MAKALAH FILTER DIGITAL FIR (FINITE IMPULSE RESPONSE)
BAB I
PENDAHULUAN
1.1. Latar Belakang
Filter merupakan suatu rangkaian yang berfungsi untuk melewatkan sinyal frekuensi yang diinginkan dan menahan sinyal frekuensi yang tidak dikehendaki serta untuk memperkecil pengaruh interferensi atau sinyal pengganggu lainnya pada suatu sinyal frekuensi yang dikehendaki. Filter dapat diklasifikasikan menjadi dua yaitu filter analog dan digital. Filter analog dirancang untuk memproses sinyal analog, sedang filter digital memproses sinyal analog dengan menggunakan teknik digital. Untuk menghasilkan efek pemfilteran yang diinginkan, filter analog dibuat dengan menggunakan rangkaian elektronika yang terdiri dari komponen-komponen seperti resistor, kapasitor dan op-amp, sedangkan filter digital dapat dibuat dalam bentuk operasi softwarepada data yang disimpan dalam memori komputer atau dapat diimplementasikan dengan Digital Signal Processor(DSP). Dalam pemrosesan sinyal digital, filter digunakan untuk memisahkan bagian-bagian yang tidak diinginkan dari suatu gelombang sinyal, seperti noise,arus harmonisadengan cara meredam atau melewatkan frekuensi tertentu, sehingga diperoleh gelombang sinyal yang diinginkan. Salah satu penerapan filter dilakukan pada keluaran sumber sistem tenaga listrik yang akan dialirkan kesuatu beban. Sinyal informasi yang telah mempresentasikan sinyal daya terdistorsi (arus dan tegangan) pada tahap pemprosesan sinyal dipisahkan antara sinyal dasar dan sinyal pendistorsi. Sinyal pendistorsi selanjutnya menjadi dasar untuk melakukan kompensasi melalui peralatan kompensator elektronika daya. Dalam pemprosesan pemisahan komponen dasar dan komponen terdistorsi dilibatkan berbagai sistem digital seperti filter, yang dikombinasikan dengan sistem digital lainnya. Jenis filter digital yang digunakan pada metode ekstraksi tersebut adalah filter low pass Butterworh, yang mana fungsi dari low passtersebut digunakan untuk mendeteksi nilai puncak dari komponen arus aktif dan komponen arus reaktif dari keluaran arus photovoltaic. Sehingga komponen-komponen yang terdapat dalam arus dapatdipisahkan secara fisik.Filterlow passmerupakan klasifikasi jenis filter digital berdasarkan respon frekuensi yang berfungsi melewatkan frekuensi dibawah frekuensi cut-offdan menahan frekuensi tinggi yang tidak diinginkannya. Selain respon frekuensi, jenis filter digital juga memiliki beberapa klasifikasi lainnya. Salah satunya adalah berdasarkan impulse response. Dimana menurut impulsenya filter digital dibagi menjadi 2 yaitu filter digital FIR (Finite Impulse Response) dan filter digital IIR (Infinite Impulse Response). Filter FIR adalah sistem yang murni umpan maju (feedforward), stabil, strukturnya sederhana dan fasenya linier. Filter digital FIR didesain dengan teknik yang serupa dengan teknik yang digunakan pada perancangan filter analog. Pada setiap metode perancangan teknik digital FIR selalu diawali dengan perancangan filter analog terlebih dahulu dalam kawasan frekwensi analog. Kemudian dirancang filter digital FIR sebagai penandaan dari filter analog. Diharapkan karakteristik filter digital yang dibentuk akan sama atau mendekati sama dengan filter analog.
1.2 Rumusan Masalah
Adapun rumusan masalah yang akan dibahas pada makalah ini, yaitu sebagai berikut :
1. Apa itu filter digital FIR ?
2. Apa saja jenis-jenis filter FIR fase linear ?
3. Bagaimana cara menghitung koefesien FIR (cara perancangan filter digital FIR) ?
4. Apa saja contoh penerapan filter digital FIR ?
1.3 Tujuan Penulisan
Tujuan dari penulisan Makalah ini yaitu :
a) Mengetahui pengertian filter digita FIR beserta jenis-jenisnya
b) Mengetahui cara perancangan filter digital FIR
c) Mengetahui apa saja penerapan filter digital FIR
1.4 Manfaat Penulisan
Manfaat dari penulisan makalah ini, untuk menambah pengetahuan pembaca mengenai filter digital FIR, jenis-jenis filter digital FIR, serta cara perancangan filter digital FIR.
