四章数字滤波器的结构.ppt

幸 糖 貌 筷 仕 恳 诞 计 粕 规 桐 泌 它 啸 锅 憋 蕉 视 浇 霍 蜗 矮 筛 五 蹄 澳 纯 瑰 豹 萄 玖 其 四 章 数 字 滤 波 器 的 结 构 四 章 数 字 滤 波 器 的 结 构 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 何 空 癣 竖 滓 橇 颐 宜 蛋 恢 樟 饶 凉 妇 樱 挺 商 余 擦 酿 菲 肝 播 剃 朝 贿 疲 霄 尧 醋 新 颤 四 章 数 字 滤 波 器 的 结 构 四 章 数 字 滤 波 器 的 结 构 1第四章第1讲 1 数字网络的信号流图表示 l信号流图的基本概念 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。 通 毙 醉 舅 鸯 垦 想 坞 悄 绩 梅 层 甭 苫 幕 嗣 瓶 缨 绅 脏 年 腮 桌 忻 捎 吹 妇 认 傲 萝 恭 赵 四 章 数 字 滤 波 器 的 结 构 四 章 数 字 滤 波 器 的 结 构 2 第四章第1讲 1 数字网络的信号流图表示 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 通路 ：沿同一方向传输的连通支路 耕 医 湛 铆 泪 巨 申 沼 塘 脏 卖 膘 史 帛 铱 栖 莆 彩 悸 志 纲 棍 电 烽 沤 工 煎 死 鸳 摄 豪 哗 四 章 数 字 滤 波 器 的 结 构 四 章 数 字 滤 波 器 的 结 构 3 第四章第1讲 数字网络的信号流图表示数字网络的信号流图表示 环路：闭合的通路 环路增益 ： 环路中所有支路增益之积 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 前向通路增益：前向通路中所有支路增益之积 l计算信号流图的梅森公式 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。 搐 仗 遭 剁 螺 沏 色 锑 乒 庶 段 豆 棠 奔 竞 了 靴 邀 览 馒 棵 椭 析 姻 伸 滁 历 扣 余 我 沈 砍 四 章 数 字 滤 波 器 的 结 构 四 章 数 字 滤 波 器 的 结 构 4 第四章第1讲 l信号流图的转置定理 数字网络的信号流图表示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 斧 易 荤 旱 箱 请 妥 碾 漠 手 诽 棒 蚀 崇 气 灰 滓 据 不 审 乞 枫 举 咏 饵 靶 疙 版 滁 乍 诵 沈 四 章 数 字 滤 波 器 的 结 构 四 章 数 字 滤 波 器 的 结 构 5 第四章第1讲 2 I I R 数字滤波器的结构 lI I R 数字滤波器的结构分类 I I R I I R 数字滤波器数字滤波器 直接型 级联型 转置型 并联型 直接型 直接型 窜 言 架 舞 鹃 缺 峻 宅 羞 傻 然 猜 堂 拐 境 泡 姬 槽 舍 葫 腰 杉 辣 术 赦 娃 刃 款 莆 样 康 蜡 四 章 数 字 滤 波 器 的 结 构 四 章 数 字 滤 波 器 的 结 构 6 第四章第1讲 l直接型 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 I I R 数字滤波器的结构数字滤波器的结构 涝 扶 麻 哺 盗 指 趁 质 俯 揭 赞 獭 谤 亩 顷 那 栈 酞 瘪 葫 砷 归 君 蛇 祷 蓟 埃 需 巡 砸 猴 肆 四 章 数 字 滤 波 器 的 结 构 四 章 数 字 滤 波 器 的 结 构 7 第四章第1讲 I I R I I R 数字滤波器的结构数字滤波器的结构 2、I I R数字滤波器的直接 （）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 （） 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 （）型结构 ”【图(b)】 直 接 型 直 接 型 颜 茧 蜀 苛 哑 迎 砾 剩 伙 臣 梅 丽 满 厚 咒 熟 初 针 署 盎 欲 邻 掂 觉 朋 股 团 邑 杜 戒 怯 揩 四 章 数 字 滤 波 器 的 结 构 四 章 数 字 滤 波 器 的 结 构 8 第四章第1讲 l级联型 I I R I I R 数字滤波器的结构数字滤波器的结构 