详解FIR滤波器和IIR滤波器的区别

2017-05-08来源: ZLG致远电子关键字:FIR滤波器  IIR滤波器  区别

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,又称为非递归型滤波器,是数字信号处理系统中最基本的元件,它可以在保证任意幅频特性的同时具有严格的线性相频特性,同时其单位抽样响应是有限长的,因而滤波器是稳定的系统。

特点:

FIR滤波器的最主要的特点是没有反馈回路,稳定性强,故不存在不稳定的问题;

FIR具有严格的线性相位,幅度特性随意设置的同时,保证精确的线性相位;

FIR设计方式是线性的,硬件容易实现;

FIR相对IIR滤波器而言,相同性能指标时,阶次较高,对CPU的性能要去较高。

1.png

图1 FIR滤波原理图

IIR滤波器

定义:

IIR滤波器是无限脉冲响应滤波器,又称递归型滤波器,即结构上带有反馈环路。

特点:

IIR数字滤波器的系统函数可以写成封闭函数的形式,具有反馈回路;

IIR数字滤波器的相位非线性,相位特性不好控制,随截止频率变化而变化,对相位要求较高时,需加相位校准网络;

IIR滤波器有历史的输出参与反馈,同FIR相比在相同阶数时取得更好的滤波效果;

IIR数字滤波器采用递归型结构,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。

2.png

图2 IIR基础原理图

区别

稳定性:由于FIR滤波器没有反馈回路,稳定性要强于IIR;

相位特性:FIR 为线性相位延迟,IIR 为非线性相位延迟。

如下图所示为10Hz的方波信号,采样率为1KHz

3.png

图3 方波信号

FIR滤波器后,滤波后效果图下图所示

4.png

图4 FIR滤波效果图

IIR滤波器后,滤波后效果图下图所示

图片5.png

图5 IIR滤波效果图

通过对比不难发现,IIR滤波器存在非线性相位延迟,校正时需要双向滤波进行校正,复杂不易控制;FIR滤波器为线性延迟,可通过左右平移的方式直接校正,误差小。


信号处理速度:FIR的滤波输出取决于当前输入数据和历史输入数据,IIR的滤波输出取决于当前输入数据、历史输入数据和历史输出数据。以基于FPGA硬件的数字滤波器为例,FIR在处理信号时不需等待前一个信号的滤波输出,只需要考虑输入数据便可实时滤波;IIR需要等待上一个信号的滤波输出,存在一定的时间延迟,所以处理速度上没有FIR快。

图片6.png

图6  FIR和IIR滤波对比图

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,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。

关键字:FIR滤波器  IIR滤波器  区别

编辑:杜红卫 引用地址:http://news.eeworld.com.cn/wltx/article_2017050814930.html
本网站转载的所有的文章、图片、音频视频文件等资料的版权归版权所有人所有,本站采用的非本站原创文章及图片等内容无法一一联系确认版权者。如果本网所选内容的文章作者及编辑认为其作品不宜公开自由传播,或不应无偿使用,请及时通过电子邮件或电话通知我们,以迅速采取适当措施,避免给双方造成不必要的经济损失。

上一篇:体声波滤波器助阵 802.11ax向前迈进
下一篇:Nordic Semiconductor蓝牙控制机械开关不需昂贵改造即可远程操作

关注eeworld公众号 快捷获取更多信息
关注eeworld公众号
快捷获取更多信息
关注eeworld服务号 享受更多官方福利
关注eeworld服务号
享受更多官方福利

推荐阅读

LabVIEW系列——FIR滤波器与IIR滤波器比较

FIR滤波器 FIR——Finite impulse response,有限冲激响应。 FIR滤波器,也可称为非递归滤波器,卷积滤波器,滤波器当前输出与当前输入值和以前输入值有关。公式如下:   x是输入序列,y是滤波后的输出序列,h是FIR滤波器系数。   IIR滤波器 IIR——Infinite impulse response,无限冲激响应。 IIR滤波器,也可称为递归滤波器,滤波器当前输出不仅与当前输入值,以前输入值,还与以前输出值有关。因此IIR滤波器的冲激响应趋向与0,当永远不为0,这是和FIR滤波器的区别之一。 公式如下
发表于 2015-10-16

基于DSP的FIR滤波器的设计(二)

