dsp.CICInterpolator

Интерполируйте сигнал с помощью каскадного интегрально-гребенчатого фильтра

Описание

dsp.CICInterpolator Система object™ интерполирует входной сигнал с помощью фильтра интерполяции каскадной расчески интегратора (CIC). Структура фильтра интерполяции CIC состоит из разделов N каскадных гребенчатых фильтров, сопровождаемых изменением уровня на коэффициент R, сопровождаемого разделами N каскадных интеграторов. Для получения дополнительной информации см. Алгоритмы. Свойство NumSections задает N, количество разделов в CIC-фильтре. Свойство InterpolationFactor задает R, коэффициент интерполяции. getFixedPointInfo функция возвращает размеры слова и дробные длины разделов фиксированной точки и выхода для dsp.CICInterpolator Системный объект. Можно также сгенерировать HDL-код для этого Системного объекта с помощью generatehdl функция.

Примечание

Этот объект требует лицензии Fixed-Point Designer™.

Интерполировать сигнал с помощью CIC-фильтра:

  1. Создайте dsp.CICInterpolator объект и набор его свойства.

  2. Вызовите объект с аргументами, как будто это была функция.

Чтобы узнать больше, как Системные объекты работают, смотрите то, Что Системные объекты?.

Создание

Описание

пример

cicInterp = dsp.CICInterpolator создает Системный объект интерполяции CIC, который применяет фильтр интерполяции CIC к входному сигналу.

пример

cicInterp = dsp.CICInterpolator(R,M,N) создает объект интерполяции CIC с InterpolationFactor набор свойств к R, DifferentialDelay набор свойств к M, и NumSections набор свойств к N.

cicInterp = dsp.CICInterpolator(Name,Value) создает объект интерполяции CIC с каждым заданным набором свойств к заданному значению. Заключите каждое имя свойства в одинарные кавычки. Можно использовать этот синтаксис с любыми предыдущими комбинациями входных аргументов.

Свойства

развернуть все

Если в противном случае не обозначено, свойства являются ненастраиваемыми, что означает, что вы не можете изменить их значения после вызова объекта. Объекты блокируют, когда вы вызываете их, и release функция разблокировала их.

Если свойство является настраиваемым, можно изменить его значение в любое время.

Для получения дополнительной информации об изменении значений свойств смотрите Разработку системы в MATLAB Используя Системные объекты.

Фактор, которым входной сигнал интерполирован в виде положительного целого числа.

Типы данных: single | double | int8 | int16 | int32 | int64 | uint8 | uint16 | uint32 | uint64

Дифференциальное значение задержки используется в каждом из разделов расчески фильтра в виде положительного целого числа. Для получения дополнительной информации см. Алгоритмы. Если дифференциальная задержка имеет встроенный целочисленный тип данных класса, коэффициент интерполяции должен быть тем же целочисленным типом данных или double. Например, если дифференциальной задержкой является int8, затем коэффициентом интерполяции должен быть int8 или double.

Типы данных: single | double | int8 | int16 | int32 | int64 | uint8 | uint16 | uint32 | uint64

Количество интегратора и разделы расчески CIC-фильтра в виде положительного целого числа. Этот номер указывает на количество разделов или в части расчески или в части интегратора фильтра. Общее количество разделов в CIC-фильтре является дважды количеством разделов, данных этим свойством.

Типы данных: single | double | int8 | int16 | int32 | int64 | uint8 | uint16 | uint32 | uint64

Обозначения свойства фиксированной точки в виде одного из следующего:

  • Full precision – Размер слова и дробная длина разделов CIC-фильтра и объектного выхода действуют в полной точности.

  • Minimum section word lengths – Задайте выходной размер слова через свойство OutputWordLength. Объект определяет тип данных раздела фильтра и выходную длину части, которые дают самую лучшую точность. Для получения дополнительной информации смотрите getFixedPointInfo и cicInterpOut аргумент.

  • Specify word lengths – Задайте размеры слова разделов CIC-фильтра и объектного выхода через свойства SectionWordLengths и OutputWordLength. Объект определяет соответствующие дробные длины, чтобы дать самую лучшую точность. Для получения дополнительной информации смотрите getFixedPointInfo и cicInterpOut аргумент.

  • Specify word and fraction lengths – Задайте размер слова и дробную длину разделов CIC-фильтра и объектного выхода через SectionWordLengths, SectionFractionLengths, OutputWordLength и свойства OutputFractionLength.

