Модель биквадратических фильтров БИХ (SOS)
Системная панель инструментов DSP/фильтрация/реализация фильтров
Системная панель инструментов DSP Поддержка HDL/Фильтрация
Блок Biquad Filter независимо фильтрует каждый канал входного сигнала заданным биквадратичным фильтром бесконечной импульсной характеристики (БИХ). При указании коэффициентов фильтра в диалоговом окне блок реализует статические фильтры с фиксированными коэффициентами. При предоставлении коэффициентов фильтра через входной порт можно настроить коэффициенты во время моделирования.
Блок Biquad Filter поддерживает функцию регистрации состояния Simulink ®. Дополнительные сведения см. в разделе Состояние (Simulink).
Coefficient source - Режим работыDialog parameters (по умолчанию) | Input port(s) | Filter objectБлок Biquad Filter может работать в трех различных режимах:
Dialog parameters - введите информацию о фильтре, такую как структура и коэффициенты, в маске блока.
Input port(s) - введите информацию о структуре фильтра в маске блока с помощью параметра Структура фильтра. Коэффициенты фильтра поступают в блок через дополнительные входные порты, которые отображаются на значке блока:
Num - Укажите числительные коэффициенты.
Den - Укажите коэффициенты знаменателя.
g - Укажите значения масштаба.
Блок предполагает, что коэффициенты первого знаменателя и каждой секции равны 1. Эта конфигурация применима, когда SOSMatrixSource свойство - 'Input port' и ScaleValuesInputPort свойство - true. Причина, по которой вместо SOSMatrix необходимо указать Num и Den, заключается в том, что в операции Fixed-Point числители и знаменатели могут иметь различную длину дробей. Поэтому необходимо иметь возможность передавать данные числителя с типом фиксированной точки, отличным от типа знаменателя.
Filter object - Укажите фильтр с помощью dsp.BiquadFilter Системный объект.
Filter - Наименование объекта фильтраBQF (по умолчанию) | dsp.BiquadFilter System objectУкажите имя фильтра дискретного времени, который должен быть реализован блоком. Необходимо указать фильтр как dsp.BiquadFilter Системный объект.
Системный объект можно определить в маске блока или в переменной рабочей области MATLAB ®.
Сведения о создании системных объектов см. в разделе Определение основных системных объектов.
Этот параметр отображается только в том случае, если для параметра «Источник коэффициентов» установлено значение Filter object.
Filter structure - Структура фильтраDirect form II transposed (по умолчанию) | Direct form I | Direct form I transposed | Direct form IIУкажите структуру фильтра.
Этот параметр отображается только в том случае, если для параметра «Источник коэффициентов» установлено значение Dialog parameters или Input port(s).
SOS Matrix (Mx6) - матрица SOS[1 0.3 0.4 1 0.1 0.2] (по умолчанию) | матрица M-by-6Укажите матрицу M-by-6, где M - количество сечений в фильтре сечений второго порядка. Каждая строка матрицы SOS содержит числитель и коэффициенты знаменателя (бик и аик) соответствующего участка в фильтре.
Коэффициенты начального знаменателя [a01 a02... a0N] рассматриваются как 1, независимо от их фактических значений. Масштабирование не применяется к матрице SOS, если a0 не равно 1.
ss2sos и tf2sos функции преобразуют описание state-space или transfer function фильтра в описание раздела второго порядка, используемое этим блоком.
Этот параметр отображается только в том случае, если для параметра «Источник коэффициентов» установлено значение Dialog parameters.
Scale values - Значения шкалы1 (по умолчанию) | скаляр | векторУкажите значения масштаба для использования между секциями SOS. Можно задать действительный скаляр или вектор длиной M + 1:
При вводе скаляра значение определяет значение коэффициента усиления перед первой секцией фильтра второго порядка. Остальные значения коэффициента усиления по умолчанию равны 1.
При вводе вектора значений M + 1 каждое значение определяет отдельный раздел фильтра. Например, первый элемент является первым значением усиления, второй элемент является вторым значением усиления и так далее.
