Biquad Filter
Биквадратный БИХ модели (SOS) фильтры
- Библиотека:
DSP System Toolbox / Фильтрующий / Реализации Фильтра
Описание
Блок Biquad Filter независимо фильтрует каждый канал входного сигнала с заданным биквадратным фильтром бесконечной импульсной характеристики (IIR). Когда вы задаете коэффициенты фильтра в диалоговом окне, блок реализует статические фильтры с фиксированными коэффициентами. Когда вы обеспечиваете коэффициенты фильтра через входной порт, можно настроить коэффициенты в процессе моделирования.
Блок Biquad Filter поддерживает состояние Simulink® логгирование функции. Смотрите состояние (Simulink) для получения дополнительной информации.
Порты
Входной параметр
Вывод
Параметры
Основная вкладка
Coefficient source — Режим работы
Dialog parameters (значение по умолчанию) | Input port(s) | Filter object
Блок Biquad Filter может действовать в трех различных режимах:
Dialog parameters— Введите информацию о фильтре, таком как структура и коэффициенты, в маске блока.Input port(s)— Введите информацию о структуре фильтра в маске блока с помощью параметра Filter structure. Коэффициенты фильтра входят в блок через дополнительные входные порты, которые появляются на значке блока:Num— Задайте коэффициенты числителя.Den— Задайте коэффициенты знаменателя.g— Задайте значения шкалы.
Блок принимает первые коэффициенты знаменателя и каждого раздела, чтобы быть 1. Эта настройка применима когда
SOSMatrixSourceсвойством является'Input port'иScaleValuesInputPortсвойством являетсяtrue. Причина необходимо было бы задать Цифру и Логово вместо SOSMatrix, то, что в операции Fixed-Point, числители и знаменатели могут иметь различные дробные длины. Поэтому существует потребность смочь передать данные числителя с фиксированной точкой, отличающейся от того из знаменателя.Filter object— Задайте фильтр с помощьюdsp.BiquadFilterСистемный объект.
Filter — Имя объекта фильтра
BQF (значение по умолчанию) | dsp.BiquadFilter Системный объект
dsp.BiquadFilter Системный объектЗадайте имя фильтра дискретного времени, который вы хотите, чтобы блок реализовал. Необходимо задать фильтр как dsp.BiquadFilter Системный объект.
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).
Зависимости
Этот параметр отображается только, когда Coefficient source установлен в Filter object.
Filter structure — Отфильтруйте структуру
Direct form II transposed (значение по умолчанию) | Direct form I | Direct form I transposed | Direct form II
Задайте структуру фильтра.
Зависимости
Этот параметр отображается только, когда Coefficient source установлен в Dialog parameters или Input port(s).
SOS Matrix (Mx6) — Матрица SOS
[1 0.3 0.4 1 0.1 0.2]
Задайте M-by-6 матрица, где M является количеством разделов в фильтре секции второго порядка. Каждая строка матрицы SOS содержит числитель и коэффициенты знаменателя (bik и aik) соответствующего раздела в фильтре.
Ведущие коэффициенты знаменателя [a01 a02... a0N] обработаны как 1 с, независимо от их фактических значений. Никакое масштабирование не применяется к матрице SOS, когда a0 не 1.
ss2sos и tf2sos функции преобразуют пространство состояний или описание передаточной функции вашего фильтра в описание секции второго порядка, используемое этим блоком.
Зависимости
Этот параметр отображается только, когда Coefficient source установлен в Dialog parameters.
Scale values — Масштабируйте значения
1
Задайте значения шкалы, которые будут использоваться между разделами SOS. Можно задать скаляр с действительным знаком или вектор длины M +1:
При вводе скаляр, значение задает значение усиления перед первым разделом фильтра второго порядка. Остальная часть значения по умолчанию значений усиления к 1.
При вводе вектор M +1 значение, каждое значение задает отдельный участок фильтра. Например, первым элементом является первое значение усиления, вторым элементом является второе значение усиления и так далее.
