Цифровой фильтр в телевизоре что это

Вам наверняка доводилось слышать рекомендации по различным головкам для виниловых проигрывателей: мол, эта достаточно универсальна, а эта особенно хороша для старых джазовых изданий… Что-то подобное неминуемо должно было появиться и в «эпоху цифрового аудио».

Что такое «цифровой фильтр» и для чего его ставят в ЦАП?

Преобразование потока цифровых аудиоданных (нулей и единиц) в непрерывный музыкальный сигнал — дело деликатное. Каждый цифровой отсчет должен быть преобразован в определенный уровень напряжения с высокой точностью, а ошибки в этом процессе заметно ухудшают звучание, делая его чересчур резким или, наоборот, размытым или окрашенным.

К несчастью человеческое ухо очень восприимчиво к искажениям и шумам квантования в аудиосистемах. Когда звуковой сигнал восстановлен из цифровых данных, гармонические искажения присутствуют в широком спектре, как в четных, так и нечетных обертонах.

Человеческое ухо очень восприимчиво к искажениям и шумам квантования в аудиосистемах

Все что нужно знать о Цифровом ТВ

Теоретически можно подавать на ЦАП отсчеты прямо при считывании. Однако при этом многократно возрастают требования к аналоговому фильтру, который должен быть столь крутым, чтобы как ножом отрезать цифровой шум за пределами слышимого спектра. Но аналоговые крутые фильтры высоких порядков катастрофически искажают фазовую характеристику, поэтому в звучании пропадает ощущение глубины сцены, снижается детальность, падает уровень высоких частот. Кроме того, точность исполнения аналоговых фильтров всегда ограничена допусками на производство радиоэлементов.

Выручают точные и стабильные по своей сути так называемые цифровые фильтры из нескольких FIR-звеньев (Finite Impulse Response или КИХ – конечная импульсная характеристика). Обычно каждое звено удваивает частоту выборки. Промежуточные отсчеты вычисляются в реальном времени и должны быть завершены в течение одного периода дискретизации! Отсюда повышенные требования к процессору, к его быстродействию и точности. И все же в вычислениях может накапливаться ошибка при последовательном округлении промежуточных данных.

Чтобы не потерять качество звука, количество звеньев фильтрации (кратность) ограничивают 4–8, вычисления в реальном времени для каждого отчета производят в 40 и даже 80-битном представлении, выбирают набор индивидуальных коэффициентов для интерполяции. Конечная цель – получить приемлемый результат для 24-битного разрешения. Другими словами, цифровой фильтр — это неотъемлемая часть современного звуковоспроизводящего устройства. От того, как именно он реализован, какие алгоритмы и коэффициенты используются в расчетах, зависят тонкие аспекты звучания.

В поисках идеала

Не секрет, что слушатели могут иметь и имеют (!) различные предпочтения в звучании и в музыке. Мы уже упоминали, ситуацию с выбором головок звукоснимателей для разных музыкальных жанров. Так и здесь – часто «стандартный» цифровой фильтр может не удовлетворять конкретного слушателя. И здесь пора вернуться к разработке Audiolab.

Вышла видеоинструкция по подключению цифрового ТВ

Итак, идеального фильтра не существует — что-то лечим, что-то калечим — либо фазу, либо линейность. Существует несколько алгоритмов подготовки цифрового потока. Цифро-аналоговые преобразователи Audiolab M-DAC и Q-DAC предлагают целых семь вариантов фильтрации! А дальше вы сами определитесь — какой считать универсальным, а какой хорош для жанровых фонограмм. По времени отклика (rise time) фильтры условно можно объединить в три группы:

Slow (медленные)
1) Optimal transient

2) Optimal transient XD

3) Optimal transient DD

Medium (средней скорости)
4) Slow roll off

Fast (быстрые)
5) Sharp roll off

6) Minimum phase

7) Optimal Spectrum

Оптимальный переход

Audiolab акцентирует внимание на фильтре Optimal Transient (оптимальная переходная характеристика импульса) и его подварианты XD и DD. Главная особенность группы Slow заключается в устранении паразитных колебаний перед фронтами импульса. Формально с точки зрения базовых технических замеров при активации Optimal Transient параметры сигнала немного ухудшаются.

