四章数字滤波器结构.ppt

第四章第1讲 第四章 数字滤波器的结构 数字网络的信号流图表示 IIR数字滤波器的结构 FIR数字滤波器的结构 数字滤波器的格形结构 §1 数字网络的信号流图表示 信号流图的基本概念 §1 数字网络的信号流图表示 计算信号流图的梅森公式 信号流图的转置定理 §2 I I R 数字滤波器的结构 I I R 数字滤波器的结构分类 直接型 级联型 并联型 转置型 I I R 数字滤波器几种结构的比较 典型例题 第四章第1讲 * 第四章第1讲 * 1、定义：信号流图是一种有向图，它用带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。 支路的两个端点称为节点；每个节点处的信号称为节点变量，节点变量的大小等于流入节点变量之和；只有信号流出没有信号流入的节点称为源节点或输入节点；只有信号流入没有信号流出的节点称为汇节点或输出节点。 2、线性时不变系统的3种基本运算单元的流图形式 3、基本概念 ① 通路 ：沿同一方向传输的连通支路 数字网络的信号流图表示 ② 环路：闭合的通路 ③ 环路增益 ： 环路中所有支路增益之积 ④ 前向通路 ：从输入节点到输出节点通过任何节点仅一次的通路 ⑤ 前向通路增益：前向通路中所有支路增益之积 若网络的信号流图已知，其系统函数H(z)可由以下梅森公式来计算。 ?称为流图的特征多项式。且?=1-（所有环路增益之和）+（每两两不接触的环路增益乘积之和）-（每三三不接触的环路增益乘积之和）+…… 表示第k条从源节点到输出节点的前向通路的增益。这里k代表前向通路号。 ?k 表示去掉第k条前向通路后，剩下的流图的特征多项式。 数字网络的信号流图表示 若将信号流图中所有分支的方向反转，保持各支路的增益不变，并将网络的输入与输出交换位置，则网络的输入输出响应不变。 例如，下图中的两个流图具有相同的系统函数 I I R 数字滤波器 直接型 级联型 转置型 并联型 直接Ⅱ型 直接Ⅰ型 1、I I R数字滤波器的直接 （I）型结构 采用信号流图所定义的符号，直接画出差分方程对应系统的信号流图结构称为直接 （I）型结构。 M=N I I R 数字滤波器的结构 I I R 数字滤波器的结构 2、I I R数字滤波器的直接 （Ⅱ）型结构 将“ I I R 数字滤波器的直接 （I）型结构”中的延时单元 尽可能减少的一种流图结构，称为直接 （Ⅱ）型结构。 例如：将“ I I R 数字滤波器的直接 （I）型结构 ”【图(a)】中间两部分的延时单元合并，得到“ I I R 数字滤波器的直接 （Ⅱ）型结构 ”【图(b)】 直 接 Ⅱ 型 直 接 Ⅰ 型 I I R 数字滤波器的结构 零点 极点 设 M=N , ∵ 、 为实数，∴ 、 均共轭成对出现，故可将共轭成对的零、极点配成二次有理分式形式： 或 二阶节 I I R 数字滤波器的结构 二阶节的个数L：N为偶数时，L=N/2 N为奇数时，L=【 N/2】+1 “取整” 例：N=6 时，某系统须采用 L＝3个“二阶节”来“级联”构成，其流图如下所示： 这类结构称为 “ IIR滤波器级联型结构 ” 对 实施以下部分分式展开： I I R 数字滤波器的结构 其中N=L+2P。若MN，Bk=0；若M=N，仅B0存在。若M≤N有： 一阶节 二阶节 例：某系统采用并联结构流图如下所示： 这类结构称为 “ IIR滤波器并联型结构 ” I I R 数字滤波器的结构 根据信号流图的转置定理，可得相应的流图结构的转置型结构。 直接II型结构中的转置型结构 I I R 数字滤波器的结构 ① 直接I型和直接II型实现起来具有简单直观的特点。需要(M+N)个加法器和(M+N)个乘法器，直接II型比直接I型节省M个延时单元，在M=N的情况下，需要N个延时单元。 直接性的主要缺点在于差分方程的系数ak，bk对滤波器的性能控制不直接，同时由于其高度反馈性，容易出现不稳定或产生较大误差。 ② 级联型结构的特点是每个二阶节是相互独立的，可分别通过调整各个 “ 零极点对 ” 来对滤波器性能进行较好的控制，且各二阶节的顺序可重排，能有效的减少有限字长效应。实现需要(M+N)个加法器、(M+N)个乘法器和N个延时单元。该结构应用最广泛。 I I R 数字滤波器的结构 ③ 并联型结构使用的加法器，乘法器，延时单元基本与级联结构相同。它的每个一阶节单独确定一个实数极点，每个二阶节确定一对共轭极点，各条支路互不影响；它只能独立的调整各极点的位置，不能单独调整零点的位置；此外，由于各基本节是并联的，故并联结构的误差比级联结构的运算误差小。