Установите флажок Optimize unity scale values, чтобы оптимизировать вашу симуляцию, когда одно или несколько значений шкалы будут равняться 1. Выбирание этой опции удаляет усиления единицы так, чтобы значения были обработаны как линии Simulink или провода. В некоторых случаях фиксированной точки, когда существуют значения шкалы единицы, выбирая этот параметр также, не использует определенные броски. Обратитесь к разделу Fixed-Point Conversion под Extended Capabilities для получения дополнительной информации.
Зависимости
Этот параметр отображается только, когда Coefficient source установлен в Dialog parameters.
Initial conditions — Начальные условия
0
Задайте начальные условия состояний фильтра.
Блок Biquad Filter инициализирует внутренние состояния фильтра, чтобы обнулить по умолчанию. Опционально, используйте параметр Initial conditions, чтобы задать ненулевые начальные состояния для задержек фильтра.
Чтобы определить количество начальных условий, необходимо задать и как задать их, см. следующую таблицу на допустимых начальных условиях.
Допустимые начальные условия
| Начальное условие | Описание |
|---|---|
Скаляр | Блок инициализирует все элементы задержки в фильтре к скалярному значению. |
Вектор или матрица | Каждый вектор или элемент матрицы задают уникальное начальное условие для соответствующего элемента задержки в соответствующем канале. M является количеством разделов, и N является количеством входных каналов:
|
Зависимости
Этот параметр только отображается, когда Coefficient source установлен в Dialog parameters или Input port(s) и Filter structure установлен в Direct form II или Direct form II transposed.
Initial conditions on zeros side — Начальные условия на нулевой стороне
0
Задайте начальные условия для состояний фильтра на стороне структуры фильтра с нулями (b0, b1, b2...).
Блок Biquad Filter инициализирует внутренние состояния фильтра, чтобы обнулить по умолчанию. Опционально, используйте параметр Initial conditions on zeros side, чтобы задать ненулевые начальные состояния для задержек фильтра. Для примера см. ex_biquad_filter_ref.
Чтобы определить количество начальных условий, необходимо задать и как задать их, см. следующую таблицу на допустимых начальных условиях.
Допустимые начальные условия
| Начальное условие | Описание |
|---|---|
Скаляр | Блок инициализирует все элементы задержки в фильтре к скалярному значению. |
Вектор или матрица | Каждый вектор или элемент матрицы задают уникальное начальное условие для соответствующего элемента задержки в соответствующем канале. Где M является количеством разделов, и N является количеством входных каналов:
|
Зависимости
Этот параметр отображается только, когда Coefficient source установлен в Dialog parameters или Input port(s) и Filter structure установлен в Direct form I или Direct form I transposed.
Initial conditions on poles side — Начальные условия на стороне полюсов
0
Задайте начальные условия для состояний фильтра на стороне структуры фильтра с полюсами (a0, a1, a2...).
Блок Biquad Filter инициализирует внутренние состояния фильтра, чтобы обнулить по умолчанию. Опционально, используйте параметр Initial conditions on poles side, чтобы задать ненулевые начальные состояния для задержек фильтра. Для примера см. ex_biquad_filter_ref.
Чтобы определить количество начальных условий, необходимо задать и как задать их, см. следующую таблицу на допустимых начальных условиях.
Допустимые начальные условия
| Начальное условие | Описание |
|---|---|
Скаляр | Блок инициализирует все элементы задержки в фильтре к скалярному значению. |
Вектор или матрица | Каждый вектор или элемент матрицы задают уникальное начальное условие для соответствующего элемента задержки в соответствующем канале. Где M является количеством разделов, и N является количеством входных каналов:
|
Зависимости
Этот параметр отображается только, когда Coefficient source установлен в Dialog parameters или Input port(s) и Filter structure установлен в Direct form I или Direct form I transposed.
Scale values mode — Режим, чтобы задать значения шкалы
Specify via input port (g) (значение по умолчанию) | Assume all are unity and optimize
Выберите, как задать значения шкалы, чтобы использовать между разделами фильтра. Когда вы выбираете Specify via input port (g), вы вводите значения шкалы как 2D вектор в порте g. Когда вы выбираете Assume all are unity and optimize, все значения шкалы удалены и обработаны как линии Simulink или провода.
Зависимости
Этот параметр отображается только, когда Coefficient source установлен в Input port(s).
