Интерполяция CIC

Интерполяция сигнала с помощью каскадного интеграторно-гребенчатого фильтра

Библиотека:
Панель системных инструментов DSP/Фильтрация/Многоскоростные фильтры
Системная панель инструментов DSP Поддержка HDL/Фильтрация

Описание

Блок интерполяции CIC выполняет увеличение частоты дискретизации (интерполяцию) входного сигнала на целочисленный коэффициент. каскадные интеграторно-гребенчатые (CIC) фильтры представляют собой класс линейных фазовых КИХ фильтров, которые состоят из гребенчатой части и интеграторной части.

Блок интерполяции CIC требует лицензии Fixed-Point Designer™.

Порты

Вход

развернуть все

`Port_1` - Входной сигнал
вектор | матрица

Ввод данных, заданный как вектор или матрица. 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.

Типы данных: int8 | int16 | int32 | int64 | fixed point
Поддержка комплексного номера: Да

Продукция

развернуть все

`Port_1` - Интерполированный выход CIC
вектор | матрица

Результат интерполяции CIC, возвращаемый в виде вектора или матрицы. Тип данных вывода определяется настройками в диалоговом окне блока. Сложность выходных данных совпадает со сложностью входных данных. Число выходных строк равно R✕Num, где R - коэффициент интерполяции, а Num - число входных строк.

Типы данных: int8 | int16 | int32 | int64 | fixed point
Поддержка комплексного номера: Да

Параметры

развернуть все

`Coefficient source` - Источник информации о фильтре
`Dialog parameters` (по умолчанию) | `Filter object`

Источник информации фильтра, указанный как один из следующих:

Dialog parameters - Введите информацию о фильтре, например, коэффициент интерполяции (R), дифференциальную задержку (M) и число секций (N), в диалоговом окне блока.
Filter object - Укажите фильтр с помощью dsp.CICInterpolator object™ системы.

`Interpolation factor (R)` - Коэффициент интерполяции
`2` (по умолчанию) | целое число

Коэффициент интерполяции фильтра, заданный как целое число больше 1.

Зависимости

Этот параметр появляется, если для параметра Источник коэффициента задано значение Dialog parameters.

`Differential Delay (M)` - Дифференциальная задержка
`1` (по умолчанию) | положительное целое число

Укажите дифференциальную задержку гребенчатой части фильтра, M, как положительное целое число. Дополнительные сведения см. в разделе Фильтр интерполяции CIC.

Зависимости

Этот параметр появляется, если для параметра Источник коэффициента задано значение Dialog parameters.

`Number of sections (N)` - Количество секций фильтра
`2` (по умолчанию) | положительное целое число

Укажите количество секций фильтра. Указанное число определяет количество сечений в гребенчатой части фильтра или в интеграторной части фильтра. Это значение не представляет общее количество секций в комбинированных частях гребенки и интегратора.

Зависимости

Этот параметр появляется, если для параметра Источник коэффициента задано значение Dialog parameters.

`Data type specification mode` - Укажите длину слова и длину дроби секций фильтра и выходных данных
`Full precision` (по умолчанию) | `Minimum section word lengths` | `Specify word lengths` | `Binary point scaling`

Выберите способ указания длины слова с фиксированной точкой и длины дроби секций фильтра и/или вывода:

Full precision - Длины слов и дробей секций и выходов фильтра выбираются автоматически. Длина слова выходного и последнего раздела (WL) устанавливается равной:

$WL = {ceil (}_{} \frac{{log2 (}^{(}}{} RM)$ NR)) + I
где,
- I -- Длина входного слова
- M -- Дифференциальная задержка
- N -- Количество секций
- R -- коэффициент интерполяции
Другие длины слова раздела задаются так, чтобы соответствовать росту битов, как описано в работе Хогенауэра [1]. Для всех длин дробей задана входная длина дроби.
Minimum section word lengths - укажите длину слова на выходе фильтра в параметре Длина выходного слова. Длины слов секций фильтра устанавливаются так же, как в Full precision режим.
Длины долей сечения задаются в соответствии с длиной входной фракции. Длина выходной дроби устанавливается равной длине входной дроби минус разность между длиной последнего слова секции и длиной выходного слова.
Specify word lengths - Укажите длины слов в секциях фильтра и выходные значения в параметрах Длина слова сечения и Длина выходного слова. Длины дроби секций фильтра задаются так, чтобы разброс между длиной слова и длиной дроби был таким же, как в режиме полной точности. Длина выходной дроби устанавливается равной длине входной дроби минус разность между длиной последнего слова секции и длиной выходного слова.
Binary point scaling - Укажите длины слов и дробей секций фильтра и выходные данные в параметрах Длины слов сечений, Длины дробей сечений, Длина слова вывода и Длина дробей вывода.