Размеры слова фиксированной точки, чтобы использовать для каждого фильтра разделяют в виде скаляра или вектора-строки из целых чисел. Размер слова должен быть больше или быть равен 2. Если вы задаете скаляр, значение применяется ко всем разделам фильтра. Если вы задаете вектор, вектор должен иметь длину 2 × NumSections.

Пример: 32

Пример: [32 32 32 32]

Зависимости

Это свойство применяется, когда вы устанавливаете FixedPointDataType свойство к 'Specify word lengths' или 'Specify word and fraction lengths'.

Типы данных: single | double | int8 | int16 | int32 | int64 | uint8 | uint16 | uint32 | uint64

Длины части фиксированной точки, чтобы использовать для каждого фильтра разделяют в виде скаляра или вектора-строки из целых чисел. Дробная длина может быть отрицательной, 0, или положительной. Если вы задаете скаляр, значение применяется ко всем разделам фильтра. Если вы задаете вектор, вектор должен иметь длину 2 × NumSections.

Пример 2

Пример: [-2 0 5 8]

Зависимости

Это свойство применяется, когда вы устанавливаете FixedPointDataType свойство к 'Specify word and fraction lengths'.

Типы данных: single | double | int8 | int16 | int32 | int64 | uint8 | uint16 | uint32 | uint64

Размер слова фиксированной точки, чтобы использовать для фильтра выход в виде скалярного целого числа, больше, чем или равный 2.

Зависимости

Это свойство применяется, когда вы устанавливаете FixedPointDataType свойство к одному из 'Minimum section word lengths', 'Specify word lengths', или 'Specify word and fraction lengths'.

Типы данных: single | double | int8 | int16 | int32 | int64 | uint8 | uint16 | uint32 | uint64

Длина части фиксированной точки, чтобы использовать для фильтра выход в виде скалярного целого числа.

Зависимости

Это свойство применяется, когда вы устанавливаете FixedPointDataType свойство к 'Specify word and fraction lengths'.

Типы данных: single | double | int8 | int16 | int32 | int64 | uint8 | uint16 | uint32 | uint64

Использование

Описание

пример

cicInterpOut = cicInterp(input) интерполирует вход с помощью интерполятора CIC.

Входные параметры

развернуть все

Ввод данных в виде вектора или матрицы. Если вход имеет один или двойной тип данных, настройки свойства, связанные с типами данных с фиксированной точкой, проигнорированы.

Типы данных: single | double | int8 | int16 | int32 | int64 | uint8 | uint16 | uint32 | uint64 | fi
Поддержка комплексного числа: Да

Выходные аргументы

развернуть все

Интерполированный выходной параметр, возвращенный как вектор или матрица. Выходной формат кадра равняется (InterpolationFactor) × размеру входного кадра. Сложность соответствий выходных данных те из входных данных. Если входом является single или double, тип выходных данных совпадает с типом входных данных.

Если вход имеет встроенный целочисленный тип данных или типа данных с фиксированной точкой, выходной размер слова и дробная длина зависят от типа данных с фиксированной точкой, устанавливающего вас, выбирают через свойство FixedPointDataType.

Полная точность

Когда FixedPointDataType свойство установлено в 'Full precision', следующее отношение применяется:

WLoutput=WLinput+NumSectFLoutput=FLinput

где,

  • WL выход – Размер слова выходных данных.

  • FL выход – Дробная продолжительность выходных данных.

  • Вход WL – Размер слова входных данных.

  • Вход FL – Дробная длина входных данных.

  • NumSect – Количество разделов в CIC-фильтре задано через свойство NumSections.

Вход WL и вход FL наследованы от ввода данных, который вы передаете объектному алгоритму. Для встроенных целочисленных входных параметров дробная длина 0.

Минимальные размеры слова раздела

Когда FixedPointDataType свойство установлено в 'Minimum section word lengths', выходной размер слова является значением, которое вы задаете в свойстве OutputWordLength. Выходная длина части, FL выход дан следующим уравнением:

FLoutput=WLoutput(WLinputFLinput+NumSect)

Задайте слово и дробные длины

Когда FixedPointDataType установлен в 'Specify word and fraction lengths', выходной размер слова и дробная длина являются значениями, которые вы задаете в свойствах OutputWordLength и OutputFractionLength.

