IIR滤波器和FIR滤波器的区别与联系 (2)

另外,也应看到,IIR滤波器虽然设计简单,但主要是用于设计具有分段常数特性的滤波器,如低通、高通、带通及带阻等,往往脱离不了模拟滤波器的格局。而FIR滤波器则要灵活得多,尤其是他易于适应某些特殊应用,如构成数字微分器或希尔波特变换器等,因而有更大的适应性和广阔的应用领域。

从上面的简单比较可以看到IIR与FIR滤波器各有所长,所以在实际应用时应该从多方面考虑来加以选择。从使用要求上来看,在对相位要求不敏感的场合,如语言通信等,选用IIR较为合适,这样可以充分发挥其经济高效的特点;对于图像信号处理,数据传输等以波形携带信息的系统,则对线性相位要求较高。如果有条件,采用FIR滤波器较好。当然,在实际应用中可能还要考虑更多方面的因素。

不论IIR和FIR,阶数越高,信号延迟越大;同时在IIR滤波器中,阶数越高,系数的精度要求越高,否则很容易造成有限字长的误差使极点移到单位园外。因此在阶数选择上是综合考虑的。

IIR滤波器(切比雪夫滤波)各滤波器比较(IIR和FIR,数字和模拟) 第19,20,21章内容,主要讲IIR滤波器和滤波器的比较

IIR滤波不使用卷积运算,而是用递归(recursive)运算,因此执行速度很快,但在性能上不一定比FIR滤波好。IIR的冲击响应由衰减性指数信号构成。

IIR输入输出的递推关系式为:

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IIR递归系数和其频率响应之间的关系可以通过Z变换来转换,Z变换在此不涉及。

通过取不同的递归系数(下图中的a和b),就可以实现不同的滤波:

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当然这是最简单的应用,递归系数的取法有一定的讲究和公式,这里略了。

FIR可以做到是线性相位的,即冲击响应是左右对称的,而IIR通常是非线性相位的。这是因为FIR在设计的时候就确定了其时域波形和频响,而IIR在设计中确定的是递归的系数,并不能决定其波形是什么样子的。

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为了使IIR实现线性相位,可以进行双向运算,如下图所示:

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切比雪夫滤波

切比雪夫(Chebyshev)滤波是应用在频域上分频的,性能上当然不能和sinc窗函数滤波相比,但是它速度很快。

The Chebyshev response is a mathematical strategy for achieving a faster roll-off by allowing ripple in the frequency response. As the ripple increases (bad), the roll-off becomes sharper (good).

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对于极点的理解:

极点越多,性能越好。

通过查表可以确定滤波器的系数。

各种滤波器比较

1.模拟vs数字

如果信号需要滤波,是在模拟阶段滤波呢?还是数字化之后滤波?

下图做了比较,可以看到数字滤波有着模拟滤波难以达到的性能,但是速度慢,而且模拟滤波的幅度以及频率的动态范围更大。

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本例中模拟滤波的实现:

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2.sinc窗函数vs切比雪夫

下图做了比较

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