Зависимости

Этот параметр появляется, если для параметра Источник коэффициента задано значение Dialog parameters.

`Section word lengths` - Длина слов секций фильтра
[`16 16 16 16`] (по умолчанию) | скаляр | вектор строки

Длины слов секций фильтра, заданные как скаляр или вектор длиной, равной 2N, где N - количество секций фильтра. Длина слова сечения должна находиться в диапазоне [2, 128].

Зависимости

Этот параметр появляется, если для параметра Источник коэффициента задано значение Dialog parameters и режим спецификации типа данных для Specify word lengths или Binary point scaling.

`Section fraction lengths` - Фракционная длина секций фильтра
`0` (по умолчанию) | целое число

Длины дробей сечений фильтра, заданные как целое число.

Зависимости

Этот параметр появляется, если для параметра Источник коэффициента задано значение Dialog parameters и режим спецификации типа данных для Binary point scaling.

`Output word length` - Длина слова выхода фильтра
`32` (по умолчанию) | целое число

Длина слова на выходе фильтра, заданная как целое число в диапазоне [2, 128].

Зависимости

Этот параметр появляется, если для параметра Источник коэффициента задано значение Dialog parameters и режим спецификации типа данных для любой опции, кроме Full precision.

`Output fraction length` - Длина фракции на выходе фильтра
`0` (по умолчанию) | целое число

Длина дроби выходного сигнала фильтра, заданная как целое число.

Зависимости

`Input processing` - Метод ввода обработки
`Columns as channels (frame based)` (по умолчанию) | `Elements as channels (sample based)`

Укажите, как блок должен обрабатывать входные данные. Можно задать для этого параметра одну из следующих опций:

Columns as channels (frame based) - Блок обрабатывает каждый столбец входа как отдельный канал. В этом режиме блок всегда выполняет односкоростную обработку.
Elements as channels (sample based) - Блок обрабатывает каждый элемент входа как отдельный канал. В этом режиме вход в блок должен быть скаляром или вектором. Можно использовать параметр Rate options, чтобы указать, выполняет ли блок односкоростную или многоскоростную обработку.

`Rate options` - Правило обработки ставок
`Enforce single-rate processing` (по умолчанию) | `Allow multirate processing`

Укажите правило обработки скорости для блока. Можно выбрать один из следующих вариантов:

Enforce single-rate processing - Блок поддерживает частоту дискретизации входного сигнала.
Allow multirate processing - Блок выдает выходной сигнал с частотой дискретизации, которая в R раз быстрее, чем входная частота дискретизации. Чтобы выбрать эту опцию, необходимо задать для параметра обработки ввода значение Elements as channels (sample based).

`Filter object` - Объект многоскоростного фильтра
`dsp.CICInterpolator System object`

Укажите имя объекта многоскоростного фильтра, который должен быть реализован блоком. Необходимо указать фильтр как dsp.CICInterpolator Системный объект.

Системный объект можно определить в диалоговом окне блока или в переменной рабочего пространства MATLAB ®.

Сведения о создании системных объектов см. в разделе Определение основных системных объектов.

Зависимости

Этот параметр появляется, если для параметра Источник коэффициента задано значение Filter object.

`View Filter Response` - Просмотр ответа фильтра
кнопка

Эта кнопка открывает инструмент визуализации фильтра (fvtool) из продукта Toolbox™ обработки сигналов и отображает отклик фильтра, определенного в блоке. Дополнительные сведения о FVTool см. в документации панели инструментов обработки сигналов.

Примечание

Если фильтр указан в параметре Объект фильтра, необходимо применить фильтр, нажав кнопку Применить, прежде чем использовать кнопку Просмотр ответа фильтра.

Характеристики блока

Типы данных	`fixed point` \| `integer`
Прямой проход	`no`
Многомерные сигналы	`no`
Сигналы переменного размера	`no`
Обнаружение пересечения нулей	`no`

Подробнее

развернуть все

Фильтр CIC

CIC-фильтры представляют собой оптимизированный класс линейных фазовых КИХ-фильтров, состоящих из гребенчатой части и интеграторной части.

Фильтр интерполяции CIC концептуально задается устройством повышающей дискретизации, за которым следует односкоростной фильтр CIC H (z), который является низкочастотным антиизображающим фильтром. Интерполяционный фильтр CIC увеличивает частоту дискретизации входного сигнала на целочисленный коэффициент, используя каскадный интеграторно-гребенчатый фильтр (CIC).

