20-Μαρ-2009 ΗΜΥ Φίλτρα απόκρισης πεπερασμένου παλμού (FIR)

Σχετικά έγγραφα
24-Μαρ-2009 ΗΜΥ Φίλτρα απόκρισης πεπερασμένου παλμού (FIR)

10-Μαρτ-2009 ΗΜΥ Παραθύρωση Ψηφιακά φίλτρα

HMY 429: Εισαγωγή στην Επεξεργασία Ψηφιακών

Κεφάλαιο 6 Σχεδιασμός FIR φίλτρων

3-Απρ-2009 ΗΜΥ Φίλτρα απόκρισης άπειρου παλμού (IIR)

Ψηφιακή Επεξεργασία Σημάτων

Ψηφιακή Επεξεργασία Σημάτων

Κεφάλαιο 6 Σχεδιασμός FIR φίλτρων

Διάλεξη 10. Σχεδιασμός Φίλτρων. Κεφ Φίλτρο Διαφοροποιεί το φάσμα ενός σήματος Π.χ. αφήνει να περάσουν ή σταματά κάποιες συχνότητες

3-Μαρτ-2009 ΗΜΥ Γρήγορος Μετασχηματισμός Fourier Εφαρμογές

Σχήµα 1: Χρήση ψηφιακών φίλτρων για επεξεργασία σηµάτων συνεχούς χρόνου

ΨΗΦΙΑΚΗ ΕΠΕΞΕΡΓΑΣΙΑ ΣΗΜΑΤΟΣ ΑΣΚΗΣΗ 5

1) Να σχεδιαστούν στο matlab οι γραφικές παραστάσεις των παρακάτω ακολουθιών στο διάστημα, χρησιμοποιώντας τις συναρτήσεις delta και step.

Συστήµατα τα οποία χαρακτηρίζονται από γραµµικές εξισώσεις διαφορών µε σταθερούς συντελεστές

13. ΚΑΘΑΡΙΣΜΟΣ ΗΕΓ 1

Α. Αιτιολογήστε αν είναι γραμμικά ή όχι και χρονικά αμετάβλητα ή όχι.

17-Φεβ-2009 ΗΜΥ Ιδιότητες Συνέλιξης Συσχέτιση

HMY 429: Εισαγωγή στην Επεξεργασία Ψηφιακών

x[n] = e u[n 1] 4 x[n] = u[n 1] 4 X(z) = z 1 H(z) = (1 0.5z 1 )(1 + 4z 2 ) z 2 (βʹ) H(z) = H min (z)h lin (z) 4 z 1 1 z 1 (z 1 4 )(z 1) (1)

27-Ιαν-2009 ΗΜΥ (ι) Βασική στατιστική (ιι) Μετατροπές: αναλογικό-σεψηφιακό και ψηφιακό-σε-αναλογικό

Σχεδιασµός Φίλτρων µε τηµέθοδο των παραθύρων

HMY 429: Εισαγωγή στην Επεξεργασία Ψηφιακών Σημάτων. Διάλεξη 22: Γρήγορος Μετασχηματισμός Fourier Ανάλυση σημάτων/συστημάτων με το ΔΜΦ

Αντίστροφος Μετασχηματισμός Ζ. Υλοποίηση συστημάτων Διακριτού Χρόνου. Σχεδίαση φίλτρων

6-Μαρτ-2009 ΗΜΥ Μετασχηματισμός z

stopband Passband stopband H L H ( e h L (n) = 1 π = 1 h L (n) = sin ω cn

Ψηφιακή Επεξεργασία Σημάτων

27/4/2009. Για την υλοποίηση τέτοιων αλγορίθμων επεξεργασίας απαιτείται η χρήση μνήμης. T η περίοδος δειγματοληψίας. Επίκ. Καθηγητής.