Action when the a0 values of the SOS matrix are not one — Действие, когда a0 значения матрицы SOS не являются тем
Warning (значение по умолчанию) | None | Error
Задайте действие, которое должен выполнить блок, когда матрица SOS значения a0j не равняется тому. Действием может быть Warningошибка, или None.
Когда вы выбираете None, ведущие коэффициенты a0j обработаны как 1's, независимо от их фактических значений. Никакое масштабирование не применяется на матрицу SOS, когда a0 не 1.
Зависимости
Этот параметр отображается только, когда Coefficient source установлен в Dialog parameters.
Optimize unity scale values — Оптимизируйте значения шкалы единицы
on (значение по умолчанию) | off
Установите этот флажок, чтобы оптимизировать вашу симуляцию, когда одно или несколько значений шкалы будут равняться 1. Выбирание этой опции удаляет усиления единицы так, чтобы значения были обработаны как линии Simulink или провода. В некоторых случаях фиксированной точки, когда существуют значения шкалы единицы, выбирая этот параметр также, не использует определенные броски. Смотрите раздел Fixed Point под Расширенными Возможностями для получения дополнительной информации.
Зависимости
Этот параметр отображается только, когда Coefficient source установлен в Dialog parameters.
Input processing — Введите обработку
Columns as channels (frame based) (значение по умолчанию) | Elements as channels (sample based)
Задайте, как блок должен обработать вход. Если входом является M-by-N матрица, можно установить этот параметр на:
Columns as channels (frame based)(значение по умолчанию) — Блок обрабатывает каждый столбец как отдельный канал. В этом режиме блок создает экземпляры M того же фильтра, каждого с его собственным буфером независимого государства. Каждый M фильтрует выборки входа N процесса на каждом временном шаге Simulink.Elements as channels (sample based)— Блок обрабатывает каждый элемент как отдельный канал. В этом режиме блок создает M экземпляры N того же фильтра, каждого с его собственным буфером независимого государства. Каждый фильтр обрабатывает входную выборку того на каждом временном шаге Simulink.
View Filter Response — Просмотрите ответ фильтра
кнопка
Эта кнопка открывает Инструмент Визуализации Фильтра (fvtool) и отображает ответ фильтра фильтра, заданного в диалоговом окне.
Примечание
Когда вы вносите изменения в параметры фильтра на диалоговом окне блока, необходимо нажать кнопку Apply перед использованием кнопки View Filter Response.
Вкладка типов данных
Примечание
Эта вкладка появляется только, когда вы устанавливаете Coefficient source на любой Dialog parameters или Input port(s). Когда Coefficient source установлен в Filter object, типы данных, заданные в свойствах объекта фильтра, используются блоком.
Rounding mode — Режим Rounding
Floor (значение по умолчанию) | Ceiling | Convergent | Nearest | Round | Simplest | Zero
Задайте округляющийся режим для операций фиксированной точки.
Для получения дополнительной информации смотрите округление режима. Коэффициенты фильтра не выполняют этот параметр; вместо этого, они всегда вокруг к Nearest.
Saturate on integer overflow — Метод действия переполнения
off (значение по умолчанию) | on
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.
Коэффициенты фильтра всегда насыщаются и не выполняют этот параметр.
Section input — Разделите тип входных данных
Same as input (значение по умолчанию) | Binary point scaling
Выберите, как вы задаете слово и дробные длины типа данных с фиксированной точкой, входящего в каждый раздел биквадратного фильтра. Смотрите раздел Fixed-Point Conversion под Расширенными Возможностями рисунков, изображающих использование типа входных данных раздела в этом блоке. Когда вы выбираете:
Same as input— Размер слова и дробные характеристики длины типа данных Section input совпадают с теми из входа с блоком.Binary point scaling— Введите слово и дробные длины входа раздела в битах.
Section output — Разделите тип выходных данных
Same as section input (значение по умолчанию) | Binary point scaling
Выберите, как вы задаете слово и дробные длины типа данных с фиксированной точкой, выходящего из каждого раздела биквадратного фильтра. Смотрите раздел Fixed-Point Conversion под Extended Capabilities для рисунков, изображающих использование типа выходных данных раздела в этом блоке. Когда вы выбираете:
Same as section input— Размер слова и дробные характеристики длины типа данных Section output соответствуют с теми из входа с блоком.Binary point scaling— Введите слово и дробные длины раздела выход в битах.
