dsp. VariableBandwidthFIRFilter

Фильтр FIR с переменной полосой пропускания

Описание

dsp.VariableBandwidthFIRFilter объект фильтрует каждый канал входного сигнала с использованием реализаций фильтра FIR. Это происходит при наличии возможности настройки полосы пропускания.

Для фильтрации каждого канала входа:

Создать dsp.VariableBandwidthFIRFilter 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?.

Создание

Синтаксис

vbw = dsp. VariableBandwidthFIRFilter

vbw = dsp. VariiveBandwidthFIRFilter (имя, значение)

Описание

vbw = dsp.VariableBandwidthFIRFilter возвращает системное object™, vbw, который независимо фильтрует каждый канал ввода по последовательным вызовам объекта. Частота отсечки фильтра может быть настроена во время операции фильтрации. Фильтр FIR с переменной полосой пропускания разработан с использованием метода окна.

пример

vbw = dsp.VariableBandwidthFIRFilter(Name,Value) возвращает объект системы фильтра FIR с переменной пропускной способностью, vbw, каждое свойство имеет заданное значение. Можно указать дополнительные аргументы пары имя-значение в любом порядке как (Name1,Value1,...,NameN,ValueN).

Свойства

развернуть все

Если не указано иное, свойства не настраиваются, что означает невозможность изменения их значений после вызова объекта. Объекты блокируются при их вызове, и release функция разблокирует их.

Если свойство настраивается, его значение можно изменить в любое время.

Дополнительные сведения об изменении значений свойств см. в разделе Проектирование системы в MATLAB с использованием системных объектов.

`SampleRate` - Частота входных выборок
`44100` (по умолчанию) | положительный скаляр

Частота входных выборок, заданная как положительный скаляр в Гц. Это свойство не настраивается.

Типы данных: double | single

`FilterType` - Тип фильтра
`'Lowpass'` (по умолчанию) | `'Highpass'` | `'Bandpass'` | `'Bandstop'`

Укажите тип фильтра как один из 'Lowpass' | 'Highpass' | 'Bandpass' | 'Bandstop'. Это свойство не настраивается.

`FilterOrder` - Порядок фильтров FIR
`30` (по умолчанию) | положительное целое число

Укажите порядок фильтра FIR как положительный целочисленный скаляр. Это свойство не настраивается.

Типы данных: double | single

`Window` - Оконная функция
`'Hann'` (по умолчанию) | `'Hamming'` | `'Chebyshev'` | `'Kaiser'`

Укажите функцию окна, используемую для проектирования фильтра FIR, как одну из 'Hann' | 'Hamming' | 'Chebyshev' | 'Kaiser'. Это свойство не настраивается.

`KaiserWindowParameter` - Параметр окна Kaiser
`0.5` (по умолчанию) | вещественный скаляр

Укажите параметр окна Kaiser как действительный скаляр. Это свойство не настраивается.

Зависимости

Это свойство применяется при установке 'Window' свойство для 'Kaiser'.

Типы данных: double | single

`CutoffFrequency` - Частота отключения фильтра
`512` (по умолчанию) | положительный скаляр

Укажите частоту отсечки фильтра в Гц как действительный, положительный скаляр, меньший, чем SampleRate/2.

Настраиваемый: Да

Зависимости

Это свойство применяется, если задано значение FilterType свойство для 'Lowpass' или 'Highpass'.

Типы данных: double | single

`CenterFrequency` - Центральная частота фильтра
`11025` (по умолчанию) | положительный скаляр

Укажите центральную частоту фильтра в Гц как действительный, положительный скаляр, меньший, чем SampleRate/2.

Настраиваемый: Да

Зависимости

Это свойство применяется при установке FilterType свойство для 'Bandpass' или 'Bandstop'.

Типы данных: double | single

`Bandwidth` - Пропускная способность фильтра
`7680` (по умолчанию) | положительный скаляр

Укажите полосу пропускания фильтра в Герце как действительный, положительный скаляр, меньше, чем SampleRate/2.