Спад кривой получается очень пологим, остается «цифровой мусор». Тем не менее после Optimal Transient саунд субъективно воспринимается на слух как наиболее реалистичный, мягкий на высоких частотах и по-настоящему вовлекающий. Что говорят слушатели?

Наиболее интересным считается Optimal Transient XD, который в своей группе позволяет получить наиболее ровный тональный баланс, оптимальную насыщенность и детальность. Вариант DD несколько усиливает глубину звучания, немного укрупняя музыкальные образы. Базовая версия Optimal Transient уступает своим производным, обеспечивая более мягкий и менее детальный звук. Этот вариант хорошо проявит себя на записях с резкой цифровой подачей материала.

Крутой спад

Что касается фильтров Slow Rolloff и Sharp Rolloff, то первый отличается плавным спадом АЧХ, но имеет «мягкий» удельный коэффициент затухания и значительно меньший «звон». Фильтр Sharp Rolloff характеризуется крутым спадом и обладает стандартным алгоритмом фильтрации, т.е. типичными промышленными характеристиками: спад в –6 дБ на 1/2 Fs.

Фильтр Sharp Rolloff рекомендуется использовать ностальгирующим по CD-плеерам 90-х

Звучание после Sharp Rolloff приметно прибавкой баса, но при этом несколько страдает его проработка. По своему характеру этот фильтр напоминает звук CD-проигрывателей средней Hi-Fi-категории с ровной АЧХ вплоть до 20 кГц при проигрывании обычных CD-записей (16 бит/44,1 Гц). Верхние частоты при этом кажутся более резкими, присутствуют паразитные колебания до и после фронтов импульса.

Сцена несколько зажата, ей может не хватает «воздуха». Данную версию рекомендуется использовать ностальгирующим по CD-плеерам 90-х, а для ценителей звучания с аналоговым характером подойдет Slow Rolloff, который немного выдвигает СЧ на передний план. Одна из его особенностей также заключается в более ровной, чуть смягченной подаче ВЧ-диапазона. Помимо этого, фильтр Slow Rolloff также может похвастаться отличными техническими параметрами.

Фазовый минимализм

Фильтр Minimum Phase (минимально-фазовый, т.е. с минимальными фазовыми искажениями) дает возможность получить плавное затухание, аналогичное Slow Rolloff, но характеризуется отсутствием паразитных колебаний («звона») перед фронтами импульса. Хорошо прорабатывается НЧ- и СЧ-диапазоны. Саунд при этом становится гармоничным, более плотным и собранным на басах, но менее выразительным и четким в высокочастотном диапазоне.

Фильтру Optimal также свойственны превосходные технические характеристики в частотной области. Однако ему в полной мере присущи паразитные колебания перед фронтами импульса, что может вызвать усталость при длительном прослушивании. Звучание при использовании Optimal Spectrum обладает прозрачностью, остротой, а также хорошей детальностью — по этому параметру его можно сравнить с Sharp Rolloff. Саунд неплохо сфокусирован, однако цифровые артефакты заметны на слух, так что мы рекомендуем обратить внимание на «медленную» тройку, которую рекомендует Audiolab.

Выбор

При воспроизведении CD-дисков с обработкой с Optimal Transient обеспечивается весьма пологий спад по ВЧ, что выражается в более теплом характере звука. Как уже отмечалось, Optimal Transient не показывают рекордных характеристик при измерении, особенно в плане подавления помех дискретизации, но отличаются более «аналоговым поведением», что положительно отражается на звучании. Т.е. в данном случае недостаток становится достоинством. Одним из важных аспектов является то, что данные фильтры фактически полностью убирают цифровой «звон».

В категории Medium (среднее время установления отклика) находится единственный фильтр Slow Rolloff, который тоже отличается превосходными характеристиками. Его можно рассматривать как усредненную настройку между крайними подходами обработки цифрового сигнала.

Фильтры группы Fast имеют самое малое время установления отклика, обеспечивают наиболее четкие и резкие ВЧ и самый яркий звук, а также обладают лучшими техническими параметрами.