Установите флажок Оптимизировать значения масштаба единицы (Optimize unity scale values), чтобы оптимизировать моделирование, если одно или несколько значений масштаба равны 1. При выборе этой опции выигрыш по единице удаляется таким образом, что значения обрабатываются как линии или провода Simulink. В некоторых случаях с фиксированной точкой, когда имеются значения шкалы единицы, при выборе этого параметра также опускаются определенные слепки. Дополнительные сведения см. в разделе Преобразование фиксированных точек в разделе Расширенные возможности.
Этот параметр отображается только в том случае, если для параметра «Источник коэффициентов» установлено значение Dialog parameters.
Initial conditions - Исходные условия0 (по умолчанию) | скаляр | векторУкажите начальные условия состояний фильтра.
Блок Biquad Filter по умолчанию инициализирует состояние внутреннего фильтра как нулевое. При необходимости используйте параметр Начальные условия (Initial conditions), чтобы указать ненулевые начальные состояния для задержек фильтра.
Для определения количества начальных условий, которые необходимо указать, и способов их определения см. следующую таблицу допустимых начальных условий.
Действительные начальные условия
| Исходное условие | Описание |
|---|---|
Скаляр | Блок инициализирует все элементы задержки в фильтре до скалярного значения. |
Вектор или матрица | Каждый вектор или элемент матрицы определяет уникальное начальное условие для соответствующего элемента задержки в соответствующем канале. M - количество секций, а N - количество входных каналов:
|
Этот параметр отображается только в том случае, если для параметра «Источник коэффициентов» установлено значение Dialog parameters или Input port(s) и для структуры фильтра установлено значение Direct form II или Direct form II transposed.
Initial conditions on zeros side - Исходные условия на стороне нулей0 (по умолчанию) | скаляр | векторУкажите начальные условия для состояний фильтра на стороне структуры фильтра с нулями (b0, b1, b2,...).
Блок Biquad Filter по умолчанию инициализирует состояние внутреннего фильтра как нулевое. При необходимости используйте параметр Initial conditions on zeros side, чтобы задать ненулевые начальные состояния для задержек фильтра. Пример см. в разделе ex_biquad_filter_ref.
Для определения количества начальных условий, которые необходимо указать, и способов их определения см. следующую таблицу допустимых начальных условий.
Действительные начальные условия
| Исходное условие | Описание |
|---|---|
Скаляр | Блок инициализирует все элементы задержки в фильтре до скалярного значения. |
Вектор или матрица | Каждый вектор или элемент матрицы определяет уникальное начальное условие для соответствующего элемента задержки в соответствующем канале. Где M - количество секций, а N - количество входных каналов:
|
Этот параметр отображается только в том случае, если для параметра «Источник коэффициентов» установлено значение Dialog parameters или Input port(s) и для структуры фильтра установлено значение Direct form I или Direct form I transposed.
Initial conditions on poles side - Исходные условия со стороны полюсов0 (по умолчанию) | скаляр | векторЗадайте начальные условия для состояний фильтра на стороне структуры фильтра с полюсами (a0, a1, a2,...).
Блок Biquad Filter по умолчанию инициализирует состояние внутреннего фильтра как нулевое. При необходимости используйте параметр Initial conditions on poles side, чтобы задать ненулевые начальные состояния для задержек фильтра. Пример см. в разделе ex_biquad_filter_ref.
Для определения количества начальных условий, которые необходимо указать, и способов их определения см. следующую таблицу допустимых начальных условий.
Действительные начальные условия
| Исходное условие | Описание |
|---|---|
Скаляр | Блок инициализирует все элементы задержки в фильтре до скалярного значения. |
Вектор или матрица | Каждый вектор или элемент матрицы определяет уникальное начальное условие для соответствующего элемента задержки в соответствующем канале. Где M - количество секций, а N - количество входных каналов:
|
Этот параметр отображается только в том случае, если для параметра «Источник коэффициентов» установлено значение Dialog parameters или Input port(s) и для структуры фильтра установлено значение Direct form I или Direct form I transposed.
Scale values mode - Режим для задания значений шкалыSpecify via input port (g) (по умолчанию) | Assume all are unity and optimizeВыберите способ задания значений масштаба для использования между секциями фильтра. При выборе Specify via input port (g)значения масштаба вводятся в качестве вектора 2-D в порту g. При выборе Assume all are unity and optimizeвсе значения масштаба удаляются и обрабатываются как линии или провода Simulink.
