تُستخدم المرشحات في معالجة الإشارات الرقمية لإزالة الأجزاء غير المرغوب فيها من الإشارة ، مثل الضوضاء العشوائية ، أو لاستخراج أجزاء مفيدة من الإشارة ، مثل أجزاء الإشارة التي تنتمي إلى نطاق معين
على سبيل المثال ، يمكن تصفية الصوت المسجل بأجهزة ضعيفة لإزالة العناصر غير المرغوب فيها من الإشارة ، مما يجعله يبدو أقرب ما يكون إلى الصوت الأصلي (بدون اضطرابات) قدر الإمكان.
يمكن تصنيف المرشحات الرقمية إلى مجموعتين ، FIR (استجابة اندفاعية محدودة المدة) ومرشحات IIR (استجابة اندفاعية غير محدودة المدة). عندما يتم تزويد النظام ببعض المدخلات ، تُعرف النتيجة أو الاستجابة المحققة باسم الاستجابة الاندفاعية.
مرشحات IIR مقابل FIR
يتمثل الاختلاف بين مرشحات FIR و IIR في أن استجابة نبضات المُعَدِّدين ليست صفرية لعدد محدود فقط من العينات. تحتوي مرشحات IIR على عدد لا حصر له من العينات غير الصفرية. تُعرف مرشحات IIR أيضًا باسم مرشحات التعليقات ولا تحتوي مرشحات FIR على أي آلية للتعليقات. في معادلة الفرق ، يكون لمعاملات المرشح لمرشحات IIR شروط التغذية الراجعة.
جدول المقارنة بين مرشحات FIR وفلاتر IIR
| معلمة المقارنة | مرشح FIR | مرشح IIR |
| طبيعة سجية | غير متكرر بطبيعته لأنه لا يعيد استخدام مخرجاته كمدخلات. | تكرارية بطبيعتها لأنها تعيد استخدام واحد أو أكثر من مخرجاتها كمدخلات. |
| كفاءة | أقل كفاءة من الناحية الحسابية. | أكثر كفاءة من الناحية الحسابية. |
| سهولة التنفيذ في الدائرة | نظرًا لغياب آلية التغذية الراجعة ، فمن الأسهل تنفيذها في الدائرة. | بسبب وجود آلية التغذية الراجعة ، يكون التنفيذ في الدائرة أكثر صعوبة. |
| آلية ردود الفعل | لا تستخدم دوائر التغذية الراجعة. | يستخدم آلية التغذية الراجعة التي يتم فيها تقديم المخرجات السابقة ، جنبًا إلى جنب مع الإدخال الحالي والماضي ، كمدخلات حالية. |
| استقرار | أكثر استقرارًا لأن الناتج الحالي لا يحمل أي علاقة مع الناتج السابق. | أقل استقرارًا لأنه يستخدم عينات الإخراج السابقة أيضًا. |
| المدخلات المطلوبة لتوليد الإخراج الحالي | العينات الحالية والسابقة للمدخلات | العينات الحالية والسابقة للمدخلات مع المخرجات السابقة. |
| عرضت تأخير | يقدم المزيد من التأخير في تقديم الرد | يقدم تأخيرًا أقل في تقديم الرد |
| متطلبات الذاكرة | يتطلب ذاكرة أكبر | يتطلب ذاكرة أقل |
| حساسية | أقل حساسية | اكثر حساسية |
| سهولة التحكم | من السهل السيطرة عليها | من الصعب جدا السيطرة عليها |
ما هو مرشح FIR؟
تُعرف المرشحات الرقمية التي تولد استجابة نبضية محدودة لنظام ديناميكي باسم مرشحات FIR. الاستجابة النبضية التي توفرها مرشحات FIR محدودة المدة. تم تسميتهم بذلك لأن الاستجابة التي توفرها هذه المرشحات يتم إصلاحها عند الصفر في فترة زمنية محدودة. في حالة مرشحات FIR ، يولد مرشح الترتيب n عينات (n + 1) قبل أن يثبت على 0.
لا تحتوي مرشحات FIR على آلية التغذية الراجعة. تتكون مدخلاتهم الحالية من قيم المدخلات الحالية والسابقة فقط. يشكل جمع كمية محدودة من العينات المحدودة لقيم الإدخال ناتج مرشحات FIR. تعتبر مرشحات FIR أكثر ملاءمة للتطبيقات التي تتطلب استجابة طور خطي.
ما هو مرشح IIR؟
تُعرف المرشحات الرقمية التي تولد استجابة نبضة لا نهائية لنظام ديناميكي باسم مرشحات IIR. يتم أخذ المدخلات الحالية والسابقة جنبًا إلى جنب مع المخرجات السابقة على أنها المدخلات الحالية.
يعمل مرشح IIR بطريقة لا تؤخذ بعين الاعتبار المدخلات الحالية والسابقة فحسب ، بل عينة المخرجات السابقة. دائرة التغذية الراجعة هذه هي ما يميزها عن مرشحات FIR.
آلية التغذية الراجعة الداخلية تجعل هذه المرشحات متكررة في طبيعتها. لا يسمحون أبدًا لردهم بالاستقرار عند 0 لدافع مطبق. فهي أكثر كفاءة من الناحية الحسابية وتتطلب ذاكرة أقل. ومع ذلك ، نظرًا لطبيعتها العودية ، فهي أقل استقرارًا ويصعب التحكم فيها.
تُستخدم مرشحات الأشعة تحت الحمراء بشكل أفضل للتطبيقات التي لا تتطلب معلومات عن الطور ، على سبيل المثال ، لمراقبة اتساع الإشارة.
الاختلافات الرئيسية بين مرشحات FIR وفلاتر IIR
استنتاج
يمكن تصميم المرشحات الرقمية لأغراض مختلفة. على سبيل المثال ، يمكن تصنيف المرشح إما على أنه تمريرة عالية أو منخفضة أو نقطة توقف أو تمرير نطاق. على سبيل المثال ، عندما يتم تمرير إشارة دخل ذات ضوضاء عالية التردد من خلال مرشح تمرير منخفض ، تتم إزالة ضوضاء التردد العالي من الإدخال ، مما ينتج عنه إشارة نظيفة.
يمكن تنفيذ أنواع المرشحات هذه باستخدام مرشحات FIR أو IIR. يمكن أيضًا استخدام مزيج من هذين لإنتاج مرشح عشوائي الشكل. مرشحات FIR ليس لها آلية ردود الفعل. هذا يجعلها أكثر استقرارًا. يتم استخدامها في التطبيقات التي تتطلب مراحل خطية.
تستخدم مرشحات IIR المخرجات السابقة ، جنبًا إلى جنب مع المدخلات الحالية والسابقة ، كتعليقات. هذا يجعلها متكررة وأقل استقرارًا في طبيعتها. يمكن لمرشحات IIR تحقيق خاصية التصفية المرغوبة باستخدام ذاكرة وحسابات أقل من مرشح FIR.