20-Μαρ-2009 ΗΜΥ 429. Προηγμένες τεχνικές DSP

Ψηφιακή Επεξεργασία Σημάτων

Σχεδιασµός FIR φίλτρων

4. ΚΕΦΑΛΑΙΟ ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ ΤΟΥ ΜΕΤΑΣΧΗΜΑΤΙΣΜΟΥ FOURIER

ΑΝΑΛΥΣΗ ΣΗΜΑΤΩΝ ΚΑΙ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ ΜΕ ΤΟ ΜΕΤΑΣΧΗΜΑΤΙΣΜΟ FOURIER

Ανάλυση ΓΧΑ Συστημάτων

FFT. Θα επικεντρωθούμε στο ΔΜΦ αλλά όλα ισχύουν και για τον

Ψηφιακή Επεξεργασία Σημάτων

Σήματα και Συστήματα. Διάλεξη 10: Γραμμικά Φίλτρα. Δρ. Μιχάλης Παρασκευάς Επίκουρος Καθηγητής

20-Φεβ-2009 ΗΜΥ Διακριτός Μετασχηματισμός Fourier

ΑΣΚΗΣΗ 6 Σχεδίαση FIR και IIR φίλτρων στο Matlab

Ενδεικτικές Ασκήσεις για το μάθημα: «Μετρήσεις Φυσικών Μεγεθών»

Συστήµατα τα οποία χαρακτηρίζονται από γραµµικές εξισώσεις διαφορών µε σταθερούς συντελεστές

Σήματα και Συστήματα ΙΙ

Ολοκληρωµένο Περιβάλλον Σχεδιασµού Και Επίδειξης Φίλτρων

Συστήµατα τα οποία χαρακτηρίζονται από γραµµικές εξισώσεις διαφορών µε σταθερούς συντελεστές

Ψηφιακή Επεξεργασία Σημάτων

Αναλογικά φίλτρα. Για να επιτύχουµε µια επιθυµητή απόκριση χρειαζόµαστε σηµαντικά λιγότερους συντελεστές γιαένα IIR φίλτροσεσχέσηµετοαντίστοιχο FIR.

Τ.Ε.Ι. Λαμίας Τμήμα Ηλεκτρονικής

15/3/2009. Ένα ψηφιακό σήμα είναι η κβαντισμένη εκδοχή ενός σήματος διάκριτου. χρόνου. Φλώρος Ανδρέας Επίκ. Καθηγητής

Εξεταστική Ιανουαρίου 2007 Μάθηµα: «Σήµατα και Συστήµατα»

ΛΥΣΕΙΣ ΑΣΚΗΣΕΩΝ ΕΞΕΤΑΣΤΙΚΗΣ ΠΕΡΙΟ ΟΥ ΙΟΥΝΙΟΥ 2004., η οποία όµως µπορεί να γραφεί µε την παρακάτω µορφή: 1 e

HMY 429: Εισαγωγή στην Επεξεργασία Ψηφιακών

HMY 429: Εισαγωγή στην Επεξεργασία Ψηφιακών

Εισαγωγή στις Τηλεπικοινωνίες

20-Ιαν-2009 ΗΜΥ Εισαγωγή στην Ψηφιακή Επεξεργασία Σημάτων

ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΠΕΛΟΠΟΝΝΗΣΟΥ

Kεφάλαιο 5 DFT- FFT ΔΙΑΚΡΙΤΟΣ ΜΕΤΑΣΧΗΜΑΤΙΣΜΟΣ FOURIER DISCRETE FOURIER TRANSFORM 1/ 80. ΨΗΦΙΑΚΗ ΕΠΕΞΕΡΓΑΣΙΑ ΣΗΜΑΤΟΣ DFT-FFT Σ.

Ψηφιακά Φίλτρα. Αναλογικά και ψηφιακά φίλτρα 20/5/ /5/2005 2

ΚΕΦ.6 Σχεδιασµός FIR φίλτρων Λύσεις των ασκήσεων

ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΠΕΛΟΠΟΝΝΗΣΟΥ

ΤΟ ΜΑΥΡΟ ΚΟΥΤΙ. 1. Το περιεχόμενο του μαύρου κουτιού. 2. Είσοδος: σήματα (κυματομορφές) διέγερσης 3. Έξοδος: απόκριση. (απλά ηλεκτρικά στοιχεία)

Σήματα και Συστήματα. Διάλεξη 9: Μελέτη ΓΧΑ Συστημάτων με τον Μετασχηματισμό Fourier. Δρ. Μιχάλης Παρασκευάς Επίκουρος Καθηγητής

Ψηφιακή Επεξεργασία Σημάτων

Επομένως το εύρος ζώνης του διαμορφωμένου σήματος είναι 2.