Этот параметр отображается только в том случае, если для параметра «Источник коэффициентов» установлено значение Input port(s).
Action when the a0 values of the SOS matrix are not one - Действие, когда значения a0 матрицы SOS не равны единицеWarning (по умолчанию) | None | ErrorУкажите действие, которое должен выполнять блок, если значения матрицы SOS a0j не равны единице. Действие может быть Warning, Error, или None.
При выборе Noneведущие коэффициенты a0j рассматриваются как 1, независимо от их фактических значений. Масштабирование не применяется к матрице SOS, если a0 не равно 1.
Этот параметр отображается только в том случае, если для параметра «Источник коэффициентов» установлено значение Dialog parameters.
Optimize unity scale values - Оптимизация значений шкалы единицon (по умолчанию) | offУстановите этот флажок, чтобы оптимизировать моделирование, если одно или несколько значений масштаба равны 1. При выборе этой опции выигрыш по единице удаляется таким образом, что значения обрабатываются как линии или провода Simulink. В некоторых случаях с фиксированной точкой, когда имеются значения шкалы единицы, при выборе этого параметра также опускаются определенные слепки. Дополнительные сведения см. в разделе «Фиксированная точка» в разделе «Расширенные возможности».
Этот параметр отображается только в том случае, если для параметра «Источник коэффициентов» установлено значение Dialog parameters.
Input processing - Обработка входных данныхColumns as channels (frame based) (по умолчанию) | Elements as channels (sample based)Укажите, как блок должен обрабатывать входные данные. Если входной сигнал является матрицей M-by-N, можно задать для этого параметра значение:
Columns as channels (frame based) (по умолчанию) - блок обрабатывает каждый столбец как отдельный канал. В этом режиме блок создает M экземпляров одного фильтра, каждый с собственным независимым буфером состояния. Каждый из М фильтров обрабатывает N входных выборок на каждом временном шаге Simulink.
Elements as channels (sample based) - Блок обрабатывает каждый элемент как отдельный канал. В этом режиме блок создает экземпляры MN одного фильтра, каждый из которых имеет свой независимый буфер состояния. Каждый фильтр обрабатывает одну входную выборку на каждом временном шаге Simulink.
View Filter Response - Просмотр ответа фильтраЭта кнопка открывает инструмент визуализации фильтра (fvtool) и отображает отклик фильтра, указанный в диалоговом окне.
Примечание
При внесении изменений в параметры фильтра в диалоговом окне блока перед использованием кнопки «Просмотр ответа фильтра» необходимо нажать кнопку «Применить».
Примечание
Эта вкладка появляется только в том случае, если для параметра «Источник коэффициентов» задано значение Dialog parameters или Input port(s). Если для источника коэффициентов установлено значение Filter object, типы данных, указанные в свойствах объекта фильтра, используются блоком.
Rounding mode - Режим округленияFloor (по умолчанию) | Ceiling | Convergent | Nearest | Round | Simplest | ZeroУкажите режим округления для операций с фиксированной точкой.
Дополнительные сведения см. в разделе Режим округления. Коэффициенты фильтра не подчиняются этому параметру; вместо этого они всегда округляются до Nearest.
Saturate on integer overflow - Метод действия переполненияoff (по умолчанию) | onПри выборе этого параметра блок насыщает результат операции с фиксированной точкой. При сбросе этого параметра блок переносит результат операции с фиксированной точкой. Для получения подробной информации о saturate и wrap, см. режим переполнения для операций с фиксированной точкой.
Коэффициенты фильтра всегда насыщены и не подчиняются этому параметру.
Section input - Тип входных данных секцииSame as input (по умолчанию) | Binary point scalingВыберите способ указания длин слов и дробей типа данных с фиксированной точкой в каждом разделе биквадратического фильтра. Примеры использования типа входных данных секции в этом блоке приведены в разделе «Преобразование фиксированных точек» в разделе «Расширенные возможности». При выборе:
Same as input - Характеристики длины слова и длины дроби входного типа данных секции соответствуют характеристикам входных данных блока.
