波形濾波器表示呈現(xiàn)和/或捕獲波形格式的數(shù)字音頻數(shù)據(jù)的設(shè)備。應(yīng)用程序通常通過DirectSound API或Microsoft Windows多媒體waveOut Xxx和waveIn Xxx函數(shù)來訪問這些設(shè)備的功能。
甲波渲染濾波器接收作為輸入的波數(shù)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(shù)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(fēng)或輸入插孔）或數(shù)字流（從S / PDIF連接器，例如）。同一濾波器輸出包含數(shù)字音頻數(shù)據(jù)的波流。
單個濾波器可以同時執(zhí)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(shè)備，該設(shè)備可以通過一組揚聲器播放音頻，并同時通過麥克風(fēng)記錄音頻。如動態(tài)音頻子設(shè)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(qū)動程序通過將wave微型端口驅(qū)動程序（系統(tǒng)硬件實施為硬件供應(yīng)商作為適配器驅(qū)動程序的一部分實現(xiàn)）與wave端口驅(qū)動程序綁定在一起來構(gòu)成wave濾波器。微型端口驅(qū)動程序處理波形濾波器的所有特定硬件，而端口驅(qū)動程序則管理所有通用的波形濾波器功能。
PortCls系統(tǒng)驅(qū)動程序（Portcls.sys）實現(xiàn)了三個Wave端口驅(qū)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(shù)據(jù)的緩沖器，并且對用戶模式客戶端可直接訪問該緩沖區(qū)。緩沖區(qū)可以由連續(xù)或不連續(xù)的內(nèi)存塊組成，具體取決于波形設(shè)備的硬件功能。客戶端訪問緩沖區(qū)作為虛擬內(nèi)存的連續(xù)塊。緩沖區(qū)是循環(huán)的，這意味著當(dāng)設(shè)備的讀取（用于渲染）或?qū)懭耄ㄓ糜诓东@）指針到達緩沖區(qū)的末尾時，它將自動回繞到緩沖區(qū)的開頭。
盡管客戶端將緩沖區(qū)作為單個連續(xù)的虛擬內(nèi)存塊訪問，但是WavePci篩選器必須將緩沖區(qū)作為一系列可能的非連續(xù)內(nèi)存塊訪問。包含渲染或捕獲流連續(xù)部分的塊在設(shè)備處排隊。當(dāng)設(shè)備的讀或?qū)懼羔樀竭_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(xù)的塊的緩沖器。該緩沖區(qū)是循環(huán)的。由于客戶端不能直接訪問該緩沖區(qū)，因此驅(qū)動程序必須在驅(qū)動程序的循環(huán)緩沖區(qū)和客戶端的用戶模式緩沖區(qū)之間復(fù)制數(shù)據(jù)。
WaveRT優(yōu)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(tǒng)總線上的音頻設(shè)備，例如PCI或PCI Express。WaveRT過濾器相對于WaveCyclic或WavePci過濾器的主要優(yōu)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(shù)據(jù)。相反，WaveCyclic和WavePci濾波器都需要驅(qū)動程序進行定期軟件干預(yù)，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(shè)備都可以表示為WaveRT濾波器。
在電子領(lǐng)域，濾波器有許多實際應(yīng)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(shè)備：交叉網(wǎng)絡(luò)是一個濾波器網(wǎng)絡(luò)，用于將低頻音頻傳輸?shù)降鸵魮P聲器，將中頻頻率傳輸?shù)街幸魮P聲器，以及將高頻聲音傳輸?shù)礁咭魮P聲器。
模數(shù)轉(zhuǎn)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(shù)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(rèn)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(shè)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(shè)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(shù)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(yīng)用。射頻電路必須經(jīng)常使用無源濾波器。
響應(yīng)曲線用于描述濾波器的行為。響應(yīng)曲線只是表示衰減比（V OUT / V IN）與頻率的關(guān)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(huán)數(shù)）。這兩種形式與ω=2πf相關(guān)。最后，可以以線性-線性，對數(shù)線性或?qū)?shù)-對數(shù)形式繪制濾波器響應(yīng)曲線。最常見的方法是在y軸上有分貝，在x軸上有對數(shù)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(yīng)曲線時常用的一些技術(shù)術(shù)語：
-3dB頻率（f 3dB）。該術(shù)語稱為“負3dB頻率”，對應(yīng)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(shù)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(shù)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(jīng)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(zhì)因數(shù)（Q）：濾波器的品質(zhì)因數(shù)傳達了其阻尼特性。在時域中，阻尼對應(yīng)于系統(tǒng)階躍響應(yīng)中的振蕩量。在頻域中，較高的Q對應(yīng)于系統(tǒng)幅度響應(yīng)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(yīng)用中起著至關(guān)重要的作用，例如電源，音頻電子設(shè)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。
