最新数字信号处理-第5章..PPT课件.ppt

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1、数字信号处理-第5章..时域离散系统的实现方法：a.利用专用硬件；b.直接利用计算机和通用软件编程实现。一个时域离散的系统函数一般可表示为有理函数形式：对于这样一个系统，也可用差分方程来表示：25.1引言1、什么是网络结构？系统实现方法的构造形式（系统函数的表达形式）2、为什么要研究网络结构？网络结构表示一定的运算结构，而不同结构的运算复杂程度、运算速度、运算误差是不同的，因此研究实现信号处理的网络结构很重要。H1(z)=H2(z)=H3(z)3[例]：判断下列两图是否为基本信号流图。基本信号流图对应一种具体的运算方法，非基本信号流图不能用一种具体的运算方法来实现。网络结

2、构可以通过基本信号流图来描述。ax(n)y(n)H(z)图1-bx(n)y(n)图2以上两图都不满足基本信号流图的条件，图1支路的增益不是常数或Z-1，图2的流图环路中没有延时支路。7根据给定的信号流图，设置中间节点变量，节点变量w(n)等于该节点的所有输入支路变量之和。代入中间节点变量，就可以最终确定流图的输入与输出关系，并根据输入、输出关系求出系统函数H(z)。3.由基本信号流图求系统函数H(z)8[例]：已知基本信号流图如下，求其系统函数H(z)。解:(1)首先在信号流图中，设置中间节点变量w2'(n)、w2(n)、w1(n)，列出节点变量状态方程；并对各方程求Z变

3、换。x(n)y(n)W2’(n)W2(n)W1(n)z-1b1b0-a2-a1b2z-1w1(n)=w2(n-1);w2(n)=w2’(n-1);w2’(n)=x(n)-a1w2(n)-a2w1(n);y(n)=b2w1(n)+b1w2(n)+b0w2’(n);W1(z)=W2(z)z-1;W2(z)=W2’(z)z-1;W2’(z)=X(z)-a1W2(z)-a2W1(z);Y(z)=b2W1(z)+b1W2(z)+b0W2’(z);9(2)求解状态变量的Z变换方程，用X(z)和常数，Z-m表示Y(z),根据H(z)=Y(z)/X(z)，求出系统函数H(z)。10（3）

4、梅森(Mason)公式式中Tk为从输入节点（源点）到输出节点（阱点）的第k条前向通路增益；Δ为流图的特征式Δk是不接触第k条前向通路的特征式余因子为所有不同回路增益之和.为每两个互不接触回路增益之和1112信号流图的转置定理：对于单个输入、单个输出的系统，通过反转网络中的全部支路的方向，并且将其输入和输出互换，得出的流图具有与原始流图相同的系统函数。信号流图转置的作用：①转变运算结构；②验证计算流图的系统函数的正确与否。13运算结构对时域离散系统的实现很重要，尤其对于一些定点运算的处理机，结构的不同将会影响系统的精度、误差、稳定性、经济性以及运算速度等许多重要的性能。对于

5、无限长单位冲激响应IIR系统与有限长单位冲激响应FIR系统，它们在网络结构上各有自己不同的特点。14有限长脉冲响应网络(FIR)特点:(1)单位脉冲响应h(n)有限长；(2)网络结构中不存在输出对输入的反馈支路；其差分方程可表示为：无限长脉冲响应网络(IIR)：(1)网络的单位脉冲响应h(n)是无限长的；(2)网络结构中存在输出对输入的反馈支路，即:信号流图中存在环路。其差分方程可表示为：4.网络结构分类其它n+155.3无限长脉冲响应(IIR)基本网络结构IIR网络结构特点：存在反馈环路，递归型结构。同一系统函数，有各种不同的结构形式。其主要结构有：1、直接型2、级联型

6、3、并联型16(1)直接型直接由IIR的差分方程所得的网络结构。+17W1W2从差分方程出发，用基本运算单元直接画出网络流图，设：M=N=2优点：结构简单、清晰；18可以看到H1(z)实现了系统的零点，H2(z)实现了系统的极点。H(z)由这两部分级联构成。19上述结构缺点：①需要M+N个延迟器（z-1），太多。②系数ai、bi对系统性能的控制不直接，对极、零点的控制难，一个ai、bi的改变会影响系统的零点或极点分布。③对字长变化敏感（对ai、bi的准确度要求严格）。④易不稳定，阶数高时，上述影响更大。20直接Ⅱ型上面直接型结构中的两部分可分别看作是两个独立的网络(H1(

7、z)和H2(z)),两部分串接构成总的系统函数：由系统函数的不变性（系统是线性的），得21W1W222两条延时链中对应的延时单元内容完全相同,可合并，得：23直接II型优缺点：优点：延迟线减少一半，为N个，可节省寄存器或存储单元。缺点：同直接型。通常在实际中很少采用上述两种结构实现高阶系统，而是把高阶变成一系列不同组合的低阶系统（一、二阶）来实现。24[例]：已知IIR数字滤波器的系统函数，画出该滤波器的直接型结构。解：由H(z)写出差分方程如下：也可以按照系统函数表达式直接画出直接II型网络结构。25（2）级联型（串联）一个