И еще напомним об одной фирменной примочке Audiolab. Модель M-DAC оснащена декоррелятором D3E, задача которого состоит в фильтрации различных гармоник, которые проявляются в процессе квантования. Благодаря D3E звучание становится чище, хотя изменения здесь не так явно заметны. Все это с учетом широкого выбора фильтров делает конвертеры Audiolab всеядными по отношению к любому музыкальному жанру.

Источник: stereo.ru

Цифровой фильтр в телевизоре что это

Основное отличие — аналоговые и цифровые фильтры

В электронике сигнал может состоять из комбинации компонентных сигналов на разных частотах. фильтры являются компонентами, используемыми в электрических цепях для удаления нежелательных частотных составляющих в сигнале. главное отличие между аналоговыми и цифровыми фильтрами заключается в том, что аналоговые фильтры обрабатывают аналоговые сигналы напрямую, тогда как цифровые фильтры должны сначала преобразовывать аналоговые сигналы в цифровые сигналы, прежде чем обрабатывать. После обработки сигнал необходимо снова преобразовать из цифрового в аналоговый сигнал.

Что такое аналоговые фильтры

Аналоговые фильтры используютрезонанс в электрических цепях. Комбинации резисторов и индукторов обеспечивают разные уровни импеданса для токов с разными частотами. Следовательно, они могут использоваться в схемах для подавления нежелательных частотных составляющих в сигнале.

Например,полосовой фильтр подавляет частоты, которые находятся за пределами заданного диапазона частот. Диаграмма ниже показывает, как такой фильтр может быть построен с использованием конденсаторов (C) и катушек индуктивности (L):

Полосовой фильтр, который подавляет частоты, не входящие в его диапазон.

И в выходном сигнале все частоты, которые не находятся в пропускная способность Диапазон (B) подавляется:

Полосовой фильтр подавляет частоты, которые не находятся в области, называемой шириной полосы.

Аналоговые фильтры могут фильтровать сигналынепрерывно, В некоторых случаях это дает небольшое преимущество аналоговым фильтрам, гдевсе нежелательные частоты должны быть удалены. Способность цифрового фильтра делать это зависит от частоты дискретизации (см. Ниже).

Что такое цифровые фильтры

Цифровые фильтры могут работать с цифровыми (то есть не непрерывными) сигналами. Следовательно, цифровой фильтр состоит изАналого-цифровой преобразователь (АЦП), который сначала преобразует любой аналоговый сигнал в цифровой сигнал. АЦП делает это путемотбор проб сигнал на регулярной основе. После преобразования оцифрованный сигнал обрабатывается и ненужные частотные компоненты удаляются. Затем полученный цифровой сигнал необходимо преобразовать обратно в аналоговый сигнал, используяЦифро-аналоговый преобразователь (КСР).

Цифровые фильтры имеют ряд преимуществ перед аналоговыми фильтрами. После того, как они запрограммированы, программы в цифровых фильтрах могут быть легко изменены путем переписывания их алгоритмов (для перепрограммирования аналогового фильтра необходимо изменить саму схему). Это также позволяет цифровым фильтрам выполнять адаптивная фильтрация: форма фильтрации, где параметры фильтрации могут изменяться с течением времени, в зависимости от того, как изменяется входной сигнал. Цифровые фильтры также имеют тенденцию быть более точными, поскольку точность аналогового фильтра во многом зависит от емкости его компонентов. Цифровые фильтры также способны обрабатывать очень низкие частоты, которые аналоговые фильтры не могут обрабатывать.

Разница между аналоговыми и цифровыми фильтрами

Тип обработанного сигнала

Аналоговые фильтры может обрабатывать аналоговые фильтры напрямую.

Цифровые фильтрынеобходимо сначала преобразовать аналоговые сигналы в цифровые, перед обработкой. После обработки сигнал необходимо снова преобразовать из цифрового в аналоговый.

Изменение функциональности

Чтобы изменить функционированиеаналоговые фильтрысами компоненты должны быть переконфигурированы.

Цифровые фильтры обычно регулируются алгоритмами, и функциональность может быть легко изменена путем изменения этих алгоритмов.