Настраиваемый: Да

Зависимости

Это свойство применяется, если задано значение FilterType свойство для 'Bandpass' или 'Bandstop'.

Типы данных: double | single

`SidelobeAttenuation` - Затухание боковины окна Чебышёва
`60` (по умолчанию) | положительный скаляр

Задайте затухание окна Чебышева как действительный положительный скаляр в децибелах (дБ). Это свойство не настраивается.

Зависимости

Это свойство применяется, если задано значение Window свойство для 'Chebyshev'.

Типы данных: double | single

Использование

Синтаксис

y = vbw (x)

Описание

пример

y = vbw(x) фильтрация входного сигнала x использование фильтра FIR с переменной полосой пропускания для получения выходных данных y. Объект FIR-фильтра с переменной полосой пропускания работает на каждом канале, что означает, что объект фильтрует каждый столбец входного сигнала независимо по последовательным вызовам алгоритма.

Входные аргументы

развернуть все

`x` - Ввод данных
вектор | матрица

Ввод данных, заданный как вектор или матрица. Этот объект также принимает входные данные переменного размера. Как только объект заблокирован, можно изменить размер каждого входного канала, но нельзя изменить количество каналов.

Типы данных: double | single
Поддержка комплексного номера: Да

Выходные аргументы

развернуть все

`y` - Отфильтрованные выходные данные
вектор | матрица

Отфильтрованные выходные данные, возвращаемые в виде вектора или матрицы. Размер, тип данных и сложность выходного сигнала совпадают с размером входного сигнала.

Типы данных: double | single
Поддержка комплексного номера: Да

Функции объекта

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)

развернуть все

Специфично для `dsp.VariableBandwidthFIRFilter`

`freqz`	Частотная характеристика объекта системы дискретно-временного фильтра
`fvtool`	Визуализация частотной характеристики фильтров DSP
`impz`	Импульсная характеристика объекта системы дискретно-временного фильтра
`info`	Сведения об объекте filter System
`coeffs`	Возвращает коэффициенты объекта System фильтра в структуре
`cost`	Оценка затрат на внедрение фильтра Объект системы
`grpdelay`	Ответ групповой задержки объекта System дискретно-временного фильтра

Общие для всех системных объектов

`step`	Запустить алгоритм объекта System
`release`	Деблокирование ресурсов и разрешение изменений значений свойств объекта системы и входных признаков
`reset`	Сброс внутренних состояний объекта System

Примеры

свернуть все

Фильтрация через полосовой фильтр FIR с переменной полосой пропускания

Открыть сценарий

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 шагом (myObject, x).

В этом примере показано, как настроить центральную частоту и полосу пропускания фильтра FIR.

Fs = 44100; % Input sample rate
% Define a bandpass variable bandwidth FIR filter:
vbw = dsp.VariableBandwidthFIRFilter('FilterType','Bandpass',...
    'FilterOrder',100,...
    'SampleRate',Fs,...
    'CenterFrequency',1e4,...
    'Bandwidth',4e3);
tfe = dsp.TransferFunctionEstimator('FrequencyRange','onesided');
aplot = dsp.ArrayPlot('PlotType','Line',...
    'XOffset',0,...
    'YLimits',[-120 5], ...
    'SampleIncrement', 44100/1024,...
    'YLabel','Frequency Response (dB)',...
    'XLabel','Frequency (Hz)',...
    'Title','System Transfer Function');
FrameLength = 1024;
sine = dsp.SineWave('SamplesPerFrame',FrameLength);
for i=1:500
    % Generate input
    x = sine() + randn(FrameLength,1);
    % Pass input through the filter
    y = vbw(x);
    % Transfer function estimation
    h = tfe(x,y);
    % Plot transfer function
    aplot(20*log10(abs(h)))
    % Tune bandwidth and center frequency of the FIR filter
    if (i==250)
        vbw.CenterFrequency = 5000;
        vbw.Bandwidth = 2000;
    end
end

Алгоритмы

развернуть все

Преобразования FIR

Все преобразования предполагают фильтр нижних частот длиной 2N + 1.

