發布日期：2022-10-09 點擊率：72
波形濾波器表示呈現和/或捕獲波形格式的數字音頻數據的設備。應用程序通常通過DirectSound API或Microsoft Windows多媒體waveOut Xxx和waveIn Xxx函數來訪問這些設備的功能。
甲波渲染濾波器接收作為輸入的波數字音頻流，并輸出一個模擬音頻信號（一組揚聲器或外部混合器的）或數字音頻流（到S / PDIF連接器，例如）。
甲波捕獲過濾器接收作為輸入的一個模擬音頻信號（從麥克風或輸入插孔）或數字流（從S / PDIF連接器，例如）。同一濾波器輸出包含數字音頻數據的波流。
單個濾波器可以同時執行渲染和捕獲。例如，這種類型的濾波器可能代表一種音頻設備，該設備可以通過一組揚聲器播放音頻，并同時通過麥克風記錄音頻。如動態音頻子設備中所述，波形渲染和波形捕獲硬件可以表示為單獨的波形濾波器。
音頻適配器驅動程序通過將wave微型端口驅動程序（系統硬件實施為硬件供應商作為適配器驅動程序的一部分實現）與wave端口驅動程序綁定在一起來構成wave濾波器。微型端口驅動程序處理波形濾波器的所有特定硬件，而端口驅動程序則管理所有通用的波形濾波器功能。
PortCls系統驅動程序（Portcls.sys）實現了三個Wave端口驅動程序：WaveRT，WavePci和WaveCyclic。
三種類型的濾波器的操作如下：
甲波濾波器分配用于數據的緩沖器，并且對用戶模式客戶端可直接訪問該緩沖區。緩沖區可以由連續或不連續的內存塊組成，具體取決于波形設備的硬件功能。客戶端訪問緩沖區作為虛擬內存的連續塊。緩沖區是循環的，這意味著當設備的讀取（用于渲染）或寫入（用于捕獲）指針到達緩沖區的末尾時，它將自動回繞到緩沖區的開頭。
盡管客戶端將緩沖區作為單個連續的虛擬內存塊訪問，但是WavePci篩選器必須將緩沖區作為一系列可能的非連續內存塊訪問。包含渲染或捕獲流連續部分的塊在設備處排隊。當設備的讀或寫指針到達一個塊的末尾時，它將移至隊列中下一個塊的開始。
甲WaveCyclic濾波器分配由存儲器中，用于作為其輸出（用于渲染）或輸入（捕獲）緩沖器的單個的，連續的塊的緩沖器。該緩沖區是循環的。由于客戶端不能直接訪問該緩沖區，因此驅動程序必須在驅動程序的循環緩沖區和客戶端的用戶模式緩沖區之間復制數據。
WaveRT優于WavePci和WaveCyclic。WavePci和WaveCyclic與早期版本的Windows一起使用。
WaveRT濾波器可以表示駐留在系統總線上的音頻設備，例如PCI或PCI Express。WaveRT過濾器相對于WaveCyclic或WavePci過濾器的主要優點在于，WaveRT過濾器允許用戶模式客戶端直接與音頻硬件交換音頻數據。相反，WaveCyclic和WavePci濾波器都需要驅動程序進行定期軟件干預，這會增加音頻流的延遲。此外，具有和不具有分散/聚集DMA功能的音頻設備都可以表示為WaveRT濾波器。
在電子領域，濾波器有許多實際應用。示例包括：
無線電通信：過濾器使無線電接收器僅“看到”所需信號，而拒絕所有其他信號（假定其他信號具有不同的頻率成分）。
直流電源：濾波器用于消除交流輸入線上存在的不希望的高頻（即噪聲）。此外，在電源的輸出端使用了濾波器以減少紋波。
音頻電子設備：交叉網絡是一個濾波器網絡，用于將低頻音頻傳輸到低音揚聲器，將中頻頻率傳輸到中音揚聲器，以及將高頻聲音傳輸到高音揚聲器。
模數轉換：濾波器放置在ADC輸入的前面，以最小化混疊。
四種主要類型的過濾器
