數(shù)字濾波器概述
數(shù)字濾波器可以分為兩大部分:即經(jīng)典濾波器和現(xiàn)代濾波器。經(jīng)典濾波器就是假定輸入信號x(n)中的有用成分和希望濾除成分分別位于不同的頻帶,因而我們通過一個線性系統(tǒng)就可以對噪聲進行濾除,如果噪聲和信號的頻譜相互混疊,則經(jīng)典濾波器得不到濾波的要求。通常有高通濾波器,低通濾波器,帶通濾波器,帶阻濾波器?,F(xiàn)代濾波器是從含有噪聲的信號估計出有用的信號和噪聲信號。這種方法是把信號和噪聲本身都視為隨機信號,利用其統(tǒng)計特征,如自相關(guān)函數(shù),互相關(guān)函數(shù),自功率譜,互功率譜等引導出信號的估計算法,然后利用數(shù)字設備實現(xiàn)。主要有維納濾波,卡爾曼濾波,自適應濾波等數(shù)字濾波器。
經(jīng)典濾波的概念,是根據(jù)傅里葉分析和變換提出的一個工程概念。根據(jù)高等數(shù)學理論,任何一個滿足一定條件的信號,都可以被看成是由無限個正弦波疊加而成。換句話說,就是工程信號是不同頻率的正弦波線性疊加而成的,組成信號的不同頻率的正弦波叫做信號的頻率成分或叫做諧波成分。實際上,任何一個電子系統(tǒng)都具有自己的頻帶寬度(對信號最高頻率的限制),頻率特性反映出了電子系統(tǒng)的這個基本特點。而濾波器,則是根據(jù)電路參數(shù)對電路頻帶寬度的影響而設計出來的工程應用電路。
經(jīng)典濾波的概念,是根據(jù)傅里葉分析和變換提出的一個工程概念。根據(jù)高等數(shù)學理論,任何一個滿足一定條件的信號,都可以被看成是由無限個正弦波疊加而成。換句話說,就是工程信號是不同頻率的正弦波線性疊加而成的,組成信號的不同頻率的正弦波叫做信號的頻率成分或叫做諧波成分。
現(xiàn)代濾波思想是和經(jīng)典濾波思想截然不同的?,F(xiàn)代濾波是利用信號的隨機性的本質(zhì),將信號及其噪聲看成隨機信號,通過利用其統(tǒng)計特征,估計出信號本身。一旦信號被估計出,得到的信號本身比原來的信噪比高出許多。典型的數(shù)字濾波器有Kalman濾波,Wenner濾波,自適應濾波,小波變換(wavelet)等手段 。從本質(zhì)上講,數(shù)字濾波實際上是一種算法,這種算法在數(shù)字設備上得以實現(xiàn)。這里的數(shù)字設備不僅包含計算機,還有嵌入式設備如:DSP,F(xiàn)PGA,ARM等。
數(shù)字濾波具有高精度、高可靠性、可程控改變特性或復用、便于集成等優(yōu)點。數(shù)字濾波在語言信號處理、圖像信號處理、醫(yī)學生物信號處理以及其他應用領(lǐng)域都得到了廣泛應用。數(shù)字濾波有低通、高通、帶通、帶阻和全通等類型。它可以是時不變的或時變的、因果的或非因果的、線性的或非線性的。應用最廣的是線性、時不變數(shù)字濾波器。
經(jīng)典濾波器,又名“經(jīng)典濾波電路”,就是根據(jù)傅里葉分析和變換設計出來的,只允許一定頻率范圍內(nèi)的信號成分正常通過,而阻止另一部分頻率成分通過的電子裝置。
實際上,任何一個電子系統(tǒng)都具有自己的頻帶寬度(對信號最高頻率的限制),頻率特性反映出了電子系統(tǒng)的這個基本特點。而濾波器,則是根據(jù)電路參數(shù)對電路頻帶寬度的影響而設計出來的工程應用電路。