Inafasiriwa moja kwa moja kutoka kwa Wikipedia ya Kiingereza na Tafsiri ya Google

Futa (usindikaji wa signal)

Katika usindikaji wa ishara , chujio ni kifaa au mchakato ambao huondoa sehemu zisizohitajika au vipengele kutoka kwa ishara . Kuchuja ni darasa la usindikaji wa ishara , kipengele kinachofafanua cha filters ni kukandamiza kamili au sehemu ya sehemu fulani ya ishara [ ufafanuzi unaohitaji ] . Mara nyingi, hii ina maana ya kuondoa mzunguko fulani au bendi za mzunguko. Hata hivyo, filters sio tu kutenda katika uwanja wa mzunguko ; hasa katika uwanja wa picha usindikaji malengo mengine mengi ya kuchuja kuwepo. Uunganisho unaweza kuondolewa kwa vipengele fulani vya mzunguko na sio kwa wengine bila ya kufanya katika uwanja wa mzunguko. Filters zinatumiwa sana katika umeme na telecommunication , katika redio , televisheni , kurekodi sauti , mifumo ya rada , mifumo ya kudhibiti , awali ya muziki , usindikaji wa picha , na graphics za kompyuta .

Kuna vifungu vingi tofauti vya kuchuja filters na haya yanaingiliana kwa njia nyingi; hakuna ubaguzi rahisi wa hierarchical. Filters inaweza kuwa:

  • linear au isiyo ya kawaida
  • muda-invariant au wakati-variant , pia inajulikana kama kuhama kwa invariance. Ikiwa kichujio kinafanya kazi katika uwanja wa eneo basi sifa ni nafasi ya kutokea.
  • causal au si-causal: chujio sio causal ikiwa pato la sasa linategemea pembejeo ya baadaye. Majarida ya usindikaji wa wakati wa kikoa wakati wa kweli lazima awe causal, lakini sio vichujio vinavyofanya kazi kwenye ishara ya kikoa cha nafasi au usindikaji wa wakati wa kufutwa wa ishara za kikoa wakati.
  • Analog au digital
  • wakati maalum (sampuli) au wakati wa kuendelea
  • aina ya kisasa au hai ya chujio cha wakati unaoendelea
  • majibu ya msukumo usiozidi (IIR) au aina ya mwisho ya majibu (FIR) ya muda wa discrete au chujio cha digital.

Yaliyomo

Futa za muda zinazoendelea

Mzunguko wa muda unaoendelea unawezekana kuwa ni maana ya kawaida kwa chujio katika ulimwengu wa usindikaji wa ishara, na tu "chujio" mara nyingi huchukuliwa kuwa sawa. Mzunguko huu kwa ujumla umeundwa ili kuondoa frequency fulani na kuruhusu wengine kupitisha. Mzunguko ambao hufanya kazi hii kwa ujumla ni sawa katika majibu yao, au angalau takriban hivyo. Ubaguzi wowote wowote ungeweza kusababisha signal ya pato yenye vipengele vya mzunguko usiowasilisha katika ishara ya pembejeo.

Njia za kisasa za kubuni kwa filters linaloendelea linalotumika huitwa mtandao wa awali . Baadhi ya familia muhimu za chujio iliyoundwa kwa njia hii ni:

  • Chuji cha chebyshev , ina ulinganisho bora zaidi wa majibu ya chujio chochote kwa utaratibu maalum na kuanguka.
  • Chujio cha Butterworth , kina majibu ya gorofa ya gorofa.
  • Filter Bessel , ina kuchelewa kwa gorofa ya awamu ya gorofa.
  • Filter Elliptic , ina cutoff ya kasi zaidi ya chujio chochote kwa utaratibu maalum na kuanguka.

Tofauti kati ya familia hizi za kichujio ni kwamba wote hutumia kazi tofauti ya polynomia kwa takriban na majibu bora ya chujio . Hii hufanya kila mmoja awe na kazi tofauti ya uhamisho .

Njia nyingine ya zamani, isiyo na matumizi ni njia ya parameter ya picha . Vipengezi vinavyotengenezwa na mbinu hii vinasemwa "filters wimbi". Baadhi ya filters muhimu iliyoundwa na njia hii ni:

  • Kichujio k kote , aina ya awali na rahisi ya kichujio cha wimbi.
  • chujio kilichotengenezwa m-m , urekebishaji wa k mara kwa mara na uimarishaji mkubwa wa upungufu na vinavyolingana na impedance .