BAB II
PEMBAHASAN
2.1 Pengertian Filter Digital FIR
Filter atau tapis adalah suatu sistem yang berfungsi untuk menyaring sinyal, sebagian sinyal akan dibiarkan lewat, sebagian yang lain akan akan ditahan. Filter yang sering digunakan adalah filter untuk menyaring sinyal berdasarkan frekuensi sinyal, artinya sinyal dengan frekuensi tertentu akan dibiarkan lewat, sinyal frekuensi yang lain akan ditahan. Berdasarkan sinyal yang diproses, filter dibagi menjadi dua, yaitu filter analog dan filter digital. Secara umum, filter digital adalah sama dengan filter analog, hanya saja sinyal input dan sinyal outputnya adalah sinyal digital. Oleh karena itu, komponen-komponen filter digital tidak terdiri dari R, L, C atau gabungannya, tetapi terdiri dari penjumlah (adder), pengali (multiplier), dan elemen tunda (delay element) atau gabungannya. y(n) x(n) -1 z a b Gambar 6.1. Contoh filter analog (atas) dan filter digital (bawah) 77 Secara garis besar, ada dua macam filter digital, yaitu filter IIR (Infinite Impulse Response) dan filter FIR (Finite Impulse Response). Filter FIR adalah sistem yang murni umpan maju (feedforward), stabil, strukturnya sederhana dan fasenya linier.
Filter FIR dasar dicirikan oleh dua persamaan berikut:
Salah satu sifat yang paling penting dari filter FIR adalah kemampuan untuk memiliki respons fase linier yang tepat. Penundaan fase atau penundaan grup dari filter memberikan ukuran yang berguna tentang bagaimana filter memodifikasi karakteristik fase dari sinyal.
|
|
Distorsi dalam banyak aplikasi (mis. Dalam musik, video, biomedis) adalah sinyal yang tidak diinginkan. Ini dapat dihindari dengan menggunakan filter dengan karakteristik fase linier di atas pita frekuensi yang dituju.
Filter yang memiliki respons fase linier, memenuhi salah satu hubungan berikut :
2.2 Jenis Filter FIR Fase Linear
Jenis filter FIR fase linear tergantung apakah N genap atau ganjil dan apakah h (n) memiliki simetri positif atau negatif
Berikut ringkasan 4 jenis FIR :
Perbandingan 4 Impuls Tipe FIR :
2.3 Metode Perhitungan Koefesien FIR (cara perancangan filter digital FIR)
Perhitungan koefisien FIR memiliki tujuan untuk mendapatkan nilai h(n) sehingga filter yang dihasilkan memenuhi spesifikasi desain, respons frekuensi amplitudo dan persyaratan throughput. Ada beberapa metode untuk menghitung koefisien FIR (cara perancangan filter digital FIR) tetapi hanya 3 yang paling umum digunakan .
- Metode Window
- Metode Optimal
- Metode Sampling Frekuensi
Berikut penjelasan mengenai metode diatas :
Ø Metode Window
Kunci utamanya adalah: respons frekuensi filter, HD (ω), dan respons impuls terkait, hD (n), terkait dengan transformasi Fourier inverse:
¢ Subscript D digunakan untuk membedakan antara respon impuls ideal dan praktis
¢ Pendekatan praktis adalah mengalikan respon impuls ideal, hD (n) dengan fungsi jendela yang sesuai w(n), yang durasinya terbatas
¢ Sehingga, respon impuls yang dihasilkan meluruh dengan lancar menuju nol
Berikut adalah 4 langkah untuk mendapatkan koefisien FIR oleh metode Window :
1. LANGKAH 1: Tentukan respons frekuensi ideal HD(ω)
2. LANGKAH 2: Dapatkan respon impuls hD(n) dengan menggunakan Inverse Fourier Transform
3. LANGKAH 3: Pilih fungsi jendela w(n)
4. LANGKAH 4: Dapatkan nilai koefisien FIR aktual h (n) dengan mengalikan hD(n) dan w(n)
Berikut merupakan ilustrasi metode Window :
Keterangan :
- Gambar a menunjukkan respons frekuensi ideal dan respons impuls ideal yang sesuai
- Gambar b menunjukkan fungsi jendela berdurasi terbatas dan spektrumnya
- Gambar c menunjukkan h(n) yang diperoleh dengan mengalikan angka a dan b.
