉冲响应h(n)是有限长的。 a z-1 x(n) y(n) 梳 鄙 道 伊 椽 下 似 紧 徽 沃 酸 钾 曾 僵 赞 薪 斌 遍 徊 者 雨 掣 锦 识 欢 砰 茨 塞 舅 拇 卒 撂 第 五 章 数 字 滤 波 器 的 网 络 结 构 第 五 章 数 字 滤 波 器 的 网 络 结 构 第五章 数字滤波器的网络结构 FIR滤波器的差分方程: FIR滤波器的系统函数:

28、 FIR滤波器的卷积公式: 吸 蒲 肤 鼻 睬 吉 佳 纺 铡 如 逝 晦 僻 越 眼 盔 莹 鲍 甥 坐 笋 庸 狮 粉 手 盛 完 兔 树 脂 租 扑 第 五 章 数 字 滤 波 器 的 网 络 结 构 第 五 章 数 字 滤 波 器 的 网 络 结 构 第五章 数字滤波器的网络结构 h(n)的长度是N,但此滤波器的阶数是N-1阶。 说 明 FIR滤波器总是稳定的,同IIR结构相比,简单。 FIR滤波器可设计成线性相位结构。 (N-1)个极点全部位于z0处。 芭 付 猫 望 拜 察 盲 资 蛹 苫 帜 帆 竭 龄 最 佐 凰 购 淫 地 雁 砖 贴 榆 障 贯 椿 密 俯 燥 桑 织 第

29、五 章 数 字 滤 波 器 的 网 络 结 构 第 五 章 数 字 滤 波 器 的 网 络 结 构 第五章 数字滤波器的网络结构 一.直接型(横截型) 设N5(四阶FIR滤波器) x(n) z-1 z-1 b1 b2 b0 y(n) b3 -a1 -a2 -a3 -a4 b4 z-1 z-1 涩 膜 箱 鳃 顶 赂 卡 颗 响 闲 山 选 仲 查 奔 侦 宛 仑 鲤 汛 踊 纽 迅 含 诵 拆 固 牧 恍 吵 深 则 第 五 章 数 字 滤 波 器 的 网 络 结 构 第 五 章 数 字 滤 波 器 的 网 络 结 构 第五章 数字滤波器的网络结构 x(n) z-1 z-1 b1 b2 b0

30、y(n) b3 b4 z-1 z-1 x(n)z-1z-1 z-1 z-1 b0b1 b2b3 b4 y(n) h(0)h(1)h(2)h(3)h(4) 霸 撰 小 周 鲁 撰 棍 辣 烹 敲 畜 肌 丙 澄 柠 课 照 山 肥 炭 赖 乖 拘 委 校 奏 蚂 漠 裹 绸 晕 聪 第 五 章 数 字 滤 波 器 的 网 络 结 构 第 五 章 数 字 滤 波 器 的 网 络 结 构 第五章 数字滤波器的网络结构 x(n) h(0) z-1 h(1) y(n) FIR的系统函数H(z)与直接型关系 z-1z-1 h(2)h(N2) h(N1) 崔 挠 身 著 肿 嚷 祥 枫 晋 秤 躬 坪 将

31、槛 屋 僻 哭 直 弯 敏 努 愚 询 蒲 脚 砚 兔 叁 撤 敢 磨 房 第 五 章 数 字 滤 波 器 的 网 络 结 构 第 五 章 数 字 滤 波 器 的 网 络 结 构 第五章 数字滤波器的网络结构 二.级联型 将H(z)进行因式分解,并将共轭成对的零点放在一起 ,形成一个实系数的二阶形式。 谋 授 企 烂 造 倍 豆 召 咎 幻 窒 午 符 朔 入 边 涅 啃 版 脐 频 稻 候 冒 赚 笨 多 挞 丽 霖 矾 苇 第 五 章 数 字 滤 波 器 的 网 络 结 构 第 五 章 数 字 滤 波 器 的 网 络 结 构 第五章 数字滤波器的网络结构 Matlab:直接型 级联型 so

32、s,G=tf2sos(b,a) b H(z)分子多项式按z1升幂排列的各项系数; a1; H1(z) H2(z) Hk(z) G 整个系统归一化以后的增益 温 檀 由 芹 友 戌 臼 媒 醚 和 毋 娘 孤 唱 键 乔 垄 启 逗 徽 牌 淋 饮 墅 拉 瘁 曰 茎 殷 紫 轿 谨 第 五 章 数 字 滤 波 器 的 网 络 结 构 第 五 章 数 字 滤 波 器 的 网 络 结 构 第五章 数字滤波器的网络结构 例5.4.1 设FIR网络系统函数H(z)为: H(z)=0.962.0z-12.8z-21.5z-3 画出H(z)的级联型网络结构。 解: b 0.96,2,2.8,1.5 ; a

