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digitales filter

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Digitales Filter

Ein digitales Filter ist eine Schaltung bzw. eine Verarbeitungsmethode eines Computers, die ein digital codiertes Signal filtert - d.h. bestimmte Signalanteile selektiv unterdrückt.

Solche Digitalfilter und ihre Filterfunktionen können in Hardware oder Software implementiert werden. Sie dienen entweder zur Formung von Signalen im gewünschten Sinn oder für die Frequenz- und Signalanalyse.

Im Gegensatz zu Analogfiltern (Schwinger, Dämpfer, Resonator, Induktivität (Spule), Kondensator, Operationsverstärker usw.) sind sie flexibler einsetzbar, haben keine Schwankungen im Filterverhalten und müssen nicht nachgeeicht werden. Sie sind jedoch oft langsamer, teurer und rechnerintensiv.
Wichtige Anwendung digitaler Filter liegen bei schwachen Signalen und in der Kommunikationstechnik.

Table of contents
1 Implementierungen
2 Vor- und Nachteile von Digitalfiltern
3 Zwei Klassen von digitalen Filtern
4 Siehe auch

Implementierungen

  • Software-Implementierung: Es können digitale Filter mit vielen Taps berechnet werden, an die keine Echtzeitanforderungen gestellt werden (z.B. in Sound-Editoren für Computer). Realisierungsmöglichkeiten sind: spezialisierte Signalprozessoren, Microcontroller, Mikroprozessoren.

  • Hardware-Implementierung: Es können digitale Filter mit Echtzeitanforderungen (z.B. in der Mobilfunktechnik, als Kanalfilter, Interpolationsfilter für digitales Fernsehen, ...) aber mit weniger Taps als in Software-Implementierungen erstellt werden. Realisierungsmöglichkeiten : FPGAs, CPLDs oder Spezialbausteine.

Vor- und Nachteile von Digitalfiltern

Digitale Filter spielen eine grosse Rolle in der Kommunikationstechnik. Sie haben gegenüber analogen Filtern den wichtigen Vorzug, ihre technischen Daten jederzeit exakt einzuhalten.

Vorteile:

  • Exakt berechenbar
  • keine Schwankungen durch Toleranz der Bauteile
  • keine Alterung der Bauteile
  • kein manueller Abgleich in der Fertigung notwendig, daher raschere Endprüfung von Geräten
  • mögliche Filterfunktionen, die mit Analogfiltern nur schwer oder gar nicht realisierbar sind.

Nachteile digitaler Filter:
  • Bei vielen Anwendungen langsamer (z.B. bei größeren Datenmengen)
  • analoge Filter sind bei geringen Anforderungen an die Filtereigenschaften - auf die Bauteilkosten gerechnet - oft günstiger
  • je nach Anwendung hoher Aufwand an Bauteilen und Rechenleistung.

Zwei Klassen von digitalen Filtern

  • FIR-Filter (Finite Impulse Response) - Filter mit endlich langer Impulsantwort
  • IIR-Filter (Infinite Impulse Response) - Filter mit unendlich langer Impulsantwort.
FIR-Filter sind immer stabil und können nicht schwingen. Bei IIR-Filtern (es handelt sich hier um rückgekoppelte Systeme) ist das anders.

FIR-Filter sind leicht zu erstellen und einfach in der Anwendung. Mit IIR-Filtern kann man steilere Filterflanken mit weniger Logik-Gattern erreichen, dies wird aber mit einem erhöhten Designaufwand erkauft.

Siehe auch

Filter, Filterfunktion, Hochpassfilter, Tiefpassfilter, Bandpass, Kalman-Filter, Fourieranalyse, FFT, Wavelet

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