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IIR滤波器与FIR滤波器的区别

 

 

IIR波器有以下几个特点

1 iir数字滤波器的系统函数可以写成封闭函数的形式。
2 iir
数字滤波器采用递归型结构,即结构上带有反馈环路。iir滤波器运算结构通常由延时、乘以系数和相加等基本运算组成,可以组合成直接型、正准型、级联型、并联型四种结构形式,都具有反馈回路。由于运算中的舍入处理,使误差不断累积,有时会产生微弱的寄生振荡。

3 iir数字滤波器在计上可以借助成熟的模拟滤波器的成果,如巴特沃斯、契比雪夫和椭圆滤波器等,有现成的设计数据或图表可查,其设计工作量比较小,对计算工具的要求不高。在设计一个iir数字滤波器时,我们根据指标先写出模拟滤波器的公式,然后通过一定的变换,将模拟滤波器的公式转换成数字滤波器的公式。
4 iir
数字滤波器的相位特性不好控制,对相位要求较高时,需加相位校准网络。
matlab下设计iir滤波器可使用buttterworth函数设计出巴特沃斯滤波器,使用cheby1函数设计出契比雪夫i型滤波器,使用cheby2设计出契比雪夫II型滤波器,使用ellipord函数设计出椭圆滤波器。下面主要介绍前两个函数的使用。
fir滤波器的设计不同,iir滤波器设计时的阶数不是由设计者指定,而是根据设计者输入的各个滤波器参数(截止频率、通带滤纹、阻带衰减等),由软件设计出满足这些参数的最低滤波器阶数。在matlab下设计不同类型iir滤波器均有与之对应的函数用于阶数的选择。
iir
单位响应为无限脉冲序列fir单位响应为有限的
iir
幅频特性精度很高,不是线性相位的,可以应用于对相位信息不敏感的音频信号上;
fir
幅频特性精度较之于iir低,但是线性相位,就是不同频率分量的信号经过fir滤波器后他们的时间差不变。这是很好的性质。
另外有限的单位响应也有利于对数字信号的处理,便于编程,用于计算的时延也小,这对实时的信号处理很重要

IIRFIR数字滤器的比较  

 

FIR

IIR

设计方法

一般无解析的设计公式,要借助计算机程序完成。

利用AF的设计图表,可简单、有效地完成设计。

 

设计结果

可得到幅频特性(可以多带)和线性相位(优点)。

只能得到幅频特性,相频特性未知(缺点),如需要线性相位,须用全通网络校准,但增加滤波器阶数和复杂性。

稳定性

极点全部在原点(永远稳定),无稳定性问题。

有稳定性问题 。

 

因果性

总是满足,任何一个非因果的有限长序列,总可以通过一定的延时,转变为因果序列。

 

结构

非递归

递归系统

运算误差

一般无反馈,运算误差小。

有反馈,由于运算中的四舍五入会产生极限环。

快速算法

可用FFT减少运算量。

无快速运算方法

 

 

 

 

FIRIIR比较(有限脉冲响应和无限脉冲响应)

 

 

从性能上进行比较 "

从性能上来说,IIR滤波器传输函数的极点可位于单位圆内的任何地方,因此可用较低的阶数获得高的选择性,所用的存贮单元少,所以经济而效率高。但是这个高效率是以相位的非线性为代价的。选择性越好,则相位非线性越严重。相反,FIR滤波器却可以得到严格的线性相位,然而由于FIR滤波器传输函数的极点固定在原点,所以只能用较高的阶数达到高的选择性;对于同样的滤波器设计指标,FIR滤波器所要求的阶数可以比IIR滤波器高5~10倍,结果,成本较高,信号延时也较大;如果按相同的选择性和相同的线性要求来说,则IIR滤波器就必须加全通网络进行相位较正,同样要大增加滤波器的节数和复杂性。

从结构上看"

IIR滤波器必须采用递归结构,极点位置必须在单位圆内,否则系统将不稳定。另外,在这种结构中,由于运算过程中对序列的舍入处理,这种有限字长效应有时会引入寄生振荡。相反,FIR滤波器主要采用非递归结构,不论在理论上还是在实际的有限精度运算中都不存在稳定性问题,运算误差也较小。此外,FIR滤波器可以采用快速付里叶变换算法,在相同阶数的条件下,运算速度可以快得多。