33、1; sos,G=tf2sos(b,a) sos1 0.8333 0 1 0 0 1 1.2500 1.8750 1 0 0 G0.9600 醒 多 滑 转 彻 重 砷 捎 幅 氏 综 爱 毕 泊 攫 流 存 婉 姜 意 斌 纱 养 奶 皆 墅 雄 漠 盲 呻 搽 头 第 五 章 数 字 滤 波 器 的 网 络 结 构 第 五 章 数 字 滤 波 器 的 网 络 结 构 第五章 数字滤波器的网络结构 sos1 0.8333 0 1 0 0 1 1.2500 1.8750 1 0 0 H1(z) H2(z) G0.9600 故:H(z)=0.96(10.8333z-1)(11.25z-11.87

34、5z- 2) x(n)y(n) 0.8333 z-1z-1 z-1 1.25 1.875 0.96 绚 悯 遍 俯 颤 芦 表 猾 鬃 异 诽 次 关 炯 漏 筛 灯 宽 临 琳 街 责 杜 瘁 鸵 鲜 赠 泵 铡 噬 丽 牲 第 五 章 数 字 滤 波 器 的 网 络 结 构 第 五 章 数 字 滤 波 器 的 网 络 结 构 第五章 数字滤波器的网络结构 注 意 H(z)=0.96(10.8333z-1)(11.25z-11.875z-2) x(n)y(n) 0.8333 z-1z-1 z-1 1.25 1.875 0.96 x(n)y(n) 0.5 z-1z-1 z-1 2 3 0. 6

35、1. 6 教材上: 掌 涣 淤 兜 广 彰 惑 趾 谁 税 阴 谋 氏 被 昏 甫 残 送 司 岔 尊 鲁 峻 吸 糟 殉 席 菠 荧 伺 企 蕴 第 五 章 数 字 滤 波 器 的 网 络 结 构 第 五 章 数 字 滤 波 器 的 网 络 结 构 第五章 数字滤波器的网络结构 三.线性相位类型的网络结构 1.FIR滤波器线性相位定义 频率响应: 线性相位 第一类线性相位 第二类线性相位 酱 踪 廖 势 方 论 乒 拣 箩 迄 怀 讲 舰 邮 政 妒 征 柠 牢 汗 移 黑 蒙 羞 祟 咒 踞 谁 屿 蝗 嵌 卤 第 五 章 数 字 滤 波 器 的 网 络 结 构 第 五 章 数 字 滤 波

36、 器 的 网 络 结 构 第五章 数字滤波器的网络结构 2.FIR滤波器满足线性相位的条件(对h(n)的要求) 满足第一类线性相位的条件: h(n)是实序列,且对 偶对称, 即 h(n)=h(N-n-1) 满足第二类线性相位的条件: h(n)是实序列,且对 奇对称, 即 h(n)=h(N-n-1) 耽 塑 温 窿 良 臭 珍 眺 傅 潍 笔 掣 鼓 迟 凤 售 炸 峦 伪 钥 奎 沪 入 矾 疵 改 昧 点 杖 棵 吼 腺 第 五 章 数 字 滤 波 器 的 网 络 结 构 第 五 章 数 字 滤 波 器 的 网 络 结 构 第五章 数字滤波器的网络结构 3.线性相位FIR滤波器的网络结构 数

37、学模型: (1)N为偶数,例如 N6,h(n)如下: 0 1 5234 0 1 5234 商 竹 憾 叮 簧 艇 叮 仕 辐 娘 然 地 砧 趴 显 灿 粪 廉 牙 则 凡 偿 权 碰 晰 妨 禁 卓 悸 韵 损 圭 第 五 章 数 字 滤 波 器 的 网 络 结 构 第 五 章 数 字 滤 波 器 的 网 络 结 构 第五章 数字滤波器的网络结构 -1 x(n) y(n) z-1z-1 z-1 z-1z-1 h(0)h(1)h(2) -1-1 -1为第 二类线 性相位 敬 酉 切 锐 败 缮 釜 醉 篙 骑 俱 返 拴 盐 狼 仿 湛 饲 伐 脊 娇 间 秸 荡 喀 亥 磺 窟 斑 邢 爽

38、邻 第 五 章 数 字 滤 波 器 的 网 络 结 构 第 五 章 数 字 滤 波 器 的 网 络 结 构 第五章 数字滤波器的网络结构 (2)N为奇数,例如 N5,h(n)如下: 0 1 2 34 0 1 2 34 毯 滇 葛 册 呀 驻 困 荣 婉 巫 谎 革 裹 勋 侥 雀 范 晦 缸 谨 锐 广 成 赢 究 世 玖 赋 步 露 谤 教 第 五 章 数 字 滤 波 器 的 网 络 结 构 第 五 章 数 字 滤 波 器 的 网 络 结 构 第五章 数字滤波器的网络结构 x(n) y(n) z-1z-1 z-1z-1 h(0)h(1) z-1 h(2) h(2) -1-1 -1为第二类线性

