SHOVQINNI KAMAYTIRISH USULLARI (FILTERING) VA ULARINING AHAMIYATI

YOSH OLIMLAR ILMIY-AMALIY KONFERENSIYASI in-academy.uz/index.php/yo 174 SHOVQINNI KAMAYTIRISH USULLARI (FILTERING) VA ULARINING AHAMIYATI Talabalar: O. Hamdamov, S. O’rinov O’qituvchi: L. Dalibekov Farg’ona davlat texnika universiteti E-mail: [email protected] E-mail: [email protected] https://doi.org/10.5281/zenodo.18001610 Annotatsiya: Ushbu maqolada axborot-kommunikatsiya tizimlarida, audio qayta ishlash va boshqa sohalarda keng qo'llaniladigan shovqinni kamaytirish (filtering) usullari va ularning ahamiyati muhokama qilinadi. Maqolada shovqinning kelib chiqish sabablari, turli xil filtrlar (past, yuqori, banda o'tkazgich, banda to'sgich) ishlash tamoyillari, analog va raqamli filtratsiya farqlari, shuningdek, zamonaviy ilovalarda (masalan, mobil aloqa, raqamli audio, tasvir qayta ishlash) qo'llanilishi haqida to'liq ma'lumot berilgan. Filtrlash jarayonining signal sifatini yaxshilashdagi roli va amaliy ahamiyati alohida ta'kidlangan. Аннотация: В данной статье рассматриваются методы снижения шума (фильтрации), широко используемые в системах информационно-коммуникационных технологий, обработки аудио и других областях, а также их значение. В статье представлена полная информация о причинах возникновения шума, принципах работы различных фильтров (низкочастотных, высокочастотных, полосовых, режекторных), различиях между аналоговой и цифровой фильтрацией, а также их применении в современных приложениях (например, мобильная связь, цифровое аудио, обработка изображений). Особо подчеркнута роль процесса фильтрации в улучшении качества сигналов и его практическая значимость. Kirish Signal va axborotlarni qayta ishlashning deyarli barcha sohalarida shovqin – foydali signalni buzuvchi, noxush aralashma – muammo sifatida qaraladi. U elektr tokining tasodifiy tebranishi, atrof-muhitning ta'siri, beqaror aloqa kanallari yoki qurilmalarning nomukammalligi natijasida yuzaga kelishi mumkin. Shovqin audio eshitishda "shivir-shivir", televizor ekranida "qor", mobil aloqada uzilishlar, tibbiy tasvirlardagi noaniqliklar kabi muammolarni keltirib chiqaradi. Shovqinni kamaytirish, ya'ni filtrlash – bu signalni tozalash, uning sifatini oshirish va keraksiz aralashmalarni yo'q qilish jarayonidir. Bu jarayon bugungi raqamli texnologiyalar dunyosida – mobil aloqadan tortib sun'iy intellektgacha – hal qiluvchi ahamiyatga ega. 1. Shovqinning Kelib Chiqishi va Turlari Filtrni tanlashdan oldin, shovqinning qayerdan kelib chiqishini va qanday turdaligini tushunish muhimdir. Tabiiy shovqin (Termal shovqin): Har qanday elektr komponentda (masalan, rezistor, tranzistor) harorat ta'sirida elektronlarning tasodifiy harakati natijasida yuzaga keladi. Bu eng asosiy shovqin turi bo'lib, undan butunlay qutulib bo'lmaydi, faqat kamaytirish mumkin. Atrof-muhit shovqini (Interferentsiya): Boshqa elektr qurilmalar yoki radio uzatgichlar (masalan, simsiz router, GSM bazas stansiyasi) tomonidan chiqarilgan signallarning aralashuvi natijasida paydo bo'ladi. YOSH OLIMLAR ILMIY-AMALIY KONFERENSIYASI in-academy.uz/index.php/yo 175 Impuls shovqini: Vaqt-vaqti bilan yuzaga keladigan, keskin va qisqa muddatli shovqin (masalan, chaqmoq chaqishi, yondirg'ich ishlagandagi shovqin). U audio yoki ma'lumotlar uzatishda "chaqmoq" kabi tovushlar yuzaga keltiradi. Kvantizatsiya shovqini: Faqat raqamli tizimlarda mavjud bo'lib, analog signallarni raqamli ko'rinishga o'tkazish jarayonida (Analog-Digital Converter - ADC) aniqlik chegaralari tufayli yuzaga keladi. 