第三章数字滤波器的原理与设计教材ppt课件.ppt

《第三章数字滤波器的原理与设计教材ppt课件.ppt》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、DSP原理与实训指导新世纪高职高专教材编审委员会组编主编　喻宗泉第三章数字滤波器的原理与设计3.1数字信号在系统中的处理3.2IIR数字滤波器的原理与设计3.3FIR数字滤波器的原理与设计3.4自适应滤波器3.5数字滤波器的MATLAB实现3.1数字信号在系统中的处理信号处理就是对信号（观测数据）进行所需要的变换，或按照预定的规则进行简单或复杂的数学运算，使之便于分析、识别和加以利用。信号处理一般包括：变换、滤波、检测、频谱分析、调制解调和编码解码等。信号处理按信号的标识和处理形式分为“模拟信号处理”和“数字信号处理”。模拟信号处理采用模拟设备对模拟信号进行处理。模拟信

2、号处理的优点是它具有实时性和简易性，但由于模拟系统的局限性，不能进行复杂的信号处理任务。数字信号处理是利用专用或通用数字系统（包括计算机）以二进制计算的方式对数字信号进行处理。数字信号处理系统具有很多优点，可以完成复杂的处理任务。3.1数字信号在系统中的处理用数字方法处理模拟信号的过程Ha(s)称作前置模拟低通滤波器，它的作用是对模拟信号进行预处理，改善信号的带限性能，有利于后续的采样，具有抗混叠作用；采样的作用是对滤波后的模拟信号x(t)进行自变量t的离散化，T为均匀采样间隔；ADC是模数转换器，是对采样后的信号进行幅度二进制量化，使信号变成离散的二进制数据x(n)；

3、3.1数字信号在系统中的处理H(z)表示一个DSP系统，它包含具体的数字信号处理算法，完成对x(n)的处理；DAC是数模转换器，它把处理后的数字信号y(n)转换成模拟信号y(t)，若系统不要求输出是模拟信号，这一环节可以省去；Hr(s)表示一个模拟低通滤波器，它的作用是平滑DAC的输出，滤除DAC引起的高频噪声。在这个典型的处理系统中，H(z)是核心环节，数字信号处理研究的主要任务是在理论上建立一套描述x(n)，y(n)，H(z)特性的方法和算法，并研究在工程上如何实现这一系统。3.1数字信号在系统中的处理数字滤波器(Digitalfilter,DF)是指输入输出都是数

4、字信号的滤波器，它的功能是将输入的数字信号通过一定的运算关系变为所需要的输出数字信号。描述输入x(n)和输出y(n)的关系有以下4种方法：⑴差分方程：⑵时域卷积：其中h(n)是系统的单位脉冲响应。3.1数字信号在系统中的处理⑶复频域的z变换其中H(z)是系统的系统函数，且⑷频域的离散傅立叶变换：其中H(k)是系统的频域采样函数。3.1数字信号在系统中的处理用框图或信号流程图可以表示基本运算单元和数字滤波器的运算结构。如图3-2所示，用方框图表示明显直观，用流程图表示则更加简单方便。以二阶数字滤波器为例，其方框图如图3-3所示。图3-2基本运算的方框图表示和流图表示图3-

5、3二阶数字滤波器的方框图3.1数字信号在系统中的处理线性信号流图本质上与方框图表示法等效，只是符号上的差异。图3-3的二阶数字滤波器的等效信号图结构如图3-4所示。图3-4图3-3的二阶数字滤波器的信号流图结构图中1，2，3，4，5称为网络节点，x(n)处为输入节点或源节点，表示注入流图的外部输入或信号源，y(n)处为输出节点或称阱节点。节点之间用有向支路相连接，每个节点可以有几条输入支路和几条输出支路，任一节点的节点值等于它的所有输入支路的信号之和。3.1数字信号在系统中的处理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，

6、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。由此可得到图3-4的各节点值为3.1数字信号在系统中的处理源节点没有输入支路，阱节点没有输出支路。如果某节点有一个输入、一个或多个输出，则此节点相当于分支节点；如果某节点有两个或两个以上的输入，则此节点相当于相加器。因而节点2，3，4相当于两个分支点，节点1，5相当于相加器。由此可知，对分支节点2有从而得出这样我们就能清楚地看出运算步骤和运算结构。不同的运算结构所需的存储单元及乘法次数是不同的，前者影响复杂性，后者影响运算速度。此外，在有限精度（有限字长）情况下，不同运算结构的误差、稳定性是不同的。

7、3.2IIR数字滤波器的原理与设计利用模拟滤波器来设计IIR数字滤波器是最常见的方法。3.2.1模拟滤波器的设计简介模拟滤波器设计中的主要设计指标是通带截止频率、阻带截止频率、3dB截止频率、通带最大衰减等。需要由这些指标求出低通模拟滤波器的系数函数H(s)，使H(s)的幅度平方函数满足给定指标。在设计模拟滤波器时,往往选择一些经典模拟滤波器形式，常见的有巴特沃兹滤波器、切比雪夫滤波、贝塞尔滤波器、椭圆函数滤波器等。3.2IIR数字滤波器的原理与设计3.2.1模拟滤波器的设计简介巴特沃兹滤波器1巴特沃兹低通滤波器的幅度平方函数的定义如下：