Banque de filtres: Aperçu des techniques de banque de filtres de Computer Vision

Par Fouad Sabry

Qu'est-ce qu'une banque de filtres

Une banque de filtres est un ensemble de filtres passe-bande utilisé dans le traitement du signal. Son but est de diviser le signal d'entrée en plusieurs composantes, dont chacune transporte une sous-bande du signal d'origine. Atténuer les composants d'une nouvelle manière et les recombiner en une version modifiée du signal original est l'une des applications d'un banc de filtres. Un égaliseur graphique est un exemple de ce type d'application. Le résultat de l’analyse est appelé signal de sous-bande et contient autant de sous-bandes qu’il y a de filtres dans le banc de filtres. Le processus de décomposition effectué par le banc de filtres est appelé analyse. La synthèse est le terme utilisé pour décrire le processus de reconstruction, qui fait référence à l'acte de reconstruire un signal complet produit par le processus de filtrage.

Comment vous en bénéficierez

(I) Informations et validations sur les sujets suivants :

Chapitre 1 : Banque de filtres

Chapitre 2 : Transformée de Fourier discrète

Chapitre 3 : Filtre numérique

Chapitre 4 : Ondelette

Chapitre 5 : Transformation en cosinus discrète modifiée

Chapitre 6 : Réponse impulsionnelle finie

Chapitre 7 : Ondelette de Daubechies

Chapitre 8 : Transformation en ondelettes discrètes

Chapitre 9 : Transformée de Fourier en temps discret

Chapitre 10 : Sous-échantillonnage (traitement du signal)

(II) Répondre aux principales questions du public sur les banques de filtres.

(III) Exemples concrets d'utilisation des banques de filtres dans de nombreux domaines.

Qui ce livre s'adresse aux professionnels, aux étudiants de premier cycle et des cycles supérieurs, aux passionnés, aux amateurs et à ceux qui souhaitent aller au-delà des connaissances ou des informations de base pour tout type de banque de filtres.

 

 

• Langue: Français
• Éditeur: Un Milliard De Personnes Informées [French]
• Date de sortie: 29 avr. 2024

Aperçu du livre

Banc de filtres

Aperçu des techniques de banque de filtres de la vision par ordinateur

Fouad Sabry est l'ancien responsable régional du développement commercial pour les applications chez Hewlett Packard pour l'Europe du Sud, le Moyen-Orient et l'Afrique. Fouad est titulaire d'un baccalauréat ès sciences des systèmes informatiques et du contrôle automatique, d'une double maîtrise, d'une maîtrise en administration des affaires et d'une maîtrise en gestion des technologies de l'information, de l'Université de Melbourne en Australie. Fouad a plus de 25 ans d'expérience dans les technologies de l'information et de la communication, travaillant dans des entreprises locales, régionales et internationales, telles que Vodafone et des machines professionnelles internationales. Actuellement, Fouad est un entrepreneur, auteur, futuriste, axé sur les technologies émergentes et les solutions industrielles, et fondateur de l'initiative One Billion Knowledge.

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Fouad Sabry

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Banque de © filtres 2024 par Fouad Sabry. Tous droits réservés.

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Couverture dessinée par Fouad Sabry.

Bien que toutes les précautions aient été prises dans la préparation de ce livre, les auteurs et les éditeurs n'assument aucune responsabilité pour les erreurs ou omissions, ou pour les dommages résultant de l'utilisation des informations contenues dans le présent document.