初始状态、输入1个和2个样本后的存储情况。   图1 8级循环缓冲区结构。   3 仿真结果   下面是一组信号采样序列样本x (n), 其中存在有高频干扰。现以x (n) 作为输入序列, 然后滤除其中的干扰成分。   {x (n)} = {-4,-2,0,-4,-6,-4,-2,-4,-6,-6,-4,-4,-6,-6,-2,6,12,8,0,-16,-38,-60,-84,-90,-66,-32,-4,-2,-4,8,12,12,10,6,6,*,0,0,0,0,0,-2,-4,0,0,0,-2,-2,0,0,-2,-2,-2,-2,0}   本设计的线性相位低通FIR数字滤波器的截止频率ωc为0.2
发表于 2013-09-24
基于DSP的FIR滤波器的设计(二)

基于DSP的FIR滤波器的设计(一)

引言   数字信号处理现已在通信与信息系统、信号与信息系统、自动控制、需达、军事、航空航天、医疗和家用电器等众多领域得到了广泛的应用。在数字信号处理应用中, 滤波占有十分重要的地位, 如对信号的过滤、检测、预测等, 都要广泛地用到滤波器。IIR数字滤波器的设计保留了一些典型模拟滤波器优良的幅度特性, 但所涉及的滤波器相位特性一般是非线性的, 而FIR滤波器则可在保证幅度特性并满足技术要求的同时, 也很容易做到严格的线性相位特性。   1 基于窗函数法的FIR滤波器设计1.1 单位冲激响应   首先应根据技术要求确定待求滤波器的单位冲激响应hd (n)。如果给出待求滤波器的频率为Hd (ej), 那么单位取样响应则可用下式求出
发表于 2013-09-24
基于DSP的FIR滤波器的设计(一)

用频率采样法设计FIR滤波器

       有限长脉冲响应(FIR)数字滤波器由于设计灵活,滤波效果好以及过渡带宽易控制,因此在数字信号处理领域得到了广泛的应用。FIR数字滤波器的典型设计方法主要有窗函数法和频率采样法。正确理解和掌握这两种设计方法是学习FIR数字滤波器的一个重要环节。用窗函数法进行FIR滤波器设计的相关问题,目前的教材讲解较为细致,这里不再赘述。本文主要探讨用频率采样法设计FIR数字滤波器的相关问题,主要包括设计原理、性能分析、线性相位条件及设计中应注意的问题等几个方面。   1 设计原理及滤波器性能分析   频率采样法是从频域出发,对给定的理想滤波器的频响进行N点
发表于 2013-07-14
用频率采样法设计FIR滤波器

快速实现基于FPGA的脉动FIR滤波器

    引言 目前,用FPGA(现场可编程门阵列)实现FIR(有限冲击响应)滤波器的方法大多利用FPGA中LUT(查找表)的特点采用DA(分布式算法)或CSD码等方法,将乘加运算操作转化为位与、加减和移位操作。这些结构需要占用器件较多的LE(逻辑元件)资源,设计周期长,工作频率低,实时性差。本文提出一种基于Stratix系列FPGA器件的新的实时高速脉动FIR滤波器的快速实现方法。利 用FGPA集成的DSP(数字信号处理器)乘加模块定制卷积运算单元,利用VHDL(甚高速集成电路硬件描述语言)元件例化语句快速生成脉动阵列结构的FIR滤波器,设计周期短、可移植性强,设计采用全流水结构,能高速、无滞后地实现实时信号处理。 1 设计
发表于 2012-11-19

基于Maflab的IIR数字滤波器设计及DSP实现

  21世纪是数字化的时代,随着越来越多的电子产品将数字信号处理(DSP)作为技术核心,DSP已经成为推动数字化进程的动力。在数字信号处理中,数字滤波占有极其重要的地位。在经典滤波中,常用的数字滤波器有FIR滤波器和IIR滤波器,其中IIR数字滤波器因具有结构简单、占用存储空间少、运算速度快、较高的计算精度和能够用较低的阶数实现、较好的选频特性等特点,得到了广泛应用。  1 IIR数字滤波器的基本理论及设计方法  数字滤波器的功能是把输入序列x(n)通过一定的运算变换成输出序列y(n)。不同的运算处理方法决定了滤波器实现结构的不同。IIR数字滤波器的单位抽样响应h(n)是无限长的,其差分方程如式(1)所示,是递归式的,即结构
发表于 2014-02-15
基于Maflab的IIR数字滤波器设计及DSP实现

小广播

电子工程世界版权所有 京ICP证060456号 京ICP备10001474号 电信业务审批[2006]字第258号函 京公海网安备110108001534 Copyright © 2005-2019 EEWORLD.com.cn, Inc. All rights reserved