Задайте размеры слова

Когда FixedPointDataType установлен в 'Specify word lengths', выходной размер слова является значением, которое вы задаете в OutputWordLength свойство. Выходная длина части, FLoutput дан следующим уравнением:

FLoutput=WLoutput(WLinputFLinput+NumSect)

Типы данных: single | double | int8 | int16 | int32 | int64 | uint8 | uint16 | uint32 | uint64 | fi
Поддержка комплексного числа: Да

Функции объекта

Чтобы использовать объектную функцию, задайте Системный объект как первый входной параметр. Например, чтобы выпустить системные ресурсы Системного объекта под названием obj, используйте этот синтаксис:

release(obj)

развернуть все

generatehdlСгенерируйте HDL-код для квантованного фильтра DSP (требует Filter Design HDL Coder),
impzИмпульсная характеристика дискретного времени фильтрует Системный объект
freqzЧастотная характеристика дискретного времени фильтрует Системный объект
phasezФазовый отклик дискретного времени фильтрует (развернутый) Системный объект
fvtoolВизуализируйте частотную характеристику фильтров DSP
gainУсиление Системного объекта CIC-фильтра
getFixedPointInfoПолучите слово фиксированной точки и дробные длины
infoИнформация о Системном объекте фильтра
stepЗапустите алгоритм Системного объекта
releaseВысвободите средства и позвольте изменения в значениях свойств Системного объекта и введите характеристики
resetСбросьте внутренние состояния Системного объекта

Для списка методов анализа фильтра это поддержка объектов ввести dsp.CICInterpolator.helpFilterAnalysis в командной строке MATLAB®. Для соответствующих страниц ссылки на функцию смотрите Методы анализа для Системных объектов Фильтра.

Примеры

свернуть все

Примечание: Если вы используете R2016a или более ранний релиз, заменяете каждый вызов объекта с эквивалентным step синтаксис. Например, obj(x) становится step(obj,x).

Создайте dsp.CICInterpolator Система object™ с InterpolationFactor установите на 2. Интерполируйте сигнал фиксированной точки на коэффициент 2 от 22,05 кГц до 44,1 кГц.

cicint = dsp.CICInterpolator(2)
cicint = 
  dsp.CICInterpolator with properties:

    InterpolationFactor: 2
      DifferentialDelay: 1
            NumSections: 2
     FixedPointDataType: 'Full precision'

Создайте dsp.SineWave объект с SampleRate установите на 22,05 кГц, SamplesPerFrame установите на 32, и OutputDataType установите на 'Custom'. Чтобы сгенерировать сигнал фиксированной точки, установите CustomOutputDataType свойство к numerictype объект. В целях этого примера, установленного значение к numerictype([],16). Дробная длина вычисляется на основе значений сгенерированного синусоидального сигнала дать самую лучшую точность.

Чтобы сгенерировать сигнал фиксированной точки, установите Method свойство dsp.SineWave возразите против 'Table lookup'. Этот метод генерации синусоидального сигнала требует, чтобы период каждой синусоиды в выходе был равномерно делимым к периоду расчета. Таким образом, 1/fiTs=ki должно быть целочисленное значение для каждого канала i = 1, 2..., N. Значение Ts равняется 1/Fs, переменная fi частота синусоидального сигнала, и Fs частота дискретизации сигнала. Другими словами, отношение Fs/fi должно быть целое число. Для получения дополнительной информации смотрите раздел Algorithms по dsp.SineWave объектная страница.

В этом примере, Fs установлен в 22 050 Гц и fi установлен в 1 050 Гц.

Fs = 22.05e3;      
sine = dsp.SineWave('Frequency',1050,'SampleRate',Fs,'SamplesPerFrame',32,...
    'Method','Table lookup','OutputDataType','Custom')
sine = 
  dsp.SineWave with properties:

            Amplitude: 1
            Frequency: 1050
          PhaseOffset: 0
        ComplexOutput: false
               Method: 'Table lookup'
    TableOptimization: 'Speed'
           SampleRate: 22050
      SamplesPerFrame: 32
       OutputDataType: 'Custom'

  Show all properties

В каждом цикле итерации потока в системе координат фиксированной точки синусоидальный сигнал производится на уровне 22,05 кГц. Интерполируйте переданный потоком сигнал на коэффициент 2. Интерполированный выход имеет 64 выборки на систему координат.