2. Asosiy Filtrlash Usullari va Ularning Ishlash Tamoyillari Filtrlar asosan shovqinning chastotasiga qarab ishlaydi va foydali signal chastotasini saqlab, shovqin chastotasini susaytiradi yoki to'liq yo'q qiladi. Eng keng tarqalgan filtr turlari va ularning ishlashini quyidagi diagrammada umumiy ko'rinishda kuzatish mumkin: Filtr turi To‘liq nomi Nima qiladi Chiqish signali misoli Pass filtr Past chastotali filtr (LPF) Past chastotalarni o‘tkazadi, yuqori chastotalarni susaytiradi Bass tovushlar saqlanadi High Pass filtr Yuqori chastotali filtr (HPF) Yuqori chastotalarni o‘tkazadi, past chastotalarni susaytiradi Qichqiriq, ingichka tovushlar Band Pass filtr Banda o‘tkazgich filtr (BPF) Faqat ma’lum chastota oralig‘ini o‘tkazadi Kerakli signal diapazoni Band Stop filtr Banda to‘sgich filtr (BSF / Notch) Ma’lum bir chastota bandasini yo‘qotadi Shovqin olib tashlangan signal 2.1. Past Chastotali Filtr (Low-Pass Filter - LPF): Tamoyili: Faqat belgilangan kesish chastotasidan past bo'lgan chastotalarni o'tkazadi, yuqori chastotalarni susaytiradi. Qo'llanilishi: Audio tizimlarda yuqori chastotali shivirlashni (hiss) olib tashlash; tasvir qayta ishlashda keskin o'tishlarni (piksellar o'rtasidagi keskin chegaralarni) silliqlash va "shovqinni" kamaytirish; sensor ma'lumotlaridan tez o'zgaruvchan aralashmalarni olib tashlash. 2.2. Yuqori Chastotali Filtr (High-Pass Filter - HPF): Tamoyili: Faqat belgilangan kesish chastotasidan yuqori bo'lgan chastotalarni o'tkazadi, past chastotalarni susaytiradi. Qo'llanilishi: Audio miksda past chastotali "gumburlash" yoki mikrofondagi shamol shovqinini olib tashlash; elektrokardiogramma (EKG) signallarida past chastotali asosiy chiziq harakatini (baseline wander) yo'q qilish 2.3. Banda O'tkazgich Filtr (Band-Pass Filter - BPF): Tamoyili: Faqat belgilangan ikki chastota oralig'idagi (banda) signallarni o'tkazadi, bu banddan tashqaridagi barcha yuqori va past chastotalarni susaytiradi. Qo'llanilishi: Radio qabul qilgichlarda ma'lum bir radiostansiyaning signalini tanlab olish; telefon aloqasida inson ovozi diapazonidagi (300 Hz - 3400 Hz) chastotalarni ajratib olish. YOSH OLIMLAR ILMIY-AMALIY KONFERENSIYASI in-academy.uz/index.php/yo 176 2.4. Banda To'sgich Filtr (Band-Stop Filter yoki Notch Filter): Tamoyili: Belgilangan tor chastota bandidagi signalni susaytiradi yoki to'liq bloklaydi, qolgan chastotalarni o'tkazadi. Qo'llanilishi: Elektr tarmog'idagi 50/60 Hz chastotali shovqin (gum) ni audio yoki tibbiy asboblardan olib tashlash; maxsus shovqin manbalarining ta'sirini bartaraf etish. 3. Analog va Raqamli Filtrlash Filtrni amalga oshirish usuli jihatidan ikkita asosiy guruh mavjud: Analog Filtrlash: Elektron komponentlar (rezistorlar, kondansatorlar, induktorlar, operatsion kuchaytirgichlar) yordamida jismoniy elektr signallarini qayta ishlaydi. Ushbu filtrlar sodda, tezkor va real vaqt rejimida ishlaydi, lekin aniq sozlash qiyin va komponentlar parametrlarining haroratga bog'liqligi tufayli beqaror bo'lishi mumkin. Raqamli Filtrlash: Kompyuter yoki maxsus protsessor (DSP - Digital Signal Processor) da dasturiy ta'minot algoritmlari orqali amalga oshiriladi. Signal avval raqamli ko'rinishga o'tkaziladi, keyin matematik hisob-kitoblar (masalan, Finite Impulse Response - FIR yoki Infinite Impulse Response - IIR algoritmlari) orqali qayta ishlanadi. Raqamli filtrlarning afzalliklari: o'ta aniq va barqaror, parametrlarini oson o'zgartirish mumkin, kompleks logikani amalga oshirish mumkin. Kamchiliklari: ma'lum bir vaqt kechikishi (kechikish) va hisoblash resurslarini talab qilishi. 