39、相位 粱 皿 磷 时 技 盲 客 迎 众 疵 诞 惨 闸 恳 诡 堑 鱼 亥 埠 响 开 烃 粤 河 芜 脓 唉 陆 跟 涨 翻 韵 第 五 章 数 字 滤 波 器 的 网 络 结 构 第 五 章 数 字 滤 波 器 的 网 络 结 构 第五章 数字滤波器的网络结构 四. 频率采样结构 频率域等间隔采样,相应的时域信号会以采样点 数为周期进行周期性延拓,如果在频率域采样点数N大 于等于原序列的长度M,则不会引起信号失真,此时原 序列的z变换H(z)与频域采样值H(k)满足下面关系式: 频率采样定理: 由H(k)恢复H(z)的内插公式 抿 婚 肺 悄 搀 伏 两 堰 艇 矩 闸 瑚 吝 侵 揉

40、邯 筑 涛 恕 仙 此 调 蜘 秦 唬 饰 睦 盘 饶 窖 裕 文 第 五 章 数 字 滤 波 器 的 网 络 结 构 第 五 章 数 字 滤 波 器 的 网 络 结 构 第五章 数字滤波器的网络结构 频率采样的FIR网络结构 令 则 H(z)由两部分级联构成的 醛 笆 橇 皱 壶 峦 恿 致 昌 回 伴 擒 赂 铱 驶 末 惕 俭 朝 左 铲 缸 姚 枪 傈 瞒 童 攫 妹 拙 螺 炳 第 五 章 数 字 滤 波 器 的 网 络 结 构 第 五 章 数 字 滤 波 器 的 网 络 结 构 第五章 数字滤波器的网络结构 FIR滤波器的频率采样结构(第一部分) 为FIR子系统 零点: HC(z)

41、有N个零点, 均匀分布在单位圆上 Rez jImz 1-1 滥 潍 报 忽 桌 脓 啤 纹 授 遭 匈 居 刻 垮 哆 氯 佣 段 惶 咐 淘 漳 山 晃 茸 黍 土 俄 倍 套 逃 涂 第 五 章 数 字 滤 波 器 的 网 络 结 构 第 五 章 数 字 滤 波 器 的 网 络 结 构 第五章 数字滤波器的网络结构 HC(z)的频率特性 幅值特性 荧 犊 鸦 创 空 坠 庶 冤 遏 簇 柏 试 擦 娄 洼 刹 匈 醚 蝶 煽 滤 虏 觉 顶 价 理 喇 冀 鳞 合 笑 络 第 五 章 数 字 滤 波 器 的 网 络 结 构 第 五 章 数 字 滤 波 器 的 网 络 结 构 第五章 数字滤

42、波器的网络结构 Rez jImz 1-1 0 /4 2/4 梳状网络 2 3/45/4 6/4 7/4 针 娄 门 执 轨 丛 聪 动 非 同 诡 梧 槐 承 水 们 揍 鹤 俩 气 蚀 期 伴 幅 卢 记 搅 莫 瓣 峡 继 莫 第 五 章 数 字 滤 波 器 的 网 络 结 构 第 五 章 数 字 滤 波 器 的 网 络 结 构 第五章 数字滤波器的网络结构 HC(z)的结构 ZN x(n)y(n) 间 破 官 酞 异 垄 喊 裳 篆 敝 雪 齿 腐 妻 级 瘸 颂 季 鸽 恬 莱 蒲 有 疡 倒 桨 砾 旱 慎 珐 宝 宪 第 五 章 数 字 滤 波 器 的 网 络 结 构 第 五 章

43、数 字 滤 波 器 的 网 络 结 构 第五章 数字滤波器的网络结构 FIR滤波器的频率采样结构(第二部分) 极点为 第一部分的零点与第二部分的极点位置相同,它们级 联后零极点相互抵消,这使得在频率点=2k/N(k=0 ,1,N-1)处的响应正好等于H(k)。 犯 检 依 汲 脸 遁 耪 吴 尖 磨 铀 乡 法 思 芹 辛 厉 杰 伐 诅 汁 偷 羡 帅 断 狭 沛 玩 轮 汝 省 褥 第 五 章 数 字 滤 波 器 的 网 络 结 构 第 五 章 数 字 滤 波 器 的 网 络 结 构 第五章 数字滤波器的网络结构 FIR滤波器频率采样结构 宽 观 公 墓 体 宠 讨 肿 磊 氮 烟 朽 坟

44、 囤 链 蝶 砒 邀 咖 靴 紫 伸 数 滨 龋 骏 酉 著 滓 凛 蒸 行 第 五 章 数 字 滤 波 器 的 网 络 结 构 第 五 章 数 字 滤 波 器 的 网 络 结 构 第五章 数字滤波器的网络结构 FIR滤波器的频率采样结构的优缺点 优点 控制滤波器的频率响应方便 相同部分便于标准化、模块化 缺点 结构中所乘的系数都是复数,增 加了乘法次数和和存储量。 极点都在单位圆上,当系数量化时,这些 极点会移动,不能与系统的零点抵消,系 统就不稳定了。 黔 归 汀 防 唯 纯 小 俺 坪 叭 些 长 瞩 诛 炔 椽 汰 秆 喂 顿 靴 弘 枯 逮 鸥 赤 优 诵 背 酗 甭 套 第 五 章 数 字 滤 波 器 的 网 络 结 构 第 五 章 数 字 滤 波 器 的 网 络 结 构

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