【導(dǎo)讀】數(shù)字濾波器廣泛應(yīng)用于硬件電路設(shè)計，在離散系統(tǒng)中尤為常見，一般可以分為FIR濾波器和IIR濾波器，那么他們有什么區(qū)別和聯(lián)系呢。
FIR濾波器
定義：
FIR濾波器是有限長單位沖激響應(yīng)濾波器，又稱為非遞歸型濾波器，是數(shù)字信號處理系統(tǒng)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(yán)格的線性相頻特性，同時其單位抽樣響應(yīng)是有限長的，因而濾波器是穩(wěn)定的系統(tǒng)。
特點(diǎn)：
lFIR濾波器的最主要的特點(diǎn)是沒有反饋回路，穩(wěn)定性強(qiáng)，故不存在不穩(wěn)定的問題；
lFIR具有嚴(yán)格的線性相位，幅度特性隨意設(shè)置的同時，保證精確的線性相位；
lFIR設(shè)計方式是線性的，硬件容易實現(xiàn)；
lFIR相對IIR濾波器而言，相同性能指標(biāo)時，階次較高，對CPU的性能要去較高。
圖1.FIR濾波原理圖
IIR濾波器
定義：
IIR濾波器是無限脈沖響應(yīng)濾波器，又稱遞歸型濾波器，即結(jié)構(gòu)上帶有反饋環(huán)路。
特點(diǎn)：
lIIR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，具有反饋回路；
lIIR數(shù)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(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)；
lIIR濾波器有歷史的輸出參與反饋，同F(xiàn)IR相比在相同階數(shù)時取得更好的濾波效果；
lIIR數(shù)字濾波器采用遞歸型結(jié)構(gòu)，由于運(yùn)算中的舍入處理，使誤差不斷累積，有時會產(chǎn)生微弱的寄生振蕩。
圖2.IIR基礎(chǔ)原理圖
區(qū)別
l穩(wěn)定性：由于FIR濾波器沒有反饋回路，穩(wěn)定性要強(qiáng)于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，采樣率為1KHz
圖3.方波信號
FIR濾波器后，濾波后效果圖下圖所示
圖4.FIR濾波效果圖
IIR濾波器后，濾波后效果圖下圖所示
圖5.IIR濾波效果圖
通過對比不難發(fā)現(xiàn)，IIR濾波器存在非線性相位延遲，校正時需要雙向濾波進(jìn)行校正，復(fù)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的濾波輸出取決于當(dāng)前輸入數(shù)據(jù)和歷史輸入數(shù)據(jù)，IIR的濾波輸出取決于當(dāng)前輸入數(shù)據(jù)、歷史輸入數(shù)據(jù)和歷史輸出數(shù)據(jù)。以基于FPGA硬件的數(shù)字濾波器為例，F(xiàn)IR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(shù)據(jù)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。
圖6.FIR和IIR濾波對比圖
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(yīng)用時應(yīng)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(fā)揮其經(jīng)濟(jì)高效的特點(diǎn)；對于圖像信號處理，數(shù)據(jù)傳輸?shù)纫圆ㄐ螖y帶信息的系統(tǒng)，則對線性相位要求較高，采用FIR濾波器較好。當(dāng)然，在實際應(yīng)用中可能還要考慮更多方面的因素。
