数字滤波器的基本结构.ppt

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IIR滤波器的基本结构
FIR滤波器的基本结构
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第5章 数字滤波器的基本结构
数字滤波器结构的表示方法
数字滤波器是数字信号处理的一个重要组成部分。数字滤波实际上是一种运算过程，其功能是将一组输入的数字序列通过一定的运算后转变为另一组输出的数字序列，因此它本身就是一台数字式的处理设备。数字滤波器一般可用两种方法实现：1)根据描述数字滤波器的数学模型或信号流图，用数字硬件装配成一台专门的设备，构成专用的信号处理机；2)直接利用通用计算机，将所需要的运算编成程序让计算机来执行， 即用软件来实现数字滤波器。
数字滤波器是离散时间系统，所处理的信号是离散时间信号。一般时域离散系统或网络可以用差分方程、单位脉冲响应以及系统函数进行描述。如果一个数字滤波器可以用系统函数表示为
(5-1)
则描述系统输入、输出关系的N阶常系数差分方程为
(5-2)
壹
对于同一个系统函数H(z)， 对输入信号的处理可实现的算法有很多种，每一种算法对应于一种不同的运算结构（网络结构）。
肆
基本运算单元常用两种表示方法表示：1）方框图法；2）信号流图法。
叁
例：
贰
对应于每一种不同的运算结构，都可用三种基本的运算单元来实现：1）乘法器；2）加法器；3）单位延时。
方框图表示法 信号流图表示法
图 5-1 基本运算的方框图表示及信号流图表示
二阶数字滤波器：
信号流图是一种有向图，它用箭头的有向线段来代表一条支路，箭头的方向代表信号流动的方向，有向线段上标注出支路的传输值。
源节点或输入节点
阱节点或输出节点
加法器
分支节点
●
输入支路的信号值等于这一支路起点处节点信号值乘以支路上的传输系数。如果支路上不标传输系数值，则认为其传输系数为1，而延迟支路则用延迟算子z-1表示，它表示单位延时。
IIR滤波器的基本结构
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;
③结构上存在着输出到输入的反馈, 即结构上是递归型的.
无限长单位冲激响应滤波器有如下几个特点：
IIR滤波器的结构分类：
直接Ⅰ型
直接Ⅱ型
级联型
并联型
N阶的IIR滤波器的系统函数和常系数差分方程为
01
系统的输出y(n)由两部分构成：第一部分 是一个对输入x(n)的M阶延时链结构，每阶延时抽头后加权相加，构成一个横向结构网络。 第二部分 是一个对输出y(n)的N阶延时链的横向结构网络，是由输出到输入的反馈网络。由这两部分相加构成输出y(n) ，其结构图如图5-4。
02
一、直接Ⅰ型结构
图5-4 实现N阶差分方程的直接I型结构
实现系统函数零点
实现系统函数极点
共（M+N）个延时单元
一个线性移不变系统，若交换其级联子系统的次序，系统函数是不变的，即总的输入输出关系不改变。
二、直接Ⅱ型（典范型、正准型）结构
实现系统函数极点
实现系统函数零点
图5-5 直接I型的变型