Διακριτός Μετασχηματισμός Fourier

Εισαγωγή στην Επεξεργασία Σήματος. Νόκας Γιώργος

ΜΕΤΑΣΧΗΜΑΤΙΣΜΟΣ FOURIER ΑΝΑΛΥΣΗ FOURIER ΔΙΑΚΡΙΤΩΝ ΣΗΜΑΤΩΝ ΚΑΙ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ. DTFT και Περιοδική/Κυκλική Συνέλιξη

ΣΗΜΑΤΑ & ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ Ενότητα 3: ΣΥΝΕΛΙΞΗ

ΧΡΟΝΙΚΗ ΚΑΙ ΑΡΜΟΝΙΚΗ ΑΠΟΚΡΙΣΗ ΤΩΝ ΚΥΚΛΩΜΑΤΩΝ. Σπύρος Νικολαΐδης Αναπληρωτής Καθηγητής Τομέας Ηλεκτρονικής & ΗΥ Τμήμα Φυσικής

H ΨΗΦΙΑΚΗ ΕΠΕΞΕΡΓΑΣΙΑ ΣΗΜΑΤΟΣ. στις τηλεπικοινωνίες

Ψηφιακή Επεξεργασία Σημάτων

Σήματα και Συστήματα ΙΙ

ΕΛΛΗΝΙΚΗ ΔΗΜΟΚΡΑΤΙΑ Ανώτατο Εκπαιδευτικό Ίδρυμα Πειραιά Τεχνολογικού Τομέα ΣΗΜΑΤΑ & ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ. Ενότητα : ΥΛΟΠΟΙΗΣΗ ΔΙΑΚΡΙΤΩΝ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ

Συμπίεση Δεδομένων

HMY 429: Εισαγωγή στην Επεξεργασία Ψηφιακών Σημάτων. Διάλεξη 20: Διακριτός Μετασχηματισμός Fourier (Discrete Fourier Transform DFT)

y[n] ay[n 1] = x[n] + βx[n 1] (6)

HMY 429: Εισαγωγή στην Επεξεργασία Ψηφιακών. στο χώρο της συχνότητας

HMY 220: Σήματα και Συστήματα Ι

Α. ΣΚΟΔΡΑΣ ΨΗΦΙΑΚΟΣ ΕΛΕΓΧΟΣ ΔΙΑΛΕΞΗ 6 ΔΙΑΦΑΝΕΙΑ 1

ΘΕΩΡΙΑ ΣΗΜΑΤΩΝ & ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ. Χώρος Κατάστασης Μοντέλα Πεπερασµένων Διαφορών & Παραγώγων

Τεχνολογικό Εκπαιδευτικό Ίδρυμα Σερρών Τμήμα Πληροφορικής & Επικοινωνιών. Σήματα. και. Συστήματα

Kεφάλαιο 7 Σχεδιασμός IIR Φίλτρων

Επαναληπτικές Ασκήσεις για το µάθηµα Ψηφιακή Επεξεργασία Σηµάτων

3-Φεβ-2009 ΗΜΥ Σήματα

Ήχος. Τεχνολογία Πολυμέσων και Πολυμεσικές Επικοινωνίες 04-1

Ψηφιακή Επεξεργασία και Ανάλυση Εικόνας. Ακαδημαϊκό Έτος Παρουσίαση Νο. 2. Δισδιάστατα Σήματα και Συστήματα #1

HMY 220: Σήματα και Συστήματα Ι

Αναλογικά φίλτρα. Τα IIR φίλτρα μπορούν εύκολα να σχεδιασθούν αρχίζοντας από ένα αναλογικό φίλτρο και

Φίλτρα διέλευσης: (α) χαμηλών συχνοτήτων (β) υψηλών συχνοτήτων

ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΑΝΑΛΟΓΙΚΩΝ & ΨΗΦΙΑΚΩΝ ΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΩΝ

Ψηφιακή Επεξεργασία Σημάτων

HMY 220: Σήματα και Συστήματα Ι

13-Φεβ-2009 ΗΜΥ Γραμμικά συστήματα και Συνέλιξη

Ψηφιακή Επεξεργασία και Ανάλυση Εικόνας. Ακαδημαϊκό Έτος Παρουσίαση Νο. 2. Δισδιάστατα Σήματα και Συστήματα #1