Table des matières

Chapitre 1 : Banque de filtres

Chapitre 2 : Transformée de Fourier discrète

Chapitre 3 : Filtre numérique

Chapitre 4 : Ondelettes

Chapitre 5 : Transformée en cosinus discrète modifiée

Chapitre 6 : Réponse impulsionnelle finie

Chapitre 7 : L'ondelette de Daubechies

Chapitre 8 : Transformée en ondelettes discrètes

Chapitre 9 : Transformée de Fourier en temps discret

Chapitre 10 : Sous-échantillonnage (traitement du signal)

Appendice

À propos de l'auteur

Chapitre 1 : Banque de filtres

Un banc de filtres (ou banc de filtres) est un ensemble de filtres passe-bande utilisés dans le traitement du signal pour diviser un signal d'entrée en plusieurs canaux, chacun d'entre eux portant une bande de fréquence discrète. Un égaliseur graphique utilise un banc de filtres pour atténuer les composants individuels du signal avant de les recombiner de manière à modifier le signal global. L'analyse du signal en termes de ses composantes dans chaque sous-bande est ce que fait le banc de filtres lorsqu'il le décompose, et le signal résultant a autant de sous-bandes qu'il y a de filtres dans le banc. La synthèse fait référence au processus de recréation d'un signal entier après l'application d'un filtrage.

Un groupe de récepteurs peut être appelé « banc de filtres » dans le traitement numérique du signal. Cependant, les récepteurs convertissent également les sous-bandes en une fréquence centrale basse afin qu'elles puissent être rééchantillonnées à un taux inférieur. Il est possible d'obtenir le même effet en sous-échantillonnant les sous-bandes passe-bande dans certains cas.

Lorsque certaines fréquences sont plus cruciales que d'autres dans un signal, des bancs de filtres peuvent être utilisés pour compresser le signal. La décomposition permet un encodage très précis des fréquences cruciales. Une technique de codage qui retient même les variations les plus infimes à ces fréquences est nécessaire. Cependant, les fréquences mineures peuvent être un peu décalées. Si les caractéristiques les plus fines (mais moins pertinentes) peuvent être sacrifiées, un schéma de codage plus grossier peut être utilisé.

Le vocodeur fonctionne en imposant les propriétés dynamiques du modulateur au signal porteur en utilisant les informations d'amplitude de sous-bande du modulateur pour réguler l'amplitude des sous-bandes du signal porteur. Le signal modulateur dans ce cas est la voix.

Certains bancs de filtres fonctionnent presque exclusivement dans le domaine temporel, divisant le signal en bandes de fréquences discrètes via une séquence de filtres tels que les filtres miroirs en quadrature ou l'algorithme de Goertzel. La transformée de Fourier est utilisée rapidement dans d'autres bancs de filtres (FFT).

L'application d'une série de FFT à des blocs superposés du flux de données d'entrée permet d'obtenir une banque de récepteurs.

Chaque segment dispose de sa propre fonction de pondération (ou fonction fenêtre) pour réguler les réponses en fréquence des filtres.

Plus la forme est large, plus la fréquence à laquelle les FFT doivent être effectuées pour répondre aux exigences d'échantillonnage de Nyquist est élevée.

Étant donné une longueur de segment constante, les FFT sont effectuées à une vitesse proportionnelle à la quantité de chevauchement (et vice versa).

De plus, plus les formes de filtre sont circulaires, moins les filtres de fractionnement de la bande passante d'entrée sont nécessaires.

La suppression d'étapes supplémentaires (telles que.

décimation de fréquence) rapidement et facilement en considérant chaque segment pondéré comme une série de blocs, et seul le total des blocs est soumis à la FFT.

La modulation pondérée par chevauchement (WOLA) et la transformée de Fourier rapide à présommation pondérée (FFT) sont deux noms pour cette technique.

(voir § Echantillonnage du DTFT)

Lorsque la longueur des blocs est prévue pour être un multiple entier du temps entre les FFT, nous avons un cas particulier. Une ou plusieurs structures de filtres polyphasés, où les phases sont recombinées par une FFT plutôt que par une simple sommation, peuvent alors être utilisées pour caractériser le banc de filtres FFT. La longueur (ou profondeur) de la réponse impulsionnelle d'un filtre est égale au nombre de blocs dans un segment donné. Sur un processeur à usage général, l'efficacité de calcul de la FFT et des structures polyphasées est équivalente.

