DSP第5章1.ppt

第五章学习目标 理解数字滤波器的基本概念 了解最小相位延时系统 理解全通系统的特点及应用 掌握冲激响应不变法 掌握双线性变换法 掌握Butterworth低通滤波器的特点 了解利用模拟滤波器设计IIR数字滤波器的设计过程 了解IIR滤波器基本结构 本章作业练习 P143: 1（1） 2（仅采用双线性变换法） 4 第五章 IIR数字滤波器的设计方法 数字滤波器： 一、数字滤波器的基本概念 1、数字滤波器的分类 按功能分：低通、高通、带通、带阻、全通滤波器 按实现的网络结构或单位抽样响应分： 2、数字滤波器的设计过程 3、数字滤波器的技术要求 选频滤波器的频率响应： 4、表征滤波器频率响应的特征参量 幅度平方响应 相位响应 5、IIR数字滤波器的设计方法 先设计模拟滤波器，再转换为数字滤波器 5.1.3 相位延时和超前系统 线性移不变系统的系统函数 5.1.3 相位延时和超前系统 5.1.3 相位延时和超前系统 因果稳定系统 5.1.3 相位延时和超前系统 5.1.3 相位延时和超前系统 逆因果稳定系统 5.1.3 相位延时和超前系统 5.1.3 相位延时和超前系统 * * 是指输入输出均为数字信号，通过一定运算关系改变输入信号所含频率成分的相对比例或者滤除某些频率成分的器件。 高精度、稳定、体积小、重量轻、灵活，不要求阻抗匹配，可实现特殊滤波功能 优点： 经典滤波器： 现代滤波器： 选频滤波器 维纳滤波器 卡尔曼滤波器 自适应滤波器等 FIR滤波器（N-1阶） IIR滤波器（N阶） 用一个因果稳定的离散LSI系统的系统函数H(z)逼近此性能指标 按设计任务，确定滤波器性能要求，制定技术指标 利用有限精度算法实现此系统函数：如运算结构、字长的选择等 实际技术实现：软件法、硬件法或DSP芯片法 为幅频特性：表示信号通过该滤波器后 各频率成分的衰减情况 为相频特性：反映各频率成分通过滤波器 后在时间上的延时情况 理想低通滤波器为非因果系统，物理上不可实现，只能以实际滤波器逼近 理想滤波器 实际滤波器 通带: ， 阻带: ， 阻带截止频率 通带截止频率 过渡带： ：通带容限 ：阻带容限 通带允许的最大衰减(波纹) 阻带应达到的最小衰减 其中 当 时 称为3分贝截止频率 的极点既是共轭的，又是以单位圆成镜像对称的 H(z)的极点：单位圆内的极点 相位响应： 群延迟响应 相位对角频率的导数的负值 若滤波器通带内 = 常数， 则为线性相位滤波器 用一因果稳定的离散LSI系统逼近给定的性能要求： 即为求滤波器的各系数： 计算机辅助设计法 s平面逼近：模拟滤波器 z平面逼近：数字滤波器 系统频率响应 由于线性时不变系统的冲激响应为实数，故 只能是实数 模 相位角 当 位于单位圆内的零/极矢量角度变化为 位于单位圆外的零/极矢量角度变化为 0 令： 单位圆内零点数为mi 单位圆外的零点数为mo 单位圆内的极点数为pi 单位圆外的极点数为po 5.1.3 相位延时和超前系统 全部极点在单位圆内：po = 0，pi = N n 0时，h(n) = 0 相位延时系统 5.1.3 相位延时和超前系统 1）全部零点在单位圆内： 2）全部零点在单位圆外： 为最小相位延时系统 为最大相位延时系统 相位延时系统 全部极点在单位圆外：po = N，pi = 0 相位超前系统 n 0时，h(n) = 0 1）全部零点在单位圆内： 2）全部零点在单位圆外： 为最大相位超前系统 为最小相位超前系统 相位超前系统 最小相位延时系统的性质 1）在 相同的系统中，具有最小的相位滞后 2）最小相位延时系统的能量集中在 n = 0 附近， 而总能量相同 5.1.3 相位延时和超前系统