Елемесов
Арман
Казахский агротехнический
университет имени Сакена Сейфуллина, Казахстан
Принцип управления локальными передающими узлами.
Система
управления и мониторинга цифровой сети телерадиовещания состоит из центра
управления сети (основного и резервного), серверных и передающих узлов. Одним
из элементов передающей станции является цифровые телевизионный передатчики на
основе КИХ и БИХ-фильтров, проблемой которых является контроль вспомогательным
оборудованием на передающей станции.
Таким
образом, в данной статье сделан анализ принципиальных особенностей КИХ и
БИХ-фильтров, в частности значения коэффициентов.
Цифровые фильтры играют важную роль в
цифровой обработке сигналов. По сравнению с аналоговыми фильтрами они
предпочтительны во множестве областей (например, сжатие данных, биомедицинская
обработка сигналов, обработка речи, обработка изображений, передача данных,
цифровое аудио, телефонное эхоподавление), так как обладают рядом преимуществ.
Цифровые фильтры разделены на два обширных класса: фильтры с бесконечной
импульсной характеристикой (БИХ-фильтры) и фильтры с конечной импульсной
характеристикой (КИХ-фильтры).
Выбор между КИХ- и БИХ-фильтрами
зависит от относительных преимуществ обоих типов.
1. КИХ-фильтры могут иметь
строго линейную фазовую характеристику. Следовательно, фильтр не вводит фазового искажения
в сигнал, что важно во многих сферах, например, передаче данных, биомедицине,
цифровой аудиообработке или обработке изображений. Фазовая характеристика
БИХ-фильтров нелинейна, особенно на краях полос.
2. КИХ-фильтры реализованы
нерекурсивно, т.е они всегда устойчивы. Гарантировать устойчивость БИХ-фильтров
удается не всегда.
3.
Для
реализации фильтров используется ограниченное число битов. Практические
последствия этого (например, шум округления и ошибки квантования) значительно
менее существенны для КИХ-фильтров, чем для БИХ-фильтров.
4.
Чтобы
получить конечную импульсную характеристику с помощью фильтров с резкими
срезами характеристики, потребуется больше коэффициентов, чем для получения
бесконечной импульсной характеристики. Следовательно, для реализации
предложенной спецификации амплитудной характеристики с КИХ необходимо больше
вычислительной мощности и памяти, чем для реализации ее с БИХ. Впрочем,
эффективность КИХ-реализации можно значительно повысить, сыграв на
вычислительной скорости БПФ и обработке при нескольких скоростях.
5.
Аналоговые
фильтры легко преобразовать в эквивалентные цифровые БИХ-фильтры,
удовлетворяющие сходным спецификациям. Для получения КИХ-фильтров такое
преобразование невозможно, поскольку для них не существует аналоговых
прототипов. Впрочем, получать произвольные частотные характеристики на КИХ-фильтрах
легче.
6.
Вообще,
синтез КИХ-фильтров алгебраически сложнее, если не использовать компьютерную
поддержку разработки.
7.
БИХ-фильтры
рекуррентны. Это означает, что, пропустив через фильтр один и тот же сигнал, но
с «обратным ходом времени», мы получим, вообще говоря, разные результаты. Если
для речи временная анизотропия естественна, то, например, для изображений уже
нет, поэтому БИХ-фильтры имеют ряд ограничений по применению.
Учитывая приведенные
соображения, общий принцип выбора между КИХ и БИХ можно сформулировать
следующим образом.
- Использовать БИХ, если единственным
важным требованиями являются характеристика с резкими срезами и высокая
пропускная способность, поскольку БИХ-фильтры (особенно те, в которых
использованы эллиптические характеристики) потребуют определения меньшего числа
коэффициентов, чем КИХ-фильтры.
-
Использовать КИХ, если число коэффициентов фильтров не очень велико и, в
частности, если нужно, чтобы фазовое искажение отсутствовало или было малым.
Кроме того, можно добавить, что архитектуры новейших процессоров цифровой
обработки связи приспособлены к КИХ-фильтрации, мало того, некоторые из них
специально разработаны для КИХ-фильтров.
Для
примера рассмотрим передаточные функции обоих фильтров, удовлетворяющих
идентичным спецификациям амплитудно-частотной характеристики.
1.
БИХ-фильтр
где
2.
КИХ-фильтр.
где
Изучая
два разностных уравнения, получаем следующие требования к объему вычислений и
памяти: 12 операции умножения, 11 операции сложения, 24 ячеек памяти для
КИХ-фильтра, и 5 операции умножения, 4 операции сложения, 8 ячеек памяти.
Откуда
видно, что БИХ-фильтры экономнее, чем КИХ-фильтры, как с точки зрения
необходимых вычислений, так и с точки зрения требований к памяти. Впрочем,
можно еще дополнительно учесть симметрию коэффициентов КИХ-фильтров и считать
они будут более эффективными (правда, только с точки зрения очевидной простоты
реализации). Еще один момент, который стоит отметить в связи с полученными
результатами: при одинаковых спецификациях амплитудной характеристики число
коэффициентов КИХ-фильтра (в данном примере -12) обычно в шесть раз превышает
порядок (наивысшая степень z в знаменателе)
передаточной функции БИХ-фильтра (в данном примере -2).
Таким
образом, согласно требованиям, обеспечивающие большую пропускную способность
при эффективном использовании полосы пропускания, для управления локальными передающими узлами, БИХ-фильтры
более приемлемы, так как в локальной системе цифровой сети телерадиовещания,
могут возникать проблемы, связанные с облачностью, а так же влиянием различных
электоромагнитных явлений, которые могут привести к снижению и исчезновению
видеосигналов.
Литература:
1.
Э.
Айфичер, Б. Джервис. Цифровая обработка сигналов. Практический подход. М.-2004
г..