Ada 3 fungsi umum pada metode window :
1. Rectangular
2. Hamming
3. Blackman
Perhatikan parameter untuk memilih metode diatas :
a. lebar transisi (Hz)
b. Ripple passband dan atenuasi stopband (dB)
c. mainlobe relatif terhadap lobe samping (dB)
Ø Metode Optimal
¢ Metode ini sangat kuat, fleksibel dan sangat mudah diterapkan
¢ Metode ini didasarkan pada konsep equiripple passband dan stopband
¢ Ingat parameter berikut ini:
a. N: jumlah koefisien filter, yaitu panjang filter. Nilai N, dapat diperoleh dengan beberapa pola, mis. lowpass, bandpass.
b. Jtype: jenis filter, mis. beberapa filter passband atau stopband pada lowpass, highpass.
c. W (ω): fungsi pembobotan. Ini menentukan kepentingan relatif masing-masing band.
d. Ngrid: kepadatan jaringan. Ini adalah jumlah titik frekuensi di mana, selama proses pencarian frekuensi eksternal. Nilai default untuk Ngrid adalah 16.
e. Edge: frekuensi bandedge, frek tepi band bawah dan atas untuk filter. Semua nilai harus dimasukkan dalam bentuk normal.
Berikut adalah 7 langkah untuk mendapatkan koefisien filter:
1. Tentukan frekuensi tepi band, ripple passband dan atenuasi stopband dan frekuensi sampling.
2. Normalisasikan setiap pita frekuensi tepi dengan membaginya dengan frekuensi sampling
3. Gunakan ripple passband dan atenuasi stopband yang dinyatakan dalam satuan biasa, untuk memperkirakan N
4. Dapatkan bobot untuk setiap band dari rasio passband untuk ripple passband, diekspresikan dalam satuan biasa
5. Masukkan parameter ke program desain yang optimal untuk mendapatkan koefisien: frekuensi dan berat gelombang N band, kepadatan grid
6. Periksa ripple passband dan atenuasi stopband yang dihasilkan oleh program
7. Jika spesifikasi tidak memuaskan, tambahkan nilai N dan ulangi langkah 5 dan 6 sampai dapat; kemudian dapatkan dan periksa respons frekuensi untuk memastikan bahwa memenuhi spesifikasi
Ø Metode Sampling Frekuensi
Metode sampling frekuensi memungkinkan kita untuk merancang nonrecursive FIR filter untuk frekuensi standar selektif filter (lowpass, highpass, bandpass filter) dan filter dengan respon frekuensi yang berubah-ubah. Daya tarik unik metode sampling frekuensi adalah bahwa hal itu juga memungkinkan pelaksanaan rekursif FIR filter, mengarah ke mesin efisien filter. Dengan beberapa pembatasan, rekursif FIR filter koefisien yang adalah bilangan bulat sederhana dapat dirancang, yang menarik ketika hanya operasi aritmetika primitif yang memungkinkan, seperti dalam sistem yang dilaksanakan dengan standar mikroprosesor
2.4 Contoh Penerapan Filter digital FIR
- Implementasi Filter Digital FIR (Finite Impulse Response) Pada Field Programmable Gate Arrays (FPGA)
FPGA merupakan salah satu hardwareyang dapatmengaplikasikan Filter FIR.Kelebihan memakai FPGA untuk pemrosesan sinyal digital antara lain adalah mempunyai kemampuan untuk menangani beban komputasi yang berat karena FPGA bekerja secara paralel. Hasil pengujianFilter FIRyang telah diimplementasikan pada FPGA menunjukkan ketika filter digital FIR diberi masukan sinyal sinusoida 20-22.000 Hz, maka sinyal dibawah 20.000 Hz tetap diloloskan, sedangkan sinyal diatasnya akan teredam. Hal ini menunjukkankinerja dari filter FIR, baik dengan metode Hamming window, Blackman window maupun Hanning window, filter akan meloloskan sinyal yang frekuensi nya lebih rendah dari frekuensi cut-off yaitu sebesar 20KHz, dan akan meredam frekuensi diatasnya
