Цифровой фильтр

Цифровой фильтр

Цифровой фильтр — в электронике любой фильтр, обрабатывающий цифровой сигнал с целью выделения и/или подавления определённых частот этого сигнала. В отличие от цифрового, аналоговый фильтр имеет дело с аналоговым сигналом, его свойства недискретны, соответственно передаточная функция зависит от внутренних свойств составляющих его элементов.

Содержание

Применения

Цифровые фильтры на сегодняшний день применяются практически везде, где требуется обработка сигналов, в частности в спектральном анализе, обработке изображений, обработке видео, обработке речи и звука и многих других приложениях.

Характеристика цифровых фильтров

Линейный стационарный цифровой фильтр характеризуется передаточной функцией. Передаточная функция может описать, как фильтр будет реагировать на входной сигнал. Таким образом, проектирование фильтра состоит из постановки задачи (например, фильтр восьмого порядка, фильтр нижних частот с конкретной частотой среза), а затем производится расчет передаточной функции, которая определяет характеристики фильтра .


Передаточная функция фильтра имеет вид:

H(z) = \frac{B(z)}{A(z)}  = \frac{{b_{0}+b_{1}z^{-1}+b_{2}z^{-2} + \cdots + b_{N}z^{-N}}}{{1+a_{1}z^{-1}+a_{2}z^{-2} + \cdots +a_{M}z^{-M}}}

где порядок фильтра - большее N или M. В данном случае это формула БИХ-фильтра. Если знаменатель равен единице, то получаем формулу КИХ-фильтра (без обратной связи).

Преимущества и недостатки

Преимуществами цифровых фильтров перед аналоговыми являются:

  • Высокая точность (точность аналоговых фильтров ограничена допусками на элементы).
  • Стабильность (в отличие от аналогового фильтра передаточная функция не зависит от дрейфа характеристик элементов).
  • Гибкость настройки, лёгкость изменения.
  • Компактность — аналоговый фильтр на очень низкую частоту (доли герца, например) потребовал бы чрезвычайно громоздких конденсаторов или индуктивностей.

Недостатки

Недостатками цифровых фильтров по сравнению с аналоговыми являются:

  • Трудность работы с высокочастотными сигналами. Полоса частот ограничена частотой Найквиста, равной половине частоты дискретизации сигнала. Поэтому для высокочастотных сигналов применяют аналоговые фильтры, либо, если на высоких частотах нет полезного сигнала, сначала подавляют высокочастотные составляющие с помощью аналогового фильтра, затем обрабатывают сигнал цифровым фильтром.
  • Трудность работы в реальном времени — вычисления должны быть завершены в течение периода дискретизации.
  • Для большой точности и высокой скорости обработки сигналов требуется не только мощный процессор, но и дополнительное, возможно дорогостоящее, аппаратное обеспечение в виде высокоточных и быстрых ЦАП и АЦП.

Виды цифровых фильтров

КИХ-фильтры

Фильтр с конечной импульсной характеристикой (нерекурсивный фильтр, КИХ-фильтр) — один из видов электронных фильтров, характерной особенностью которого является ограниченность по времени его импульсной характеристики (с какого-то момента времени она становится точно равной нулю). Знаменатель передаточной функции такого фильтра — некая константа.

БИХ-фильтры

Фильтр с бесконечной импульсной характеристикой (рекурсивный фильтр, БИХ-фильтр) — электронный фильтр, использующий один или более своих выходов в качестве входа, то есть образует обратную связь.Основным свойством таких фильтров является то, что их импульсная переходная характеристика имеет бесконечную длину во временной области, а передаточная функция имеет дробно-рациональный вид. Такие фильтры могут быть как аналоговыми так и цифровыми.

Способы реализации цифровых фильтров

Различают два вида реализации цифрового фильтра: аппаратный и программный. Аппаратные цифровые фильтры реализуются на элементах интегральных схем, тогда как программные реализуются с помощью программ, выполняемых ПЛИС, процессором или микроконтроллером. Преимуществом программных перед аппаратным является лёгкость воплощения, а также настройки и изменений, а также то, что в себестоимость такого фильтра входит только труд программиста. Недостаток — низкая скорость, зависящая от быстродействия процессора, а также трудная реализуемость цифровых фильтров высокого порядка.

См. также

Литература

  • L.R. Rabiner and R.W. Schafer, Digital Processing of Speech Signals, Prentice-Hall, 1978.
  • S. Haykin, Adaptive Filter Theory, 3rd Edition, Prentice-Hall, 1996.
  • Steven W. Smith, The Scientist and Engineer’s Guide to Digital Signal Processing, Second Edition, 1999, California Technical Publishing
  • Хэмминг Р. У. Цифровые фильтры. — М. :Советское радио. 1980.
  • Рабинер Л.Р., Гоулд В. Теория и применение цифровой обработки сигналов. М.: Мир, 1978.


Ссылки


Wikimedia Foundation. 2010.

Нужен реферат?

Полезное


Смотреть что такое "Цифровой фильтр" в других словарях:

  • цифровой фильтр — — [В.А.Семенов. Англо русский словарь по релейной защите] Тематики релейная защита EN digital filter …   Справочник технического переводчика

  • цифровой фильтр — skaitmeninis filtras statusas T sritis automatika atitikmenys: angl. digital filter vok. Digitalfilter, n; diskretes Filter, n rus. цифровой фильтр, m pranc. filtre digital, m; filtre numérique, m …   Automatikos terminų žodynas

  • цифровой фильтр — 3.28 цифровой фильтр (digital filter): Подмножество дискретных фильтров, которое использует оцифрованные выборки входных данных. Источник …   Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

  • Цифровой фильтр —         Электрический фильтр, в котором для выделения одних и подавления других частотных составляющих сложных электрических колебаний используются цифровые вычислительные устройства …   Большая советская энциклопедия

  • гребенчатый цифровой фильтр — — [Л.Г.Суменко. Англо русский словарь по информационным технологиям. М.: ГП ЦНИИС, 2003.] Тематики информационные технологии в целом EN multipath digital filter …   Справочник технического переводчика

  • Фильтр — Фильтр (от лат. filtrum «войлок»)  понятия, устройства, механизмы, выделяющие (или удаляющие) из исходного объекта некоторую часть с заданными свойствами. Содержание 1 Фильтры жидкости 2 Фильтры газа …   Википедия

  • Фильтр с конечной импульсной характеристикой — (Нерекурсивный фильтр, КИХ фильтр) или FIR фильтр (FIR сокр. от finite impulse response  конечная импульсная характеристика)  один из видов линейных цифровых фильтров, характерной особенностью которого является ограниченность по времени …   Википедия

  • Цифровой — 4. Цифровой Определение, относящееся к данным, которые состоят из цифр Источник: ГОСТ 15971 90: Системы обработки информации. Термины и определения оригинал документа Смотри также родственные термины …   Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

  • Фильтр (информатика) — У этого термина существуют и другие значения, см. Фильтр. Фильтр (фильтрация) в информатике имеет несколько значений: Фильтрация данных вывод нужных пользователю данных, в результате созданного им запроса. Фильтр в растровом графическом редакторе …   Википедия

  • Фильтр (значения) — * Фильтрация процесс очистки жидкости или газа от механических примесей. * Фильтр (электроника) устройство для выделения желательных компонент спектра аналогового сигнала и подавления нежелательных. * Цифровой фильтр устройство для обработки… …   Википедия


Поделиться ссылкой на выделенное

Прямая ссылка:
Нажмите правой клавишей мыши и выберите «Копировать ссылку»