4. Filtrlashning Zamonaviy Ilovalardagi Ahamiyati Filtratsiya texnologiyalar zamonaviy hayotning turli jabhalarida muhim rol o'ynaydi: 1. Mobil Aloqa va Wi-Fi: Radio kanalida turli shovqinlar va aralashmalar mavjud. Murakkab raqamli filtrlash algoritmlari signalni tozalash, spektr resurslaridan samarali foydalanish va yuqori sifatli ovoz va ma'lumotlar uzatishni ta'minlash uchun ishlatiladi. 2. Audio va Musiqa Ishlab Chiqarish: Professional audio miksda turli filtrlar (EQ - ekvalayzerlar) har bir asbobning o'ziga xos ohangini shakllantirish, shovqinni olib tashlash va umumiy tovush sifatini oshirish uchun ishlatiladi. 3. Tibbiy Diagnostika: EKG, EEG (miya faolligi) yoki MRI (magnit-rezonans tomografiya) tasvirlaridan shovqinni filtrlash, shifokorga to'g'ri tashxis qo'yish uchun aniqroq ma'lumot beradi. YOSH OLIMLAR ILMIY-AMALIY KONFERENSIYASI in-academy.uz/index.php/yo 177 4. Avtomobil Sanoati va Avtonom Transport: Sensorlar (lidar, radar, kamera) tomonidan yig'ilgan ma'lumotlardan shovqin va yomon ob-havo sharoitlari ta'sirini filtrlash, avtonom tizimning xavfsiz va ishonchli qaror qabul qilishini ta'minlaydi. 5. Sun'iy Intellekt va Tovushni Tanib Olish: Ovozli buyruqlarni aniqlash tizimlari (masalan, Siri, Alexa) foydalanuvchi ovozi va atrof-muhit shovqinini ajratish uchun ilg'or filtrlash usullaridan foydalanadi. Xulosa Shovqinni kamaytirish, ya'ni filtrlash, nafaqat signalni "tozalash" jarayoni, balki aniq va ishonchli axborot olishning, zamonaviy texnologiyalarning ishlashini ta'minlashning asosiy kalitidir. Oddiy audio kuchaytirgichlardan tortib, 5G tarmoqlari, tibbiy tomograflar va avtonom robotlargacha bo'lgan murakkab tizimlarning barchasi samarali filtrlash usullarisiz ishlay olmaydi. Analog filtrlarning sodda va tezkorligi ham, raqamli filtrlarning aniqligi va moslashuvchanligi ham o'z sohalarida ahamiyatli. Texnologiya rivojlanib, shovqin manbalari ko'payib borar ekan, filtrlash algoritmlari ham yanada murakkablashib, aqlli va muammoga yo'naltirilgan bo'lib bormoqda. Kelajakda, ayniqsa sun'iy intellekt va mashinani o'rgitish bilan birlashgan holda, filtrlash jarayonlari yanada avtomatlashtirilib, turli sohalarda signal sifatini yanada oshirish va yangi ilovalarni yaratish imkonini beradi. Shu sababli, filtrlash tamoyillarini tushunish har qanday texnik mutaxassis, muhandis va texnologiya bilan shug'ullanuvchi odam uchun muhimdir. Adabiyotlar, References, Литературы: 1. Oppenheim, A. V., Schafer, R. W. Raqamli signalni qayta ishlash. Tahrirlangan nashr. – Prentice Hall, 2010. – Raqamli filtrlar dizayni va nazariyasiga bag'ishlangan klassik qo'llanma. 2. Proakis, J. G., Manolakis, D. G. Raqamli signalni qayta ishlash: tamoyillar, algoritmlar va ilovalar. 4-nashr. – Prentice Hall, 2007. – Keng qamrovli darslik, filtrlash algoritmlarini chuqur o'rganadi. 3. Smith, S. W. Raqamli signalni qayta ishlash bo'yicha qo'llanma. – California Technical Publishing, 1997. – Raqamli signalni qayta ishlashning amaliy jihatlarini, jumladan, filtrlashni oson tushuntirish. 4. Wikipedia. "Filtr (elektronika)" – Elektron filtrlarning asosiy turlari, ishlash tamoyillari va sxemalari haqida umumiy ma'lumot. 5. Haykin, S. Adaptiv filtrlash nazariyasi. – Prentice Hall, 2002. – O'zgaruvchan sharoitlarda avtomatik sozlanishi mumkin bo'lgan murakkabroq adaptiv filtrlash usullarini o'rganadi.