АНАЛИЗ УПРАВЛЯЕМОСТИ НЕКОТОРЫХ ЦИФРОВЫХ ФИЛЬТРОВ С КОНЕЧНОЙ ИМПУЛЬСНОЙ ХАРАКТЕРИСТИКОЙ

  • Д.А. Гужва Южный федеральный университет
  • К.О. Север Южный федеральный университет
  • А. А. Морозов Южный федеральный университет
Ключевые слова: Рекурсивный КИХ фильтр, БИХ фильтр, MCL, HT, UCL, SRT, банк фильтров, МЧХ, ИКИХ

Аннотация

Рассмотрены фильтры с конечной импульсной характеристикой и банки фильтров. Рас-
смотрено использование данных фильтров для слуховых аппаратов. Рассмотрены способы
компенсации потери слуха и способы повышения громкости с помощью широкополосного уси-
ления. Приведена схема метода цифровой обработки сигналов с использованием банка фильт-
ров, а также методика синтеза интерполяционных фильтров с малой вычислительной слож-
ностью. Также рассмотрено применение системы MATLAB для синтеза узкополосных нерекур-
сивных КИХ-фильтров, их процедура проектирования, методика и примеры. Фильтры с конеч-
ной импульсной характеристикой (КИХ) и банки фильтров обладают определенными свойст-
вами, которые гарантируют стабильность. Поэтому они популярны во многих приложениях,
таких как системы связи, обработка аудиосигналов, биомедицинские инструменты и так да-
лее. К сожалению, из-за большей длины волны стоимость реализации КИХ-фильтра обычно
выше, чем фильтр с бесконечной импульсной характеристикой (БИХ), отвечающий тем же
требованиям. Хорошо известно, что длина КИХ-фильтра обратно пропорциональна его пере-
ходной полосе пропускания. Поэтому недостаток становится острым, когда данный фильтр
имеет узкую полосу перехода. Основная цель - рассмотреть эффективные с вычислительной
точки зрения методы проектирования КИХ-фильтров и банков фильтров. Метод маскирова-
ния (FRM) приводит к значительной экономии количества множителей. Затем рассматрива-
ется 16-полосный блок цифровых КИХ-фильтров с неравномерным разнесением и низкой груп-
повой задержкой. Общая задержка значительно снижена в результате новой структуры
фильтра, которая снижает коэффициент интерполяции для фильтров-прототипов. Маски-
рующий фильтр может быть фильтром с интерполированной конечной импульсной характе-
ристикой (ИКИХ), который способствует снижению сложности.