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 困 斜 蛤 头 年 熬 痪 磨 缄 琴 噪 急 袍 屁 菊 伐 妇 唤 袖 辰 归 灼 嗅 麻 馏 熙 榨 周 哇 韶 晦 欲 四 章 数 字 滤 波 器 的 结 构 四 章 数 字 滤 波 器 的 结 构 9 第四章第1讲 I I R I I R 数字滤波器的结构数字滤波器的结构 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 L3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 ” l并联型 对 实施以下部分分式展开： 屈 滁 钡 关 嘶 警 婿 抉 鹅 赏 辖 幢 巨 票 澄 白 樱 扬 俏 投 砂 篙 遂 扬 洪 料 叭 痘 痒 饶 失 拇 四 章 数 字 滤 波 器 的 结 构 四 章 数 字 滤 波 器 的 结 构 10 第四章第1讲 I I R I I R 数字滤波器的结构数字滤波器的结构 其中N=L+2P。若M<N，Bk=0；若M=N，仅B0存在。若 MN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 ” 宏 洪 秤 亨 睬 眼 赐 谜 袖 跃 残 扑 以 纵 衣 浦 漱 决 纽 武 蔫 临 怯 纺 捆 迄 党 堕 疙 砸 谱 香 四 章 数 字 滤 波 器 的 结 构 四 章 数 字 滤 波 器 的 结 构 11 第四章第1讲 l转置型 I I R I I R 数字滤波器的结构数字滤波器的结构 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 液 肢 池 辩 执 屑 阐 铱 沮 喉 羡 捞 奄 算 抖 而 皱 尉 僻 伙 膘 佐 框 斯 兆 儿 箭 远 研 幌 跃 清 四 章 数 字 滤 波 器 的 结 构 四 章 数 字 滤 波 器 的 结 构 12 第四章第1讲 lI I R 数字滤波器几种结构的比较 I I R I I R 数字滤波器的结构数字滤波器的结构 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。 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。 斌 剂 钢 渭 缴 晓 上 颤 陨 巫 驳 三 幸 搂 详 珍 父 友 怕 蹦 序 弱 各 锹 两 峭 脾 曙 毫 尼 瘁 脑 四 章 数 字 滤 波 器 的 结 构 四 章 数 字 滤 波 器 的 结 构 13 第四章第1讲 I I R I I R 数字滤波器的结构数字滤波器的结构 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。 转置型的性能与和它们对应的结构性能相同。 l典型例题 例： 已知系统的传输函数为： 试画出直接II型、级联型和并联型结构流图。 忙 掀 日 琳 颗 纬 茹 析 斋 晌 柑 冻 钎 钩 衙 画 睛 喇 当 悟 樱 嘲 禾 怪 期 威 并 兢 幼 姓 蕉 挞 四 章 数 字 滤 波 器 的 结 构 四 章 数 字 滤 波 器 的 结 构 14 第四章第1讲 I I R I I R 数字滤波器的结构数字滤波器的结构 解： 由此可画出直接II型结构的流图 将原式写成 的有理分式，可得 电 嘲 绦 沽 抠 埋 涩 束 步 仍 逞 斤 襄 亩 透 豺 及 吓 盛 雹 蝉 殊 猴 遂 楞 生 体 摆 婪 傀 住 拳 四 章 数 字 滤 波 器 的 结 构 四 章 数 字 滤 波 器 的 结 构 15 第四章第1讲 I I R I I R 数字滤波器的结构数字滤波器的结构 解： 将上式写成级联的形式 由此得到级联型结构的流图 刨 磐 交 氦 嘿 貌 役 蛆 便 校 全 地 侗 稚 丧 抱 灰 掇 坏 矛 邻 双 喉 坞 噬 只 坟 湃 蔓 集 硷 莱 四 章 数 字 滤 波 器 的 结 构 四 章 数 字 滤 波 器 的 结 构 16 第四章第1讲 I I R I I R 数字滤波器的结构数字滤波器的结构 解： 将H(z)进行部分分式展开得： 由此得到并联型结构的流图 侨 涌 瞒 熟 广 渠 坤 嚼 辣 纬 虫 逾 版 咐 钥 馅 沸 棚 陨 芥 习 蓖 耙 叭 三 彤 驳 达 懦 间 炭 增 四 章 数 字 滤 波 器 的 结 构 四 章 数 字 滤 波 器 的 结 构 17 第四章第1讲