Binary point scaling - Введите длину слова и дроби на входе секции в битах.
Section output - Тип выходных данных секцииSame as section input (по умолчанию) | Binary point scalingВыберите способ указания длин слов и дробей типа данных с фиксированной точкой, выходящих из каждого раздела биквадратического фильтра. Примеры использования типа выходных данных секции в этом блоке приведены в разделе «Преобразование фиксированных точек» в разделе «Расширенные возможности». При выборе:
Same as section input - Характеристики длины слова и длины дроби типа выходных данных секции совпадают с характеристиками входных данных блока.
Binary point scaling - Введите длину слова и дроби на выходе секции в битах.
Multiplicand - Мультипликативный тип данныхSame as output (по умолчанию) | Binary point scalingВыберите способ указания длин слов и дробей типа данных multiplicand для Direct form I transposed фильтрующая структура. См. раздел «Преобразование фиксированных точек» в разделе «Расширенные возможности» для иллюстраций использования типа данных multiplicand в этом блоке.
При выборе:
Same as output - Характеристики длины слова и длины дроби типа данных Multiplicand совпадают с характеристиками выходных данных блока.
Binary point scaling - Введите длину слова и длину дроби умножителя в битах.
Этот параметр отображается только в том случае, если для параметра «Структура фильтра» установлено значение Direct form I transposed.
Coefficients - Тип данных коэффициентовSame word length as input (по умолчанию) | Specify word length | Binary point scalingВыберите способ задания длин слов и дробей коэффициентов фильтра (числитель, знаменатель и значение масштаба), если для параметра «Источник коэффициентов» задано значение Dialog parameters. Примеры использования типов данных коэффициентов в этом блоке приведены в разделе «Преобразование фиксированных точек» в разделе «Расширенные возможности». При выборе:
Same word length as input - Длина слова коэффициентов фильтра соответствует длине слова, введенного в блок. В этом режиме блок автоматически устанавливает длину дроби коэффициентов в двоичное масштабирование только для точки, которое обеспечивает наилучшую возможную точность, учитывая значение и длину слова коэффициентов.
Specify word length - Введите длину слова коэффициентов в битах. В этом режиме блок автоматически устанавливает длину дроби коэффициентов в двоичное масштабирование только для точки, которое обеспечивает наилучшую возможную точность, учитывая значение и длину слова коэффициентов.
Binary point scaling - Введите длину слова и длину дроби коэффициентов в битах. Если применимо, введите длины отдельных дробей для коэффициентов числителя и знаменателя.
Коэффициенты фильтра не соответствуют параметрам режима округления и режима переполнения; вместо этого они всегда насыщены и округлены до Nearest.
Этот параметр отображается только в том случае, если для параметра «Источник коэффициентов» установлено значение Dialog parameters.
Product output - Тип выходных данных продуктаSame as input (по умолчанию) | Inherit via internal rule | Binary point scalingУкажите, как обозначить выходные слова продукта и длины дробей. См. разделы Типы данных умножения и Преобразование фиксированных точек в разделе Расширенные возможности для иллюстраций использования типа выходных данных продукта в этом блоке. При выборе:
Same as input - Характеристики длины слова вывода продукта и длины дроби соответствуют характеристикам ввода в блок.
Inherit via internal rule - Длина слова вывода продукта и длина дроби вычисляются на основе правил полной точности. Эти правила предотвращают квантование в пределах блока. Биты добавляются по мере необходимости, чтобы не происходило округления или переполнения. Дополнительные сведения см. в разделе Наследование через внутреннее правило.
Binary point scaling - введите длину слова и длину дроби выходного документа в битах. Если применимо, введите длины отдельных дробей для числителя и типа выходных данных продукта знаменателя.
Accumulator - Тип данных аккумулятораSame as product output (по умолчанию) | Same as input | Binary point scalingУкажите, как обозначать длину слова и дроби накопителя. Примеры использования типа данных накопителя в этом блоке приведены в разделе «Типы данных умножения» и «Преобразование фиксированных точек» в разделе «Расширенные возможности». При выборе:
Same as input - Характеристики длины слова и дроби аккумулятора соответствуют характеристикам входных данных блока.