От нижнего до нижнего

Рассмотрим идеальный фильтр из низкопроходной кирпичной стены с нормированной частотой отсечек _startc1. Принимая обратное дискретное преобразование Фурье идеальной частотной характеристики и отсекая результирующую последовательность до длины 2N + 1, импульсная характеристика равна:

$\begin{array}{l} для n = \\ _{} 0hLP (\frac{n_{)}}{} = ( \\ 0) для \\ _{} \frac{1≤|n|≤NhLP (_{n})}{=} sin \end{array}$ (

где w (n) - оконный вектор. Коэффициенты низкочастотного фильтра настраиваются на новую частоту отсечки, _как показано ниже :

$\begin{array}{l} для n = \\ _{} 0hLP (\frac{n_{)}}{= (} \\ 0) для 1 ≤ \\ |_{n} | \leq \frac{{NhLP}_{(} n)}{=} \sin \end{array}$ (

Нет необходимости пересчитывать окно каждый раз при настройке частоты отсечения.

Lowpass to Highpass

Предполагая фильтр нижних частот с нормализованной частотой отсечки 6-dB, фильтр верхних частот с такой же частотой отсечки может быть получен, взяв комплементарность частотной характеристики нижних частот: _HHP (^ejstart) = 1 - _HLP ^(ej

Принимая обратное дискретное преобразование Фурье вышеуказанного отклика, получаем следующие коэффициенты фильтра верхних частот:

$\begin{array}{l} для n = \\ _{} 0hp (n)_{=} 1 - \\ hLP (n) для \\ {1≤}_{|} n | \leq_{} Nhhp \end{array}$ (n) = − hLP (n)

От нижних до полосовых частот

Полосовой фильтр, центрированный на частоте _{λ 0}, может быть получен сдвигом отклика нижних частот:

_HBP (^ejλ) = _HLP ^{(ej (_{λ-λ 0}})) ₊ ^{HLP (ej (}λ-λ 0))

Ширина полосы пропускания получаемого полосового фильтра составляет _{2λ c}, измеренная между двумя частотами отсечки полосового фильтра. Эквивалентными коэффициентами полосового фильтра являются:

$\begin{array}{l} _{hBP} (n) =^{_{}}^{_{}}_{(ejω0n+e−jω0n)} \\ hLP (n) , который может быть \\ _{написан} as:hBP {(n)}_{}_{=2cos} \end{array}$ (ω0n) hLP (n)

Lowpass to Bandstop

Мы можем преобразовать фильтр нижних частот в полосовой фильтр, комбинируя преобразования верхних частот и полос пропускания. То есть сначала сделать полосой пропускания фильтр, сдвинув отклик нижних частот, а затем инвертировать, чтобы получить отклик полосы частот, центрированный на _{λ 0}.

_HBS (^ejλ) = 1 - (_HLP ^{(ej (_{λ-λ 0}})) ₊ ^{HLP (ej (}λ + λ 0)))

Это дает следующие коэффициенты:

$\begin{array}{l} для n = \\ _{} 0hBS (n) = 1 -_{}_{2cos} ( \\ group0n) hLP (n) для \\ _{1≤} | n | \leq_{} NhBS (_{n)} = \end{array}$ − 2cos (start0n) hLP (n)

Обобщенное преобразование

Преобразования, выделенные выше, могут быть объединены для преобразования фильтра нижних частот в фильтр нижних частот, верхних частот, полосовых частот или полосовых частот с произвольными отсечками.

Например, чтобы трансформировать фильтр нижних частот с отсечением, _в верхний с отсечением, сначала примените преобразование нижних частот в нижние, чтобы получить фильтр нижних частот с отсечением, а затем примените преобразование нижних частот в верхние, чтобы получить верхний с отсечением.