   1. IIRFIR的区别
     
答:IIR数字滤波器方便简单,但它相位的线性,要采用全通网络进行相位校正。图象处理以及数据传输,都要求信道具有线性相位特性.有限脉冲响应(FIR)池波器具有很好的线性相位特性,因此越来越受到广泛的重视。    有限脉冲响应(FIR)滤波器的特点:(1)系统的单位脉冲响应h(n)在有限个n值处不为零0(2)系统函数H(z)!:10处收敛,极点全部在:=0(稳定系统)0(3)结构上主要是非递归结构.没有输出到输人的反馈,但有些结构中(例如频率抽样结构)也包含有反馈的递归部分。

    有限脉冲响应(FIR)滤波器的优点:(1)既具有严格的线性相位(就是不同频率分量的信号经过fir滤波器后他们的时间差不变),又具有任意的幅度。(2) FIR滤波器的单位抽样响应是有限长的,因而滤波器性能稳定。(3)只要经过一定的延时,任何非因果有限长序列都能变成因果的有限长序列,因而能用因果系统来实现。(4 )FIR睑波器由于单位脉冲响应是有限长的.因而可用快速傅里叶变换(FFT)算法来实现过滤信号,可大大提高运算效率。

IIR滤波器有以下几个特点:

1
IIR数字滤波器的系统函数可以写成封闭函数的形式。

2
IIR数字滤波器采用递归型结构,即结构上带有反馈环路。IIR滤波器运算结构通常由延时、乘以系数和相加等基本运算组成,可以组合成直接型、正准型、级联型、并联型四种结构形式,都具有反馈回路。由于运算中的舍入处理,使误差不断累积,有时会产生微弱的寄生振荡。

3
IIR数字滤波器在设计上可以借助成熟的模拟滤波器的成果,如巴特沃斯、契比雪夫和椭圆滤波器等,有现成的设计数据或图表可查,其设计工作量比较小,对计算工具的要求不高。在设计一个IIR数字滤波器时,我们根据指标先写出模拟滤波器的公式,然后通过一定的变换,将模拟滤波器的公式转换成数字滤波器的公式。

4
IIR数字滤波器的相位特性不好控制,对相位要求较高时,需加相位校准网络。

MATLAB下设计IIR滤波器可使用Butterworth函数设计出巴特沃斯滤波器,使用Cheby1函数设计出契比雪夫I型滤波器,使用Cheby2设计出契比雪夫II型滤波器,使用ellipord函数设计出椭圆滤波器。下面主要介绍前两个函数的使用。

FIR滤波器的设计不同,IIR滤波器设计时的阶数不是由设计者指定,而是根据设计者输入的各个滤波器参数(截止频率、通带滤纹、阻带衰减等),由软件设计出满足这些参数的最低滤波器阶数。在MATLAB下设计不同类型IIR滤波器均有与之对应的函数用于阶数的选择。


IIR
单位响应为无限脉冲序列FIR单位响应为有限的
iir
幅频特性精度很高,不是线性相位的,可以应用于对相位信息不敏感的音频信号上;
fir
幅频特性精度较之于iir低,但是线性相位,就是不同频率分量的信号经过fir滤波器后他们的时间差不变。这是很好的性质。
另外有限的单位响应也有利于对数字信号的处理,便于编程,用于计算的时延也小,这对实时的信号处理很重要。


