Doğrusal filtre

Doğrusal filtreler, işleme sokulan verilerin doğrusal değişkenler ile işlendiği sinyal işleme yapılarıdır. Bir başka deyişle, elde edilen sinyal çıktısı, girdinin doğrusal katsayılar ile işleme sokulması ile oluşturulur. Bu özellikte filtreler ile oluşturulan sistemler, dolayısıyla doğrusal sinyal tepkisi yaratırlar.

Analog elektronik ve dijital sinyal işleme alanlarında kullanılan filtrelerin birçoğu doğrusal zamanda değişmez (en) filtreler olarak sınıflandırılabilir. Bununla birlikte, bu filtreleme yöntemi özellikle ses ve görüntü işleme alanlarında, büyük bir önem arz etmekte olup, yoğun bir biçimde kullanılmaktadır.

Doğrusallık 
Filtrenin doğrusal olarak sınıflandırılabilmesi için aşağıdaki matematiksel koşulu sağlaması gereklidir.

 ve  ise, 
mümkün tüm  ve  değerleri için;

eşitliği sağlanmalıdır.

Bununla birlikte, doğrusallık koşulu, süperpozisyon prensibi ile eşdeğerlik taşımaktadır. Bu bağlamda, farklı özellikli birden fazla girdinin oluşturduğu bir sistemin vereceği çıktıyı, girdi verilerini teker teker (bağımsız olarak) hesaplayarak kolaylıkla bulabiliriz.

Sinyal tepki analizi 
Doğrusal filtreler, özgün sinyal tepki fonksiyonları ile tanımlanabilir. Bu sayede, filtrenin vereceği çıktı, girdinin sinyal tepkisi ile evrişimi (en) kullanılarak hesaplanabilir. Sinyal tepkisi  sembolü ile ifade edilir. Kısaca, filtrenin birim tepki sinyali girilmesi halinde vereceği çıktı olarak tanımlanabilir. Bu bağlamda, filtrenin genel işleyişi hakkında bilgi sahibi olmamızı sağlayan karakterize bir fonksiyondur.

Matematiksel tanımı 
 fonksiyonu giriş verilerini,  fonksiyonu çıkış verilerini ve  fonksiyonu sinyal tepkisini belirtmek üzere;

 ve  ise,

 dönüşüm fonksiyonu olmak üzere;

 şeklinde gösterilebilir.

Bu sayede, genel formül yeniden yazılacak olursak;

 sonucu elde edilir.

Ayrıca, elde edilen bu formül, evrişim sembolü kullanılarak şu şekilde de gösterilebilir:

Türleri 
Zaman alanı (en) tepki analizi genel anlamda iki ana filtre türünde yapılmaktadır.

Sınırlı sinyal tepki analizi (FIR) 
Yukarıda verilen örnek fonksiyonda olduğu gibi, sınırlı sayıda sinyal verisinin farklı şekillerde toplanarak oluşturulmasıyla elde edilen çıktı sinyallerinin yarattığı tepkilerdir.

Sınırsız sinyal tepki analizi (IIR) 
Sınırlı sinyal tepkisi yaratan filtreler ile benzer özellik göstermelerine karşın, veri akışındaki geri besleme unsuru bu sistemin tepkisini diğer türden ayırır. Bir başka deyişle, çıktı verileri özyineleme ışığında girdide tekrar kullanılarak sürekli, dinamik bir akış sağlanır. Sistemin son tepkisi girdiler yanı sınra önceki çıktılar ile belirlenir.

Örnekleri 

Sinyal işleme alanının temel yapılarından olan alçak/yüksek frekans ve bant frekans geçirimi filtreleri doğrusal filtrelere birer örnektir. Uygulama alanında ise Sallen-Key filtre tasarımı buna örnek olarak gösterilebilir. Diyagramda bu topoloji kullanılarak alçak frekans geçirimine uyarlanmış bir ses filtresi gösterilmektedir.

Ayrıca bakınız 
 Elektronik filtre
 Filtre tasarımı (en)
 Z-dönüşümü
 Green fonksiyonu
 Doğrusal olmayan filtreler (en)
 Wiener filtresi (en)

Kaynakça 

 Wikipedia, Özgür Ansiklopedi. "Linear filter" (14 Ekim 2013). http://en.wikipedia.org/wiki/Linear_filter . Erişim tarihi: 11 Nisan 2014.
 Hızır İlyas Seçen. "Sinyal İşleme Nedir?". http://www.elektrikport.com/teknik-kutuphane/sinyal-isleme-nedir/10222#ad-image-0 . Erişim tarihi: 11 Nisan 2014.

Dış bağlantılar 
 

Filtre teorisi