[МУЗЫКА] [ЗВУК] В этом фрагменте лекции мы поговорим о проблемах, которые возникают из-за квантования коэффициентов цифровых фильтров. Коэффициенты — это тоже числа, и так же, как и отсчеты сигналов, мы вынуждены хранить их в каких-то ячейках памяти и представлять с использованием того формата, который используется в системе обработки для хранения чисел. Поэтому возникают ошибки округления коэффициентов. Сила тех проблем, которые из-за этого возникают, зависит от того, о каком фильтре идет речь — нерекурсивном или рекурсивном. В нерекурсивных фильтрах функция передачи содержит только числитель, поэтому коэффициенты фильтра линейно связаны с его импульсной и частотной характеристиками, и малые погрешности представления коэффициентов приводят к малым изменениям этих характеристик. В качестве примера здесь приведены два графика. Слева показана амплитудно-частотная характеристик фильтра нижних частот, у которого синтез производился с использованием минимаксного метода, то есть с равномерными пульсациями частотной характеристики в полосе пропускания и в полосе задерживания. На правом графике показаны характеристики этого же фильтра после того, как мы произвели округление его коэффициентов, представив их в формате с фиксированной запятой, где использовалось восемь двоичных разрядов в дробной части, то есть шаг между представимыми числами был равен 1/256. Мы видим, что характеристика фильтра в целом больших изменений не претерпела, однако несколько увеличился разброс коэффициента передачи в полосе пропускания: пульсации перестали быть равномерными, они стали иметь разный уровень в разных частотных областях. Также вырос уровень боковых лепестков в полосе задерживания. Если у исходного фильтра это примерно −18,5 дБ где-то составлял уровень боковых лепестков в полосе задерживания, то после квантования коэффициентов максимальный уровень коэффициента передачи в полосе задерживания наблюдается в указанных точках, это приблизительно где-то −16 дБ. Таким образом, проблемы в случае нерекурсивных фильтров, как правило, несущественные, однако в любом случае нужно проводить расчет характеристик фильтра с учетом искажения коэффициентов при их квантовании, чтобы убедиться, что после внесения этих погрешностей фильтр удовлетворяет заданным требованиям. Значительно хуже дело обстоит в случае рекурсивных фильтров, у которых функция передачи имеет не только числитель, но и знаменатель, и коэффициенты знаменателя нелинейно связаны с характеристиками фильтра. Из-за этого маленькие погрешности представления коэффициентов могут приводить к большим изменениям характеристик фильтра. В качестве примера здесь показана амплитудно-частотная характеристика эллиптического фильтра, который был рассчитан, исходя из следующих параметров: неравномерность амплитудно-частотной характеристики в полосе пропускания — 1 дБ (синей линией показана амплитудно-частотная характеристика этого фильтра) и подавление сигналов в полосе задерживания — −40 дБ. Красной линией показана АЧХ этого фильтра после квантования его коэффициентов. Мы видим, что в отличие от случая с нерекурсивным фильтром, изменения частотной характеристики оказались весьма серьезными. Прежде всего, у нас очень сильно возросла неравномерность коэффициента передачи в полосе пропускания. Теперь вместо 1 дБ здесь где-то больше 3 дБ составляет эта величина, этот разброс. Что касается полосы задерживания. В данном конкретном примере уровень коэффициента передачи на высоких частотах в окрестностях частоты Найквиста заметно не изменился, и сохранился глубокий провал амплитудно-частотной характеристики в районе частоты π/2 радиан на отсчет. Однако два нуля функции передачи, два нуля частотной характеристики в результате округления коэффициентов пропали. И мы видим, что очень широкой по сравнению с первоначальным вариантом стала переходная зона между полосой пропускания и полосой задерживания. Более того, из-за изменения положения полюса в функции передачи в результате округления коэффициентов фильтра фильтр рекурсивный даже может стать неустойчивым. Поэтому в случае рекурсивных фильтров проблемы с погрешностями представления коэффициентов носят существенно более серьезный характер. [БЕЗ_ЗВУКА]