Терминология цифровых фильтров, страница 2

Коэффициенты (Coefficients) – см. Коэффициенты фильтра (Filter Coefficients).

Коэффициенты фильтра (Filter Coefficients) – набор постоянных, также называемых весами элементов (tap weights), используемые при фильтрации сигнала цифровым фильтром. Проектирование цифрового фильтра – это задача определения коэффициентов фильтра, которые бы обеспечивали желаемую частотную характеристику. Для КИХ-фильтра по определению коэффициенты являются значениями  импульсной характеристикой фильтра.

Относительное затухание (Relative Attenuation) – затухание, измеренное относительно наибольшего значения амплитуды. Наибольший уровень сигнала (минимальное затухание) обычно задается относительно уровня в 0 ДБ, при этом остальные значения амплитуды на кривой частотной характеристики имеют отрицательные значения (в ДБ).

Передаточная функция (Transfer Function) – математическое выражение в виде отношения z преобразования выходного сигнала цифрового фильтра к z - преобразованию входного сигнала. Задавая передаточную функцию, мы можем определять амплитудно- и фазочастотные характеристики фильтра.

Переходная область (Transition Region) – область частот между полосой пропускания и полосой задерживания цифрового фильтра. Рисунок 4 иллюстрирует переходную область для фильтра нижних частот. Иногда переходная область также называют переходной полосой (transition band).

Полоса задерживания (Stopband) – полоса частот, ослабляемая цифровым фильтром. Рисунок 4 показывает полосу задерживания для фильтра нижних частот. Хотя затухание в полосе задерживания на рисунке 4 равно -20 ДБ, не все фильтры имеют значения в полосе задерживания,  равные соответствующей амплитуде. Рисунок 4 показывает, что затухание в области задерживания измерено между максимальной амплитудой в полосе пропускания и наибольшим значением амплитуды в полосе задерживания.

Полоса пропускания (Passband) – диапазон частот, в пределах которого фильтр пропускает энергию сигнала. Обычно определяется как область частот, в которой частотная характеристика фильтра равна или превышает -3 ДБ, как изображено на рис.4.

Полосовой фильтр (Bandpass Filter) – фильтр, изображенный на рис.5, который пропускает одну полосу частот и ослабляет частоты выше и ниже этой полосы.

Порядок фильтра (Filter Order) – число, описывающее самый высокий показатель степени числителя или знаменателя  передаточной функции цифрового фильтра. Для КИХ-фильтров – знаменателя передаточной функции нет и порядок фильтра – это просто число элементов, входящих в структуру фильтра. Для БИХ-фильтров – порядок фильтра равен числу элементов задержки в структуре фильтра. Как правило, чем выше порядок фильтра, тем лучше АЧХ фильтра.

Пульсации (Ripple) – Пульсации показывают колебания в полосе пропускания или полосе задерживания на кривой амплитудно-частотной характеристики фильтра в дБ. Эллиптические фильтры или фильтры Чебышева имеют равно-волновые характеристики, то есть пульсации (колебания) постоянны по амплитуде во всей их полосе пропускания. Производные  от АЧХ фильтров Бесселя и Баттерворта не имеют пульсаций в полосе пропускания. Пульсации в полосе задерживания иногда называют также  внеполосными пульсациями (out-of-band ripple).

Пульсации в полосе пропускания (Passband Ripple) – пульсации или колебания амплитудно-частотной характеристики в пределах полосы пропускания фильтра. Неравномерность в полосе пропускания, измеряемая в дБ, проиллюстрирована на рисунке 4. (См. Неравномерность (Ripple)).

Рис. 4. Частотная характеристика цифрового фильтра низких частот, с обозначением неравномерности в полосе пропускания и ослабления в области непропускания.

Режекторный фильтр (полосно – заграждающий фильтр, Band Reject Filter) – это фильтр, который ослабляет одну полосу частот и пропускает полосы частот ниже  и выше её. Рис.5 изображает частотную характеристику идеального режекторного фильтра. Этот тип фильтра иногда называют также узкополосным режекторным фильтром  (фильтр-пробка,  notch filter).

Рис. 5 Обозначение фильтров и их частотные отклики (a) Режекторный фильтр; (б) Полосовой фильтр.

Спад (Rolloff) – этот термин используется для описания крутизны, или наклона, характеристики фильтра в области перехода от полосы пропускания к полосе задерживания. О некоторых цифровых фильтрах говорят, что они имеют спад 12 ДБ/октава – имеется в виду, что первая октава от частоты f до 2f, будет иметь  ослабление на 12 ДБ больше, чем ослабление фильтра на частоте f. Вторая октава, 4f, будет ослаблена на 24 ДБ больше, и так далее.

Структурная схема (Structure) – этот термин, используемый в цифровой обработке сигналов. Относится к блок-схеме, показывающей как устроен цифровой фильтр. Рекурсивная структура фильтра – такая, в которой имеет место обратная связь и используются предыдущие значения выходного сигнала фильтра вместе с предыдущими значениями входного сигнала для вычисления текущего выходного сигнала. БИХ-фильтры почти всегда описываются при помощи рекурсивной структуры фильтров. Нерекурсивная структура фильтров – такая, в которой при вычислении текущего выходного сигнала используются только предыдущие входные сигналы. КИХ-фильтры почти всегда описываются при помощи нерекурсивной структуры.

Узкополосный фильтр (фильтр-пробка) (Notch Filter)  - см. Режекторный фильтр (Band Reject Filter).

Разрыв фазы  (Phase Wrapping) – в  стандартной компьютерной  операции, используемая для вычисления фазовых углов, могут появляться мнимые разрывы фазы. Когда настоящий фазовый угол равен от -180 до -360, компьютерные программы автоматически преобразовывают эти углы в их эквивалентные положительные углы в области от 0 до +180.

Фазочастотная характеристика (Phase Response) – разность фаз для различных частот между входным и выходным синусоидальными сигналами на данной частоте. ФЧХ, иногда называемая фазовой задержкой (phase delay), обычно изображается в виде кривой, показывающей сдвиг фазы фильтра как функцию от частоты.

Фильтр верхних частот (ФВЧ, Highpass filter) – фильтр, который пропускает высокие частоты и ослабляет низкие, как показано на рисунке F-5(a).

Рис. 6. Обозначение фильтров и частотные отклики:

(а) ФВЧ; (б) ФНЧ.

Все мы имели возможность ознакомиться с высокочастотной фильтрацией в нашей повседневной жизни. Обратите внимание, что происходит, когда мы усиливаем верхние звуковые частоты (или ослабляем нижние звуковые частоты) на наших домашних стереосистемах. Обычный диапазон частотного отклика звукового усилителя изменяется  и дает нам повышенный и резкий (tinny) звук, поскольку подчеркиваются высокочастотные составляющие мелодии.