В более эффективной реализации односкоростной фильтр CIC H (z) факторизируется следующим образом :

$\begin{array}{l} H (z) {_{}^{}^{}}^{} \frac{{=[∑k=0RM−1z−k]N= (^{1 -}}^{z}}{{−^{RM)}}^{N}} \frac{{(1 -^{z} -}^{}}{1}) \frac{}{{N =^{(1}}^{-}} z_{}^{-} RM)_{}^{N1} \cdot 1 \end{array}$ (1 − z − 1) N = HCN (z)· HIN (z)

где,

HC - передаточная функция N секций каскадных гребенчатых фильтров, каждая шириной RM.
HI - передаточная функция интеграторной части фильтра, содержащей N ступеней интеграторов.
N - количество секций. Количество секций в фильтре CIC определяется как количество секций в гребенчатой или интеграторной части фильтра. Это значение не представляет общее количество сечений во всем фильтре.
R - коэффициент интерполяции.
M - дифференциальная задержка.

В общей многоскоростной реализации алгоритм применяет благородную идентичность для интерполяции и перемещает коэффициент изменения скорости R для следования за N секциями каскадных гребенчатых фильтров.

Передаточная функция результирующего фильтра задается следующим уравнением:

$H (z) \frac{{= (^{1} -}^{}}{{z -^{M)}}^{N}}$ (1 − z − 1) N.

Блок-схему, показывающую реализацию нескольких скоростей, см. в разделе Алгоритмы.

Алгоритмы

развернуть все

Фильтр интерполяции CIC

Интерполяционный фильтр CIC в More About реализуется как каскад из N секций гребенчатых фильтров с последующим изменением скорости на коэффициент R, за которым следуют N секций каскадных интеграторов.

На этой диаграмме показаны две секции каскадных гребенчатых фильтров и две секции каскадных интеграторов. Единичная задержка в интеграторной части фильтра CIC может быть расположена либо в канале прямой связи, либо в канале обратной связи. Эти две конфигурации дают одинаковую частотную характеристику фильтра. Однако числовые выходные сигналы от этих двух конфигураций отличаются из-за задержки. Этот алгоритм помещает единичную задержку в тракт прямой связи интегратора, поскольку она является предпочтительной конфигурацией для реализации ЛПВП.

Ссылки

[1] Hogenauer, E.B. «Экономичный класс цифровых фильтров для децимации и интерполяции» Транзакции IEEE по акустике, обработке речи и сигналов. Том 29, номер 2, 1981, стр. 155-162, 1981.

[2] Цифровая обработка сигналов Meyer-Baese, U. с помощью программируемых на местах логических матриц. Нью-Йорк: Спрингер Верлаг, 2001.

[3] Харрис, Фредрик Дж., многоскоростная обработка сигналов для систем связи. Река Верхнее Седло, Нью-Джерси: Prentice Hall PTR, 2004.

Расширенные возможности

Создание кода C/C + +
Создайте код C и C++ с помощью Simulink ® Coder™

Созданный код зависит от memcpy или memset функции (string.h) при определенных условиях.

Создание кода HDL
Создание кода Verilog и VHDL для проектов FPGA и ASIC с использованием Coder™ HDL.

HDL Coder™ предоставляет дополнительные опции конфигурации, которые влияют на реализацию HDL и синтезированную логику.

Кодер HDL поддерживает параметры источника коэффициентов Dialog parameters и Filter object.

Поддержка AddPipelineRegists

При использовании AddPipelineRegists регистры размещаются на основе структуры фильтра. Задержка определяется размещением регистра трубопровода.

Размещение регистра трубопровода	Задержка (такты)
Между гребенчатыми ступенями дифференциаторов добавляется регистр трубопровода.	`NS`, количество секций (на стороне ввода).

Свойства фильтра HDL

AddPipelineRegisters

Вставка регистра трубопровода между этапами вычислений в фильтр. См. также AddPipelineRegists (кодер HDL).

Свойства блока 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: `0`. Дополнительные сведения см. в разделе ConstrainedOutputPipeline (кодер HDL).
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: `0`. Дополнительные сведения см. в разделе InputPipeline (кодер HDL).
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: `0`. Дополнительные сведения см. в разделе Выходной конвейер (кодер HDL).

Ограничения

Векторные и кадровые входы не поддерживаются для генерации кода HDL.
При выборе параметров диалогового окна опция «Фильтровать структуру» Zero-latency interpolator не поддерживается для генерации кода HDL. В раскрывающемся списке «Структура фильтра» выберите Interpolator.
При использовании AddPipelineRegists задержки параллельных путей не выравниваются автоматически. При необходимости добавьте задержки вручную.

