FIR濾波器與IIR濾波器的區(qū)別與特點(diǎn)

FIR和IIR濾波器的一個(gè)主要區(qū)別：FIR是線性相位，IIR為非線性相位（雙線性變換法），對(duì)于非線性相位會(huì)造成的影響，可以這樣考慮：對(duì)于輸入的不同頻率分量，造成的相位差與頻率不成正比，則輸出時(shí)不同頻率分量的疊加的相位情況和輸入時(shí)有變化，得到的通帶信號(hào)產(chǎn)生失真。

iir濾波器有以下幾個(gè)特點(diǎn)：

​​1 iir數(shù)字濾波器的系統(tǒng)函數(shù)可以寫成封閉函數(shù)的形式。

​​2 iir數(shù)字濾波器采用遞歸型結(jié)構(gòu)，即結(jié)構(gòu)上帶有反饋環(huán)路。iir濾波器運(yùn)算結(jié)構(gòu)通常由延時(shí)、乘以系數(shù)和相加等基本運(yùn)算組成，可以組合成直接型、正準(zhǔn)型、級(jí)聯(lián)型、并聯(lián)型四種結(jié)構(gòu)形式，都具有反饋回路。由于運(yùn)算中的舍入處理，使誤差不斷累積，有時(shí)會(huì)產(chǎn)生微弱的寄生振蕩。

​​3 iir數(shù)字濾波器在計(jì)上可以借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(xiàn)成的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)或圖表可查，其設(shè)計(jì)工作量比較小，對(duì)計(jì)算工具的要求不高。在設(shè)計(jì)一個(gè)iir數(shù)字濾波器時(shí)，我們根據(jù)指標(biāo)先寫出模擬濾波器的公式，然后通過一定的變換，將模擬濾波器的公式轉(zhuǎn)換成數(shù)字濾波器的公式。

​​4 iir數(shù)字濾波器的相位特性不好控制，對(duì)相位要求較高時(shí)，需加相位校準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)。

在matlab下設(shè)計(jì)iir濾波器可使用buttterworth函數(shù)設(shè)計(jì)出巴特沃斯濾波器，使用cheby1函數(shù)設(shè)計(jì)出契比雪夫i型濾波器，使用cheby2設(shè)計(jì)出契比雪夫II型濾波器，使用ellipord函數(shù)設(shè)計(jì)出橢圓濾波器。

與fir濾波器的設(shè)計(jì)不同，iir濾波器設(shè)計(jì)時(shí)的階數(shù)不是由設(shè)計(jì)者指定，而是根據(jù)設(shè)計(jì)者輸入的各個(gè)濾波器參數(shù)（截止頻率、通帶濾紋、阻帶衰減等），由軟件設(shè)計(jì)出滿足這些參數(shù)的最低濾波器階數(shù)。在matlab下設(shè)計(jì)不同類型iir濾波器均有與之對(duì)應(yīng)的函數(shù)用于階數(shù)的選擇。

iir單位響應(yīng)為無限脈沖序列fir單位響應(yīng)為有限的

iir幅頻特性精度很高，不是線性相位的，可以應(yīng)用于對(duì)相位信息不敏感的音頻信號(hào)上；

fir幅頻特性精度較之于iir低，但是線性相位，就是不同頻率分量的信號(hào)經(jīng)過fir濾波器后他們的時(shí)間差不變。這是很好的性質(zhì)。

另外有限的單位響應(yīng)也有利于對(duì)數(shù)字信號(hào)的處理，便于編程，用于計(jì)算的時(shí)延也小，這對(duì)實(shí)時(shí)的信號(hào)處理很重要
 

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IIR與FIR數(shù)字濾器的比較

FIR和IIR比較(有限沖擊響應(yīng)和無限沖擊響應(yīng))

從性能上進(jìn)行比較 "

從性能上來說，IIR濾波器傳輸函數(shù)的極點(diǎn)可位于單位圓內(nèi)的任何地方，因此可用較低的階數(shù)獲得高的選擇性，所用的存貯單元少，所以經(jīng)濟(jì)而效率高。但是這個(gè)高效率是以相位的非線性為代價(jià)的。選擇性越好，則相位非線性越嚴(yán)重。相反，F(xiàn)IR濾波器卻可以得到嚴(yán)格的線性相位，然而由于FIR濾波器傳輸函數(shù)的極點(diǎn)固定在原點(diǎn)（輸出只與有限項(xiàng)輸入有關(guān)，所以傳遞函數(shù)分母為1，極點(diǎn)在零點(diǎn)），所以只能用較高的階數(shù)達(dá)到高的選擇性；對(duì)于同樣的濾波器設(shè)計(jì)指標(biāo)，F(xiàn)IR濾波器所要求的階數(shù)可以比IIR濾波器高5~10倍，結(jié)果，成本較高，信號(hào)延時(shí)也較大；如果按相同的選擇性和相同的線性要求來說，則IIR濾波器就必須加全通網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行相位較正，同樣要大增加濾波器的節(jié)數(shù)和復(fù)雜性。

從結(jié)構(gòu)上看"

IIR濾波器必須采用遞歸結(jié)構(gòu)，極點(diǎn)位置必須在單位圓內(nèi)，否則系統(tǒng)將不穩(wěn)定。另外，在這種結(jié)構(gòu)中，由于運(yùn)算過程中對(duì)序列的舍入處理，這種有限字長(zhǎng)效應(yīng)有時(shí)會(huì)引入寄生振蕩。相反，F(xiàn)IR濾波器主要采用非遞歸結(jié)構(gòu)，不論在理論上還是在實(shí)際的有限精度運(yùn)算中都不存在穩(wěn)定性問題，運(yùn)算誤差也較小。此外，F(xiàn)IR濾波器可以采用快速付里葉變換算法，在相同階數(shù)的條件下，運(yùn)算速度可以快得多。看完全文了嗎？喜歡就一起來點(diǎn)個(gè) 贊 吧！