Terminology

Masharti mengine yaliyotumiwa kuelezea na kutenganisha filters za mstari:

  • Frequency majibu inaweza kuwa classified katika idadi ya bandforms mbalimbali kuelezea ambayo frequency bendi filter pasi ( passband ) na hapo anakataa ( stopband ):
    • Filamu ya chini-kupitisha mzunguko wa chini hupitishwa, frequencies ya juu huzuiwa.
    • Filamu ya kupitisha- masafa ya juu yanapitishwa, mzunguko wa chini huzuiwa.
    • Filamu ya kupitisha bendi - mzunguko tu katika bendi ya mzunguko hupitishwa.
    • Futa-stop chujio au chupa -kukataa chujio - frequency tu katika bendi ya frequency ni attenuated.
    • Kichujio cha chujio - kinakataa tu mzunguko maalum - chujio kikubwa cha kuacha bendi.
    • Chujio cha mchanganyiko - kina vifungu vidogo vidogo vyenye mara kwa mara vinavyotoa bandform kuonekana kwa sufuria.
    • Filter zote-kupita - kila mzunguko hupitishwa, lakini awamu ya pato imebadilishwa.
  • Mzunguko wa uondoaji ni mzunguko zaidi ambayo chujio hakitapitia ishara. Kwa kawaida hupimwa kwa attenuation maalum kama 3 dB.
  • Kuondolewa ni kiwango ambacho attenuation huongezeka zaidi ya mzunguko wa kukatwa.
  • Bendi ya uhamisho , bandia (kawaida) nyembamba ya mzunguko kati ya bendi ya kupitisha na ubao.
  • Kupungua ni tofauti ya kupoteza kwa chujio kwenye chupa.
  • Utaratibu wa chujio ni kiwango cha polynomial kinachokaribia na katika filters zisizofaa hufanana na idadi ya vipengee vinavyohitajika kuijenga. Ongezeko la kuongezeka huongeza kasi na huleta chujio karibu na jibu bora.

Matumizi muhimu ya filters ni katika mawasiliano ya simu . Mifumo mingi ya mawasiliano ya simu hutumia multiplexing ya mgawanyiko wa mzunguko , ambapo wabunifu wa mfumo hugawanya bendi ya mzunguko mingi katika vikundi vingi vingi vya mzunguko unaoitwa "slots" au "njia", na kila mkondo wa habari umetengwa mojawapo ya njia hizo. Watu ambao hujenga filters kila transmitter na kila receiver kujaribu kusawazisha kupitisha ishara taka kupitia kwa usahihi iwezekanavyo, kuweka kuingilia kati na kutoka kwa wengine kusambaza usambazaji na vyanzo vya kelele nje ya mfumo wa chini iwezekanavyo, kwa gharama nafuu.

Mipangilio ya modeling ya multilevel na multiphase ya digital huhitaji filters ambazo zina ucheleweshaji wa awamu ya gorofa-ni safu ya mstari katika bendi ya kupitisha-kuhifadhi uaminifu wa vurugu katika uwanja wa muda, [1] kutoa kuingilia chini kwa intersymbol kuliko aina nyingine za filters.

Kwa upande mwingine, mifumo ya redio ya analog kwa kutumia maambukizi ya analog inaweza kuvumilia uvimbe mkubwa katika kuchelewa kwa awamu , na hivyo wabunifu wa mifumo hiyo mara kwa mara hutoa dhabihu ya mstari ili kupata filters ambazo ni bora kwa njia zingine-bora kukata-band kukataliwa, chini ya bandari amplitude ripple, gharama ya chini, nk.

Teknolojia

Filters zinaweza kujengwa kwa teknolojia mbalimbali. Kazi sawa ya uhamisho inaweza kufanywa kwa njia mbalimbali, hiyo ni mali ya hisabati ya chujio ni sawa lakini mali ya kimwili ni tofauti kabisa. Mara nyingi vipengele katika teknolojia tofauti ni moja kwa moja sawa na kila mmoja na kutekeleza jukumu sawa katika filters zao husika. Kwa mfano, resistors, inductors na capacitors ya umeme zinahusiana kwa mtiririko kwa dampers, masses na chemchemi katika mechanics. Vivyo hivyo, kuna vipengele vinavyolingana katika filters za kipengele zilizosambazwa.

  • Filters za elektroniki zilikuwa za awali zisizo na nguvu za upinzani, inductance na capacitance. Teknolojia ya kazi inafanya kubuni iwe rahisi na kufungua uwezekano mpya katika vipimo vya chujio.
  • Filters za digital zinafanya kazi kwenye ishara zinazowakilishwa katika fomu ya digital. Kiini cha chujio cha digital ni kwamba hutekeleza moja kwa moja algorithm ya hisabati, inayohusiana na kazi ya kuhamisha ya chujio, katika programu yake au microcode.
  • Filters za mitambo zimejengwa nje ya vipengele vya mitambo. Katika kesi nyingi hutumiwa kutengeneza ishara za umeme na transducers hutolewa ili kubadilisha hii na kutoka vibration mitambo. Hata hivyo, mifano huwepo ya filters ambazo zimeundwa kwa ajili ya uendeshaji kabisa katika uwanja wa mitambo.
  • Filters ya kipengele kilichosambazwa hujengwa nje ya vipengele vilivyotolewa kutoka kwa vipande vidogo vya mstari wa maambukizi au vipengele vingine vinavyosambazwa . Kuna miundo katika filters ya kipengele iliyosambazwa ambayo inalingana moja kwa moja na mambo ya lumped ya filters za umeme, na mengine ambayo ni ya pekee kwa darasa hili la teknolojia.
  • Futa za Waveguide zinajumuisha vipengele vya sehemu za wimbi au vipengele vinavyoingizwa katika mwongozo wa wimbi. Waveguides ni darasa la mstari wa maambukizi na miundo mingi ya vichujio vya kipengele vinavyosambazwa, kwa mfano bamba (umeme) , vinaweza pia kutekelezwa katika vituo vya mawimbi.
  • Filters za kioo hutumia fuwele za quartz kama resonators, au nyenzo nyingine za piezoelectric .
  • Vipengezi vya kusisimua
  • Filters za macho zilianzishwa kwa madhumuni badala ya usindikaji wa ishara kama vile taa na kupiga picha. Kwa kuongezeka kwa teknolojia ya nyuzi za macho , hata hivyo, filters za macho zinazidi kupata maombi ya usindikaji wa ishara na ishara ya usindikaji wa ishara ya usindikaji, kama vile longpass na shortpass , wanaingia kwenye shamba.

Kazi ya uhamisho

Kazi ya uhamisho ya kichujio mara nyingi hufafanuliwa katika uwanja wa mizunguko tata. Sehemu ya nyuma na ya kwenda / kutoka kwenye uwanja huu huendeshwa na mabadiliko ya Laplace na inverse yake (kwa hiyo, hapa chini, neno "ishara ya pembejeo" litaeleweka kama "mabadiliko ya Laplace" (wakati wa uwakilishi wa) ishara ya pembejeo , Nakadhalika).

Kazi ya uhamisho ya chujio ni uwiano wa ishara ya pato kwa ile ya ishara ya pembejeo kama kazi ya mzunguko mgumu :

na .

Kazi ya kuhamisha ya vichujio vyote vya muda-kawaida vinavyoshirikisha kwa ujumla hushirikisha sifa fulani:

  • Kwa vichujio ambavyo vinajenga vipengele visivyo, kazi yao ya uhamisho lazima iwe uwiano wa polynomials mbili , yaani kazi ya busara ya . Utaratibu wa kazi ya uhamisho utakuwa nguvu zaidi alikutana na namba au dhehebu.
  • Ya polynomials ya kazi ya uhamisho wote yatakuwa na coefficients halisi. Kwa hiyo, miti na zero za kazi ya uhamisho ziwe halisi au zinajitokeza katika jozi ngumu za kuunganisha.
  • Kwa kuwa filters ni kudhani kuwa imara, sehemu halisi ya miti yote (yaani zero ya denominator) itakuwa mbaya, yaani watakuwa amelala katika nusu ya kushoto ndege katika nafasi tata frequency.

Majina ya kipengele yaliyogawanyika hayana, kwa ujumla, hutoa kazi nzuri lakini mara nyingi huwa na wastani.

Ujenzi sahihi wa kazi ya uhamisho unahusisha mabadiliko ya Laplace , na kwa hiyo inahitajika kudhani masharti yasiyo ya awali, kwa sababu

Na wakati f (0) = 0 tunaweza kuondokana na vipindi na kutumia maneno ya kawaida

Njia mbadala ya kuhamisha kazi ni kutoa tabia ya chujio kama convolution . Theorem ya convolution , ambayo inashikilia mabadiliko ya Laplace, inathibitisha sawa na kazi za uhamisho.

Uainishaji

Filters inaweza kuwa maalum na familia na bandform. Familia ya kichujio imeelezwa na polynomial inayotumiwa inayotumiwa na kila husababisha sifa fulani za kazi ya kuhamisha ya chujio. Baadhi ya familia za kawaida za chujio na sifa zao ni:

  • Chujio cha Butterworth - hakuna faida ya kupiga bendi ya kupitisha na kuacha bendi, kupungua kwa polepole
  • Chuji cha Chebyshev (Aina ya I) - hakuna ripple katika bendi ya kuacha, cutoff wastani
  • Chuji cha Chebyshev (Aina ya II) - hakuna faida ya kupiga bendi ya kupitisha, cutoff wastani
  • Filter Bessel - hakuna kuchelewa kwa kikundi , hakuna faida ya kupunguzwa katika bendi zote mbili, kupunguzwa kwa polepole
  • Chujio cha chupi - pata kupumua katika kupitisha na kuacha bendi, kwa haraka
  • Kikamilifu "L" kichujio
  • Chujio cha Gaussia - hakuna ripple katika kukabiliana na kazi ya hatua
  • Chujio cha Hourglass
  • Chujio kilichofufuliwa

Kila familia ya filters inaweza kuelezwa kwa amri maalum. Ya juu ya utaratibu, zaidi ya chujio itakaribia kichujio cha "bora"; lakini pia jibu la msukumo ni tena na muda mrefu utakuwa. Chujio bora kina uhamisho kamili katika bendi ya kupitisha, uzuiaji kamili katika bendi ya kuacha, na mabadiliko ya ghafla kati ya bendi hizo mbili, lakini hii chujio ina mpangilio usio na kipimo (yaani, majibu hayawezi kuonyeshwa kama usawa wa mstari wa tofauti na kiasi cha mwisho ) na latency usiozidi (yaani, msaada wake kamili katika Fourier mabadiliko ya nguvu yake wakati majibu ya kuwa milele kudumu).

Hapa ni mfano unao kulinganisha Butterworth, Chebyshev, na vichujio vya elliptic. Filters katika mfano huu ni filters zote za tano za kupitisha chini. Utekelezaji maalum - analog au digital, passive au kazi - hufanya tofauti yoyote; matokeo yao yatakuwa sawa.

Vipengee vya mstari wa mstari wa umeme

Kama inavyoonekana kutoka kwenye picha, vichujio vya elliptic ni kali zaidi kuliko wengine wote, lakini huonyesha kuvuta juu ya bandwidth nzima.

Familia yoyote inaweza kutumika kutekeleza bunduki fulani ambayo frequencies zinaambukizwa, na ambayo, nje ya bendi ya kupita, ni zaidi au chini ya attenuated. Kazi ya uhamisho inafafanua kikamilifu tabia ya chujio cha mstari, lakini si teknolojia fulani inayotumika kutekeleza. Kwa maneno mengine, kuna idadi tofauti ya njia za kufikia kazi fulani ya uhamisho wakati wa kubuni mzunguko. Bendiform maalum ya chujio inaweza kupatikana kwa mabadiliko ya chujio cha mfano wa familia hiyo.

Ufananishaji wa mimba

Miundo inayofanana na mimba haipatikani kwa njia ya chujio, yaani, mtandao wa vipengele visivyosiki. Kwa mfano, katika utekelezaji wa umeme usio na nguvu, inawezekana kuchukua fomu ya topolojia ya ngazi ya inductors na capacitors. Mpangilio wa mitandao inayolingana inashirikiana kwa kawaida na vichujio na utaratibu wa kubuni utakuwa na hatua ya kuchuja kama matokeo ya tukio. Ingawa malengo makuu ya mtandao unaofanana haipaswi kuchuja, mara nyingi ni kesi kwamba kazi zote mbili zimeunganishwa katika mzunguko huo. Uhitaji wa vinavyolingana na impedance haitoke wakati ishara ziko katika kikoa cha digital.

Maoni kama hayo yanaweza kufanywa kuhusu wagawanishaji wa nguvu na viongozi wa maelekezo . Ili kutekelezwa katika muundo wa kipengele kilichosambazwa, vifaa hivi vinaweza kuchukua fomu ya chujio kipengele kilichosambazwa . Kuna bandari nne zinazozingana na kupanua bandwidth inahitaji miundo ya chujio ili kufikia hili. Inverse pia ni kweli: filters za kipengele zinazosambazwa zinaweza kuchukua fomu ya mistari iliyounganishwa.

Baadhi ya vichujio kwa madhumuni maalum

  • Chuo cha sauti
  • Chujio cha mstari
  • Ulinganifu wa usafi , chujio cha juu cha kupatanisha
  • Uchujaji wa maandishi

Vipengezi vya kuondoa sauti kutoka kwa data

  • Chuja cha Wiener
  • Filamu ya Kalman
  • Chujio cha laini ya Savitzky-Golay

Angalia pia

  • Lifter (usindikaji wa signal)

Marejeleo

  • Miroslav D. Lutovac, Dejan V. Tošić, Brian Lawrence Evans, Filter Design for Signal Processing Using MATLAB and Mathematica , Miroslav Lutovac, 2001 ISBN 0201361302 .
  • B. A. Shenoi, Introduction to Digital Signal Processing and Filter Design , John Wiley & Sons, 2005 ISBN 0471656380 .
  • L. D. Paarmann, Design and Analysis of Analog Filters: A Signal Processing Perspective , Springer, 2001 ISBN 0792373731 .
  • J.S.Chitode, Digital Signal Processing , Technical Publications, 2009 ISBN 8184316461 .
  • Leland B. Jackson, Digital Filters and Signal Processing , Springer, 1996 ISBN 079239559X .