Multiplicand — Тип данных множимого
Same as output (значение по умолчанию) | Binary point scaling
Выберите, как вы задаете слово и дробные длины типа данных множимого Direct form I transposed отфильтруйте структуру. Смотрите раздел Fixed-Point Conversion под Extended Capabilities для рисунков, изображающих использование типа данных множимого в этом блоке.
Когда вы выбираете:
Same as output— Размер слова и дробные характеристики длины типа данных Multiplicand соответствуют с теми из выхода блока.Binary point scaling— Введите размер слова и дробную длину множимого в битах.
Зависимости
Этот параметр отображается только, когда параметр Filter structure устанавливается на Direct form I transposed.
Coefficients — Содействующий тип данных
Same word length as input (значение по умолчанию) | Specify word length | Binary point scaling
Выберите, как вы задаете слово и дробные длины коэффициентов фильтра (числитель, знаменатель и значение шкалы), когда Coefficient source установлен в Dialog parameters. Смотрите раздел Fixed-Point Conversion под Extended Capabilities для рисунков, изображающих использование содействующих типов данных в этом блоке. Когда вы выбираете:
Same word length as input— Размер слова содействующих соответствий фильтра тот из входа с блоком. В этом режиме блок автоматически устанавливает дробную длину коэффициентов к бинарному масштабированию только для точки, которое обеспечивает лучшую точность, возможную, учитывая значение и размер слова коэффициентов.Specify word length— Введите размер слова коэффициентов в битах. В этом режиме блок автоматически устанавливает дробную длину коэффициентов к бинарному масштабированию только для точки, которое обеспечивает лучшую точность, возможную, учитывая значение и размер слова коэффициентов.Binary point scaling— Введите размер слова и дробную длину коэффициентов в битах. Если применимо введите отдельные дробные длины для коэффициентов знаменателя и числителя.
Коэффициенты фильтра не выполняют Rounding mode и параметры Overflow mode; вместо этого, они всегда насыщаются и округляются к Nearest.
Зависимости
Этот параметр отображается только, когда Coefficient source установлен в Dialog parameters.
Product output — Тип выходных данных продукта
Same as input (значение по умолчанию) | Inherit via internal rule | Binary point scaling
Задайте, как назвать продукт выходным словом и дробными длинами. Смотрите Типы данных Умножения и раздел Fixed-Point Conversion под Extended Capabilities для рисунков, изображающих использование типа выходных данных продукта в этом блоке. Когда вы выбираете:
Same as input— Продукт вывел размер слова, и дробные характеристики длины совпадают с теми из входа с блоком.Inherit via internal rule— Продукт вывел размер слова, и дробные длины вычисляются на основе правил полной точности. Эти правила препятствуют тому, чтобы квантование произошло в блоке. Биты добавляются, по мере необходимости, так, чтобы никакое округление или переполнение не происходили. Для получения дополнительной информации смотрите, Наследовались через Внутреннее Правило.Binary point scaling— Введите размер слова и дробную длину продукта выход в битах. Если применимо введите отдельные дробные длины для числителя и типа выходных данных продукта знаменателя.
Accumulator — Тип данных аккумулятора
Same as product output (значение по умолчанию) | Same as input | Binary point scaling
Задайте, как определять слово аккумулятора и дробные длины. Смотрите Типы данных Умножения и раздел Fixed-Point Conversion под Extended Capabilities для рисунков, изображающих использование типа данных аккумулятора в этом блоке. Когда вы выбираете:
Same as input— Слово аккумулятора и дробные характеристики длины совпадают с теми из входа с блоком.Same as product output— Слово аккумулятора и дробные характеристики длины совпадают с теми из продукта выход.Binary point scaling— Введите размер слова и дробную длину аккумулятора в битах. Если применимо введите отдельные дробные длины для числителя и типа данных аккумулятора знаменателя.