Литература

1. Wei Y. and Lian Y. A Computationally Efficient Non-Uniform Digital Filter Bank for Hearing
Aid, IEEE International Workshop on Biomedical Circuits and Systems, Dec. 2004,
pp. S1.3.INV-17-20.
2. Hamida A.B. Implication of new technologies in deafness healthcare: deafness rehabilitation
using prospective design of hearing aid systems, IEEE International Symposium on Technology
and Society, Sept. 2000, pp. 85-90.
3. McAllister H.G., Black N.D., Waterman N. and Li M. Audiogram matching using frequency
sampling filters, Proceedings of the 16th IEEE Annual International Conference on Engineering
Advances: New Opportunities for Biomedical Engineers, Nov. 1994, Vol. 1, pp. 249-250.
4. Vityazev V.V. Metody tsifrovoy chastotnoy selektsii i optimal'noe proektirovanie polosovykh
fil'trov na protsessorakh obrabotki signalov: diss. … d-ra tekhn. nauk [Methods of digital frequency
selection and optimal design of bandpass filters on signal processing processors: dr. of
eng. sc. diss.]: 06.12.1996. Ryazan', 1994, 340 p.
5. Onat E., Ahmadi M., Jullien G.A. and Miller W.C. Optimized delay characteristics for a hearing
instrument filter bank, Proceedings of the 43rd IEEE Midwest Symposium on Circuits and
Systems. Aug. 2000, Vol. 3, pp. 1074-1077.
6. Turulin I.I. Osnovy teorii rekursivnykh KIKH-fil'trov: monografiya [Fundamentals of the theory
of recursive FIR filters: monograph]. Taganrog: Izd-vo YuFU, 2016, 264 p.
7. Turulin I.I., Verich Yu.B. Primenenie sistemy MATLAB dlya sinteza uzkopolosnykh
nerekursivnykh fil'trov [Application of the MATLAB system for the synthesis of narrow-band
non-recursive filters], Tsifrovaya obrabotka signalov [Digital signal processing], 2003, No. 3,
pp. 44-45.
8. Borodyanskiy I.M., Turulin I.I. Primenenie rekursivnykh KIKh-fil'trov dlya podavleniya
pomekh pri avtomaticheskom kontrole soprotivleniya izolyatsii [The use of recursive FIR filters
for noise suppression during automatic control of insulation resistance], Izvestiya YuFU.
Tekhnicheskie nauki [Izvestiya SFedU. Engineering Sciences], 2016, No. 10, pp. 99-110.
9. Verich Yu.B. Metodika sintezauzkopolosnykh KIKh-fil'rov v sisteme [The method of synthesizing
narrow-band QUI-filters in the system], Izvestiya YuFU. Tekhnicheskie nauki [Izvestiya
SFedU. Engineering Sciences], 2004, No. 2 (37), pp. 134-136.
10. Turulin I.I. Upravlyaemye tsifrovye fil'try: monografiya [Controlled digital filters: a monograph].
Taganrog: Izd-vo YuFU, 2016, 308 p.
11. Rosenbaum L., Lowenborg P. and Johansson M. Cosine and sine modulated FIR filter banks
utilizing the frequency-response masking approach, IEEE International Symposium on Circuits
and Systems, May 2003, Vol. 3, pp. 882-885.
12. Ching-Shun Lin, Yong Ching Lim, Bregovic R. and Saramaki T. Frequency response masking
based design of two-channel FIR filterbanks with rational sampling factors and reduced implementation
complexity, Proceedings of the 4th International Symposium on Image and Signal
Processing and Analysis, Sept. 2005, pp. 121-126,
13. Lee Jun Wei and Lim Y.C. Designing the fast filter bank with a minimum complexity criterion,
IEEE Seventh International Symposium on Signal Processing and Its Applications, July 2003,
Vol. 2, pp. 279-282.
14. Lim Y.C. and Jun Wei Lee. Matrix formulation: fast filter bank, IEEE International Conference
on Acoustics, Speech, and Signal Processing, May 2004, Vol. 5, pp. 133-136.
15. Esteban D. and Galand C. Application of quadrature mirror filters to split band voice coding
shemes, IEEE Conference on Acoustics, Speech, and Signal Processing, May 1977, pp. 191-195.
16. Krishna A.V. and Hari K.V.S. Filter Bank precoding for FIR equalization in high-rate MIMO
communications, IEEE Transactions on Signal Processing, May 2006, Vol. 54, Issue 5,
pp. 1645-1652.
17. Jalil A.M., Amindavar H. and Almasganj F. Subband blind equalization using wavelet filter banks,
IEEE International Symposium on Circuits and Systems, May 2005, Vol. 6, pp. 5730-5733.
18. Onat E., Ahmadi M., Jullien G.A. and Miller W.C. Optimized delay characteristics for a hearing
instrument filter bank, Proceedings of the 43rd IEEE Midwest Symposium on Circuits and
Systems, Aug. 2000, Vol. 3, pp. 1074-1077.
19. Wei Y. and Lian Y. A Computationally Efficient Non-Uniform Digital Filter Bank for Hearing
Aid, IEEE International Workshop on Biomedical Circuits and Systems, Dec. 2004,
pp. S1.3.INV-17-20.
20. Lim Y.C. A digital filter bank for digital audio systems, IEEE Transactions on Circuits and
Systems, Aug 1986, Vol. 3, pp. 848-849.
21. Robert E. Sandlin. Text book of hearing aid amplification. Singular Publishing Group, 2000.
22. Kaplan T., Cruz-Albrecht J., Mokhtari M., Matthews D., Jensen J. and Chang M.F. 1.3-GHz
IF digitizer using a 4th-order continuous-time bandpass modulator, IEEE Proc. Custom
Int.Circ. Conference, Sept. 2003, pp. 127-130.
23. Chandrasekaan R., Lian Y. and Rana R.S. A High-Speed Low-Power D Flip-Flop, The 6th
International Conference on ASIC (2005), Oct. 2005, Vol. 1, pp. 82-85.
24. Gustafsson O., Johansson H. and Wanhammar L. Design and efficient implementation of
high-speed narrow-band recursive digital filters using single filter frequency masking techniques,
Proc. of IEEE Int. Symp. Circuits Syst., May 2000, Vol. 3, pp. 359-362.
25. Gustafsson O., Johansson H., and Wanhammar L. Narrow-band and wideband single filter
frequency masking FIR filters, Proc. of IEEE Int. Symp. Circuits Syst., May 2001, Vol. 2,
pp. 181-184.
26. Gol'denberg L.M., Matyushkin B.D., Polyak M.N. Tsifrovaya obrabotka signalov [Digital signal
processing]. Moscow: Radio i svyaz', 1990, 256 p.
27. Krosh'er R.E., Rabiner L.R. Interpolyatsiya i detsimatsiya tsifrovykh signalov. Metodicheskiy
obzor [Interpolation and decimation of digital signals. Methodical review], TIIER [TIIER],
1981, Vol. 69, No. 3, pp. 14-49.
28. Volkov V.V. Tsifrovaya chastotnaya selektsiya signalov [Digital frequency selection of signals].
Moscow: Radio i svyaz', 1993, 238 p.
29. Rudakov P.I., Safonov V.I. Obrabotka signalov i izobrazheniy. MATLAB 5.x [Signal and image
processing. MATLAB 5.x]. Moscow: DIALOG-MIFI, 2000, 416 p.
Опубликован
2021-08-11
Выпуск
Раздел
РАЗДЕЛ I. АЛГОРИТМЫ ОБРАБОТКИ ИНФОРМАЦИИ