FFT 频带和滤波

信息处理 fft 过滤器
2022-02-04 04:41:28

我不太了解 FFT,也不过滤。我希望我能以一种不会让您理解的方式来解释我的困惑。

考虑以下示例:我有一个 EEG 信号,并且对 1 到 40 Hz 的频带感兴趣。

  • 如果我在 40 处应用 LP 滤波器,在 1 处应用 HP,由于滤波器的过渡带,我感兴趣的信号会在开头和结尾处失真。对?为什么它有一个过渡带,它是如何工作的?滤波器是指定频率范围内正弦波的总和吗?(对不起,这似乎是一个基本问题,但我仍然找不到答案)

  • 现在要获得 1-40Hz 范围内不同频段的 FFT,我可以先对特定范围进行带通滤波,然后对每个频段应用 FFT(例如,1-4,4-8,8-12,12-20)。但是,由于过渡带,这会导致每个带中的结果失真,对吗?

    另一方面,如果我在整个 1-40 范围内进行 FFT,然后从 8-12 等中“提取”结果,结果会更准确吗?以及提取在数学上如何工作,它只是频率在 8 到 12 之间的所有值的平均值吗?

我希望你能帮助我理解这些事情

1个回答

关于低通和高通滤波器的过渡带一个理想滤波器确实有零过渡带宽,但它的脉冲响应中也有无穷多的滤波器系数。在实践中,您将获得无限长度脉冲响应的有限长度近似值,因此实际滤波器将具有非零过渡带宽。在 FIR(有限脉冲响应)实施的情况下,脉冲响应越长,过渡带宽就越窄。由于有限长度 FIR 滤波器的这个非零过渡带,由此产生的频率响应将显示通过过渡带与理想响应的偏差,您应该(并且可以)考虑到这一点。您也可以考虑使用基于 IIR 的递归滤波器,但是除了引入的非线性相位失真之外,它仍然会有一个过渡带,这不会

关于通过其FFT对滤波信号进行频谱分析的第二个问题,您首先获得足够长的信号观察窗口,然后对滤波器输出进行足够密集的FFT,以便您可以专注于1 Hz到40的任何区域赫兹取决于您的兴趣。假设您的采样率为Fs每秒采样数,然后是N点 FFT 将为您提供等效的模拟频率分辨率

Δf=FsN
其中每个频率仓(以 Hz 为单位)将位于
fk=FsNk  ,  for k=0,1,...,N1
请注意,实值输入信号的 FFT 将具有共轭对称复数输出,因此只有前半部分(大致)携带来自f=0f=Fs/2

请注意,您的光谱分辨率从根本上受到观察窗口长度的限制,即 FFT 长度不会提高频率分辨率,而只是对已经解析的光谱进行插值。