在 Python 中實現低通濾波器

Vaibhhav Khetarpal 2022年12月21日
在 Python 中實現低通濾波器

低通濾波器是訊號處理基礎中的一個術語,經常用於過濾訊號以獲得更準確的結果。

本教程將討論低通濾波器以及如何在 Python 中建立和實現它。

低通濾波器用於使頻率低於截止頻率的訊號通過,該頻率保持使用者指定的某個值。所有頻率超過截止頻率的訊號都被削弱。

在 Python 中使用 Scipy 建立低通巴特沃斯濾波器

在 Python 中,我們可以利用 SciPy 庫中的函式來建立低通濾波器。SciPy 是 Scientific Python 的縮寫,是一個用於提供執行訊號處理、優化和統計的函式的庫。該庫還使用下面的 NumPy 庫。

現實世界中存在幾個低通濾波器。但是,我們將在 Python 中建立一個 Butterworth 低通濾波器,因為它具有最大平坦的頻率,這意味著通帶中沒有波紋。這使其成為最流行和最常用的低通濾波器之一。

要在 Python 中成功實現此方法,我們首先需要將 NumPySciPyMatplotlib 模組匯入 Python 程式碼。

以下程式碼使用 SciPy 模組在 Python 中建立低通巴特沃斯濾波器。

import numpy as np
from scipy.signal import butter, lfilter, freqz
import matplotlib.pyplot as plt


def butter_lowpass(cutoff, fs, order=5):
    nyq = 0.5 * fs
    normal_cutoff = cutoff / nyq
    b, a = butter(order, normal_cutoff, btype="low", analog=False)
    return b, a


def butter_lowpass_filter(data, cutoff, fs, order=5):
    b, a = butter_lowpass(cutoff, fs, order=order)
    y = lfilter(b, a, data)
    return y


# Setting standard filter requirements.
order = 6
fs = 30.0
cutoff = 3.667

b, a = butter_lowpass(cutoff, fs, order)

# Plotting the frequency response.
w, h = freqz(b, a, worN=8000)
plt.subplot(2, 1, 1)
plt.plot(0.5 * fs * w / np.pi, np.abs(h), "b")
plt.plot(cutoff, 0.5 * np.sqrt(2), "ko")
plt.axvline(cutoff, color="k")
plt.xlim(0, 0.5 * fs)
plt.title("Lowpass Filter Frequency Response")
plt.xlabel("Frequency [Hz]")
plt.grid()


# Creating the data for filteration
T = 5.0  # value taken in seconds
n = int(T * fs)  # indicates total samples
t = np.linspace(0, T, n, endpoint=False)

data = (
    np.sin(1.2 * 2 * np.pi * t)
    + 1.5 * np.cos(9 * 2 * np.pi * t)
    + 0.5 * np.sin(12.0 * 2 * np.pi * t)
)

# Filtering and plotting
y = butter_lowpass_filter(data, cutoff, fs, order)

plt.subplot(2, 1, 2)
plt.plot(t, data, "b-", label="data")
plt.plot(t, y, "g-", linewidth=2, label="filtered data")
plt.xlabel("Time [sec]")
plt.grid()
plt.legend()

plt.subplots_adjust(hspace=0.35)
plt.show()

Python 低通濾波器

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Vaibhhav is an IT professional who has a strong-hold in Python programming and various projects under his belt. He has an eagerness to discover new things and is a quick learner.

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