for i = 1:16
    x = sine();
    y = cicint(x);
end

Выход фильтра интерполяции CIC усилен определенным значением усиления. Можно определить это значение с помощью gain функция. Это усиление равняется усилению 2Nth этап интерполяции CIC фильтрует, и равняется (I×D)N/I, где I коэффициент интерполяции, D дифференциальная задержка, и N количество разделов интерполятора CIC.

gainCIC = gain(cicint)
gainCIC = 2

Чтобы настроить этот усиленный выход и совпадать с ним к амплитуде исходного сигнала, разделите CIC интерполированный сигнал с вычисленным значением усиления.

Сравните последние системы координат оригинала и интерполированных сигналов. При графическом выводе объясните выходную задержку 2 выборок.

n = (0:63)';
stem(n(1:31)/Fs, double(x(1:31)),'r','filled')
hold on; 
I = cicint.InterpolationFactor;
stem(n(1:61)/(Fs*I), ...
   double(y(4:end))/gainCIC,'b') 
xlabel('Time (sec)')
ylabel('Signal Amplitude')
legend('Original Signal','Interpolated Signal',...
   'location','north')
hold off;

Используя info функция в 'long' формат, получите размеры слова и дробные длины разделов фильтра фиксированной точки и фильтра выход.

info(cicint,'long')
ans = 
    'Discrete-Time FIR Multirate Filter (real)                    
     -----------------------------------------                    
     Filter Structure      : Cascaded Integrator-Comb Interpolator
     Interpolation Factor  : 2                                    
     Differential Delay    : 1                                    
     Number of Sections    : 2                                    
     Stable                : Yes                                  
     Linear Phase          : Yes (Type 1)                         
                                                                  
                                                                  
     Implementation Cost                                          
     Number of Multipliers            : 0                         
     Number of Adders                 : 4                         
     Number of States                 : 4                         
     Multiplications per Input Sample : 0                         
     Additions per Input Sample       : 6                         
     
     
     Fixed-Point Info
     Section word lengths     : 17  17  17  17
     Section fraction lengths : 14  14  14  14
     Output  word length      : 17
     Output  fraction length  : 14
     '

Используя getFixedPointInfo функция, можно определить размеры слова и фракционировать длины разделов фиксированной точки и выход dsp.CICDecimator и dsp.CICInterpolator Системные объекты. Типы данных разделов фильтра и выхода зависят от FixedPointDataType свойство Системы фильтра object™.

Полная точность

Создайте dsp.CICDecimator объект. Значение по умолчанию NumSections свойство равняется 2. Это значение указывает, что существует два интегратора и расчесывают разделы. WLs и векторы FLs возвращены getFixedPointInfo функция содержит пять элементов каждый. Первые два элемента представляют два раздела интегратора. Третьи и четвертые элементы представляют два раздела расчески. Последний элемент представляет фильтр выход.

cicD = dsp.CICDecimator
cicD = 
  dsp.CICDecimator with properties:

      DecimationFactor: 2
     DifferentialDelay: 1
           NumSections: 2
    FixedPointDataType: 'Full precision'

По умолчанию, FixedPointDataType свойство объекта установлено в 'Full precision'. Вызов getFixedPointInfo функция на этом объекте с входом числовой тип, nt, дает к следующему размеру слова и дробным векторам длины.

nt = numerictype(1,16,15)
nt =


          DataTypeMode: Fixed-point: binary point scaling
            Signedness: Signed
            WordLength: 16
        FractionLength: 15
[WLs,FLs] = getFixedPointInfo(cicD,nt) %#ok
WLs = 1×5

    18    18    18    18    18

FLs = 1×5

    15    15    15    15    15

Для получения дополнительной информации о том, как размеры слова и дробные длины вычисляются, см. описание для Выходных аргументов.

Если вы блокируете cicD объект путем передачи входа его алгоритму, вы не должны передавать nt аргумент к getFixedPointInfo функция.

input = int64(randn(8,1))
input = 8x1 int64 column vector

    1
    2
   -2
    1
    0
   -1
    0
    0

output = cicD(input)
output=4×1 object
     0
     1
     3
     0

          DataTypeMode: Fixed-point: binary point scaling
            Signedness: Signed
            WordLength: 66
        FractionLength: 0

[WLs,FLs] = getFixedPointInfo(cicD) %#ok
WLs = 1×5

    66    66    66    66    66

FLs = 1×5

     0     0     0     0     0

Выход и размеры слова раздела являются суммой входного размера слова, 64 в этом случае, и количество разделов, 2. Выход и длины части раздела 0, поскольку вход является встроенным целым числом.

