КИХ-преобразование уровня

Сверхдискретизируйте, отфильтруйте и субдискретизируйте входные сигналы

Библиотека

Фильтрация / Многоскоростные фильтры

dspmlti4

Описание

Блок FIR Rate Conversion передискретизирует вход дискретного времени, таким образом, что его демонстрационным периодом является K/L времена входной демонстрационный период (_СИ T). K является целочисленным значением, которое вы задаете для параметра Decimation factor, и L является целочисленным значением, которое вы задаете для параметра Interpolation factor.

Блок обрабатывает каждый столбец входа как отдельный канал и передискретизирует данные в каждом канале независимо в зависимости от времени. Для этого блок реализует многофазную структуру фильтра и выполняет следующие операции:

Сверхдискретизировал вход к более высокому уровню путем вставки L-1 нули между входными выборками.
Передает сверхдискретизированные данные через прямую форму II, транспонируют КИХ-фильтр.
Субдискретизирует отфильтрованные данные к более низкому уровню путем отбрасывания K-1 последовательные выборки после каждой выборки, которую сохраняет блок.

Многофазная реализация фильтра более эффективна, чем прямой алгоритм "сверхдискретизировал фильтр, десятикратно уменьшают". Смотрите Orfanidis [1] для получения дополнительной информации.

Определение уровня передискретизации

Вы задаете уровень передискретизации блока FIR Rate Conversion с помощью параметров Interpolation factor и Decimation factor. Для M _i-by-N матричный вход, Decimation factor, K, и Interpolation factor, L, должен удовлетворить следующие требования:

K и L должны быть относительно главными целыми числами; то есть, отношение K/L не может уменьшаться до отношения меньших целых чисел.
$\frac{K}{L} = \frac{M_{i}}{M_{o}}$ , где M _i и M _o является целочисленными форматами кадра ввода и вывода, соответственно.

Можно удовлетворить второе требование путем установки Decimation factor, K, равного входному формату кадра, M _i. Когда вы делаете так, выходной формат кадра, M _o, равняется Interpolation factor, L.

Путем изменения формата кадра таким образом, блок может содержать постоянный период кадра (T _fi = T _fo) и достигнуть желаемого преобразования демонстрационного периода, такого что

$T_{s o} = \frac{K}{L} \times T_{s i}$

где T _так является выходным демонстрационным периодом.

Определение КИХ-коэффициентов фильтра

Чтобы задать коэффициенты фильтра, выберите режим, в котором вы хотите, чтобы блок FIR Rate Conversion действовал. Выберите режим в групповом блоке Coefficient source.

Dialog parameters — Введите информацию о фильтре, таком как коэффициенты, в диалоговом окне блока.
Filter object — Задайте фильтр с помощью Системы dsp.FIRRateConverter object™.
Auto (значение по умолчанию) — Выбирает коэффициенты фильтра автоматически.

Когда вы выбираете опцию Dialog parameters, вы используете параметр FIR filter coefficients, чтобы задать коэффициенты числителя КИХ-передаточной функции фильтра H (z).

$H (z) = B (z) = b_{1} + b_{2} z^{- 1} + \dots + b_{m} z^{- (m - 1)}$

Можно сгенерировать КИХ-вектор коэффициентов фильтра, [b(1) b(2) ... b(m)], с помощью одной из функций проекта фильтра DSP System Toolbox™, таких как designMultirateFIR, firnyquist, firhalfband, firgr или firceqrip.

Вектор коэффициентов, который вы задаете, должен иметь длину, больше, чем коэффициент интерполяции (m> L). КИХ-фильтр должен быть фильтром lowpass с нормированной частотой среза, не больше, чем min (1/L, 1/K). Блок внутренне инициализирует все состояния фильтра, чтобы обнулить.

Когда вы выбираете Auto, блочные конструкции КИХ-многоскоростной фильтр с фактором десятикратного уменьшения, заданным в Decimation factor и коэффициенте интерполяции, заданном в Interpolation factor. Функция designMultirateFIR разрабатывает фильтр и возвращает коэффициенты, используемые блоком. Для получения дополнительной информации о проекте фильтра смотрите Orfanidis [1].

