Создание каскада объектов фильтра System
dsp.FilterCascade объект создает многоступенчатую системную object™, которая обеспечивает каскадирование объектов фильтра System, задержек и скалярного усиления. Этот объект работает аналогично cascade функция. Тем не менее, cascade функция не поддерживает задержку как ступень фильтра.
Вы можете пройти dsp.FilterCascade Системный объект как этап к другому dsp.FilterCascade Системный объект. Вы также можете пройти dsp.FilterCascade Системный объект как вход в cascade функция.
При вызове объекта размер, тип данных и сложность входного сигнала должны поддерживаться всеми каскадами в каскаде фильтров. Этот объект поддерживает сигналы переменного размера, если каскады фильтра в объекте поддерживают сигналы переменного размера.
Для фильтрации сигнала каскадом фильтров:
Создать dsp.FilterCascade и задайте его свойства.
Вызовите объект с аргументами, как если бы это была функция.
Дополнительные сведения о работе системных объектов см. в разделе Что такое системные объекты?.
Кроме того, можно создать функцию MATLAB ® из объекта каскада фильтров и вызвать эту функцию для фильтрации сигнала. Сгенерированная функция поддерживает генерацию кода C/C + +. Дополнительные сведения см. в разделеgenerateFilteringCode функция.
FC = dsp.FilterCascadeFC который имеет один этап, dsp.FIRFilter Системный объект со свойствами по умолчанию.
FC = dsp.FilterCascade(filt1,filt2,...,filtn)FC, с первым этапом, установленным на filt1, второй этап установлен в filt2и так далее. Каждый этап может быть объектом System фильтра, dsp.FilterCascade Системный объект, a dsp.Delay Системный объект или скалярное значение коэффициента усиления.
Например, создайте каскад фильтров, который включает в себя фильтр нижних частот, фильтр верхних частот и каскад усиления.
lpFilt = dsp.LowpassFilter('StopbandFrequency',15000,... 'PassbandFrequency',12000); hpFilt = dsp.HighpassFilter('StopbandFrequency',5000,... 'PassbandFrequency',8000); gain = 2; bpFilt = dsp.FilterCascade(lpFilt,hpFilt,2);
y = FC(x)x с использованием каскада фильтров, определенного в FC и возвращает отфильтрованные выходные данные y. Размер, тип данных и сложность входного сигнала должны поддерживаться всеми каскадами в каскаде фильтров. Этот объект поддерживает сигналы переменного размера, если каскады фильтра в объекте поддерживают сигналы переменного размера.
Чтобы использовать функцию объекта, укажите объект System в качестве первого входного аргумента. Например, для освобождения системных ресурсов объекта System с именем obj, используйте следующий синтаксис:
release(obj)
Примечание.Этот пример выполняется только в R2016b или более поздних версиях. При использовании более ранней версии замените каждый вызов функции эквивалентным step синтаксис. Например, myObject(x) становится step(myObject,x).
Проектирование полосового фильтра путем каскадирования:
Фильтр верхних частот с частотой стоп-полосы 5000 Гц и частотой полосы пропускания 8000 Гц
Фильтр нижних частот с частотой полосы пропускания 12000 Гц и частотой стоп-полосы 15000 Гц
Визуализация частотной характеристики с помощью fvtool.
lpFilt = dsp.LowpassFilter('StopbandFrequency',15000,... 'PassbandFrequency',12000); hpFilt = dsp.HighpassFilter('StopbandFrequency',5000,... 'PassbandFrequency',8000); bpFilt = dsp.FilterCascade(lpFilt,hpFilt); fvtool(bpFilt); legend('Bandpass filter');
Пропускают шумную синусоидальную волну в качестве входного сигнала полосового фильтра. Входной сигнал представляет собой сумму трех синусоидальных волн с частотами 3 кГц, 10 кГц и 15 кГц. Частота дискретизации составляет 48 кГц. Просмотрите входные данные и отфильтрованные выходные данные анализатора спектра.
Тональные сигналы с частотой 3 кГц и 15 кГц ослабляются, и тональный сигнал с частотой 10 кГц сохраняется полосовым фильтром.
Sine1 = dsp.SineWave('Frequency',3e3,'SampleRate',48e3,'SamplesPerFrame',6000); Sine2 = dsp.SineWave('Frequency',10e3,'SampleRate',48e3,'SamplesPerFrame',6000); Sine3 = dsp.SineWave('Frequency',15e3,'SampleRate',48e3,'SamplesPerFrame',6000); SpecAna = dsp.SpectrumAnalyzer('PlotAsTwoSidedSpectrum',false, ... 'SampleRate',Sine1.SampleRate, ... 'NumInputPorts',2,... 'ShowLegend',true, ... 'YLimits',[-160,60]); SpecAna.ChannelNames = {'Original noisy signal','Filtered signal'}; for i = 1:1000 x = Sine1() + Sine2() + Sine3() + 0.1.*randn(Sine1.SamplesPerFrame,1); y = bpFilt(x); SpecAna(x,y); end release(SpecAna)
Создайте прореживатель CIC. Каскадировать прореживатель с коэффициентом усиления.
