Zespół filtrów

Z Wikipedii, wolnej encyklopedii
Skocz do: nawigacji, wyszukiwania

Zespół filtrów (inna nazwa: bank filtrów[a]) [1]układ elektroniczny lub algorytm będący strukturą o wielu wejściach lub wielu wyjściach złożoną z filtrów pasmowych. Podstawowym zadaniem zespołu filtrów jest dekompozycja sygnału na składowe należące do różnych przedziałów częstotliwości nazywanych podpasmami lub subpasmami. Pożądana jest taka budowa zespołu filtrów, aby możliwe było odtworzenie całego sygnału ze złożenia sygnałów podpasmowych. Oznacza to, że poszczególne podpasma powinny być rozłączne w dziedzinie częstotliwości (z dokładnością do obszaru wzajemnego zachodzenia na siebie charakterystyk pojedynczych filtrów) i pokrywać pełen zakres częstotliwości sygnału wejściowego.

Implementacja analogowa[edytuj | edytuj kod]

Analogowy zespół filtrów to układ filtrów pasmowoprzepustowych o wspólnym wejściu i szeregu niezależnych wyjść, na których dostępne są poszczególne składowe podpasmowe sygnału wejściowego. Aby zapewnić, że suma wszystkich sygnałów podpasmowych jest równa sygnałowi wejściowemu, muszą być spełnione ścisłe warunki dotyczące zachodzenia na siebie charakterystyk amplitudowych sąsiednich filtrów, oraz właściwych charakterystyk fazowych gwarantujących zgodność fazową poszczególnych podpasm. Spełnienie tych warunków jest łatwiejsze gdy poszczególne filtry nie są niezależnymi układami, lecz stanowią wyjścia łącznie zoptymalizowanego układu (zwrotnicy wielokanałowej).

Implementacja cyfrowa[edytuj | edytuj kod]

Cyfrowy zespół filtrów to blok cyfrowego przetwarzania sygnałów, który można rozpatrywać jako zbiór pasmowych filtrów cyfrowych. Częściej jednak zadania filtracji w poszczególnych podpasmach są realizowane łącznie dla całego zespołu filtrów, zwłaszcza, że część z nich może być zoptymalizowana przy pomocy szybkich algorytmów takich jak FFT. Ze względu na chęć zmniejszenia złożoności obliczeniowej oraz zapotrzebowania na pamięć w dalszym przetwarzaniu, wyjścia poszczególnych podpasm są zdecymowane (podpróbkowane) w stopniu proporcjonalnym do zmniejszonej szerokości pasma w stosunku do pasma całego sygnału, zgodnie z twierdzeniem Kotielnikowa-Shannona o próbkowaniu. Proces decymacji jest wtedy nieodłącznym elementem procedury obliczeniowej zespołu filtrów i służy zmniejszeniu łącznej liczby obliczeń. Rekonstrukcja pełnego sygnału ze zdecymowanych sygnałów podpasmowych wymaga zaangażowania drugiego zespołu filtrów. Mówimy wtedy o zespole filtrów analizy i zespole filtrów syntezy.

Zastosowania[edytuj | edytuj kod]

Podział sygnałów na podpasma i niezależne przetwarzanie tych składowych jest wykorzystywany w bardzo wielu gałęziach elektroniki, telekomunikacji i cyfrowego przetwarzania sygnałów. Na przykład wokoder analizuje sygnał mowy za pomocą zespołu filtrów w celu wyznaczenia amplitud poszczególnych składowych, co pozwala na późniejszą syntezę mowy, kodowanie mowy lub uzyskanie różnorodnych efektów specjalnych stosowanych w muzyce. Innym przykładem zastosowania zespołu filtrów jest zwielokrotnienie kanałów telefonicznych, pozwalające na przesyłanie na wspólnym łączu kablowym wielu kanałów rozmównych. Jeszcze innym przykładem jest dekompozycja sygnału muzyki na 32 podpasma w koderze MPEG Audio, dzięki czemu w każdym podpaśmie można stosować inną kwantyzację, optymalizując stopień stratności kodowania z uwzględnieniem słyszalności zniekształceń o różnych częsotliwościach.

Uwagi

  1. >Określenie "bank filtrów" jest tzw. kalką z angielskiego terminu "filterbank" niezgodną z frazeologią języka polskiego. W języku polskim "bank" oznacza "miejsce przechowywania pieniędzy lub tkanek", w języku angielskim słowo to oznacza również "pulę", "rząd", "szereg elementów" itp. (za: "Wielki słownik angielsko-polski", Philip Wilson, Warszawa 1999)

Bibliografia[edytuj | edytuj kod]

  • Tomasz P. Zieliński, "Cyfrowe przetwarzanie sygnałów: od teorii do zastosowań", Wydawnictwa Komunikacji i Łączności, Wyd. 2 popr, Warszawa 2007, ISBN 978-83-206-1640-8
  • Tomasz P. Zieliński, "Od teorii do cyfrowego przetwarzania sygnałów", Wydział EAIiE AGH, Kraków 2000
  • J.F. Harris, "Multirate signal processing for communication systems", Prentice Hall PTR, Upper Saddle River, NJ, 2004, ISBN 0-13-146511-2
  • A. Piotrowski, M. Parfeniuk, "Cyfrowe banki filtrów: analiza, synteza i implementacja dla systemów multimedialnych", Wydawnictwo Politechniki Białostockiej, 2006, ISBN 978-83-602001-0-0
  • B Ziółko, M. Ziółko Przetwarzanie mowy, Wydawnictwa AGH, 2011.

Przypisy