Типы данных с фиксированной точкой

Следующая схема показывает типы данных, используемые в блоке FIR Rate Conversion для сигналов фиксированной точки.

Можно установить коэффициент, продукт вывод, аккумулятор и типы выходных данных в диалоговом окне блока, как обсуждено в Диалоговом окне. Схема показывает, что входные данные хранятся во входном буфере в совпадающем типе данных и масштабирующийся как вход. Фильтрованные данные находятся в буфере вывода в типе выходных данных и масштабировании, которое вы устанавливаете в диалоговом окне блока. Блок хранит любые начальные условия в буфере вывода с помощью типа выходных данных, и масштабируя это вы устанавливаете в диалоговом окне блока.

Вывод множителя находится в типе выходных данных продукта, когда по крайней мере одни из входных параметров ко множителю действительны. Когда оба из входных параметров ко множителю являются комплексными, результат умножения находится в типе данных аккумулятора. Для получения дополнительной информации на комплексном выполняемом умножении, смотрите Типы данных Умножения.

Примечание

Когда вход блока является фиксированной точкой, все внутренние типы данных являются подписанной фиксированной точкой.

Примеры

Пример 1

Следующие данные показывают, как блок FIR Rate Conversion преобразовывает 4-by-1 вход с демонстрационным периодом 3/4 к 3-by-1 вывод с демонстрационным периодом 1. Период кадра (T _f) 3 остается постоянным.

Пример 2

Модель ex_audio_frc приводит простой пример одного способа преобразовать речевой сигнал от одной частоты дискретизации до другого. В этой модели данные сначала выбираются на уровне 22 050 Гц и затем передискретизируются на уровне 8 000 Гц. Если вы слушаете вывод, можно услышать, что высокочастотное содержимое было удалено из сигнала, несмотря на то, что речь звучит в основном как то же самое.

Диалоговое окно

Содействующий источник

Блок FIR Rate Conversion может действовать в трех различных режимах. Выберите режим в групповом блоке Coefficient source.

Dialog parameters — Введите информацию о фильтре, таком как коэффициенты, в маске блока.
Filter object — Задайте фильтр с помощью Системного объекта dsp.FIRRateConverter.
Auto (значение по умолчанию) — Выбирает коэффициенты фильтра автоматически.

Различные элементы появляются на диалоговом окне блока FIR Rate Conversion в зависимости от того, выбираете ли вы Dialog parameters, Filter object или Auto в групповом блоке Coefficient source.

Задайте характеристики фильтра в диалоговом окне

Панель Main диалогового окна блока FIR Rate Conversion появляется можно следующим образом, когда Dialog parameters выбран в групповом блоке Coefficient source.

Interpolation factor: Задайте целочисленный фактор, L, которым можно сверхдискретизировать сигнал перед фильтрацией. Значением по умолчанию является 3.
FIR filter coefficients: Задайте КИХ-коэффициенты фильтра в убывающих степенях z. По умолчанию designMultirateFIR(3,2) вычисляет коэффициенты фильтра.
Decimation factor: Задайте целочисленный фактор, K, которым можно субдискретизировать сигнал после фильтрации. Значением по умолчанию является 2.
View filter response: Эта кнопка открывает Инструмент Визуализации Фильтра (fvtool) от продукта Signal Processing Toolbox™ и отображает ответ фильтра фильтра, заданного в блоке. Для получения дополнительной информации о FVTool см. документацию Signal Processing Toolbox.

Панель Data Types диалогового окна блока FIR Rate Conversion появляется можно следующим образом, когда Dialog parameters задан в групповом блоке Coefficient source.

Rounding mode

Выберите округляющийся режим для операций фиксированной точки. Коэффициенты фильтра не повинуются этому параметру; они всегда вокруг к Nearest.

Примечание

Настройки Rounding mode и Saturate on integer overflow не имеют никакого эффекта на числовые результаты, когда все следующие условия существуют:

Product output является Inherit: Inherit via internal rule
Accumulator является Inherit: Inherit via internal rule
Output является Inherit: Same as accumulator

С этими настройками типа данных блок эффективно действует в режиме максимальной точности.

