北京邮电大学《数字信号处理》门爱东-dsp04-iir 数字滤波器设计和实现PPT课件.ppt

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数字信号处理
Digital Signal Processing
第 4 章 IIR 数字滤波器设计和实现
主题概述
1 -绪论
2 -离散时间信号和离散时间系统
3 -离散傅里叶变换及其快速计算方法
4 –IIR 数字滤波器设计和实现
) 概述
) 模拟滤波器设计
) 模拟滤波器的数字仿真
) 冲激响应不变法
) 双线性变换法
) 高通、带通和带阻 IIR DF 的设计(数字频率变换)
) IIR 数字滤波器的计算机辅助设计
) IIR 数字滤波器的实现结构
) IIR 数字滤波器的应用
) 本章小结
5 –FIR 数字滤波器设计和实现
6 –数字信号处理中的有限字长效应
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滤波器:选择所需的某一或某些频带的信号,而抑制不需要的其它频带的信号。
通带:滤波器中使信号通过的频带,通带边缘所对应的频率称为通带截止频率。
阻带:抑制信号或噪声通过的频带。
过渡带:从通带到阻带的过渡频率范围。
IIR DF:概述
通带
阻带
过渡带
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分类:
输入输出信号:模拟和数字滤波器
单位取样响应或实现网络结构:IIR DF 和 FIR DF
通频带:
低通滤波器:只允许低频信号通过而抑制高频信号。例如,可用低通滤波器消除旧音乐录音带中的背景噪声。
高通滤波器:只允许高频信号通过而抑制低频信号。例如,声纳系统可用高通滤波器消除信号中的船和海浪的低频噪声,保留目标特征。
带通滤波器:允许某一频带的信号通过。例如,数字电话双音多频(DTMF)信号的解码,每个电话键产生一对音频信号,其中一个信号对按键的行编码,另一个对列编码,接收端通过一组带通滤波器来识别每个按键。
带阻滤波器:抑制某一频带的信号。例如,从复合电视信号中滤除频分复用的色度信号,以便得到亮度信号。
IIR DF 概述:分类
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IIR DF 概述:分类
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数字域性能指标
通带截止频率ωp
通带波动Ap(dB,相对指标)或通带容限δp(绝对指标)
阻带起始频率ωs
阻带衰减 As(dB,相对指标)或阻带容限δs(绝对指标)。
容差图
通带波动
过渡带
阻带衰减
ω
1
1-δp
1+δp
δs
0
ωp
ωs
π
绝对指标
通带波动
过渡带
ω
Ap
0
As
相对指标
|H(ejω)|
理想特性
Butterworth, Chebyshev,Cauer(椭圆)
|H(ejω)| (dB)
IIR DF 概述:性能指标
最重要的设计参数:频带容限(波动)和频带边缘频率
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IIR DF 概述:设计过程
性能指标确定
按需要确定滤波器的性能要求,比如确定所要设计的滤波器是低通、高通、带通还是带阻,截止频率是多少,阻带的衰减有多大,通带的波动范围是多少等。
系统函数确定
用一个因果稳定的系统函数(或差分方程、冲激响应h(n)) 去逼近上述性能要求。此系统函数可分为两类,即 IIR 系统函数与 FIR 系统函数。
算法设计
用一个有限精度的运算去实现这个系统函数(速度、开销、稳定性等)。这里包括选择算法结构,如级联型、并联型、正准型、横截型或频率取样型等等;还包括选择合适的字长以及选择有效的数字处理方法等。
实施方法
硬件实现、软件实现。
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IIR DF 设计的目的就是确定滤波器的各系数 ak、bk,或者零极点 ci、di,使滤波器的性能满足要求。
S 平面逼近:模拟滤波器 H(s)
Z 平面逼近:数字滤波器 H(z)
IIR DF 概述:设计方法
用一因果稳定的离散 LSI 系统函数逼近给定的性能要求:
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