Войти
Фильтр сглаживания (AAF ) - это фильтр , используемый перед устройством выборки сигнала для ограничения полосы пропускания сигнала сигнала для удовлетворения требований Теорема выборки Найквиста – Шеннона в интересующем диапазоне . Поскольку в теореме утверждается, что однозначное восстановление сигнала по его выборкам возможно, когда мощность частот выше частоты Найквиста равна нулю, фильтр кирпичной стены является идеализированный, но непрактичный AAF. Практический AAF балансирует между полосой пропускания и псевдонимом. Практический фильтр сглаживания, как правило, допускает появление некоторого наложения спектров, ослабляет или иным образом искажает некоторые внутриполосные частоты, близкие к пределу Найквиста. По этой причине во многих практических системах выборка выше, чем теоретически требуется для идеального AAF, чтобы гарантировать, что все интересующие частоты могут быть восстановлены, практика, называемая передискретизация.
Смоделированные фотографии кирпичной стены без (слева) и с (справа) оптическим фильтром нижних частот . В случае оптической выборки изображения, как и с помощью датчиков изображения в цифровых камерах, -фильтр алиасинга также известен как оптический фильтр нижних частот (OLPF ), фильтр размытия или фильтр AA . Математика выборки в двух пространственных измерениях аналогична математике выборки во временной области, но технологии реализации фильтров отличаются. Типичная реализация в цифровых камерах представляет собой два слоя двулучепреломляющего материала, такого как ниобат лития, который распределяет каждую оптическую точку в кластер из четырех точек.
Выбор разделения пятен для такого фильтра включает компромисс между резкостью, наложением спектров и коэффициентом заполнения (отношение активной преломляющей области массива микролинз к общей смежной площади, занимаемой массивом). В камере монохромный или с тремя ПЗС или Foveon X3 одна только матрица микролинз, если ее эффективность близка к 100%, может обеспечить значительный эффект сглаживания, в то время как в камерах с массивом цветных фильтров (CFA, например, фильтр Байера ) обычно требуется дополнительный фильтр для уменьшения наложения спектров до приемлемого уровня.
Pentax K-3 Компания Ricoh представила уникальный сенсорный фильтр сглаживания. Фильтр работает за счет микро вибрации чувствительного элемента. Пользователь может включить или выключить вибрацию, выбрав сглаживание или отсутствие сглаживания.
Фильтры сглаживания обычно используются на входе цифрового сигнала обработка системного аналого-цифрового преобразователя ; подобные фильтры используются как фильтры восстановления на выходе таких систем, например в музыкальных проигрывателях. В последнем случае фильтр предотвращает формирование изображения - обратный процесс наложения спектров, при котором внутриполосные частоты отражаются вне полосы.
Метод, известный как передискретизация, обычно используется в аудио АЦП. Идея состоит в том, чтобы использовать более высокую промежуточную цифровую частоту дискретизации, чтобы почти идеальный цифровой фильтр мог резко обрезать наложение спектров около исходного низкого Найквиста. частота и дает лучшую фазовую характеристику, в то время как гораздо более простой аналоговый фильтр может останавливать частоты выше новой более высокой частоты Найквиста. Поскольку аналоговые фильтры имеют относительно высокую стоимость и ограниченную производительность, ослабление требований к аналоговым фильтрам может значительно снизить как наложение спектров, так и стоимость. Кроме того, поскольку некоторый шум усредняется, более высокая частота дискретизации может умеренно улучшить SNR.
. В качестве альтернативы сигнал может быть намеренно передискретизирован без промежуточной частоты, чтобы снизить требования к сглаживанию. фильтр. Например, CD audio обычно расширяется до 20 кГц, но дискретизируется с частотой Найквиста 22,05 кГц. За счет передискретизации на 2,05 кГц можно предотвратить как наложение спектров, так и ослабление более высоких звуковых частот даже с помощью менее чем идеальных фильтров.
Часто сглаживающий фильтр представляет собой фильтр нижних частот ; Однако это не требование. Обобщения теоремы Найквиста – Шеннона позволяют производить выборку других сигналов с ограниченной полосой полосы пропускания вместо сигналов основной полосы.
Для сигналов с ограниченной полосой пропускания, но не центрированных на нуле, полосовой фильтр может использоваться в качестве фильтра сглаживания. Например, это можно сделать с помощью сигнала с однополосной модуляцией или с частотной модуляцией. Если кто-то желает выбрать радиопередачу FM-радио с центром на 87,9 МГц и полосой, ограниченной полосой 200 кГц, то соответствующий фильтр сглаживания будет сосредоточен на 87,9 МГц с полосой пропускания 200 кГц. (или полоса пропускания от 87,8 МГц до 88,0 МГц), а частота дискретизации должна быть не менее 400 кГц, но также должна удовлетворять другим ограничениям для предотвращения наложения спектров.
Очень важно избегать перегрузки входного сигнала при использовании фильтра сглаживания. Если сигнал достаточно сильный, это может вызвать клиппирование на аналого-цифровом преобразователе даже после фильтрации. Когда искажение из-за ограничения возникает после фильтра сглаживания, оно может создавать компоненты за пределами полосы пропускания фильтра сглаживания; эти компоненты затем могут быть псевдонимами, вызывая воспроизведение других не гармонически связанных частот.