Saturate on integer overflow

Когда вы выбираете этот параметр, блок насыщает результат своей операции фиксированной точки. Когда вы очищаете этот параметр, блок переносит результат своей операции фиксированной точки. Для получения дополнительной информации на saturate и wrap, смотрите режим переполнения для операций фиксированной точки.

Примечание

Rounding mode и параметры Saturate on integer overflow не имеют никакого эффекта на числовые результаты, когда все эти условия соблюдают:

Типом данных Product output является Inherit: Inherit via internal rule.
Типом данных Accumulator является Inherit: Inherit via internal rule.

С этими настройками типа данных блок действует в режиме максимальной точности.

Coefficients

Задайте содействующий тип данных. Смотрите Типы данных с фиксированной точкой и Типы данных Умножения для рисунков, изображающих использование содействующего типа данных в этом блоке. Можно установить его на:

Правило, которое наследовало тип данных, например, Inherit: Same word length as input
Выражение, которое оценивает к допустимому типу данных, например, fixdt(1,16,0)

Нажмите кнопку Show data type assistant, чтобы отобразить Data Type Assistant, который помогает вам установить параметр Coefficients.

Смотрите Задают Типы данных Используя Ассистент Типа данных (Simulink) для получения дополнительной информации.

Coefficients Minimum

Задайте минимальное значение коэффициентов фильтра. Значением по умолчанию является (незаданный) []. Программное обеспечение Simulink^® использует это значение, чтобы выполнить:

Автоматическое масштабирование типов данных с фиксированной точкой

Coefficients Maximum

Задайте максимальное значение коэффициентов фильтра. Значением по умолчанию является (незаданный) []. Программное обеспечение Simulink использует это значение, чтобы выполнить:

Автоматическое масштабирование типов данных с фиксированной точкой

Product output

Задайте тип выходных данных продукта. Смотрите Типы данных с фиксированной точкой и Типы данных Умножения для рисунков, изображающих использование типа выходных данных продукта в этом блоке. Можно установить его на:

Правило, которое наследовало тип данных, например, Inherit: Inherit via internal rule. Для получения дополнительной информации об этом правиле смотрите, Наследовались через Внутреннее Правило.
Выражение, которое оценивает к допустимому типу данных, например, fixdt(1,16,0)

Нажмите кнопку Show data type assistant, чтобы отобразить Data Type Assistant, который помогает вам установить параметр Product output.

Смотрите Задают Типы данных Используя Ассистент Типа данных (Simulink) для получения дополнительной информации.

Accumulator

Задайте тип данных аккумулятора. Смотрите Типы данных с фиксированной точкой для рисунков, изображающих использование типа данных аккумулятора в этом блоке. Можно установить этот параметр на:

Правило, которое наследовало тип данных, например, Inherit: Inherit via internal rule. Для получения дополнительной информации об этом правиле смотрите, Наследовались через Внутреннее Правило.
Выражение, которое оценивает к допустимому типу данных, например, fixdt(1,16,0)

Нажмите кнопку Show data type assistant, чтобы отобразить Data Type Assistant, который помогает вам установить параметр Accumulator.

Смотрите Задают Типы данных Используя Ассистент Типа данных (Simulink) для получения дополнительной информации.

Output

Задайте тип выходных данных. Смотрите Типы данных с фиксированной точкой для рисунков, изображающих использование типа выходных данных в этом блоке. Можно установить его на:

Правило, которое наследовало тип данных, например, Inherit: Same as accumulator
Выражение, которое оценивает к допустимому типу данных, например, fixdt(1,16,0)

Нажмите кнопку Show data type assistant, чтобы отобразить Data Type Assistant, который помогает вам установить параметр Output.

Смотрите Типы данных Управляющего сигнала (Simulink) для получения дополнительной информации.