Для того, чтобы получить полосовой фильтр с центральной частотой _{λ 0} и полосой пропускания β, мы сначала применяем преобразование нижних частот в нижние, чтобы перейти от нижних частот с отсечкой _startc к нижним полосам с отсечкой β/2, а затем применяем преобразование нижних частот в полосы частот, чтобы получить нужный полосовой фильтр. Такой же подход может быть применен к полосовому фильтру.

Ссылки

[1] Ярске, П., Я. Нойво и С. К. Митра, «Простой подход к проектированию линейных фазовых КИХ цифровых фильтров с переменными характеристиками». Обработка сигналов. Том 14, выпуск 4, июнь 1988, стр. 313-326.

Расширенные возможности

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

Примечания и ограничения по использованию:

См. Системные объекты в создании кода MATLAB (кодер MATLAB).

Этот объект также поддерживает создание кода SIMD с использованием технологии Intel AVX2, если входной сигнал имеет тип данных single или double.

Технология SIMD значительно повышает производительность генерируемого кода.

См. также

Представлен в R2014a

Документация

dsp. VariableBandwidthFIRFilter

Описание

Создание

Синтаксис

Описание

Свойства

SampleRate - Частота входных выборок 44100 (по умолчанию) | положительный скаляр

FilterType - Тип фильтра 'Lowpass' (по умолчанию) | 'Highpass' | 'Bandpass' | 'Bandstop'

FilterOrder - Порядок фильтров FIR 30 (по умолчанию) | положительное целое число

Window - Оконная функция 'Hann' (по умолчанию) | 'Hamming' | 'Chebyshev' | 'Kaiser'

KaiserWindowParameter - Параметр окна Kaiser 0.5 (по умолчанию) | вещественный скаляр

Зависимости

CutoffFrequency - Частота отключения фильтра 512 (по умолчанию) | положительный скаляр

Зависимости

CenterFrequency - Центральная частота фильтра 11025 (по умолчанию) | положительный скаляр

Зависимости

Bandwidth - Пропускная способность фильтра 7680 (по умолчанию) | положительный скаляр

Зависимости

SidelobeAttenuation - Затухание боковины окна Чебышёва 60 (по умолчанию) | положительный скаляр

Зависимости

Использование

Синтаксис

Описание

Входные аргументы

x - Ввод данных вектор | матрица

Выходные аргументы

y - Отфильтрованные выходные данные вектор | матрица

Функции объекта

Специфично для dsp.VariableBandwidthFIRFilter

Общие для всех системных объектов

Примеры

Фильтрация через полосовой фильтр FIR с переменной полосой пропускания

Алгоритмы

Преобразования FIR

Ссылки

Расширенные возможности

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

См. также

Функции

Объекты

Блоки

Темы

Документация по системной панели инструментов DSP

Поддержка

`SampleRate` - Частота входных выборок
`44100` (по умолчанию) | положительный скаляр

`FilterType` - Тип фильтра
`'Lowpass'` (по умолчанию) | `'Highpass'` | `'Bandpass'` | `'Bandstop'`

`FilterOrder` - Порядок фильтров FIR
`30` (по умолчанию) | положительное целое число

`Window` - Оконная функция
`'Hann'` (по умолчанию) | `'Hamming'` | `'Chebyshev'` | `'Kaiser'`

`KaiserWindowParameter` - Параметр окна Kaiser
`0.5` (по умолчанию) | вещественный скаляр

`CutoffFrequency` - Частота отключения фильтра
`512` (по умолчанию) | положительный скаляр

`CenterFrequency` - Центральная частота фильтра
`11025` (по умолчанию) | положительный скаляр

`Bandwidth` - Пропускная способность фильтра
`7680` (по умолчанию) | положительный скаляр

`SidelobeAttenuation` - Затухание боковины окна Чебышёва
`60` (по умолчанию) | положительный скаляр

`x` - Ввод данных
вектор | матрица

`y` - Отфильтрованные выходные данные
вектор | матрица

Специфично для `dsp.VariableBandwidthFIRFilter`

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