cicdecim = dsp.CICDecimator('DecimationFactor',6,... 'NumSections',6); decimcasc = dsp.FilterCascade(cicdecim,1/gain(cicdecim));
Спроектируйте компенсационный прореживатель и каскадируйте его с каскадом фильтров, decimcasc. Эта операция включает в себя dsp.FilterCascade объект как этап в другом каскаде фильтров. Дециматор компенсации CIC имеет собственный коэффициент усиления, gain(cicdecim). Коэффициент 1/gain(cicdecim) из каскада прореживающих фильтров, decimcasc, компенсирует коэффициент усиления компенсационного фильтра.
fs = 16e3; % Sampling frequency of input of compensation decimator fPass = 4e3; % Passband frequency fStop = 4.5e3; % Stopband frequency ciccomp = dsp.CICCompensationDecimator(cicdecim,... 'DecimationFactor',2, ... 'PassbandFrequency',fPass, ... 'StopbandFrequency',fStop, ... 'SampleRate',fs); filtchain = dsp.FilterCascade(decimcasc,ciccomp);
Визуализация частотной характеристики каскада каскадов.
f = fvtool(decimcasc,ciccomp,filtchain,'Fs',[fs*6,fs,fs*6],... 'Arithmetic','fixed'); legend(f,'CIC Decimator','CIC Compensation Decimator',... 'Overall Response');
Спроектируйте двухступенчатый прореживатель с 100-Hz шириной перехода, 2-kHz частотой дискретизации и 60-dB затуханием в полосе останова. Прореживатель должен быть понижен в 4 раза.
decimSpec = fdesign.decimator(4,'Nyquist',4,'Tw,Ast',100,60,2000); filtCasc = design(decimSpec,'multistage','SystemObject',true);
Проверка проекта с помощью fvtool.
info(filtCasc)
ans =
'Discrete-Time Filter Cascade
----------------------------
Number of stages: 2
Stage1: dsp.FIRDecimator
-------
Discrete-Time FIR Multirate Filter (real)
-----------------------------------------
Filter Structure : Direct-Form FIR Polyphase Decimator
Decimation Factor : 2
Polyphase Length : 10
Filter Length : 19
Stable : Yes
Linear Phase : Yes (Type 1)
Arithmetic : double
Stage2: dsp.FIRDecimator
-------
Discrete-Time FIR Multirate Filter (real)
-----------------------------------------
Filter Structure : Direct-Form FIR Polyphase Decimator
Decimation Factor : 2
Polyphase Length : 18
Filter Length : 35
Stable : Yes
Linear Phase : Yes (Type 1)
Arithmetic : double
'
fvtool(filtCasc)
Создать код для фильтрации данных с помощью этой конструкции. Невозможно создать код C/C + + из dsp.FilterCascade непосредственно, но можно создать код C/C + + из созданной функции. Функция определяет этапы фильтра и вызывает их последовательно. Функция сохраняется в файле с именем myDecimator.m в текущем каталоге.
generateFilteringCode(filtCasc,'myDecimator');МойDecimator функция создает каскад фильтров и по очереди вызывает каждый объект рабочей области.
type myDecimatorfunction y = myDecimator(x)
%MYDECIMATOR Construct filter cascade and process each stage
% MATLAB Code
% Generated by MATLAB(R) 9.10 and DSP System Toolbox 9.12.
% Generated on: 21-Apr-2021 05:18:31
% To generate C/C++ code from this function use the codegen command.
% Type 'help codegen' for more information.
%#codegen
%% Construction
persistent filter1 filter2
if isempty(filter1)
filter1 = dsp.FIRDecimator( ...
'Numerator', [0.0021878514650437845 0 -0.010189095418136306 0 0.031140395225498115 0 -0.082785931644222821 0 0.30979571849010851 0.5 0.30979571849010851 0 -0.082785931644222821 0 0.031140395225498115 0 -0.010189095418136306 0 0.0021878514650437845]);
filter2 = dsp.FIRDecimator( ...
'Numerator', [0.0011555011750488237 0 -0.0027482166351233102 0 0.0057681982289523072 0 -0.010736374060960912 0 0.018592020073668478 0 -0.031093723586671229 0 0.052603914610235683 0 -0.099130756073130377 0 0.31592697826202448 0.5 0.31592697826202448 0 -0.099130756073130377 0 0.052603914610235683 0 -0.031093723586671229 0 0.018592020073668478 0 -0.010736374060960912 0 0.0057681982289523072 0 -0.0027482166351233102 0 0.0011555011750488237]);
end
%% Process
y1 = filter1( x );
y = filter2( y1);