Преобразование частоты дискретизации звукового сигнала с 44,1 кГц (качество CD) в 96 кГц (качество DVD).

Примечание.При использовании R2016a или более ранней версии замените каждый вызов объекта эквивалентным step синтаксис. Например, obj(x) становится step(obj,x).

Примечание: dsp.AudioFileWriter Системная object™ не поддерживается в MATLAB Online.

fs1 = 44.1e3;
fs2 = 96e3;

SRC = dsp.SampleRateConverter('Bandwidth',40e3,...
    'InputSampleRate',fs1,'OutputSampleRate',fs2);

[L,M] = getRateChangeFactors(SRC);
FrameSize = 10*M;

AR = dsp.AudioFileReader('guitar10min.ogg', ...
    'SamplesPerFrame',FrameSize);
AW = dsp.AudioFileWriter('guitar10min_96k.wav', ...
    'SampleRate',fs2);

Запустите систему для 15 с. Деблокируйте все объекты.

tic
while toc < 15
    x = AR();
    y = SRC(x);
    AW(y);
end

release(AR);
release(AW);
release(SRC);

Постройте график входных и выходных сигналов. Используйте различный набор осей для каждого сигнала. Сдвиньте выходной сигнал, чтобы компенсировать задержку, введенную фильтром.

t1 = 0:1/fs1:1/30-1/fs1;
t2 = 0:1/fs2:1/30-1/fs2;

delay = 114;

el1 = 1:length(t1)-delay;

el2 = 1:length(t2);
el2(1:delay) = [];

subplot(2,1,1)
plot(t1(1:length(el1)),x(el1,1))
hold on
plot(t1(1:length(el1)),x(el1,2))
title('Input')

subplot(2,1,2)
plot(t2(1:length(el2)),y(el2,1))
hold on
plot(t2(1:length(el2)),y(el2,2))
xlabel('Time (s)')
title('Output')

Увеличьте изображение, чтобы увидеть разницу в частотах выборки. Используйте различный набор осей для каждого канала.

figure

subplot(2,1,1)
plot(t1(1:length(el1)),x(el1,1),'o-')
hold on
plot(t2(1:length(el2)),y(el2,1),'d--')
xlim([0.01 0.0103])
title('First channel')

subplot(2,1,2)
plot(t1(1:length(el1)),x(el1,2),'o-')
hold on
plot(t2(1:length(el2)),y(el2,2),'d--')
xlim([0.01 0.0103])
xlabel('Time (s)')
title('Second channel')

Выходной сигнал аналого-цифрового преобразователя дискретизируется на 98,304 МГц. Сигнал имеет ширину полосы 20 МГц. Уменьшите частоту дискретизации сигнала до 22 МГц, что соответствует полосе пропускания каналов 802.11. Выполните точное преобразование, а затем повторите его с допуском выходной скорости 1%.

SRC1 = dsp.SampleRateConverter('Bandwidth',20e6, ...
    'InputSampleRate',98.304e6,'OutputSampleRate',22e6, ...
    'OutputRateTolerance',0);
SRC2 = dsp.SampleRateConverter('Bandwidth',20e6, ...
    'InputSampleRate',98.304e6,'OutputSampleRate',22e6, ...
    'OutputRateTolerance',0.01);

Используйте cost способ определения стоимости каждого преобразования частоты выборки. Процесс нулевого допуска требует более чем в 500 раз больше коэффициентов, чем процесс 1%.

c1 = cost(SRC1)

c1 = struct with fields:
                  NumCoefficients: 84779
                        NumStates: 133
    MultiplicationsPerInputSample: 27.0422
          AdditionsPerInputSample: 26.0684

c2 = cost(SRC2)

c2 = struct with fields:
                  NumCoefficients: 150
                        NumStates: 127
    MultiplicationsPerInputSample: 22.6667
          AdditionsPerInputSample: 22.1111

Найдите целочисленные коэффициенты повышающей и понижающей дискретизации, используемые в каждом преобразовании.

[L1,M1] = getRateChangeFactors(SRC1)

L1 = 1375

M1 = 6144

[L2,M2] = getRateChangeFactors(SRC2)

L2 = 2

M2 = 9

Вычислите фактическую частоту дискретизации выходного сигнала, если преобразование частоты дискретизации имеет допуск 1%.

getActualOutputRate(SRC2)

ans = 2.1845e+07

Примечание.При использовании R2016a или более ранней версии замените каждый вызов объекта эквивалентным step синтаксис. Например, obj(x) становится step(obj,x).

