FIR,IIR濾波器分別是什麼?它們又有什麼區別?

2021-01-09 電子發燒友
　　什麼是FIR濾波器？

　　FIR（Finite Impulse Response）濾波器：有限長單位衝激響應濾波器，又稱為非遞歸型濾波器，是數位訊號處理系統中最基本的元件，它可以在保證任意幅頻特性的同時具有嚴格的線性相頻特性，同時其單位抽樣響應是有限長的，因而濾波器是穩定的系統。因此，FIR濾波器在通信、圖像處理、模式識別等領域都有著廣泛的應用。

　　FIR 濾波器的工作原理是什麼？

　　在進入FIR濾波器前，首先要將信號通過A/D器件進行模數轉換，把模擬信號轉化為數位訊號；為了使信號處理能夠不發生失真，信號的採樣速度必須滿足奈奎斯特定理，一般取信號頻率上限的4-5倍做為採樣頻率；一般可用速度較高的逐次逼進式A/D轉換器，不論採用乘累加方法還是分布式算法設計FIR濾波器，濾波器輸出的數據都是一串序列，要使它能直觀地反應出來，還需經過數模轉換，因此由FPGA構成的FIR濾波器的輸出須外接D/A模塊。FPGA有著規整的內部邏輯陣列和豐富的連線資源，特別適合於數位訊號處理任務，相對於串行運算為主導的通用DSP晶片來說，其並行性和可擴展性更好，利用FPGA乘累加的快速算法，可以設計出高速的FIR數字濾波器。

　　什麼是IIR濾波器？

　　IIR濾波器又叫IIR數字濾波器，「遞歸濾波器」。遞歸濾波器，也就是IIR數字濾波器，顧名思義，具有反饋。

　　IIR濾波器的工作原理及特點是什麼？

　　1.1、封閉函數IIR數字濾波器的系統函數可以寫成封閉函數的形式。

　　1.2、IIR數字濾波器採用遞歸型結構IIR數字濾波器採用遞歸型結構，即結構上帶有反饋環路。IIR濾波器運算結構通常由延時、乘以係數和相加等基本運算組成，可以組合成直接型、正準型、級聯型、並聯型四種結構形式，都具有反饋迴路。由於運算中的捨入處理，使誤差不斷累積，有時會產生微弱的寄生振蕩。

　　1.3、藉助成熟的模擬濾波器的成果IIR數字濾波器在設計上可以藉助成熟的模擬濾波器的成果，如巴特沃斯、契比雪夫和橢圓濾波器等，有現成的設計數據或圖表可查，其設計工作量比較小，對計算工具的要求不高。在設計一個IIR數字濾波器時，我們根據指標先寫出模擬濾波器的公式，然後通過一定的變換，將模擬濾波器的公式轉換成數字濾波器的公式。

　　1.4、需加相位校準網絡IIR數字濾波器的相位特性不好控制，對相位要求較高時，需加相位校準網絡。

　　詳細剖析IFR濾波器和LLR濾波器有何本質上的區別？

　　數字濾波器廣泛應用於硬體電路設計，在離散系統中尤為常見，一般可以分為FIR濾波器和IIR濾波器，那麼他們有什麼區別和聯繫呢。

　　FIR濾波器

　　定義：

　　FIR濾波器是有限長單位衝激響應濾波器，又稱為非遞歸型濾波器，是數位訊號處理系統中最基本的元件，它可以在保證任意幅頻特性的同時具有嚴格的線性相頻特性，同時其單位抽樣響應是有限長的，因而濾波器是穩定的系統。