ΗΜΥ 100 Εισαγωγή στην Τεχνολογία

Μετάδοση πληροφορίας - Διαμόρφωση

Σχεδιασµός IIR φίλτρων - Λύσεις των Ασκήσεων

Θ.Ε. ΠΛΗ22 ( ) 2η Γραπτή Εργασία

Αρχές Τηλεπικοινωνιών

Τηλεπικοινωνιακά Συστήματα Ι

Σήματα και Συστήματα. Διάλεξη 13: Μελέτη ΓΧΑ Συστημάτων με τον Μετασχηματισμό Laplace. Δρ. Μιχάλης Παρασκευάς Επίκουρος Καθηγητής

Άσκηση 1 η Να εξετάσετε αν τα ακόλουθα σήματα είναι περιοδικά. Στην περίπτωση περιοδικού σήματος, ποια είναι η θεμελιώδης περίοδος; 1 )

Transcript:

ΗΜΥ 429 14. Φίλτρα απόκρισης πεπερασμένου παλμού (FIR) 1

Γενικά βήματα για σχεδιασμό φίλτρων (1) Προσδιορισμός χαρακτηριστικών του φίλτρου: Χαρακτηριστικά σήματος (π.χ. μέγιστη συχνότητα) Χαρακτηριστικά φίλτρου (π.χ. απόκριση μεγέθους ή/και φάσης, ταχύτητα) Τρόπος υλοποίησης (π.χ. σε υπολογιστή ή εξειδικευμένο επεξεργαστή) Άλλα χαρακτηριστικά (π.χ. κόστος) Γιαφίλτραεπιλογής συχνότητας: προδιαγραφές μέσω σχημάτων ανοχής (tolerance schemes). δ p : απόκλιση ζώνης διάβασης δ s : απόκλιση ζώνης αποκοπής f p : συχνότητα άκρου ζώνης διάβασης f s : συχνότητα άκρου ζώνης αποκοπής 2

(2) Υπολογισμός κατάλληλων συντελεστών φίλτρου: IIR: βασίζονται σε μετασχηματισμό χαρακτηριστικών αναλογικών φίλτρων σε ψηφιακά. 3 βασικές μέθοδοι: (ι) impulse invariant, (ιι) bilinear transformation, και (iii) pole-zero placement. FIR: (ι) window, (ιι)frequency sampling, και (ιιι) optimal (Parks- McClellan algorithm) (3) Απεικόνιση φίλτρου με κατάλληλη δομή: μετατροπή μίας συνάρτησης μεταφοράς H(z) σε κατάλληλη μορφή φίλτρου. IIR: direct, cascade και parallel μορφές FIR: direct, frequency sampling και fast convolution technique μορφές (4) Ανάλυση επίδρασης πεπερασμένης ακρίβειας του αριθμού bits: επιλογή κατάλληλου αριθμού bits για αποφυγή υποβάθμισης της απόδοσης του φίλτρου. Παράγοντες που επηρεάζουν απόδοση: κβαντοποίηση (εισόδου/εξόδου, συντελεστών φίλτρου), στρογγυλοποίηση, υπερροή. (5) Υλοποίηση φίλτρου: λογισμικό ή υλισμικό. Χρειάζονται: μνήμες ROM και RAM, πολλαπλασιαστές και αθροιστές ή αριθμητική λογική. 3

Χαρακτηριστικά FIR (1) Βασικό FIR φίλτρο χαρακτηρίζεται από: y( n) H ( z) N 1 k 0 N 1 k 0 h( k) x( n k) h( k) z όπου h(k): συντελεστές κρουστικής απόκρισης του φίλτρου k Η(z): συνάρτηση μεταφοράς φίλτρου (1) (2) Ν: μέγεθος φίλτρου, δηλ. αριθμός συντελεστών φίλτρου k0,1,,ν-1 (1): στο πεδίο χρόνου. Μη-αναδρομική μορφή (υπάρχουν και αναδρομικά φίλτρα FIR). Μη-αναδρομικά φίλτρα FIR είναι πάντοτε σταθερά. (2): μέθοδος ανάλυσης φίλτρου, π.χ. υπολογισμός συχνοτικής απόκρισης 4

