디지털 필터 설계

(2023-11-24)

1. 디지털 필터설계 이란?

  ㅇ 요구되는 필터 사양을 만족시키도록,
     - 임펄스응답 또는 주파수응답으로 표현하고,
     - 이에 근사적인 전달함수차분방정식 계수를 결정하고,
     - 이에 적당한 특정 필터 구조를 선택하여, 
     - 물리적으로 시스템을 구현하는 것


2. 디지털 필터의 일반적인 설계 절차

  ㅇ 사양 도출 (Specification) 
     - 목적/응용에 맞는 사양의 결정
        . 주파수영역에서 진폭응답,위상응답을 구체적으로 결정
        . 이때, 선형위상 특성을 갖는 것이 바람직함  
  ㅇ 근사 (Approximation)
     - 사양에 근접한 디지털 필터의 표현을 얻고,
     - 필터 사양에 만족하도록, 필터 표현식의 계수 결정 및 필터 구조 선정
  ㅇ 구현 (Implementation)
     - 근사화 결과에 따른 디지털 필터 표현식에 대해,
     - 컴퓨터 소프트웨어 또는 연산 소자를 통해 구현시킴


3. 디지털 필터 설계의 표현설계 결과물의 알고리즘(처리과정) 표현 형태
     - 블록선도
     - 신호흐름선도설계 결과물의 표현식 형태
     - 임펄스응답 h[n]에 의한 컨볼루션
     - 차분방정식
     - 전달함수 H(z)

  ㅇ 디지털 필터별 구현 가능한 설계 결과 표현식
     - FIR 필터 : 컨볼루션 합, 전달함수, 차분방정식
     - IIR 필터 : 전달함수, 차분방정식


4. 디지털 필터 설계의 구현 구조, 기법, 소자디지털 필터별 구현 가능 구조                          ☞ 디지털 필터 구현 구조 참조
     - FIR 필터 : 직접형, 종속형, 선형 위상형, 주파수 샘플링형, 격자형, 고속 컨볼루션 등
     - IIR 필터 : 직접형, 종속형, 병렬형, 격자형 등

  ㅇ 디지털 필터설계 기법
     - FIR 필터 : 창 설계 기법, 주파수 샘플링 설계 기법, 죄적 등 리플 설계 기법
     - IIR 필터 : 아날로그 필터 설계 후 이에 상응하는 디지털 필터로 변환

  ㅇ 디지털 필터의 구현을 위한 기본 연산 소자 셋(3)
     - 지연소자, 곱셈기, 덧셈기5. 디지털 필터설계에서 고려 요소 

  ㅇ 필요한 계산량
     - 덧셈 보다는 곱셈이 계산 속도에 더 큰 영향을 주므로 주로 곱셈 필요 수를 따짐

  ㅇ 기억소자 용량 : 과거 데이터를 기억해야함 즉, 시간지연기 필요
     - 필터 차수가 높을수록 기억소자 소요 용량이 커짐

  ㅇ 감도
     - 필터 계수 값이 부정확하게 표현되었을 때,
     - 필터 특성 변화가 얼마나 심하게 발생하는가에 대한 척도

  ㅇ 유한어장효과
     - 값을 유한개의 비트로 표현하는데에 따른 한계 등

디지털 필터
   1. 디지털 필터   2. 디지털 필터 표현   3. 디지털 필터 구분   4. FIR 필터   5. IIR 필터   6. 순환,비순환 필터   7. 디지털 필터 설계   8. 디지털 필턱 구현 구조   9. 디지털 필터 예  


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