　　特點：

　　lFIR濾波器的最主要的特點是沒有反饋迴路，穩定性強，故不存在不穩定的問題；

　　lFIR具有嚴格的線性相位，幅度特性隨意設置的同時，保證精確的線性相位；

　　lFIR設計方式是線性的，硬體容易實現；

　　lFIR相對IIR濾波器而言，相同性能指標時，階次較高，對CPU的性能要去較高。

　　IIR濾波器

　　定義：

　　IIR濾波器是無限脈衝響應濾波器，又稱遞歸型濾波器，即結構上帶有反饋環路。

　　特點：

　　lIIR數字濾波器的系統函數可以寫成封閉函數的形式，具有反饋迴路；

　　lIIR數字濾波器的相位非線性，相位特性不好控制，隨截止頻率變化而變化，對相位要求較高時，需加相位校準網絡；

　　lIIR濾波器有歷史的輸出參與反饋，同FIR相比在相同階數時取得更好的濾波效果；

　　lIIR數字濾波器採用遞歸型結構，由於運算中的捨入處理，使誤差不斷累積，有時會產生微弱的寄生振蕩。

　　區別

　　l穩定性：由於FIR濾波器沒有反饋迴路，穩定性要強於IIR；

　　l相位特性：FIR 為線性相位延遲，IIR 為非線性相位延遲。

　　如下圖所示為10Hz的方波信號，採樣率為1KHz

　　FIR濾波器後，濾波後效果圖下圖所示

　　IIR濾波器後，濾波後效果圖下圖所示

　　通過對比不難發現，IIR濾波器存在非線性相位延遲，校正時需要雙向濾波進行校正，複雜不易控制；FIR濾波器為線性延遲，可通過左右平移的方式直接校正，誤差小。

　　l信號處理速度：FIR的濾波輸出取決於當前輸入數據和歷史輸入數據，IIR的濾波輸出取決於當前輸入數據、歷史輸入數據和歷史輸出數據。以基於FPGA硬體的數字濾波器為例，FIR在處理信號時不需等待前一個信號的濾波輸出，只需要考慮輸入數據便可實時濾波；IIR需要等待上一個信號的濾波輸出，存在一定的時間延遲，所以處理速度上沒有FIR快。

　　從上面的簡單比較可以看到IIR與FIR濾波器各有所長，所以在實際應用時應該從多方面考慮來加以選擇。從使用要求上來看，在對相位要求不敏感的場合，如語言通信等，選用IIR較為合適，這樣可以充分發揮其經濟高效的特點；對於圖像信號處理，數據傳輸等以波形攜帶信息的系統，則對線性相位要求較高，採用FIR濾波器較好。當然，在實際應用中可能還要考慮更多方面的因素。

打開APP閱讀更多精彩內容

聲明：本文內容及配圖由入駐作者撰寫或者入駐合作網站授權轉載。文章觀點僅代表作者本人，不代表電子發燒友網立場。文章及其配圖僅供工程師學習之用，如有內容圖片侵權或者其他問題，請聯繫本站作侵刪。 侵權投訴