Скорость обработки

Аналоговые фильтры отфильтровывать нежелательные частоты непрерывно.

Скорость, с которой цифровые фильтры может работать в зависимости от частоты их выборки.

Изображение предоставлено

«Принципиальная схема примера полосового фильтра в топологии Кауэра Т-образного сечения…» по Inductiveload (собственная работа) [Public Domain], через

Источник: ru.strephonsays.com

1. Цифровые фильтры.

Цифровой фильтр – это вычислительное устройство (физическая система или программа для ПЭВМ), реализующее заданный алгоритм избирательной обработки сигналов в реальном масштабе времени. Классификация фильтров осуществляется по полосе пропускания (ФНЧ, ФВЧ, ПФ, РФ) и по типу фильтра (Баттерворта и Чебышева).

По полосе пропускания: ФНЧ – аналоговый или электрический фильтр, эффективно пропускающий частотный спектр сигнала ниже частоты среза и уменьшающий частоту спектра сигнала выше этой частоты. Степень подавления зависит от фильтра.

ФВЧ – электрический или другой фильтр, пропускающий высокие частоты спектра входного сигнала, при этом подавляя частоты спектра сигнала меньше, чем частота среза. Полосовой фильтр – представлен в виде последовательности, состоящей из ФНЧ иФВЧ. ПФ: а) нижняя частота среза; б) верхняя частота среза.

Режекторный фильтр – фильтр, не пропускающий колебания определенной полосы частот. Рисунок.1 АЧХ и коэффициент затухания а) ФНЧ. б) ФВЧ. в) ПФ. г) ЗФ.

По типу фильтра: Фильтр Чебышева – один из типов линейных аналоговых или цифровых фильтров, отличительной особенностью которых является более крутой спад АЧХ и существенная пульсация АЧХ в полосе пропускания. Фильтр Баттерворта – один из типов электрических фильтров. Фильтры этого класса отличаются от других фильтров методом проектирования. Фильтр Баттерворта проектируется так, чтобы его АЧХ была максимально гладкой на частотах полосы пропускания. Рисунок 2. Фильтр Баттерворта и фильтр 1-го порядка Чебышева. Рисунок 3. Ослабление для фильтра а)Чебышева и б)для фильтра Баттерворта

2. Достоинства и недостатки цифровых фильтров.

Цифровые фильтры имеют ряд преимуществ по сравнению с аналоговыми: 1. Простота реализации и удобство использования (используются одни и те же алгоритмы для проектирования фильтров с различными импульсными характеристиками). 2. Лучшие качественные характеристики (можно получить практически любую заданную точность обработки сигналов).

3. Возможность спроектировать фильтр любой сложности. 4. Для перестройки на другую импульсную характеристику следует лишь задать новое ядро для фильтра. Однако, цифровые фильтры имеют и ряд недостатков: 1. Невозможность обработки сигналов на СВЧ – это определяется частотой дискретизации современных АЦП, которая в настоящее время не превышает нескольких сотен мегагерц.

Например, для спектрального анализа света такой частоты дискретизации явно недостаточно, т.к. частота электромагнитных колебаний света лежит в терагерцевом диапазоне. 2. При использовании сложных цифровых фильтров скорость обработки сигнала может существенно замедлиться, вплоть до того, что будет невозможна обработка сигнала в реальном времени.

3. Для большой точности и высокой скорости обработки сигналов требуется не только мощный процессор, но и дополнительное, возможно дорогостоящее, аппаратное обеспечение в виде высокоточных и быстрых ЦАП и АЦП. Применение ЦФ: 1. Обработка звукового сигнала – различные звуковые эффекты (например эхо), эмуляция объемного звука, восстановление и редактирование звукозаписей, синтезирование звучания музыкальных инструментов, синтез и распознавание речи. 2. Обработка изображений – различные эффекты (например размытие или повышение резкости), сжатие изображений (формат JPEG, фрактальная компрессия). 3. Исследование и обработка каких-либо экспериментальных данных, например, ультразвуковое исследование в медицине, обработка сигналов, отраженных от цели и т.д.

Источник: studfile.net