(2) Υλοποιούνται πολύ εύκολα. Όλοι οι επεξεργαστές ΨΕΣ έχουν αρχιτεκτονική κατάλληλη για FIR φίλτρα. (3) FIR φίλτρα μπορούν να έχουν εντελώς γραμμική φάση. Απόκριση φάσης, θ(ω), ικανοποιεί: θ ( ω) αω (1) ή θ ( ω) β αω όπου α και β: σταθερές. Αν ισχύει η (1): κρουστική απόκριση φίλτρου πρέπει να έχει θετική συμμετρία h( n) h( N α (Ν 1)/ 2 n 1), n 0,1,...,( N 1) / 2, n 0,1,...,( N / 2) 1, (2) N μονός αριθμός Ν ζυγός αριθμός 5

Αν ισχύει η (2): κρουστική απόκριση φίλτρου έχει αρνητική συμμετρία h( n) h( N α ( N β π / 2 1) / 2 n 1) Καθυστέρηση φάσης: η καθυστέρηση που υπόκειται η κάθε συχνότητα κατά την εφαρμογή του φίλτρου στο σήμα T p θ ( ω) / ω Ομαδική καθυστέρηση: ο μέσος όρος της καθυστέρησης του σήματος στην κάθε συχνότητα Τ dθ ( ω) dω g / Για τη σχέση (1) σταθερή καθυστέρηση φάσης & ομαδική καθυστέρηση Για τη σχέση (2) σταθερή ομαδική καθυστέρηση 6

FIR φίλτρα: προσδιορισμός προδιαγραφών Απόκριση φάσης: αρνητική ή θετική συμμετρία. Γραμμική. Απόκριση μεγέθους συχνότητας: σχήματα ανοχής Άλλοι προσδιορισμοί: μέγιστος αριθμός συντελεστών φίλτρου 7

FIR φίλτρα: υπολογισμός συντελεστών FIR φίλτρο χαρακτηρίζεται από τις εξισώσεις: y( m) H ( z) N 1 n 0 N 1 n 0 h( n) x( m n) h( n) z n (1) (2) Στόχος μεθόδων υπολογισμού συντελεστών: υπολογισμός h(n) έτσι ώστε το φίλτρο να τηρεί τους προσδιορισμούς. Μέθοδοι υπολογισμού h(n): Μέσω παραθύρου (window) Optimal Δειγματοληψία συχνότητας (frequency sampling) 8

FIR φίλτρα - Υπολογισμός Συντελεστών: Μέθοδος παραθύρου Ιδανική απόκριση συχνότητας, Η D (ω), και κρουστική απόκριση, h D (ω), φίλτρου: h 1 2π π kωn ( n) D H D ( ω) e dω - Αντίστροφος ΜΦ π Π.χ. Χαμηλοπερατό φίλτρο - ιδανική απόκριση: h D 1 π ( n) 1 2 e π π jωn 2 f dω 2 f c c sin( nωc ), nω, c n 0, n n 0 (κκανόνα L'Hopital) 9

Πίνακας 1: Ιδανική κρουστική απόκριση για συγκεκριμένα φίλτρα: 10

Φίλτρα που σχεδιάζονται με τη μέθοδο παραθύρου έχουν ίση απόκλιση ζωνών διάβασης και αποκοπής, δηλ. δ p δ s h D (n)h D (-n) γραμμική και μηδενική φάση Παρατηρούμε ότι υπάρχει κρουστική απόκριση θεωρητικά και για n±, άρα δεν είναι FIR φίλτρο πολλαπλασιασμός της ιδανικής κρουστικής απόκρισης με κατάλληλο πεπερασμένο παράθυρο, w(n), για υπολογισμό συντελεστών φίλτρου. Στο πεδίο χρόνου: h(n)h D (n)w(n) Στο πεδίο συχνότητας: H(ω)H D (ω)*w(ω) 11

Χαρακτηριστικά γνωστών παραθύρων στα πεδία χρόνου και συχνότητας Rectangular Hamming 12

Blackman Για το παράθυρο Hamming το πλάτος ζώνης μετάβασης: Δf3.3/Ν, όπου Ν: μέγεθος φίλτρου, Δf: κανονικοποιημένο πλάτος ζώνης μετάβασης Μέγιστη εξασθένιση (attenuation) ζώνης αποκοπής: 53dΒ Ελάχιστη κορυφή κυματισμού ζώνης διάβασης: 0.0194dB 13

