概念
人的耳蜗特性是多频率共振的,对于不同频率的响应不同。Warped filter设计的目的就是还原人耳蜗的频率响应。
构成
将滤波器中的延迟z-1替换为一个全通滤波器
全通滤波器链会改变不同频率信号的长度和频率,即全通滤波器为色散结构,且低频信号长度变短,高频信号长度变长。当某一频率的群延迟为一个采样周期时,此信号频率的长度和频率均保持不变。
信号经过warped filter得到的结果称为S(z),表示方式如下
原始信号和S(z)的转化关系如下
分类
warping技术有两种观点:第一种,像前文介绍的对一段信号进行warp操作;第二种,对传递函数、系数序列或冲激响应进行warp操作。下文指的是第二种方式。
Warped filter可分为 warped FIR filter和warped IIR filter。
warped FIR 滤波器
Warped FIR 滤波器其实具有无限冲激响应,但其结构类似与传统FIR滤波器。
与传统FIR结构类似的warped FIR
格型warped FIR
Warped IIR filter
可实现的无延迟循环的warped IIR
可实现可实现的无延迟循环的格型warped IIR
如何设计warped IIR滤波器
可以先得到传递函数再将其映射到wapred域,另外一种方法是先计算原始滤波器的冲激响应,再将其warp,再使用Prony 方法找到一个零点-极点模型来模拟warped 冲激响应。
优缺点
音频滤波器在低频的分辨率要求很高,这会导致极点在z平面的单位圆内挤在一起。在warped 频域,这些极点会分布的更平均,对参数精度和量化噪声不敏感。在阶数低于20时,warped IIR滤波器可转换为传统的IIR滤波器;当阶数大于30时,就会因为极点的聚集导致精度降低。
WFIR的计算速度比FIR慢3-4倍,WIIR的计算速度比IIR慢2-2.5倍。但warping可以降低滤波器阶数,比如5倍。因此,warped 滤波器的效率更高。