Same as product output - Характеристики длины слова и дроби аккумулятора соответствуют характеристикам выхода продукта.
Binary point scaling - Введите длину слова и длину дроби накопителя в битах. Если применимо, введите длины отдельных дробей для типа данных числителя и сумматора знаменателя.
States - Тип данных состоянийSame as accumulator (по умолчанию) | Same as input | Binary point scalingУкажите, как обозначать длину слова состояния и дроби, если для параметра Источник коэффициента задано значение Dialog parameters. Примеры использования типа данных состояния в этом блоке см. в разделе «Преобразование фиксированных точек» в разделе «Расширенные возможности».
При выборе:
Same as input - Характеристики длины слова и дроби состояния совпадают с характеристиками входных данных блока.
Same as accumulator - Характеристики длины слова и дроби состояния соответствуют характеристикам аккумулятора.
Binary point scaling - Введите длину слова и длину дроби состояния в битах. Если применимо, введите длины отдельных дробей для числителя и типа данных состояния знаменателя.
Этот параметр отображается только в том случае, если для параметра «Структура фильтра» задано значение Direct form II или Direct form II transposed.
Output - Тип выходных данныхSame as accumulator (по умолчанию) | Same as input | Binary point scalingВыберите способ задания длины выходного слова и длины дроби. Примеры использования типа выходных данных в этом блоке приведены в разделе «Преобразование фиксированных точек» в разделе «Расширенные возможности». При выборе:
Same as input - Характеристики выходного слова и длины дроби соответствуют характеристикам входного сигнала блока.
Same as accumulator - Характеристики выходного слова и длины дроби соответствуют характеристикам аккумулятора.
Binary point scaling - Введите длину слова и длину дроби выходного сигнала в битах.
Lock data type settings against changes by the fixed-point tools - Блокировать параметры типа данныхoff (по умолчанию) | onВыберите этот параметр, чтобы инструменты с фиксированной точкой не переопределяли типы данных, заданные в маске блока.
Типы данных |
|
Прямой проход |
|
Многомерные сигналы |
|
Сигналы переменного размера |
|
Обнаружение пересечения нулей |
|
HDL Coder™ предоставляет дополнительные опции конфигурации, которые влияют на реализацию HDL и синтезированную логику.
HDL Coder поддерживает программируемые фильтры для блоков Biquad Filter.
В маске блока фильтра установите для параметра Coefficient source значение Input port (s).
Подключите векторные сигналы к Num и Den порты коэффициентов.
Следующие ограничения применяются к оптимизации HDL для программируемого блока Biquad Filter:
Полностью последовательные и частично последовательные архитектуры не поддерживаются. Для архитектуры должно быть установлено значение Fully parallel.
Оптимизация множителя с канонической подписью (CSD) не поддерживается. CoeffMultipliers необходимо установить значение multiplier.
HDL Coder поддерживает использование векторных входов в блоки Biquad Filter.
Подключите векторный сигнал к входному порту блока Biquad Filter.
Укажите обработку ввода как Elements as channels (sample based).
Чтобы уменьшить площадь путем совместного использования ядра фильтра между каналами, установите параметр StreamingFactor подсистемы на количество каналов. См. раздел Потоковая передача в разделе Оптимизация подсистемы для фильтров (кодер HDL).
Чтобы использовать оптимизации на уровне блоков для сокращения аппаратных ресурсов, выберите последовательную архитектуру. Затем установите либо NumMultipliers или Folding Factor. См. раздел Свойства фильтра HDL.
При выборе последовательной архитектуры задайте для параметра «Структура фильтра» значение Direct form I или Direct form II. Транспонированные структуры прямой формы не поддерживаются последовательными архитектурами.