Минимальные размеры слова раздела

Выпустите объект и измените FixedPointDataType свойство к 'Minimum section word lengths'. Определите раздел и выведите информацию о фиксированной точке, когда вход будет данными фиксированной точки, fi(randn(8,2),1,24,15).

release(cicD);
cicD.FixedPointDataType = 'Minimum section word lengths'
cicD = 
  dsp.CICDecimator with properties:

      DecimationFactor: 2
     DifferentialDelay: 1
           NumSections: 2
    FixedPointDataType: 'Minimum section word lengths'
      OutputWordLength: 32

inputF = fi(randn(8,2),1,24,15)
inputF=8×2 object
    3.5784   -0.1241
    2.7694    1.4897
   -1.3499    1.4090
    3.0349    1.4172
    0.7254    0.6715
   -0.0630   -1.2075
    0.7148    0.7172
   -0.2050    1.6302

          DataTypeMode: Fixed-point: binary point scaling
            Signedness: Signed
            WordLength: 24
        FractionLength: 15

[WLs, FLs] = getFixedPointInfo(cicD,numerictype(inputF)) %#ok
WLs = 1×5

    26    26    26    26    32

FLs = 1×5

    15    15    15    15    21

Задайте слово и дробные длины

Измените FixedPointDataType свойство к 'Specify word and fraction lengths'. Определите информацию о фиксированной точке с помощью getFixedPointInfo функция.

cicD.FixedPointDataType = 'Specify word and fraction lengths'
cicD = 
  dsp.CICDecimator with properties:

          DecimationFactor: 2
         DifferentialDelay: 1
               NumSections: 2
        FixedPointDataType: 'Specify word and fraction lengths'
        SectionWordLengths: [16 16 16 16]
    SectionFractionLengths: 0
          OutputWordLength: 32
      OutputFractionLength: 0

[WLs, FLs] = getFixedPointInfo(cicD,numerictype(inputF)) %#ok
WLs = 1×5

    16    16    16    16    32

FLs = 1×5

     0     0     0     0     0

Раздел и выходные размеры слова и дробные длины присвоены согласно соответствующим свойствам фиксированной точки cicD объект. Эти значения не определяются входом числовой тип. Чтобы подтвердить, вызовите getFixedPointInfo функция, не передавая numerictype входной параметр.

[WLs, FLs] = getFixedPointInfo(cicD) %#ok
WLs = 1×5

    16    16    16    16    32

FLs = 1×5

     0     0     0     0     0

Задайте размеры слова

Чтобы задать размеры слова раздела фильтра и вывести, установите FixedPointDataType свойство к 'Specify word lengths'.

cicD.FixedPointDataType = 'Specify word lengths'
cicD = 
  dsp.CICDecimator with properties:

      DecimationFactor: 2
     DifferentialDelay: 1
           NumSections: 2
    FixedPointDataType: 'Specify word lengths'
    SectionWordLengths: [16 16 16 16]
      OutputWordLength: 32

getFixedPointInfo функция требует входа числовой тип, потому что та информация используется для расчета длины части раздела и слова.

[WLs, FLs] = getFixedPointInfo(cicD,numerictype(inputF))
WLs = 1×5

    16    16    16    16    32

FLs = 1×5

     5     5     5     5    21

Для получения дополнительной информации о том, как функция вычисляет слово и дробные длины, см. описание для Выходных аргументов.

Больше о

развернуть все

Алгоритмы

развернуть все

Ссылки

[1] Hogenauer, E.B. "Экономичный класс цифровых фильтров для децимации и интерполяции". Транзакции IEEE на акустике, речи и обработке сигналов. Объем 29, номер 2, 1981, 155-162.

[2] Мейер-Бэезе, U. Цифровая обработка сигналов с программируемыми пользователем вентильными матрицами. Нью-Йорк: Спрингер, 2001.

[3] Харрис, Фредерик Дж. Многоскоростная обработка сигналов для систем связи. Индианаполис, IN: PTR Prentice Hall, 2004.

Расширенные возможности

Представленный в R2012a