对于低信噪比,边缘保持滤波器的性能有什么限制?

信息处理 过滤器 噪音 过滤器设计 平滑 去噪
2022-02-19 17:18:55

假设我有一个信号,定义如下,x(t)

x(t)={0ift<α/21αt+12ifα/2tα/21ift>α/2

因此,是一些信号,它附近的某个时间尺度的跳跃。对于具有不连续的跳跃或边缘。x(t)01αt=0α=0x(t)

的高斯噪声添加因此,的信噪比为 1。σ=1x(t)x(t)

上使用某种边缘保持平滑滤波器来确定很明显,任何平滑滤波器都会稍微洗掉这个边缘,并且很难区分具有的信号和具有的信号以获得一些最小 alpha。但是应该有一些可以与锐边区分开来的x(t)αα=0α=αminα

例如,某个尺度的高斯平滑滤波器将无法区分,但应该能够检测大于滤波器尺度的αα

在这种情况下,平滑滤波器在边缘保留方面的最佳性能是什么?也就是说,对于这种低信噪比的情况,我可以使用的最好的平滑滤波器是什么,它能够区分最小的可能的α=0α=αminαmin

现在,显然,在实践中我们有离散信号,将以某个采样率进行采样。所以,希望这个问题的答案能够解决这个问题。回答这个问题好像它指的是一个连续的信号并没有真正的用处。x(t)

2个回答

吉布的现象(只是不适用于常见的边缘情况)。

因此,使用线性滤波器,去除噪声(即低通滤波)的效果越好,去除的边缘就越多(在频谱中固有地到处都有能量)。

没有最小情况 – 您允许的噪声带宽始终与您允许的信号带宽相同,因此,您截断的信号能量(以及边缘精度)量是互补的。

您可以做的事情之一是应用一个聪明的信号模型。你的信号总是看起来像你的吗?太好了,所以你只需要估计一个参数 ( ) 就可以完全描述它!x(t)α

我不确定我是否真的正确回答了您的问题 - 但关键是,任何线性滤波器无论如何都会在去除噪声的同时保留边缘。

但是,如果您必须拥有线性过滤器如果您可以超越线性滤波器,您可以使用其他可以做得更好的技术。

例如,您可以通过任何低通滤波器在合理范围内去除噪声,您将降低脉冲上升的锐度。但是,您可以将此输出提供给一个简单的基于阈值的函数,该函数将在信号以足够高的速率跳跃时立即重新创建锐边。当然,这假设您事先知道确切的信号形状。如果信号形状任意变化,它将不起作用。

顺便说一句:查看各种用于量化的模数电路,也有类似的技术。类似地,有许多时钟同步电路使用 PLL 基本上“重建”原始时钟脉冲,即使信号充满了很多失真。

我不确定,这条路径是否适用于您的情况 - 但您当然可以寻找非线性过滤器。