При использовании AddPipelineRegists регистры размещаются на основе структуры фильтра. Задержка определяется размещением регистра трубопровода.
| Структура фильтра | Размещение регистра трубопровода | Задержка (тактовые циклы) |
|---|---|---|
| Любой | Между секциями фильтра добавляются регистры трубопроводов. | NS-1, где NS - количество секций. |
Этот блок может участвовать в оптимизации на уровне подсистем, таких как совместное использование, потоковая передача и конвейерная обработка. Чтобы блок участвовал в оптимизации на уровне подсистем, установите для Architecture значение Fully parallel. См. раздел Оптимизация подсистемы для фильтров (кодер HDL).
| AddPipelineRegisters | Вставка регистра трубопровода между этапами вычислений в фильтр. См. также AddPipelineRegists (кодер HDL). |
| CoeffMultipliers | Укажите использование оптимизации канонических цифр со знаком (CSD) для уменьшения площади фильтра путем замены множителей коэффициентов логикой сдвига и добавления. При выборе полностью параллельной реализации фильтра можно установить CoeffMultipliers в значение |
| FoldingFactor | Укажите последовательную реализацию фильтра IIR SOS по количеству циклов, необходимых для создания результата. См. также FoldingFactor (кодер HDL). |
| NumMultipliers | Укажите последовательную реализацию фильтра IIR SOS по количеству генерируемых аппаратных множителей. См. также NumMultipliers (кодер HDL). |
Дополнительные сведения о свойствах фильтра HDL см. в разделе Свойства блока фильтра HDL (кодер HDL).
| ConstrainedOutputPipeline | Количество регистров для размещения на выходах путем перемещения существующих задержек в рамках проекта. Распределенная конвейерная обработка не перераспределяет эти регистры. Значение по умолчанию: |
| InputPipeline | Количество входных ступеней трубопровода для вставки в сформированный код. Распределенная конвейерная обработка и конвейерная обработка с ограниченным выходом могут перемещать эти регистры. Значение по умолчанию: |
| OutputPipeline | Количество выходных ступеней трубопровода для вставки в сформированный код. Распределенная конвейерная обработка и конвейерная обработка с ограниченным выходом могут перемещать эти регистры. Значение по умолчанию: |
Ввод кадров не поддерживается для генерации кода HDL.
Необходимо установить начальные условия как 0. Генерация кода HDL не поддерживается для ненулевых начальных состояний.
Необходимо выбрать «Оптимизировать значения шкалы единиц».
Невозможно создать HDL для этого блока в переустановляемой синхронной подсистеме (кодере HDL).
Если входной сигнал является фиксированной точкой, он должен быть целым числом со знаком или фиксированной точкой со знаком с наклоном мощности два и нулевым смещением.
На диаграммах в следующих разделах показаны структуры фильтров, поддерживаемые блоком Biquad Filter. Они также показывают типы данных, используемые в структурах фильтров для сигналов с фиксированной точкой. Типы данных, показанные на этих диаграммах, можно задать в диалоговом окне блока.
На следующей схеме показаны типы данных для одной секции фильтра для сигналов с фиксированной точкой.
На следующих диаграммах показаны типы данных с фиксированной точкой между секциями фильтра.
Если данные не оптимизированы:
При выборе опции Оптимизировать значения масштаба единицы (Optimize unity scale values) и значения масштаба, равные 1:
На следующей схеме показаны типы данных для одной секции фильтра для сигналов с фиксированной точкой.
Пунктирные слепки опущены, если выбрана опция Оптимизировать значения шкалы единиц (Optimize unity scale values), а значения шкалы равны единице.
На следующих диаграммах показаны типы данных с фиксированной точкой между секциями фильтра.
Если данные не оптимизированы:
При выборе опции Оптимизировать значения масштаба единицы (Optimize unity scale values) и значения масштаба, равные 1:
На следующей схеме показаны типы данных для одной секции фильтра для сигналов с фиксированной точкой.
Пунктирные слепки опущены, если выбрана опция Оптимизировать значения шкалы единиц (Optimize unity scale values), а значения шкалы равны единице.
На следующих диаграммах показаны типы данных с фиксированной точкой между секциями фильтра.
Если данные не оптимизированы:
При выборе опции Оптимизировать значения масштаба единицы (Optimize unity scale values) и значения масштаба, равные 1:
На следующей схеме показаны типы данных для одной секции фильтра для сигналов с фиксированной точкой.
На следующих диаграммах показаны типы данных с фиксированной точкой между секциями фильтра.
Если данные не оптимизированы:
При выборе опции Оптимизировать значения масштаба единицы (Optimize unity scale values) и значения масштаба, равные 1:
