4.1数字滤波技术.ppt

数字滤波和模拟滤波的对比图示 数字滤波和模拟滤波的对比表 维纳滤波器的频响、信号谱与噪声谱的关系 选频滤波器的频率响应： 窗函数法带来的误差效应： 减小吉布斯效应的有效途径是改变窗函数的形状。 根据技术要求确定待求滤波器的单位取样响应 。 根据对过渡带及阻带衰减的要求，选择窗函数的形式，并估计窗口长度N。 计算滤波器的单位取样响应 。 验算技术指标是否满足要求。 设计题目：设计FIR或IIR滤波器，要求：wp=0.2*pi~0.8*pi; ws=0.3*pi~0.9*pi，画出幅频特性和相频特性，并验证通带波动和阻带衰减，及不同频率成分信号通过时的滤波结果。可以自己设计固定参数或可变参数，自己选定或模拟生成滤波信号。 燕山大学电气工程学院 燕山大学电气工程学院 燕山大学电气工程学院 第四讲 数字滤波技术 本讲学习要点： 1.数字滤波的基本思想 2.数字滤波的主要方法分类　　　　 3.经典滤波方法概述 4.同态滤波 1. 滤波器基本概念 4.1 数字滤波的基本思想 第四讲 数字滤波技术 2. 数字滤波器和模拟的对比 4.1 数字滤波的基本思想 第四讲 数字滤波技术 （1）低通 （2）高通 （3）带通 （4）带阻 1. 按照功能或频率响应特性分类 4.2 数字滤波器的分类 2. 按照实现原理或信号形式分类 第四讲 数字滤波技术 线性滤波 4.2 数字滤波器的分类 举例： 第四讲 数字滤波技术 →非线性滤波 1. 经典数字滤波的基本思想 4.3 经典滤波技术概述 为幅频特性：表示信号通过该滤波器后 各频率成分的衰减情况 为相频特性：反映各频率成分通过滤波器 后在时间上的延时情况 2. 数字滤波的技术要求 第四讲 数字滤波技术 ：通带截止频率 ：阻带截止频率 ：通带最大衰减 ：阻带最小衰减 阻带： 过渡带： 通带： 理想滤波器不可实现，只能以实际滤波器逼近 4.3 经典滤波技术概述 通带最大衰减： 阻带最小衰减： 其中： 当 时， 称 为3dB通带截止频率 第四讲 数字滤波技术 按照实际需要确定滤波器的性能要求； 用一个因果稳定的线性移不变离散时间系统逼近这个 性能要求 — 求系统函数或时域响应； 用一个有限精度的运算实现这个系统—确定运算结构； 软件或硬件实现。 具体方法有两类: 1）借助于模拟滤波器的设计方法得到H(s),再转换成H(z), 得到数字滤波器 。 （IIR滤波器） 2）直接在时域或频域设计h(n)或 ，以逼近理想特 性，如窗函数法。 （FIR滤波器） 3. 数字滤波的设计方法 3.3 经典滤波技术概述 转换为对模拟滤波器的技术要求； （2）设计模拟滤波器 — 求模拟滤波器传递函数H(s)； 4. IIR滤波器的设计步骤： （1）将数字滤波器的技术要求 （3） Ha(s) H(z)。 一致 第四讲 数字滤波技术 波器的频率响应，即 为因果稳定的。 的映射关系应满足: （1）数字滤波器的频率响应应能模仿模拟滤 S平面的虚轴 Z平面的单位圆 （2）因果稳定的模拟系统变换为数字系统仍 S平面的左半平面 Z平面的单位圆内 4.3 经典滤波技术概述 S平面 Z平面 S平面到z平面的映射关系 按照S平面到z平面的转换方式不同，有：脉冲响应不变法和双线性变换法，成为IIR滤波器的两种设计方法。 第四讲 数字滤波技术 5. FIR滤波器的设计思想： 可计算理想数字低通滤波器的单位脉冲响应 基于理想数字低通滤波器的频率特性，如下图 4.3 经典滤波技术概述 可见，理想数字低通滤波器的单位脉冲响应 为无限长、非因果序列，无法真正实现。 为此，将 截取一段，构造一个长度为N的数字滤波器，并保证截取的一段对（N-1）/2对称，以得到线性相位特性。 窗函数法 第四讲 数字滤波技术 吉布斯效应：用一个有限长的序列 去代替 所引起的误差，表现在频域就是吉布斯效应。 表现：引起通带内和阻带内的波动性，尤其使阻带的衰减小，从而满足不了技术上的要求。 以矩形窗为例进行分析： 4.3 经典滤波技术概述 理想低通滤波器的 和 以及矩形窗的 和 第四讲 数字滤