相關焦點

  • 什麼是fir數字濾波器 什麼叫FIR濾波器
    衝激響應是有限的意味著在濾波器中沒有發反饋. 1.4 FIR 怎麼發音?有些人直接讀字母音 F-I-R; 也有人發做fir的音[:], fir是冷杉樹.1.5 FIR 濾波器外有什麼其他選擇?DSP濾波器還有一類: IIR(無限衝激響應,Infinite Impulse Response).
  • 一種改進型的FIR數字濾波器設計
    文中應用matlab link for ccs development tools進行系統級設計，來完成fir濾波器的設計。 1 fir數字濾波器設計的基本步驟 數字濾波器根據其衝激響應函數的時域特性，可分為2種，即無限長衝激響應（iir）濾波器和有限長衝激響應（fir）濾波器。
  • IIR與FIR濾波器的比較和區別
    什麼是IIR濾波器 　　「遞歸濾波器」。遞歸濾波器，也就是IIR數字濾波器，顧名思義，具有反饋。 　　特點 　　1.1、封閉函數IIR數字濾波器的系統函數可以寫成封閉函數的形式。 　　1.2、IIR數字濾波器採用遞歸型結構IIR數字濾波器採用遞歸型結構，即結構上帶有反饋環路。
  • FIR與IIR濾波器的區別與特點比較
    打開APP FIR與IIR濾波器的區別與特點比較 李倩 發表於 2018-03-13 08:34:46 FIR是有限衝擊響應；IIR
  • Matlab輔助DSP設計FIR數字濾波器
    數字濾波器由於其精度高、穩定性好、使用靈活等優點，廣泛應用在各種數位訊號處理領域。數字濾波器根據衝擊響應函數的時域特性，可以分為FIR(有限長衝擊響應濾波器)和IIR(無限長衝擊響應濾波器)。FIR濾波器與IIR濾波器相比，具有嚴格的線性相位，幅度特性可任意等優點。而且，FIR濾波器的單位抽樣響應是有限長的，故一定是穩定的，他又可以用快速傅立葉變換(FFT)算法來實現過濾信號，可大大提高運算效率。
  • 基於FPGA+MATLAB的串行多階FIR濾波器設計
    1 FIR的特點有限長單位衝激響應(FIR)濾波器的特點：(1)系統的單位衝激響應h(n)在有限個n值處不為零。(2)系統函數H(z)在|z|>0處收斂，極點全部在z=0處。(3)結構上主要是非遞歸結構，沒有輸出到輸入的反饋，但有些結構中也包含有反饋的遞歸部分。
  • FIR濾波器原理
    導讀：FIR濾波器是非遞歸型濾波器的簡稱，又叫有限長單位衝激響應濾波器。FIR濾波器原理——特點　　FIR濾波器有以下幾點：　　Ⅱ、數字濾波器相比模擬濾波器有更高的信噪比。這主要是因為數字濾波器是以數字器件執行運算，從而避免了模擬電路中噪聲(如電阻熱噪聲)的影響。數字濾波器中主要的噪聲源是在數字系統之前的模擬電路引入的電路噪聲以及在數字系統輸入端的模數轉換過程中產生的量化噪聲。這些噪聲在數字系統的運算中可能會被放大，因此在設計數字濾波器時需要採用合適的結構，以降低輸入噪聲對系統性能的影響。
  • 技術乾貨:FIR濾波器的基礎概念及在揚聲器中的應用指南
    那麼，什麼是FIR濾波？它與常見的IIR濾波有什麼區別呢？本文旨在回答這些問題，但首先需要介紹數字音頻中的一些基本概念。如果你已經學習過數位訊號處理，這些基礎概念你應該瞭然於胸。請原諒我省略了一些細節，並對一些複雜概念作了簡化處理。
  • MATLAB常用的FIR濾波器設計方法之窗函數法
    FIR濾波器很多工科出身的人都不會陌生，在我們的學習和工作中，也常常需要設計FIR濾波器。因為FIR濾波器有兩個特點：濾波器是穩定的以及具有線性相位。FIR濾波器在信號處理相關領域當然也包括本人所在的雷達信號處理領域有著廣泛的應用。本文主要介紹MATLAB最常用的FIR濾波器設計方法之窗函數法。其他的方法將在另一章中介紹。
  • FIR濾波器能給音頻擴聲帶來怎樣的幫助?
    我們用鐘錶來打個比喻：假設鐘錶上的秒針、分針、時針，分別代表不同的頻率（或者波長），鐘錶只有在0點或者12點鐘的那一刻相位是歸零的。其他任意時間軸都不可能完全歸零，也就好比100Hz、1kHz、10KHz只要在同一時間和空間裡面做工，任一頻率都會以不同的頻率周期在360°的周期內循環。在某一時間軸上，不同頻率所處的相位角是不同的。
