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数字信号处理-课件 第8章 无限长冲激响应数字滤波器设计.pptx

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§8-1引言

目§8-2FIR线性相位滤波器的特点

§8-3窗函数设计法

录§8-4频率抽样设计法

§8-5FIR滤波器的最优化设计

§8-6IR与FIR数字滤波器的比较

§8-8本章总复习

8.1引言

IIR数字滤波器的优点是可以利用模拟滤波器的设

计经验和结果,模拟滤波器的设计有成熟的数学方法

和现成的图表可查,简单方便。

IR滤波器的主要缺点是难以实现严格的线性相位

特性。

线性相位滤波器应用广泛,如音乐厅的声音传输系

统、图像和通信传输系统在内的很多应用系统常常要

求具有严格的线性相位特性。

FIR滤波器由于可实现严格的线性相位而具有独特

的优势,线性相位滤波器不会改变输入信号的形状,

只是将信号延迟了若干个抽样间隔.

FIR滤波器的单位抽样响应为有限长序列,既具有

恒定的稳定性,又可以采用FFT算法提高运算效率和实

2024年12月22日9时59分3

8.1引言

另外,经过足够的延时,一个非困果有限长序

列能成为因果有限长序列,可以采用因果系统实现

o

FIR滤波器的不足之处是,对于同样的衰减特

性,FIR滤波器的系统阶数比IIR滤波器系统阶数

要高很多.

由于系统函数H(z)结构的不同,IIR滤波器设

计中的各种变换方法对FIR滤波器是不适用的。

线性相位FIR滤波器的设计主要包括窗函数设

计法、频率抽样法和最优化设计法。

2024年12月22日9时59分

8.2FIR线性相位滤波器的特点

概述

FIR滤波器是非递归型线性时不变因果系统,其

单位抽样响应h(n)是有限长序列,它的z变换为

FIR滤波器系统函数的主要特点如下:

(1)H(z)是关于z¹的(N-1)阶多项式;

(2)系统函数在有限z平面上有(N-1)个零点

,零点可以分布于z平面的任意位置;系统函数

H(z)在原点z=0处有(N-1)阶重极点。

8.2.1线性相位应满足的条件

h(n)对应的z变换为H(z),其频率响应为

实际滤波器系统的单位抽样响应h(n)为实

序列,因此有

H(eO)=H(w)ei⁰()

θ(w)具有如下两种类型的线性相位:

(1)θ(w)=-aw

(2)θ(w)=β-aw

式中,a,β均为常数

两类线性相位的群延迟都为常数为:

1.第一类线性相位条件

满足式(1)的线性相位特性的系统称为第一类线性

相位滤波器或第一类线性相位系统,即滤波器具有经

过原点的线性相位特性。

将线性相位条件代入频率响应表达式,可得:

因此,第一类线性相位(过原点的线性相位)滤波器的

h(n)具有如下关系:

化简可得

即线性相位滤波器必须满足如下条件

这是FIR滤波器具有第一类线性相位(相位特性过

原点的线性相位)的充分必要条件,即:

h(n)=h(N-1-n),O≤n≤N-1

(1)延时α等于h(n)长度N-1的一半,即α=(N-1)/2;

(2)滤波器的h(n)偶对称,并以n=(N-1)/2为对称中心.

N为奇数时,延时α为整数;N为偶数时,延时为整数

加半个抽样周期。

2.第二类线性相位条件

满足式(2)所示的线性相位特性称为第二类线性

相位滤波器或第二类线性相位系统,该类型的滤波

器相位特性在纵轴上经过±π/2。

代入线性相位条件,可得:

化简可得

因此,线性相位滤波器必须满足如下条件

-

β=±2

h(n)=h(N-1-n),0≤n≤N-1

这是FIR滤波器具有第二类线性相位的充分

必要条件

(1)延时α等于h(n)长度N-1的一半,即α=(N-1)/2;

(2)β=±(π/2),表明此时除具有线性相位之外,还有

±π/2的固定相移.

(3)h(n)奇对称,并以n=(N-1)/2为奇对称中心。

由于h(n)具有奇对称性,当N为奇数时有:

根据h(n)的对

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