Output Minimum

Задайте минимальное значение, которое должен вывести блок. Значением по умолчанию является (незаданный) []. Программное обеспечение Simulink использует это значение, чтобы выполнить:

Проверка диапазона симуляции (см. Диапазоны сигнала (Simulink)),
Автоматическое масштабирование типов данных с фиксированной точкой

Output Maximum

Задайте максимальное значение, которое должен вывести блок. Значением по умолчанию является (незаданный) []. Программное обеспечение Simulink использует это значение, чтобы выполнить:

Проверка диапазона симуляции (см. Диапазоны сигнала (Simulink)),
Автоматическое масштабирование типов данных с фиксированной точкой

Lock data type settings against changes by the fixed-point tools

Выберите этот параметр, чтобы препятствовать тому, чтобы Fixed-Point Tool заменили типы данных, которые вы задаете на маске блока.

Задайте объект многоскоростного фильтра

Панель Main диалогового окна блока FIR Rate Conversion появляется можно следующим образом, когда Filter object задан в групповом блоке Coefficient source.

Filter object

Укажите, что имя многоскоростного фильтра возражает, что вы хотите, чтобы блок реализовал. Необходимо задать фильтр как Системный объект dsp.FIRRateConverter.

Можно задать Системный объект в маске блока или в переменной рабочей области MATLAB^®.

Для получения информации о создании Системных объектов смотрите, Задают Объекты Базовой системы (MATLAB).

View filter response

Эта кнопка открывает Инструмент Визуализации Фильтра (fvtool) от продукта Signal Processing Toolbox и отображает ответ фильтра Системного объекта, заданного в параметре Filter object. Для получения дополнительной информации о FVTool см. документацию Signal Processing Toolbox.

Примечание

Если вы задаете фильтр в параметре Filter object, необходимо применить фильтр путем нажатия кнопки Apply перед использованием кнопки View filter response.

Панель Data Types диалогового окна блока FIR Rate Conversion появляется можно следующим образом, когда вы выбираете Filter object в групповом блоке Coefficient source.

Настройки фиксированной точки объекта фильтра, заданного на панели Main, отображены на панели Data Types. Вы не можете изменить эти настройки непосредственно на маске блока. Чтобы изменить настройки фиксированной точки, необходимо отредактировать объект фильтра напрямую.

Для получения дополнительной информации о Системных объектах смотрите, Что такое Системные объекты? MATLAB.

Выберите Filter Coefficients Automatically

Когда вы выбираете Auto в групповом блоке Coefficient source, блок выбирает коэффициенты фильтра автоматически. Для получения дополнительной информации об алгоритме проекта фильтра использование блока смотрите Определение КИХ-Коэффициентов Фильтра.

Панель Main диалогового окна блока FIR Rate Conversion появляется можно следующим образом, когда вы выбираете Auto в групповом блоке Coefficient source.

Interpolation factor: Задайте целочисленный фактор, L, которым можно сверхдискретизировать сигнал перед фильтрацией. Значением по умолчанию является 3.
Decimation factor: Задайте целочисленный фактор, K, которым можно субдискретизировать сигнал после фильтрации. Значением по умолчанию является 2.
View filter response: Эта кнопка открывает Инструмент Визуализации Фильтра (fvtool) от продукта Signal Processing Toolbox и отображает ответ фильтра фильтра, заданного в блоке. Для получения дополнительной информации о FVTool см. документацию Signal Processing Toolbox.

Панель Data Types диалогового окна блока FIR Rate Conversion появляется можно следующим образом, когда вы выбираете Auto в групповом блоке Coefficient source.

Rounding mode

Примечание

Product output является Inherit: Inherit via internal rule
Accumulator является Inherit: Inherit via internal rule
Output является Inherit: Same as accumulator

С этими настройками типа данных блок эффективно действует в режиме максимальной точности.

Saturate on integer overflow

Когда вы устанавливаете этот флажок, блок насыщает результат своей операции фиксированной точки. Когда вы снимаете этот флажок, блок переносит результат своей операции фиксированной точки. По умолчанию этот флажок снимается. Для получения дополнительной информации на saturate и wrap, смотрите режим переполнения для операций фиксированной точки. Коэффициенты фильтра не повинуются этому параметру; они всегда насыщаются.

Coefficients

Правило, которое наследовало тип данных, например, Inherit: Same word length as input
Выражение, которое оценивает к допустимому типу данных, например, fixdt(1,16,0)

Смотрите Задают Типы данных Используя Ассистент Типа данных (Simulink) для получения дополнительной информации.