Παράθυρο Kaiser: I 0 α 1 I 0 2n N 1 [ α ] 2, ( N 1) / 2 n < ( N 1) / 2 όπου I 0 : τροποποιημένη συνάρτηση Bessel 1 ου είδους & L k 2 μηδενικής τάξης: x I 0 ( x) 1+ k k 1 2 k! με L<25 συνήθως, α: τρόπος που το παράθυρο tapers στις άκριες στο πεδίο χρόνου (α0 rectangular) Υπολογισμός α ανάλογα με τις προδιαγραφές εξασθένισης ζώνης αποκοπής: α 0, αν A 21dB α α A 0.5842-20log ( A 21) 0.1102( A 8.7), 10 δ, 0.4 δ + 0.07886( A 21), min( δ, δ ) p s αν 21dB < αν A 50dB A < 50dB 14

Αριθμός συντελεστών φίλτρου: N A 7.95 14.36Δf Οι τιμές των α και Ν χρησιμοποιούνται για υπολογισμό των συντελεστών του παραθύρου Kaiser, w(n). 15

Πίνακας 2: Χαρακτηριστικά συνήθεις παραθύρων 16

Παράδειγμα: Υπολογίστε τους συντελεστές ενός χαμηλοπερατού FIR φίλτρου που να πληρεί τις πιο κάτω προδιαγραφές: συχνότητα διάβασης, f c πλάτος ζώνης μετάβασης εξασθένιση ζώνης αποκοπής συχνότητα δειγματοληψίας 1.5 khz 0.5 khz >50 db 8 khz Κρουστική απόκριση χαμηλοπερατού φίλτρου: h h D D ( n) ( n) 2 f 2 f c c sin( nω ) nω c c, n 0, n 0 17

Σύμφωνα με τον πίνακα 2, τα παράθυρα Hamming, Blackman ή Kaiser πληρούν τις προδιαγραφές εξασθένισης ΖΑ. Hamming (απλό): w(n)0.54+0.46cos(2πn/53), -26 n 26 Κανονικοποίηση πλάτους ΖΜ: Δf 0.5 / 8 0.0625 Μέγεθος φίλτρου: Ν 3.3 / Δf 3.3 / 0.0625 52.8 Ν53 Συντελεστές φίλτρου υπολογίζονται από: h(n)h D (n)w(n) f c f c + Δf/2 (1.5+0.25)kHz 1.75/80.21875 (αναπροσαρμογή f c στο κέντρο ΖΜ) 18

19 14. FIR Φίλτρα 0.000914 26) ( (26) 0.08081 53) 26 / 0.46 cos(2 0.54 (26) 0.01131 0.21875) 2 sin(26 0.21875 2 26 0.21875 2 (26) 26 : 0.3118 (1) (1) 1) ( (1) 0.99677 53) / 0.46 cos(360 0.54 53) / 0.46 cos(2 0.54 (1) 0.31219 0.21875) sin(360 0.21875) sin(2 0.21875 2 0.21875 2 (1) 1: 0.4375 (0) (0) (0) 1 0.46 cos(0) 0.54 (0) 0.4375 0.21875 2 2 (0) 0 : + + + + h h w h n w h h h w h n w h h w f h n D D D D c D π π π π π π π M M M o o

Βήματα μεθόδου παραθύρου: (1) Προσδιορισμός ιδανικής ή επιθυμητήςαπόκρισης συχνότητας, Η D (ω). (2) Υπολογισμός κρουστικής απόκρισης h D (n) του φίλτρου μέσω Αντίστροφου ΜΦ. (3) Επιλογή παραθύρου που ικανοποιεί τους προσδιορισμούς για τις ζώνες διάβασης και υπολογισμός του αριθμού συντελεστών του φίλτρου χρησιμοποιώντας τη σωστή σχέση μεταξύ του μεγέθους του φίλτρου και το μέγεθος της ζώνης μετάβασης, Δf. (4) Υπολογισμός τιμών w(n) για το επιλεγμένο παράθυρο και τις τιμές των συντελεστών φίλτρου, h(n), μέσω: h( n) h ( n) w( n) D 20

