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Filtres FIR

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Filtres FIR

Message par mitch le Jeu 08 Mai 2014, 00:18

Salut à tous!
Je m'intéresse aux filtres FIR, et je peine à trouver des explications simples et concrètes liées à l'audio sur le net.
Il y a beaucoup de formules mathématiques ici et là et je ne souhaite pas travailler ce côté là mais plutôt comprendre la mise en application concrète de cet outil.
Mon intension est entre autres d'essayer d'utiliser ça avec les proc. xta dernière génération qui ont la possibilité d'implémenter un filtre par sortie pour un processing maximal de 4000 taps pour toutes les sorties.
J'aimerai aussi jouer un peu avec ça sur des soft pour travailler un peu les implications liées à la phase et au filtrage.

Ce que j'ai pu comprendre:
1)un filtre FIR peut être un lowpass, high pass, bandpass et bandstop.
2)les pentes sont possiblement extrêmes sans avoir d'incidence sur la phase (donc le contraîre des filtres IIR).
2)un filtre FIR peut soit avoir une conséquence sur la phase mais pas sur l'amplitude soit sur l'amplitude mais pas sur la phase
(En ceci est un peu le contraîre du filtre IIR aussi).
3)il y a un certain nombre de coefficients (taps en anglais) qui induisent un certain delay sur le signal traîté.  
Plus le traîtement est complexe plus il y aura de coefficients. plus le delay sera long. Dans un EV DX 46 ce sera 500 taps max /sortie qui sont disponibles par exemple...
4)Les filtres FIR peuvent être appliqués au traîtement de signaux vidéo aussi bien que audio.


Mes interrogations:

-Mais un filtre FIR peut-il être autre chose que lowpass, high pass, bandpass et bandstop ?
Quel serait le nom du filtre FIR qui agit uniqement sur la phase par exemple?
-Un seul filtre complexe pourraît-il permettre de réaligner la phase dans plusieurs zones du spectre en même temps? (mesuré en un seul point ça va de soi )
-Un seul filtre  complexe (beacoup de coefficients) pourraît-il permettre de réaligner la réponse en fréquence dans plusieurs endroits du spectre en même temps?
-Que signifie "bandstop"? Est-ce une sorte de Notch?
-comment créer un filtre FIR? J'ai trouvé quelques softs open source mais c'est assez obscure quand même.
N'y a-t-il pas un soft de design avec une interface graphique (je pense à REAFIR de Reaper par exemple) qui permette de cracher des coefficients de filtre FIR loadable ensuite dans un autre soft / un processeur ?

Merci d'avance aux qui me répondent de me répondre  Surprised
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Re: Filtres FIR

Message par Geoff Emerick de Fake le Sam 24 Mai 2014, 11:21

mitch a écrit:Salut à tous!
Je m'intéresse aux filtres FIR, et je peine à trouver des explications simples et concrètes liées à l'audio sur le net.
Il y a beaucoup de formules mathématiques ici et là et je ne souhaite pas travailler ce côté là mais plutôt comprendre la mise en application concrète de cet outil.  
Il est quand même indispensable de faire un peu de "science" pour bien comprendre ces outils. Par exemple, il faut savoir que le principe de base du FIR se trouve dans le filtage en peigne, qui consiste en une succession de trous et de bosses dans la réponse fréquentielle lorsqu'on additionne deux signaux identiques dont l'un est retardé par rapport à l'autre. En étendant ce principe à l'addition de multiples signaux de phase et amplitude variables, on arrive à positionner les creux et les bosses de telle façon à réaliser des filtres de divers types.  
Ce que j'ai pu comprendre:
1)un filtre FIR peut être un lowpass, high pass, bandpass et bandstop.  
Oui, mais pas que cela.  

2)les pentes sont possiblement extrêmes sans avoir d'incidence sur la phase (donc le contraîre des filtres IIR).  
C'est ce qui les rend attrayants pour le filtrage des enceintes multivoies.  

2)un filtre FIR peut soit avoir une conséquence sur la phase mais pas sur l'amplitude soit sur l'amplitude mais pas sur la phase  
Et toute combinaison qui pourrait nous arranger.  

