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详解FIR滤波器和IIR滤波器的差异

数字滤波器广泛应用于硬件电路设计,在离散系统中尤为常见,一般可以分为FIR滤波器和IIR滤波器,那么他们有什么区别和联系呢。FIR滤波器定义:FIR滤波器是有限长单位冲激响应滤波器,又

  数字滤波器广泛使用于硬件电路规划,在离散体系中尤为常见,一般能够分为FIR滤波器和IIR滤波器,那么他们有什么差异和联络呢。

  FIR滤波器

  界说:

  FIR滤波器是有限长单位冲激响应滤波器,又称为非递归型滤波器,是数字信号处理体系中最根本的元件,它能够在确保恣意幅频特性的一起具有严厉的线性相频特性,一起其单位抽样响应是有限长的,因此滤波器是安稳的体系。

  特色:

  •    FIR滤波器的最主要的特色是没有反应回路,安稳性强,故不存在不安稳的问题;

  •    FIR具有严厉的线性相位,起伏特性随意设置的一起,确保准确的线性相位;

  •    FIR规划方法是线性的,硬件简略完成;

  •    FIR相对IIR滤波器而言,相同功能指标时,阶次较高,对CPU的功能要去较高。

  图1 FIR滤波原理图

  IIR滤波器

  界说:

  IIR滤波器是无限脉冲响应滤波器,又称递归型滤波器,即结构上带有反应环路。

  特色:

  •    IIR数字滤波器的体系函数能够写成关闭函数的方法,具有反应回路;

  •    IIR数字滤波器的相位非线性,相位特性欠好操控,随截止频率改变而改变,对相位要求较高时,需加相位校准网络;

  •    IIR滤波器有前史的输出参加反应,同FIR比较在相同阶数时获得更好的滤波作用;

  •    IIR数字滤波器选用递归型结构,因为运算中的舍入处理,使差错不断累积,有时会发生弱小的寄生振荡。

  图2 IIR根底原理图

  差异

  •    安稳性:因为FIR滤波器没有反应回路,安稳性要强于IIR;

  •    相位特性:FIR 为线性相位推迟,IIR 为非线性相位推迟。

  如下图所示为10Hz的方波信号,采样率为1KHz

  图3 方波信号

  FIR滤波器后,滤波后作用图下图所示

  图4 FIR滤波作用图

  IIR滤波器后,滤波后作用图下图所示

  图5 IIR滤波作用图

  经过比照不难发现,IIR滤波器存在非线性相位推迟,校对时需求双向滤波进行校对,杂乱不易操控;FIR滤波器为线性推迟,可经过左右平移的方法直接校对,差错小。

   信号处理速度:FIR的滤波输出取决于当时输入数据和前史输入数据,IIR的滤波输出取决于当时输入数据、前史输入数据和前史输出数据。以根据FPGA硬件的数字滤波器为例,FIR在处理信号时不需等候前一个信号的滤波输出,只需求考虑输入数据便可实时滤波;IIR需求等候上一个信号的滤波输出,存在必定的时间推迟,所以处理速度上没有FIR快。

  图6 FIR和IIR滤波比照图

  从上面的简略比较能够看到IIR与FIR滤波器各有所长,所以在实践使用时应该从多方面考虑来加以挑选。从运用要求上来看,在对相位要求不灵敏的场合,如言语通讯等,选用IIR较为适宜,这样能够充分发挥其经济高效的特色;关于图画信号处理,数据传输等以波形带着信息的体系,则对线性相位要求较高,选用FIR滤波器较好。当然,在实践使用中或许还要考虑更多方面的要素。

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