濾波器
理想濾波器是在帶通範圍內(nei) 全通,帶阻範圍全部阻擋,過渡帶寬為(wei) 零。但是理想情況時間是無限的,但是數字信號是一段有限的時間,因此無法達到理想的情況,隻能逼近理想情況。
例如對於(yu) 一段數字信號,長度為(wei) 200,帶寬為(wei) ,然後做反傅裏葉變換後得到的是一個(ge) Sinc函數
卷積核心因為(wei) 是有限的,所以將上述信號的部分內(nei) 容置零,再去計算傅裏葉區間內(nei) 的頻率和振幅關(guan) 係得到
經過時域變換後的信號,通帶部分信號失真,阻帶有泄露,過渡帶長度不為(wei) 零。
若想要改善濾波器的性能,可以在濾波器上添加一個(ge) 窗函數,例如Hann或者Hamming窗口等等。
對比加上窗口和不加窗口的情況下,傅裏葉區間頻率vs振幅圖得到下圖
窗函數改變信號末端突然被階段的效果,改善頻率響應。通帶更加的平順,阻帶衰減更大,但是同時增加了過度時間。
窗函數改變信號末端突然被階段的效果,改善頻率響應。通帶更加的平順,阻帶衰減更大,但是同時增加了過度時間。
單獨計算Hann窗口和Hamming窗口的傅裏葉頻譜圖,可以看到Hamming 窗口擁有更高的衰減,因此得到的卷積核也在帶阻位置衰減更大。
上圖中三條曲線通過ButterWorth的方法進行計算,設計的帶寬為(wei) 1。通過增加濾波器的階數,分別為(wei) 1階、3階、5階。其表達式為(wei)
因此可知,通過增加濾波器的階數也能改善整體(ti) 濾波器的性能,但是階數增加代表卷積核的長度也增加,zui終會(hui) 影響計算的性能。
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