Le simple fait de suréchantillonner la sortie de chaque récepteur à un taux proportionnel à la bande passante souhaitée, de traduire chaque canal à sa nouvelle fréquence centrale et de additionner les flux d'échantillons constitue une synthèse (c'est-à-dire la recombinaison des sorties de nombreux récepteurs). Le filtre d'interpolation lié au suréchantillonnage est connu sous le nom de filtre de synthèse dans ce paramètre. La réponse en fréquence nette de chaque canal est calculée en multipliant la réponse du filtre de synthèse par la réponse du banc de filtres (filtre d'analyse). Il est préférable qu'il y ait une valeur constante entre les centres des canaux à chaque fréquence dans la somme des réponses en fréquence des canaux adjacents. C'est ce que nous appelons la « reconstruction parfaite ».

Un banc de filtres, dans le contexte du traitement du signal temps-fréquence, est une représentation conjointe du signal dans le domaine temps-fréquence sous la forme d'une distribution temps-fréquence (TFD) quadratique spécifique. Elle décrit la classe des distributions temps-fréquence quadratiques (ou bilinéaires) et est liée à la distribution de Wigner-Ville via un filtrage bidimensionnel. Alors que le spectrogramme est obtenu en découpant le domaine temporel puis en effectuant une transformée de Fourier, le banc de filtres est obtenu en découpant le domaine fréquentiel, puis en formant des filtres passe-bande qui sont excités par le signal d'intérêt. Les deux méthodes aboutissent à un TFD quadratique, mais le banc de filtres et le spectrogramme sont les plus simples à mettre en œuvre.

Un signal est divisé en plusieurs bandes à l'aide d'un banc de filtres multidébits qui, en fonction de la largeur des bandes de fréquences, peut être analysé à des vitesses variables.

Le sous-échantillonnage (décimation) et le suréchantillonnage sont utilisés dans la mise en œuvre (expansion).

Pour plus d'informations sur les effets de ces opérations dans les domaines de transformation, consultez Propriétés de la transformée de Fourier en temps discret § et Propriétés de la transformée en Z.

En d'autres termes, un filtre passe-bas étroit est un filtre qui a une bande passante relativement petite. La substitution d'un filtre anticrénelage passe-bas, d'un décimateur, d'un interpolateur et d'un filtre anti-image passe-bas au filtre FIR invariant dans le temps permet d'obtenir un filtre FIR passe-bas étroit à plusieurs débits. Le décimateur et l'interpolateur transforment le système multi-débit en un filtre à phase linéaire avec une constante de temps variable. Le filtre passe-bas est composé d'un filtre polyphasé interpolateur et d'un filtre polyphasé décimateur.

Un banc de filtres divise le signal d'entrée x\left(n\right) en un ensemble de signaux x_{{1}}(n),x_{{2}}(n),x_{{3}}(n),... .

De cette façon, chacun des signaux générés correspond à une région différente dans le spectre de x\left(n\right) .

Il est possible que les zones se chevauchent au cours de cette procédure, sur la base des soumissions).

Les signaux générés x_{{1}}(n),x_{{2}}(n),x_{{3}}(n),... peuvent être générés via un ensemble de filtres passe-bande avec des largeurs de bande et des fréquences {\displaystyle {\rm {BW_{1},BW_{2},BW_{3},...}}} centrales f_{{c1}},f_{{c2}},f_{{c3}},... (respectivement).

En filtrant et en sous-échantillonnant un seul signal d'entrée, un banc de filtres multi-débits génère de nombreuses versions du signal à des vitesses différentes.

Création de deux ou plusieurs signaux de sortie distincts à partir d'un même signal d'entrée, l'utilisation d'un outil d'analyse-synthèse.

Le signal se diviserait à l'aide de quatre filtres H_{{k}}(z) pour k = 0,1,2,3 en 4 bandes de mêmes largeurs de