States — Тип данных состояний
Same as accumulator (значение по умолчанию) | Same as input | Binary point scaling
Задайте, как определять слово состояния и дробные длины, когда Coefficient source установлен в Dialog parameters. Смотрите раздел Fixed-Point Conversion под Extended Capabilities для рисунков, изображающих использование типа данных состояния в этом блоке.
Когда вы выбираете:
Same as input— Слово состояния и дробные характеристики длины совпадают с теми из входа с блоком.Same as accumulator— Слово состояния и дробные характеристики длины совпадают с теми из аккумулятора.Binary point scaling— Введите размер слова и дробную длину состояния в битах. Если применимо введите отдельные дробные длины для числителя и типа данных состояния знаменателя.
Зависимости
Этот параметр отображается только, когда Filter structure установлен в Direct form II или Direct form II transposed.
Output — Тип выходных данных
Same as accumulator (значение по умолчанию) | Same as input | Binary point scaling
Выберите, как вы задаете выходной размер слова и дробную длину. Смотрите раздел Fixed-Point Conversion под Extended Capabilities для рисунков, изображающих использование типа выходных данных в этом блоке. Когда вы выбираете:
Same as input— Выведите слово, и дробные характеристики длины совпадают с теми из входа с блоком.Same as accumulator— Выведите слово, и дробные характеристики длины совпадают с теми из аккумулятора.Binary point scaling— Введите размер слова и дробная продолжительность выхода в битах.
Lock data type settings against changes by the fixed-point tools — Заблокируйте настройки типа данных
off (значение по умолчанию) | on
Выберите этот параметр, чтобы препятствовать тому, чтобы Fixed-Point Tool заменили типы данных, которые вы задаете на маске блока.
Примеры модели
Характеристики блока
Типы данных |
|
Многомерные сигналы |
|
Сигналы переменного размера |
|
Расширенные возможности
Генерация кода C/C++
Генерация кода C и C++ с помощью Simulink® Coder™.
Генерация HDL-кода
Сгенерируйте Verilog и код VHDL для FPGA и проекты ASIC с помощью HDL Coder™.
HDL Coder™ обеспечивает дополнительные параметры конфигурации, которые влияют на реализацию HDL и синтезируемую логику.
Программируемая поддержка фильтра
HDL Coder поддерживает программируемые фильтры для блоков Biquad Filter.
На фильтре блокируют маску, набор Coefficient source к Input port(s).
Соедините векторные сигналы с
NumиDenсодействующие порты.
Нижеследующие ограничения применяются к оптимизации HDL за программируемый блок Biquad Filter:
Полностью последовательные и частично последовательные архитектуры не поддержаны. Architecture должен быть установлен в
Fully parallel.Оптимизация множителя канонической цифры со знаком (CSD) не поддержана.
CoeffMultipliersдолжен быть установлен вmultiplier.
Многоканальная поддержка фильтра
HDL Coder поддерживает использование векторных входных параметров с блоками Biquad Filter.
Соедините векторный сигнал с входным портом блока Biquad Filter.
Задайте Input processing как
Elements as channels (sample based).Чтобы уменьшать область путем совместного использования ядра фильтра между каналами, установите параметр StreamingFactor подсистемы к количеству каналов. Смотрите раздел Streaming Оптимизации Подсистемы для Фильтров (HDL Coder).
Последовательные архитектуры
Чтобы использовать оптимизацию блочного уровня, чтобы уменьшать аппаратные ресурсы, выберите последовательный Architecture. Затем установите любой NumMultipliers или Folding Factor. Смотрите свойства фильтра HDL.
Когда вы выбираете последовательную архитектуру, устанавливаете Filter structure на Direct form I или Direct form II. Транспонированные структуры прямой формы не поддержаны с последовательными архитектурами.
Поддержка AddPipelineRegisters
Когда вы используете AddPipelineRegisters, регистры помещаются на основе структуры фильтра. Конвейерное размещение регистра определяет задержку.
| Отфильтруйте структуру | Конвейерно обработайте размещение регистра | Задержка (такты) |
|---|---|---|
| Любой | Конвейерно обработайте регистры, добавляются между разделами фильтра. | NS-1, где NS количество разделов. |
Оптимизация подсистемы
Этот блок может участвовать в оптимизации уровня подсистемы, такой как совместное использование, потоковая передача и конвейеризация. Для блока, чтобы участвовать в оптимизации уровня подсистемы, установите Architecture на Fully parallel. Смотрите оптимизацию подсистемы для фильтров (HDL Coder).