Преобразование с фиксированной точкой
Проектирование и моделирование систем с фиксированной точкой с помощью Designer™ с фиксированной точкой.

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.

См. также

Представлен до R2006a

Документация

Интерполяция CIC

Описание

Порты

Вход

Port_1 - Входной сигнал вектор | матрица

Продукция

Port_1 - Интерполированный выход CIC вектор | матрица

Параметры

Coefficient source - Источник информации о фильтре Dialog parameters (по умолчанию) | Filter object

Interpolation factor (R) - Коэффициент интерполяции 2 (по умолчанию) | целое число

Зависимости

Differential Delay (M) - Дифференциальная задержка 1 (по умолчанию) | положительное целое число

Зависимости

Number of sections (N) - Количество секций фильтра 2 (по умолчанию) | положительное целое число

Зависимости

Data type specification mode - Укажите длину слова и длину дроби секций фильтра и выходных данных Full precision (по умолчанию) | Minimum section word lengths | Specify word lengths | Binary point scaling

Зависимости

Section word lengths - Длина слов секций фильтра [16 16 16 16] (по умолчанию) | скаляр | вектор строки

Зависимости

Section fraction lengths - Фракционная длина секций фильтра 0 (по умолчанию) | целое число

Зависимости

Output word length - Длина слова выхода фильтра 32 (по умолчанию) | целое число

Зависимости

Output fraction length - Длина фракции на выходе фильтра 0 (по умолчанию) | целое число

Зависимости

Input processing - Метод ввода обработки Columns as channels (frame based) (по умолчанию) | Elements as channels (sample based)

Rate options - Правило обработки ставок Enforce single-rate processing (по умолчанию) | Allow multirate processing

Filter object - Объект многоскоростного фильтра dsp.CICInterpolator System object

Зависимости

View Filter Response - Просмотр ответа фильтра кнопка

Характеристики блока

Подробнее

Фильтр CIC

Алгоритмы

Фильтр интерполяции CIC

Ссылки

Расширенные возможности

Создание кода C/C + + Создайте код C и C++ с помощью Simulink ® Coder™

Создание кода HDL Создание кода Verilog и VHDL для проектов FPGA и ASIC с использованием Coder™ HDL.

Преобразование с фиксированной точкой Проектирование и моделирование систем с фиксированной точкой с помощью Designer™ с фиксированной точкой.

См. также

Функции

Объекты

Блоки

Документация по системной панели инструментов DSP

Поддержка

`Port_1` - Входной сигнал
вектор | матрица

`Port_1` - Интерполированный выход CIC
вектор | матрица

`Coefficient source` - Источник информации о фильтре
`Dialog parameters` (по умолчанию) | `Filter object`

`Interpolation factor (R)` - Коэффициент интерполяции
`2` (по умолчанию) | целое число

`Differential Delay (M)` - Дифференциальная задержка
`1` (по умолчанию) | положительное целое число

`Number of sections (N)` - Количество секций фильтра
`2` (по умолчанию) | положительное целое число

`Data type specification mode` - Укажите длину слова и длину дроби секций фильтра и выходных данных
`Full precision` (по умолчанию) | `Minimum section word lengths` | `Specify word lengths` | `Binary point scaling`

`Section word lengths` - Длина слов секций фильтра
[`16 16 16 16`] (по умолчанию) | скаляр | вектор строки

`Section fraction lengths` - Фракционная длина секций фильтра
`0` (по умолчанию) | целое число

`Output word length` - Длина слова выхода фильтра
`32` (по умолчанию) | целое число

`Output fraction length` - Длина фракции на выходе фильтра
`0` (по умолчанию) | целое число

`Input processing` - Метод ввода обработки
`Columns as channels (frame based)` (по умолчанию) | `Elements as channels (sample based)`

`Rate options` - Правило обработки ставок
`Enforce single-rate processing` (по умолчанию) | `Allow multirate processing`

`Filter object` - Объект многоскоростного фильтра
`dsp.CICInterpolator System object`

`View Filter Response` - Просмотр ответа фильтра
кнопка

Создание кода C/C + +
Создайте код C и C++ с помощью Simulink ® Coder™

Создание кода HDL
Создание кода Verilog и VHDL для проектов FPGA и ASIC с использованием Coder™ HDL.

Преобразование с фиксированной точкой
Проектирование и моделирование систем с фиксированной точкой с помощью Designer™ с фиксированной точкой.