3)il y a un certain nombre de coefficients (taps en anglais) qui induisent un certain delay sur le signal traîté.  
Les coefficients ne modifient pas le retard. Ces coefficients s'appliquent aux signaux retardés pour en doser l'amplitude. Le delai appliqué à chaque échantillon est celui qui est cdencé par l'horloge du signal numérique. 0Par exemple à 96kHz, les échantillons sortent avec des retards de 10.41us, 20.82, 31.25, etc... Ces échantillons sont entrés dans une mémoire FIFO (First In First Out), c'est à dire un genre de tapis roulant qui reçoit les échantillons quand ils tombent du convertisseur et les restitue à divers endroits où ils sont dosés en amplitude et sommés. La notion de temps est essentielle. Si tu veux traiter un signal à basse fréquence, il faut plus de temps qu'un signal de haute fréquence. Comme l'opération de sommation ne peut se faire qu'une fois que tous les échantillons nécessaires sont sur le tapis roulant, tu as un elatence, qui est plus longue en BF qu'en HF. Et ce n'est pas un problème de fréquence d'échantillonnage ou de puissance DSP, c'est une pure et simple limitation mathématique.
Comme par ailleurs plus la pente est élevée, plus il faut traiter d'échantillons, on bloque à un certain moment et il faut faire un compromis entre la fréquence à traiter et la pente.
Pour bien filtere un sub (Fc<100Hz), on se trouve avec une latence importante (plusieurs dizaines de ms). Si on veut caler tout le système sur le même retard, on se trouve avec un elatence ingérable. C'est pour cela qu'on trouve des presets pour le filtage bas-mid/hi-mid, hi mid/hi, mais jamais pour les low/sub.  

4)Les filtres FIR peuvent être appliqués au traîtement de signaux vidéo aussi bien que audio.  
A tout type de signal, et pass forcément de façon dynamique. La plupart des traitements de Photoshop portant sur la netteté sont des filtres FIR qui fonctionnent en off-line.  
Mes interrogations:
-Mais un filtre FIR peut-il être autre chose que lowpass, high pass, bandpass et bandstop ?  
OUI! Entre autres filtre passe-tout (All-Pass Filter), qui tord la phase sans toucher à l'amplitude. Ce filtre existe aussi en analogique, utilisé pour optimiser la réponse impulsionnelle d'un système.  

-Un seul filtre complexe pourraît-il permettre de réaligner la phase dans plusieurs zones du spectre en même temps? (mesuré en un seul point ça va de soi )  
Cela dépend de ce que tu appelles un filtre complexe. Je pense que tu fais allusion à un filtre multipolynomial, qui en fait peut toujours se décomposer en un esuccession de filtres élémentaires du 1er et du 2nd ordre. Donc ton filtre "unique" est en fait un conglomérat de filtres élémentaires qui vont se charger chacun d'un bout du travail.  

-Un seul filtre  complexe (beacoup de coefficients) pourraît-il permettre de réaligner la réponse en fréquence dans plusieurs endroits du spectre en même temps?  
Ben non...  

-Que signifie "bandstop"? Est-ce une sorte de Notch?  
Oui, sauf que notch indique une coupure importante sur une bande très étroite, alors que Band stop peut s'appliquer plus généralement à des atténuations relativement faibles et sur des  largeurs indéterminées.  

-comment créer un filtre FIR? J'ai trouvé quelques softs open source mais c'est assez obscure quand même.  
Soit tu fais des maths et de la programmation, soit tu utilise un produit dont l'interface utilisateur te mâche le boulot.  

N'y a-t-il pas un soft de design avec une interface graphique (je pense à REAFIR de Reaper par exemple) qui permette de cracher des coefficients de filtre FIR loadable ensuite dans un autre soft / un processeur ?  
Il y a plein de possibilités. Mathlab, par exemple, mais aussi des logiciels industriels, parfois très chers (+eurs dizaines de milliers de  qui font çà + ou - bien. Tu veux investir? Very Happy 
Attention, c'est un VRAI métier. J'ai vu trop souvent des programmateurs très forts en maths se ramasser gravement parce qu'ils ne connaissent pas les contraintes de l'audio.

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Re: Filtres FIR

Message par Fish le Sam 24 Mai 2014, 12:57

Il y a plein de possibilités. Mathlab, par exemple
Scilab, gratuit, fait la plupart de ce que Matlab sait faire. Je n'ai pas regardé précisément le FIR mais le filtrage fait partie des toolbox de bases de ce genre de soft.
De toute façon, c'est pas un logiciel graphique. C'est une ligne de commande et avec des fichiers de script, un langage de programmation à apprendre, etc. Un truc d'ingénieur, pas d'utilisateur.
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Re: Filtres FIR

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