Создайте многоступенчатый преобразователь частоты дискретизации со свойствами по умолчанию, соответствующими объединенным трем ступеням фильтра, используемым для преобразования от 192 кГц до 44,1 кГц. Определите его общие коэффициенты прореживания и интерполяции.

src = dsp.SampleRateConverter;

[L,M] = getRateChangeFactors(src);

Создайте двухканальный случайный сигнал. Укажите число выборок, равное коэффициенту прореживания. Вызовите объект дважды по сигналу.

x = randn(M,2);

y1 = src(x);
y2 = src(x);

no = all(y2==y1)

no = 1x2 logical array

   0   0

Выходные данные отличаются, поскольку внутренние состояния src изменились. Использовать reset для сброса преобразователя и повторного вызова преобразователя. Убедитесь, что выходные данные не изменились.

reset(src)

y3 = src(x);

yes = all(y3==y1)

yes = 1x2 logical array

   1   1

Создайте многоступенчатый преобразователь частоты дискретизации со свойствами по умолчанию, соответствующими объединенным трем ступеням фильтра, используемым для преобразования от 192 кГц до 44,1 кГц. Вычислите и отобразите частотную характеристику.

src = dsp.SampleRateConverter;
[H,f] = freqz(src);
plot(f,20*log10(abs(H)))

Вычислите и отобразите частотную характеристику в диапазоне от 20 Гц до 44,1 кГц.

f = 20:10:44.1e3;
[H,f] = freqz(src,f);
plot(f,20*log10(abs(H)))

Создать srcмногоступенчатый преобразователь частоты дискретизации со свойствами по умолчанию. src преобразует от 192 кГц до 44,1 кГц. Найдите отдельные фильтры, которые объединяются вместе для выполнения преобразования.

src = dsp.SampleRateConverter;
c = getFilters(src);

Визуализация частотной характеристики прореживателя, используемого на первом этапе процесса.

m = c.Stage1;

[h,w] = freqz(m);
plot(w/pi,20*log10(abs(h)))
xlabel('\omega / \pi')
ylabel('Magnitude (dB)')

Создайте многоступенчатый преобразователь частоты дискретизации со свойствами по умолчанию, соответствующими объединенным трем ступеням фильтра, используемым для преобразования от 192 кГц до 44,1 кГц.

src = dsp.SampleRateConverter

src = 
  dsp.SampleRateConverter with properties:

        InputSampleRate: 192000
       OutputSampleRate: 44100
    OutputRateTolerance: 0
              Bandwidth: 40000
    StopbandAttenuation: 80

Отображение информации о конструкции.

info(src)

ans = 
    'Overall Interpolation Factor    : 147
     Overall Decimation Factor       : 640
     Number of Filters               : 3
     Multiplications per Input Sample: 27.667188
     Number of Coefficients          : 8631
     Filters:                         
        Filter 1:
        dsp.FIRDecimator     - Decimation Factor   : 2 
        Filter 2:
        dsp.FIRDecimator     - Decimation Factor   : 2 
        Filter 3:
        dsp.FIRRateConverter - Interpolation Factor: 147
                             - Decimation Factor   : 160 
     '

Получить фактическую выходную частоту дискретизации для преобразования от 192 кГц до 44,1 кГц, если задан допуск 1%.

src = dsp.SampleRateConverter;
src.OutputRateTolerance = 0.01;
FsOut = getActualOutputRate(src)

FsOut = 4.4308e+04

Создать srcмногоступенчатый преобразователь частоты дискретизации со свойствами по умолчанию. src объединяет три ступени фильтра для преобразования от 192 кГц до 44,1 кГц. Определите его общие коэффициенты интерполяции и прореживания.

src = dsp.SampleRateConverter;
[L,M] = getRateChangeFactors(src)

L = 147

M = 640

Создайте многоступенчатый преобразователь частоты дискретизации со свойствами по умолчанию, соответствующими объединенным трем ступеням фильтра, используемым для преобразования от 192 кГц до 44,1 кГц. Визуализация этапов.

src = dsp.SampleRateConverter;
visualizeFilterStages(src)