μεθόδου παραθύρου: Απλή κατανοητή και εύκολη, ελάχιστή υπολογιστική προσπάθεια ακόμα και για περίπλοκα παράθυρα όπως το Kaiser μεθόδου παραθύρου: Έλλειψη flexibility απόκλιση ζωνών διάβασης και αποκοπής περίπου ίση Λόγω συνέλιξης του συχνοτικού περιεχομένου του παραθύρου και της επιθυμητής απόκρισης, οι συχνότητες αποκοπής και διάβασης δεν μπορούν να προσδιοριστούν ακριβώς Για συγκεκριμένο παράθυρο (εκτός Kaiser) το μέγιστο πλάτος των κυματισμών είναι σταθερό, ανεξάρτητα από το Ν συγκεκριμένη εξασθένιση ΖΑ Για μερικές εφαρμογές HD(ω) είναι πολύ πολύπλοκο για υπολογισμό του hd(n) μέθοδος frequency sampling πριν τη μέθοδο παραθύρου 21

FIR φίλτρα - Υπολογισμός Συντελεστών: Μέθοδος optimal : ισχυρή, ευέλικτη, εύκολη (λόγω ύπαρξης συγκεκριμένου αλγόριθμου) πρώτη επιλογή στις πλείστες εφαρμογές FIR Μέθοδος παραθύρου κυματισμοί της απόκρισης συχνότητας φίλτρου είναι μέγιστοι στις άκριες των ζωνών. Όμως, ομοιογενής κυματισμός στις ζώνες καλύτερη προσέγγιση της ιδανικής απόκρισης συχνότητας φίλτρου. Γιατί; Διαφορά μεταξύ ιδανικής απόκρισης συχνότητας και προσέγγισης: Ε(ω)W(ω) Η D (ω)-η(ω), όπου W(ω): συντελεστής βαρύτητας. Στόχος: min E(ω), το οποίο συμβαίνει όταν ο κυματισμός είναι ομοιογενής. Η μέθοδος optimal βασίζεται σε αυτήν την έννοια. 22

Συχνότητες στις οποίες παρατηρούνται τα άκρα των κυματισμών δεν είναι γνωστές εκ των προτέρων υπολογισμός τους είναι το κυρίως θέμα της μεθόδου απλό να υπολογιστεί η απόκριση συχνότητας και η κρουστική απόκριση του φίλτρου! Μέθοδος υπολογισμού χρησιμοποιεί Remez exchange algorithm. 23

Βήματα μεθόδου optimal: (1) Προσδιορισμός άκρων ζωνών, κυματισμός ζώνης διάβασης (δ p ) & εξασθένιση ζώνης αποκοπής (δ s ) (σε db ή αριθμοί), και συχνότητα δειγματοληψίας (f s ). (2) Κανονικοποίηση συχνοτήτων ζωνών και μεγέθους ζώνης διάβασης (Δ f ), δηλ. διαίρεση με f s (3) Υπολογισμός μεγέθους φίλτρου, Ν, χρησιμοποιώντας δ p, δ s και Δ f. (4) Υπολογισμός συντελεστών βαρύτητας για κάθε ζώνη ως το λόγο δ p /δ s. (5) Χρησιμοποίηση αλγορίθμου για υπολογισμό των συντελεστών φίλτρου. (6) Έλεγχος αν δ s και δ p πληρούν τις προδιαγραφές (7) Αν όχι αύξηση Ν και επανάληψη (5) & (6) μέχρι ικανοποίησης του (6). Έλεγχος απόκρισης συχνότητας για πληρότητα προδιαγραφών. 24

FIR φίλτρα - Υπολογισμός Συντελεστών: Μέθοδος frequency sampling : σχεδιασμός μη-αναδρομικών FIR φίλτρων για κλασικές και μη αποκρίσεις συχνότητας. Αναδρομικός σχεδιασμός υπολογιστική αποδοτικότητα. Μη-αναδρομικά φίλτρα: Υπολογισμός συντελεστών φίλτρου: δειγματοληψία της ιδανικής απόκρισης συχνότητας (Ν δείγματα) σε διαστήματα f k kf s /N, k0,.1,,n-1 (φίλτρο τύπου 1), και ΑΜΦ των δειγμάτων. Για FIR με γραμμική φάση και θετική συμμετρική κρουστική απόκριση: B 1 h( n) 2 H ( k) cos[ 2πk ( n α) / N ] + H (0) N k 1 όπου α(ν-1)/2 και ΒΝ/2-1 (Ν: ζυγός) ή Β(Ν-1)/2 (Ν: μονός) 25