  • 用頻率採樣法設計FIR濾波器
    有限長脈衝響應(FIR)數字濾波器由於設計靈活，濾波效果好以及過渡帶寬易控制，因此在數位訊號處理領域得到了廣泛的應用。FIR數字濾波器的典型設計方法主要有窗函數法和頻率採樣法。正確理解和掌握這兩種設計方法是學習FIR數字濾波器的一個重要環節。
  • 基於Matlab的IIR數字濾波器設計
    數字濾波器在數位訊號處理中起著非常重要的作用，在信號的過濾、檢測與參數的估計等方面，是使用最為廣泛的一種線性系統。　　實現數字濾波器的方法有兩種，一是採用計算機軟體進行，就是把所要完成的工作通過程序讓計算機來實現;二是設計專用的數字處理硬體。這個地方主要用到的就是第一種方法。即是用Mafiab提供的信號處理工具箱來實現數字濾波器。
  • 基於FPGA的巴特沃茲IIR數字帶通濾波器設計
    給定巴特沃茲數字帶通濾波器的抽樣頻率為500Hz，上、下邊帶截止頻率分別為150Hz和30Hz.2.濾波器的系統模型雙線性變換法是在低通濾波器的基礎上採用頻率變換法把低通濾波器轉換成所需要濾波器的。據此方法，我們得到如下濾波器的系統模型：
  • FIR濾波器設計方案
    常用的濾波器有無限長單位脈衝響應（ⅡR）濾波器和有限長單位脈衝響應（FIR）濾波器兩種，其中，FIR濾波器能提供理想的線性相位響應，在整個頻帶上獲得常數群時延從而得到零失真輸出信號，同時它可以採用十分簡單的算法實現，這兩個優點使FIR濾波器成為明智的設計工程師的首選，在採用VHDL或VerilogHDL等硬體描述語言設計數字濾波器時，由於程序的編寫往往不能達到良好優化而使濾波器性能表現一般。
  • 基於FPGA高階FIR濾波器的實現
    數字濾波器的硬體實現方法主要有：DSP、專用晶片和FPGA。2 FIR濾波器的設計及實現2．1 FIR濾波器設計FIR濾波器的設計方法有：窗函數法、頻率抽樣法和最佳一致逼近法。本文以窗函數法為例介紹一下濾波器設計。
  • matlab濾波器設計-IIR濾波器的設計與仿真
    1 引言 在現代通信系統中，由於信號中經常混有各種複雜成分，所以很多信號的處理和分析都是基於濾波器而進行的。但是，傳統的數字濾波器的設計使用繁瑣的公式計算，改變參數後需要重新計算，從而在設計濾波器尤其是高階濾波器時工作量很大。
  • 病毒、細菌和腫瘤分別是什麼東西?它們有什麼區別?醫生通俗科普
    大家好，我是葉醫生，在直播的時候有粉絲提問病毒細菌和腫瘤有什麼區別？今天我給大家通俗科普一下這個問題，這是很基礎的通俗科普文章，寫給大眾看的，如果是專業人士可以考慮不用看。 那病毒、細菌和腫瘤分別是什麼東西？
  • Matlab在FIR數字濾波器中的應
    提出FIR數字濾波器的設計方案，並基於Matlab實現濾波仿真。通過使用Matlab信號處理工具箱提供的函數，選擇適當的窗函數編寫程序，其中窗函數按照實際信號的處理需求，參數折中選擇。實驗獲得了比較理想的濾波器特性，可以實現較好的濾波作用。而且在實際應用中只需按需求修改濾波器參數，並結合程序的相應改動，即可實現不同功能的濾波器。
  • LCD、LED、OLED分別是怎樣的?它們有什麼區別
    在TN 和STN 模式中，背面玻璃基板上貼有偏光片和表面有皺紋狀的反射片，這種反射型充分發揮了非發光型LCD 耗電少的特點。對於液晶顯示器來說，最關鍵的是其液晶面板和背光類型，而市面上的顯示器的液晶面板一般採用TFT面板；LED和LCD的區別僅僅是它們的背光類型不一樣：LED背光和CCFL背光（也就是螢光燈），分別是二極體和冷陰極燈管。CCFL指用CCFL（冷陰極螢光燈管）作為背光光源的液晶顯示器（LCD）。CCFL 的優勢是色彩表現好，不足在於功耗較高。
  • 基於FDATool的FIR濾波器設計方法(一)
    FIR 濾波器廣泛應用於數位訊號處理中，主要功能就是將不感興趣的信號濾除，留下有用信號。FIR濾波器是全零點結構，系統永遠穩定;並且具有線性相位的特徵，在有效頻率範圍內所有信號相位上不失真。