为什么线性相位滤波器具有对称的脉冲响应?

信息处理 过滤器 冲动反应 线性相位 对称
2022-01-12 15:21:19

事实上,线性相位滤波器具有对称的脉冲响应,但我不明白为什么这是真的。有人可以解释或证明这一点吗?

3个回答

事实上,我想我明白为什么了。

X(jΩ)=|X(jΩ)|ejθ(Ω)

|X(jΩ)|是纯粹真实的,因此如果我们采用 IFT,它是均匀且对称的。

θ(Ω)=aΩ因为相位是线性的,所以ejaΩ只是在时域中移动相应的偶数和对称幅度,因此得到的脉冲响应是关于对称的a.

实际上,这不是必需的,具体取决于您如何定义“过滤器”。Clements 和 Pease推导出了一个无法实现的滤波器,它是线性相位,但没有任何对称性。

过滤器没有用,因为它们无法实现,但这是一个有趣的思考问题。

正如 Peter K. 的回答所指出的,具有线性相位的离散时间系统没有必要具有任何对称性。

CAJ 的论点朝着正确的方向发展,但请注意ejkΩ只是一个简单的离散样本延迟,如果kZ. 更重要的是,ejkΩ并不总是保持输入信号的对称性。

一种实现方式ejkΩ就是用sinc插值将离散时间输入转换为连续时间,延迟等效时间k采样,并重新采样信号。

这是信号的示例[..., 0, 1, 0, 1, 0, ...]“延迟”具有不同的值k. 第一张图是原始信号,然后是延迟的输出k=1,k=1.5k=1.75样品。虚线是每个信号的 sinc 插值。

延迟示例

请注意,当2kZ,如上图所示,输入信号的对称性丢失了,因此 CAJ 的论点仅对2kZ.

虽然不能保证线性相位离散时间滤波器的脉冲响应的对称性,但可以保证信号的连续 sinc 插值的对称性。

具有线性相位且没有对称性的滤波器的一个示例恰好是ejkΩ对于任何2kZ. 然而有趣的是,这个频率响应不是一个有理函数z=ejΩ, 所以不能用典型的 IIR 差分方程法来实现。

事实证明,在脉冲响应不一定对称的情况下,所以当2kZ,脉冲响应的长度必然是无限的。这意味着对于 FIR 滤波器,因为有必要2kZ,对称性被保留,因此 CAJ 的论点适用。

如果您想查看此答案中关于您自己研究的真实 FIR 滤波器的声明的一些数学论据,您可以在此处查看我的。请记住,我不是专家,所以它可能包含错误。如果你找到了,请告诉我。

关于该语言的一个重要细节是,当人们说线性相位时,他们通常并不是指严格的线性相位,如

X(jΩ)=|X(jΩ)|ejkΩ.

它们通常表示广义线性相位,如

X(jΩ)=A(jΩ)ej(βkΩ),
在哪里A(jΩ)是真正有价值的。

对于广义线性相位,如果滤波器响应是实数和有限的,则它可以是对称的或反对称的。

正如 Matt L. 在评论中指出的那样,有关不同类型的广义线性相位 FIR 滤波器的更多详细信息,您可以阅读此问题