濾波器的四種主要類型包括低通濾波器，高通濾波器，帶通濾波器和陷波濾波器（或帶阻濾波器或帶阻濾波器）。但是，請注意，術語“低”和“高”并不表示頻率的任何絕對值，而是相對于截止頻率的相對值。
下面的圖1給出了這四個過濾器各自如何工作的總體思路：
圖1。四種主要過濾器類型的基本描述。
也有一種全通濾波器， 但出于本文目的，我不認為它是四種基本濾波器類型之一。
無源和有源濾波器
過濾器可以放在以下兩種類別之一中：被動或主動。
無源濾波器僅包括無源組件- 電阻器，電容器和電感器。相比之下，有源濾波器除了使用電阻器和電容器外，還使用諸如運算放大器之類的有源組件，但不使用電感器。
無源濾波器對大約100 Hz至300 MHz的頻率范圍最敏感。下端的限制是由于在低頻下電感或電容必須很大的事實。上限頻率是由于寄生電容和電感的影響。仔細的設計實踐可以將無源電路的使用范圍擴展到千兆赫茲范圍。
有源濾波器能夠處理非常低的頻率（接近0 Hz），并且可以提供電壓增益（無源濾波器不能）。有源濾波器可用于設計高階濾波器，而無需使用電感器。這一點很重要，因為電感器在集成電路制造技術中存在問題。但是，由于放大器帶寬的限制，有源濾波器不太適合超高頻應用。射頻電路必須經常使用無源濾波器。
響應曲線用于描述濾波器的行為。響應曲線只是表示衰減比（V OUT / V IN）與頻率的關系的曲線圖（請參見下面的圖2）。衰減通常以分貝（dB）為單位表示。頻率可以兩種形式表達：角形式ω（單位為rad / s）或f的更常見形式（Hz的單位，即每秒循環數）。這兩種形式與ω=2πf相關。最后，可以以線性-線性，對數線性或對數-對數形式繪制濾波器響應曲線。最常見的方法是在y軸上有分貝，在x軸上有對數頻率。
注意：陷波濾波器是具有窄帶阻帶寬的帶阻濾波器。陷波濾波器用于衰減較窄的頻率范圍。
以下是描述濾波器響應曲線時常用的一些技術術語：
-3dB頻率（f 3dB）。該術語稱為“負3dB頻率”，對應于使輸出信號相對于輸入信號下降-3dB的輸入頻率。-3dB頻率也稱為截止頻率，它是輸出功率降低一半的頻率（這就是為什么該頻率也稱為“半功率頻率”的原因）或輸出電壓是輸入電壓乘以1 /√2。對于低通和高通濾波器，只有一個-3dB頻率。但是，帶通濾波器和陷波濾波器有兩個-3dB的頻率，這些頻率通常稱為f 1和f 2。
中心頻率（f 0）。中心頻率（用于帶通和陷波濾波器的術語）是位于上限和下限截止頻率之間的中心頻率。中心頻率通常定義為下截止頻率和上截止頻率的算術平均值（請參見下面的公式）或幾何平均值。
帶寬（β或BW）。帶寬是通帶的寬度，通帶是從濾波器的輸入移到濾波器的輸出時不會經歷明顯衰減的頻率帶。
阻帶頻率（f s）。這是衰減達到指定值的特定頻率。
對于低通和高通濾波器，超出阻帶頻率的頻率稱為阻帶。
對于帶通和陷波濾波器，存在兩個阻帶頻率。這兩個阻帶頻率之間的頻率稱為阻帶。
品質因數（Q）：濾波器的品質因數傳達了其阻尼特性。在時域中，阻尼對應于系統階躍響應中的振蕩量。在頻域中，較高的Q對應于系統幅度響應中的更多（正或負）峰值。對于帶通或陷波濾波器，Q表示中心頻率與-3dB帶寬之間的比率（即f 1和f 2之間的距離）。
對于帶通和陷波濾波器：
Q = f 0 /（f 2 -f 1）
濾波器在許多常見應用中起著至關重要的作用，例如電源，音頻電子設備和無線電通信等。濾波器可以是有源或無源的，并且濾波器的四種主要類型是低通，高通，帶通和陷波/帶阻。
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