卷积是应用过滤器的唯一方法吗?

信息处理 过滤器 卷积
2022-01-29 09:30:17

我已经阅读了有关离散卷积以及它如何应用于滤波器的信息,但是卷积是应用滤波器(对输入信号)的唯一方法吗?

2个回答

对于本次讨论,将滤波器类别限制为线性时不变 (LTI) 滤波器很重要。它们的输入-输出关系由您可能遇到的标准卷积和(或者,在连续时间中,卷积积分)描述。所以任何 LTI 系统的操作都可以用卷积来描述。在离散时间你有

(1)y[n]=k=h[k]x[nk]

其中是输入信号,是系统的脉冲响应,是输出信号。的示例是横向滤波器,它具有有限脉冲响应 (FIR)。x[n]h[n]y[n](1)

然而,这并不意味着LTI系统只能通过直接实现卷积和()来实现。任何无限脉冲响应 (IIR) 都必须递归实现,因为卷积和不能在有限时间内精确计算(因为它是无限和)。但在数学上,IIR 滤波器的任何递归实现都计算与卷积和相同的东西。1(1)

卷积和也可以在频域中实现,其中数据块使用 DFT 进行变换,这些频域数据根据所需的脉冲响应进行修改,并且在应用 IDFT 后,将数据块组合以给出所需的输出信号。两种这样的方法是重叠添加重叠保存方法。

总之,所有 LTI 系统都由卷积和(或积分)来描述,但是有很多方法可以实现该和,而且通常不直接评估卷积和。

到底什么是过滤器?在日常生活中:

一种用于从(通常)流体物质中去除不需要的东西的装置

在计算机编程中?

旨在检查每个输入或输出请求的某些合格标准的程序或代码部分

在数据处理中,我们不知何故介于两者之间。流体物质(信号)应该从不满足某些合格标准(噪声)的不需要的东西中去除。

根据标准,您有很多选择,具体取决于 assmptions。例如中值、最小-最大过滤,所有这些都取决于某些合格标准。

如果您信任不依赖于实际时间的滤波,并且是线性的(两个滤波信号之和是两个信号之和的滤波),您将获得“线性 time_invariant 滤波”(LTI)。然后,很快就会明白这与傅里叶基和卷积密切相关。许多其他来源可以为您提供见解:

然后,您可以以卷积方式应用线性滤波器。但是由于上述傅里叶关系,您可以在傅里叶域中应用它们,使用递归滤波器,使用格公式等。所有这些最终都会产生线性滤波器,但不同的实现在效率、复杂性、经济性、对错误的鲁棒性方面有所不同, ETC。