Свойства фильтра HDL
| AddPipelineRegisters | Вставьте конвейерный регистр между этапами расчета в фильтре. См. также AddPipelineRegisters (HDL Coder). |
| CoeffMultipliers | Задайте использование оптимизации канонической цифры со знаком (CSD), чтобы уменьшить область фильтра, заменив содействующие множители на логику shift-and-add. Когда вы выбираете полностью параллельную реализацию фильтра, можно установить CoeffMultipliers на |
| FoldingFactor | Задайте последовательную реализацию БИХ-фильтра SOS по количеству циклов, которые оно берет, чтобы сгенерировать результат. См. также FoldingFactor (HDL Coder). |
| NumMultipliers | Задайте последовательную реализацию БИХ-фильтра SOS по количеству аппаратных множителей, которые сгенерированы. См. также NumMultipliers (HDL Coder). |
Для получения дополнительной информации о свойствах фильтра HDL, смотрите HDL Filter Block Properties (HDL Coder).
Свойства блока HDL
| ConstrainedOutputPipeline | Количество регистров, чтобы поместить при выходных параметрах путем перемещения существующих задержек в рамках проекта. Распределенная конвейеризация не перераспределяет эти регистры. |
| InputPipeline | Количество входных настроек канала связи, чтобы вставить в сгенерированный код. Распределенная конвейеризация и ограниченная выходная конвейеризация могут переместить эти регистры. |
| OutputPipeline | Количество выходных настроек канала связи, чтобы вставить в сгенерированный код. Распределенная конвейеризация и ограниченная выходная конвейеризация могут переместить эти регистры. |
Ограничения
Вход системы координат не поддержан для генерации HDL-кода.
Необходимо установить Initial conditions на
0. Генерация HDL-кода не поддержана для ненулевых начальных состояний.Необходимо выбрать Optimize unity scale values.
Вы не можете сгенерировать HDL для этого блока в Resettable Synchronous Subsystem.
Преобразование фиксированной точки
Спроектируйте и симулируйте системы фиксированной точки с помощью Fixed-Point Designer™.
Если вход является фиксированной точкой, это должно быть целое число со знаком или подписанная фиксированная точка с наклоном степени двойки и нулевым смещением.
Схемы в следующих разделах показывают структуры фильтра, поддержанные блоком Biquad Filter. Они также показывают типы данных, используемые в структурах фильтра в сигналах фиксированной точки. Можно установить типы данных, показанные в этих схемах в диалоговом окне блока.
Прямая форма I
Следующая схема показывает типы данных для одного раздела фильтра для сигналов фиксированной точки.
Следующие схемы показывают типы данных с фиксированной точкой между разделами фильтра.
Когда данные не оптимизированы:
Когда вы выбираете Optimize unity scale values, и значения шкалы равняются 1:
Прямая форма я транспонированный
Следующая схема показывает типы данных для одного раздела фильтра для сигналов фиксированной точки.
Пунктирные броски не использованы, когда Optimize unity scale values выбран, и значения шкалы равняются тому.
Следующие схемы показывают типы данных с фиксированной точкой между разделами фильтра.
Когда данные не оптимизированы:
Когда вы выбираете Optimize unity scale values, и значения шкалы равняются 1:
Прямая форма II
Следующая схема показывает типы данных для одного раздела фильтра для сигналов фиксированной точки.
Пунктирные броски не использованы, когда Optimize unity scale values выбран, и значения шкалы равняются тому.
Следующие схемы показывают типы данных с фиксированной точкой между разделами фильтра.
Когда данные не оптимизированы:
Когда вы выбираете Optimize unity scale values, и значения шкалы равняются 1:
Прямая форма II транспонированный
Следующая схема показывает типы данных для одного раздела фильтра для сигналов фиксированной точки.
Следующие схемы показывают типы данных с фиксированной точкой между разделами фильтра.
Когда данные не оптимизированы:
Когда вы выбираете Optimize unity scale values, и значения шкалы равняются 1:
