Выделяют три основных группы частотных фильтров: ФНЧ - фильтры низких частот (пропускание низких, подавление высоких частот во входном сигнале), ФВЧ - фильтры высоких частот (пропускание высоких, подавление низких частот) и ПФ - полосовые фильтры (пропускание определенных частот с подавлением остальных частот сигнала). Среди последних в отдельную группу иногда выделяют РФ - режекторные фильтры, понимая под ними фильтры с подавлением узкой полосы частот во входном сигнале, и СФ – селекторные фильтры, обратные РФ. Схематические частотные характеристики фильтров приведены на рисунке 3.1. Между частотными интервалами пропускания и подавления сигнала существует зона, которая называется переходной.
Рис. 3.1. Типы частотных фильтров.
Практика проектирования нерекурсивных цифровых фильтров базируется, в основном, на синтезе фильтров низких частот. Все другие виды фильтров могут быть получены из фильтров низких частот соответствующим преобразованием. Так, например, фильтр высоких частот может быть получен инверсией фильтра низких частот - вычислением разности между исходным сигналом и результатом его фильтрации низкочастотным НЦФ:
|
|
y(k) = s(k) –h(n) s(k-n).
Отсюда, условие инверсии симметричного низкочастотного фильтра в высокочастотный:
hв(0) = 1-hн(0), hв(n) = -hн(n) при n¹0.
Применяется также способ получения фильтров высоких частот из низкочастотных фильтров путем реверса частоты в передаточной функции низкочастотного фильтра, т.е. заменой переменной w на переменную w' = p-w (при Dt = 1). Для симметричных фильтров, содержащих в передаточной функции только косинусные члены аргумента w, в результате такой операции будем иметь:
cos n(p-w) = cos np cos nw = (-1)n cos nw.
Последнее означает смену знака всех нечетных гармоник передаточной характеристики фильтра и, соответственно, всех нечетных членов фильтра.
Полосовой фильтр может реализоваться последовательным приме- нением ФНЧ и ФВЧ с соответствующим перекрытием частот пропускания. В математическом представлении это означает после- довательную свертку массива данных с массивами коэффициентов hн - низкочастотного, и hв - высокочастотного фильтров:
vk = hн(n) * s(k-n), yk = hв(n) * vk = hн(n) * hв(n) * s(k-n).
Так как операция свертки коммутативна, то вместо отдельных массивов коэффициентов ФНЧ и ФВЧ их сверткой может быть определен непосредственно массив коэффициентов полосового фильтра:
hn = hн(n) * hв(n).
Полосовой режекторный фильтр также может быть получен методом инверсии полосового фильтра. Одночастотные режекторные фильтры обычно выполняются на основе простых рекурсивных цифровых фильтров, более эффективных для данных целей.