- Aplikasi Filter Finite Impulse Response (FIR) Untuk Menghilangkan Noise Pada Suara Manusia Menggunakan Graphical User Interface (GUI) Pemrograman Matlab
Suara merupakan salah satu media komunikasi yang paling sering dan paling umum digunakan oleh manusia. Suara yang dikeluarkan harus sampai ke tujuan dengan jelas dan dapat dimengerti, hanya saja lingkungan suara tidak selalu mendukung dalam penyampaian informasi suara, karena adanya noiseyang mengganggu datangnya suara. Noisemengakibatkan suara yang diterima mengalami kerusakan bahkan menghilangkan informasi suara yang dibawa. Hal ini tentu saja mengakibatkan kualitas suara yang diterima menjadi kurang bagus, sehingga diperlukan pengolahan sinyal suara untuk menghilangkan noisetersebut. Salah satu permasalahan pengenalan suara yang sangat rentan dengan noiseadalah pengenalan suara rekaman kalimat pembicaraan seseorang, karena noisedapat mengganggu dalam proses pengenalan suara yang keluarkan, sehingga suara yang diterima menjadi kurang bagus. Salah satu alternatif penyelesaian masalah sinyal suara yang terganggu oleh noisedapat diselesaikan oleh sebuah filter digital, yaitu Finite Impulse Response(FIR).Metode penelitian yang dilakukan adalah dengan melakukan simulasi perancangan dengan menggunakan pemrograman Matlab (Matrix Laboratory). Hasil yang diinginkan adalah keluaran sinyal suara yang bersih dari noise. Besarnya noiseyang telah dihilangkan bisa dilihat melalui nilai Signal to Noise Ratio(SNR) dan pendekatan visual berupa gambar keluaran sinyal suara.
BAB III
PENUTUP
3.1 Kesimpulan
Dari pemaparan makalah di atas, maka dapat diambil kesimpulan bahwa Filter FIR adalah sistem yang murni umpan maju (feedforward), stabil, strukturnya sederhana dan fasenya linier. Filter digital FIR didesain dengan teknik yang serupa dengan teknik yang digunakan pada perancangan filter analog. Pada setiap metode perancangan teknik digital FIR selalu diawali dengan perancangan filter analog terlebih dahulu dalam kawasan frekwensi analog. Filter digital FIR terdiri dari 4 jenis, yaitu simetri positif, simetri negatif, h(n) = h(N-1-n), dan -h(n) = -h(N-1-n). Peracangan filter digital FIR terdiri dari 3 metode yaitu metode window, metode optimal, dan metodel sinyal sampling. Pada metode window terdiri dari dari 3 fungsi umum yaitu Rectangular, hamming, dan Balckman. Ada banayak sekali contoh penerapan menggunakan filter digital FIR, seperti implementasi filter digital FIR (Finite Impulse Response) pada Field Programmable Gate Arrays (FPGA) dan aplikasi Filter Finite Impulse Response (FIR) untuk menghilangkan noise pada suara manusia menggunakan Graphical User Interface (GUI) pemrograman matlab.
DAFTAR PUSTAKA
http://psdsamodro.blogspot.com/2018/12/filter-digital-finite-impulse-response.html
http://psdsamodro.blogspot.com/2018/12/resume-bab-7-metode-frekuensi-sampling_62.html
https://media.neliti.com/media/publications/116574-ID-none.pdf
Tidak ada komentar:
Posting Komentar