26

Η απόκριση συχνότητας στα δείγματα είναι όμοια με την αρχική. Όμως, στα ενδιάμεσα δείγματα μπορεί να είναι εντελώς διαφορετική επαρκή αριθμό δειγμάτων. Εναλλακτικό φίλτρο (τύπος 2): f k (k+1/2)f s /N, k0,1,,n-1 Οι δύο τύποι φίλτρου καταλήγουν σε μερικώς διαφορετικές αποκρίσεις συχνότητας. Ο σχεδιαστής επιλέγει ποιον τύπο θέλει. Φίλτρο έχει κακή απόκριση μεγέθους πιο ευρεία ζώνη μετάβασης για καλύτερη απόκριση μεγέθους. Επιτυγχάνεται με εισαγωγή δειγμάτων στη ζώνη μετάβασης (τιμές των δειγμάτων συχνότητας υπολογίζονται μέσω βελτιστοποίησης). Για χαμηλοπερατό φίλτρο: αύξηση εξασθένισης 20dB για κάθε δείγμα συχνότητας στη ζώνη μετάβασης. εξασθένιση ζώνης αποκοπής (25+20Μ) db πλάτος ζώνης μετάβασης (Μ+1)f s /Ν Μ: αριθμός δειγμάτων στη ζώνη μετάβασης, Ν: μέγεθος φίλτρου 27

Πλείστες περιπτώσεις: Μ1: 0.250<Τ 1 <0.450 M2: 0.040<Τ 1 <0.650 0.450<Τ 2 <0.650 M3: 0.003<Τ 1 <0.035 0.100<Τ 2 <0.300 0.550<Τ 3 <0.750 28

Αναδρομικά φίλτρα: Αναδρομική μορφή ενός FIR: H N N 1 z z) N k H ( k) H1( z) H ( z) j2πk / N 1 1 e z 1 ( 2 0 Άρα περιγραφή FIR ως δύο φίλτρων σε διαδοχική σύνδεση: Η1(z) με Ν ρίζες ισοκατανεμημένες στον μοναδιαίο κύκλο, και Η2(z) με άθροισμα Ν φίλτρων με Ν πόλους. 29

Βήματα μεθόδου frequency sampling: (1) Προσδιορισμός ιδανικής ή επιθυμητής απόκρισης συχνότητας, εξασθένισης ζώνης αποκοπής και συχνότητες άκρων ζωνών. (2) Επιλογή φίλτρου τύπου 1 ή 2 ανάλογα με προδιαγραφές. (3) Καθορισμός Ν (αριθμός δειγμάτων ιδανικής απόκρισης), Μ (αριθμός δειγμάτων στη ζώνη μετάβασης), ΒW (αριθμός δειγμάτων στη ζώνη διάβασης) και Τ i (τιμές συχνότητας δειγμάτων στη ζώνη μετάβασης, i1,2,,μ). (4) Χρησιμοποίηση κατάλληλης συνάρτησης για υπολογισμό συντελεστών φίλτρου. 30

Σύγκριση μεθόδων σχεδιασμού FIR Παράθυρο Optimal Freq. Sampling Κατάλληλη όταν δεν υπάρχει το πρόγραμμα για optimal & όταν οι κυματισμοί στις ζώνες είναι ίδιοι Απλή, κατανοητή Δεν επιτρέπει απόλυτο έλεγχο στις τιμές των άκρων ζωνών Έυκολη, ευέλικτη, απόλυτος έλεγχος προδιαγραφών φίλτρου Απαραίτητη η χρησιμοποίηση αλγόριθμου Ιδιαίτερα κατάλληλη για μετασχηματιστές Hilbert Αναδρομικά και μηαναδ. φίλτρα Σχεδιασμός φίλτρων με οποιεσδήποτε αποκρίσεις πλάτουςφάσης. Έλλειψη ελέγχου προσδιορισμού συχνοτήτων στα άκρα και ύπαρξη πίνακα σχεδιασμού 31

Επόμενη διάλεξη: 11. Φίλτρα απόκρισης άπειρου παλμού (IIR) 32