Coefficients Minimum

Задайте минимальное значение коэффициентов фильтра. Значением по умолчанию является (незаданный) []. Программное обеспечение Simulink использует это значение, чтобы выполнить:

Автоматическое масштабирование типов данных с фиксированной точкой

Coefficients Maximum

Автоматическое масштабирование типов данных с фиксированной точкой

Product output

Правило, которое наследовало тип данных, например, Inherit: Inherit via internal rule. Для получения дополнительной информации об этом правиле смотрите, Наследовались через Внутреннее Правило.
Выражение, которое оценивает к допустимому типу данных, например, fixdt(1,16,0)

Смотрите Задают Типы данных Используя Ассистент Типа данных (Simulink) для получения дополнительной информации.

Accumulator

Правило, которое наследовало тип данных, например, Inherit: Inherit via internal rule. Для получения дополнительной информации об этом правиле смотрите, Наследовались через Внутреннее Правило.
Выражение, которое оценивает к допустимому типу данных, например, fixdt(1,16,0)

Смотрите Задают Типы данных Используя Ассистент Типа данных (Simulink) для получения дополнительной информации.

Output

Правило, которое наследовало тип данных, например, Inherit: Same as accumulator
Выражение, которое оценивает к допустимому типу данных, например, fixdt(1,16,0)

Смотрите Типы данных Управляющего сигнала (Simulink) для получения дополнительной информации.

Output Minimum

Проверка диапазона симуляции (см. Диапазоны сигнала (Simulink)),
Автоматическое масштабирование типов данных с фиксированной точкой

Output Maximum

Проверка диапазона симуляции (см. Диапазоны сигнала (Simulink)),
Автоматическое масштабирование типов данных с фиксированной точкой

Lock data type settings against changes by the fixed-point tools

Ссылки

[1] Orfanidis, Софокл Дж. Введение в обработку сигналов. Верхний Сэддл-Ривер, NJ: Prentice Hall, 1996.

Поддерживаемые типы данных

Порт	Поддерживаемые типы данных
Входной параметр	Плавающая точка двойной точности Плавающая точка с одинарной точностью Фиксированная точка 8-, 16-, и 32-битные целые числа со знаком 8-, 16-, и 32-битное беззнаковое целое
Вывод	Плавающая точка двойной точности Плавающая точка с одинарной точностью Фиксированная точка 8-, 16-, и 32-битные целые числа со знаком 8-, 16-, и 32-битное беззнаковое целое

Смотрите также

Субдискретизировать	DSP System Toolbox
Сверхдискретизировать	DSP System Toolbox
КИХ-десятикратное уменьшение	DSP System Toolbox
КИХ-интерполяция	DSP System Toolbox
Десятикратное уменьшение CIC	DSP System Toolbox
Интерполяция CIC	DSP System Toolbox
КИХ-интерполятор полуполосы	DSP System Toolbox
КИХ-полуполоса Decimator	DSP System Toolbox
БИХ-интерполятор полуполосы	DSP System Toolbox
БИХ-полуполоса Decimator	DSP System Toolbox
Интерполятор компенсации CIC	DSP System Toolbox
Компенсация CIC Decimator	DSP System Toolbox
`dsp.CICCompensationDecimator`	DSP System Toolbox
`dsp.CICCompensationInterpolator`	DSP System Toolbox
`dsp.FIRHalfbandDecimator`	DSP System Toolbox
`dsp.FIRHalfbandInterpolator`	DSP System Toolbox
`dsp.FIRDecimator`	DSP System Toolbox
`dsp.FIRInterpolator`	DSP System Toolbox
`firnyquist`	DSP System Toolbox
`firhalfband`	DSP System Toolbox
`firgr`	DSP System Toolbox
`firceqrip`	DSP System Toolbox

Смотрите следующие разделы для сопутствующей информации:

Расширенные возможности

Генерация кода C/C++
Генерация кода C и C++ с помощью Simulink® Coder™.

Сгенерированный код полагается на memcpy или функции memset (string.h) при определенных обстоятельствах.

Документация

КИХ-преобразование уровня

Библиотека