对于IIRFIR的比较:
从性能上来说,IIR滤波器传递函数包括零点和极点两组可调因素,对极点的惟一限制是在单位圆内。因此可用较低的阶数获得高的选择性,所用的存储单元少,计算量小,效率高。但是这个高效率是以相位的非线性为代价的。选择性越好,则相位非线性越严重。FIR滤波器传递函数的极点固定在原点,是不能动的,它只能靠改变零点位置来改变它的性能。所以要达到高的选择性,必须用较高的阶数;对于同样的滤波器设计指标,FIR滤波器所要求的阶数可能比IIR滤波器高5-10倍,结果,成本较高,信号延时也较大;如果按线性相位要求来说,则IIR滤波器就必须加全通网络进行相位校正,同样要大大增加滤波器的阶数和复杂性。而FIR滤波器却可以得到严格的线性相位。
从结构上看,IIR滤波器必须采用递归结构来配置极点,并保证极点位置在单位圆内。由于有限字长效应,运算过程中将对系数进行舍入处理,引起极点的偏移。这种情况有时会造成稳定性问题,甚至产生寄生振荡。相反,FIR滤波器只要采用非递归结构,不论在理论上还是在实际的有限精度运算中都不存在稳定性问题,因此造成的频率特性误差也较小。此外FIR滤波器可以采用快速傅里叶变换算法,在相同阶数的条件下,运算速度可以快得多。
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IIRFIR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。
2
,不论IIRFIR,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。

 

 

 

.1什么是“FIR滤波器
FIR
滤波器是用于数字式信号处理{DSP}程序{IIR的另一种类型}的数字式滤波器的两种基本款之一。
1.2”FIR”
代表什么?
“FIR”
有限脉冲响应的意思。
1.3
为什么脉冲响应是有限的呢?
脉冲响应之所以是有限的是因为在滤波器中没有反馈出现;如果你输入一个脉冲{就是一个“1”样本后出现许多“0”的样本的信号},那么零将在样本 “1”通过了所有的延迟线的系数后出现。
1.4“FIR”
应该怎么读呢
有些人就直接读F-I-R三个字母;另有些人则是按照音节读出来。我更倾向于后者。{区别在于你谈论它时是读F-I-R滤波器还是FIR滤波器}
1.5
有没有和FIR滤波器类似的产品?
DSP
也是有限脉冲响应IIR. (See dsp Guru's IIR FAQ.) IIR滤波器应用反馈,所以当你输入一个脉冲时,理论上输出会无定限的响起。
1.6FIR
IIR滤波器有什么异同?
每一个都有其优缺点。总体上讲,FIR的优点多于缺点,所以他们在实际应用中要比IIR多些。
1.6.1
IIR滤波器相比,FIR有以下优点:

·
他可以很容易的设计成线性相位(经常是)。简单的说,就是线性相位滤波器延迟输入信号,但是又不会使信号失真。

·
使用他们很方便。在大部分的DSP微型处理器上都可以通过一个命令循环完成FIR计算。

·
它们适合多级应用。有了多级功能,我们可以引发毁灭即减少样本率,或是引发添加即增加样本率,或是两者都引发。无论是增加还是减 少,FIR滤波器的使用都允许忽略一些计算,因此提供了计算机高效性的特征。相比之下,如果使用IIR滤波器,那么每个输出结果必将是经过了独立的计算, 即使是将被舍去的结果也是如此(所以,将在滤波器找中显示反馈)。

·
他们有理想的数值属性。实际中,所有的DSP滤波器必须经过有限-精确计算才能完成任务。也就是说,有限的字节数。由于IIR反馈的使 用,有限精确计算在IIR中将会引起显著的问题,但是FIR就没有反馈,所以他们可以使用较少的字节完成工作,设计者们也无需解决过多的关于不理想计算的 问题了。

·
他们也可以通过部分的计算完成工作。与IIR不同的是,FIR经常可以通过使用少于1.0的强度的协同因素完成任务。{如果有需要的话, FIR滤波器的整体增益可以在输出时进行调试。}当使用固定点的DSP时,这个设计就很贴心。这种设计使得工作变得简单了很多。

1.6.2
IIR相比,FIR有什么缺点?
IIR滤波器相比,FIR滤波器有时需要更多的存储空间和/或计算来完成给出的滤波器响应特征。并且,某些响应不能通过FIR滤波器完成。

1.7
可以怎样来形如FIR滤波器?
脉冲响应-FIR滤波器的脉冲响应实际上就是一整套的FIR协同因素。(如果你向包含一个“1”样本后追随着许多“0”样本的FIR滤波器里输入一个脉冲,那么滤波器的输出将会是一套协同因素,就是1样本通过了协同因素然后转变为输出的形式)。