Децимация РПИ

Фильтрация и понижение входного сигнала

Библиотека

Фильтрация/многоскоростные фильтры

dspmlti4

Описание

Блок децимации FIR выполняет повторную выборку векторных или матричных входных данных вдоль первого размера. Дециматор КИХ (как показано на схеме) концептуально состоит из сглаживающего КИХ-фильтра, за которым следует понижающая дискретизация. Для проектирования фильтра сглаживания FIR используйте designMultirateFIR функция.

Фильтр FIR фильтрует данные в каждом канале входного сигнала, используя фильтр FIR прямой формы. Блок понижающей дискретизации, который следует за ним, производит понижающую выборку каждого канала отфильтрованных данных путем отбрасывания M-1 последовательных выборок после каждой сохраненной выборки. M - указанное значение коэффициента прореживания. Результирующий дискретно-временной сигнал имеет частоту дискретизации, которая в 1/M раз больше исходной частоты дискретизации.

FIR decimator contains an anti-aliasing FIR filter followed by a downsampler.

Заметим, что алгоритм фактического блока реализует многофазную структуру, эффективный эквивалент объединенной системы, изображенной на диаграмме. Дополнительные сведения см. в разделе Алгоритмы.

Можно использовать блок децимации FIR внутри запускаемых подсистем, если для параметра Rate options установлено значение Enforce single-rate processing.

Этот блок поддерживает вход переменного размера. Это означает, что во время моделирования блока размер кадра (количество строк) может изменяться. Размеры выходного сигнала всегда равны размерам входного сигнала.

При определенных условиях этот блок также поддерживает генерацию кода SIMD. Дополнительные сведения см. в разделе Создание кода.

Задание коэффициентов фильтра

Чтобы задать коэффициенты фильтра, выберите режим, в котором должен работать блок децимации FIR. Выберите режим в поле группы Источник коэффициента.

Диалоговые параметры (Dialog parameters) - введите информацию о фильтре, такую как структура и коэффициенты, в диалоговом окне блока.
Входной порт (Input port) - указывает коэффициенты фильтра в качестве входных данных блока. Значения коэффициентов настраиваются (могут изменяться во время моделирования), а их свойства должны оставаться постоянными.
Объект Filter - укажите фильтр с помощью dsp.FIRDecimator object™ системы.
Автоматически (Auto) (по умолчанию) - выберите коэффициенты фильтра FIR Nyquist, предварительно определенные для коэффициента прореживания, заданного в диалоговом окне блока.

При выборе параметра Диалоговые параметры (Dialog parameters) используется параметр коэффициентов КИХ-фильтра для задания числительных коэффициентов передаточной функции Н (z) КИХ-фильтра.

$H (z)_{=}_{b0}^{+} b1z -_{1}^{+ .}$ .. + bNz − N

Можно создать вектор коэффициента КИХ-фильтра, b = [_b0, _b1,..., _bN], используя одну из функций проектирования DSP System Toolbox™ filter, таких какdesignMultirateFIR, firnyquist, firhalfband, firgr, или firceqrip.

Чтобы действовать как эффективный сглаживающий фильтр, коэффициенты обычно соответствуют фильтру нижних частот с нормированной частотой отсечения не больше 1/M, где М - коэффициент прореживания. Чтобы сконструировать такой фильтр, используйте designMultirateFIR функция.

Блок внутренне инициализирует все состояния фильтра как нулевые.

При выборе параметра «Автоматически» блок проектирует дециматор с коэффициентом прореживания, указанным в поле «Коэффициент прореживания». designMultirateFIR функция создает фильтр и возвращает коэффициенты, используемые блоком.

Дополнительные сведения о конструкции фильтра см. в разделе Orfanidis [2].

Обработка на основе кадров

При установке для параметра обработки ввода значения Columns as channels (frame based)блок выполняет повторную выборку каждого столбца входного сигнала с течением времени. В этом режиме блок может выполнять либо односкоростную, либо многоскоростную обработку. Можно использовать параметр «Параметры скорости», чтобы указать, как блок выполняет повторную выборку входных данных:

Если для параметра Rate options установлено значение Enforce single-rate processingвход и выход блока имеют одинаковую частоту дискретизации. Для прореживания выходного сигнала при сохранении входной частоты дискретизации блок производит повторную выборку данных в каждом столбце входного сигнала таким образом, чтобы размер кадра выходного сигнала (_Ko) в 1/M раз превышал размер входного сигнала (_Ko = _Ki/M).
В этом режиме размер входного кадра, _Ki, должен быть кратным коэффициенту прореживания, М.
Пример односкоростной децимации КИХ см. в примере 1 - Односкоростная обработка.
Если для параметра Rate options установлено значение Allow multirate processingвход и выход блока децимации КИХ имеют одинаковый размер, но частота дискретизации на выходе в М раз медленнее, чем на входе. В этом режиме блок обрабатывает входной сигнал матрицы _Ki-by-N как N независимых каналов. Блок прореживает каждый столбец входного сигнала с течением времени, сохраняя постоянный размер кадра (_Ki = Ko) и делая выходной период кадра _(Tfo) в M раз длиннее, чем входной период кадра _(Tfo = M _* Tfi).
Пример 2 - Многоскоростная обработка на основе кадров. Пример использования блока децимации FIR в этом режиме.

Обработка на основе проб

При установке для параметра обработки ввода значения Elements as channels (sample based)блок обрабатывает входной сигнал матрицы P-на-Q как P * Q независимые каналы и прореживает каждый канал во времени. Выходной период выборки _(Tso) в М раз больше, чем входной период выборки _(Tso = M _* Tsi), и входные и выходные размеры идентичны.

Время ожидания

При использовании блока децимации FIR в режиме обработки на основе выборки этот блок всегда имеет нулевую задержку. Задержка задания нуля означает, что блок распространяет первую отфильтрованную входную выборку (принятую в момент времени t = 0) как первую выходную выборку. Затем за первой выходной выборкой следуют отфильтрованные входные выборки M + 1, 2M + 1 и так далее.

При использовании блока децимации КИХ в режиме обработки на основе кадра с размером кадра, большим единицы, блок может проявлять задержку одного кадра. Случаи задержки одного кадра могут возникать, когда размер входного кадра больше единицы, и параметры Input processing и Rate options блока FIR Decimation задаются следующим образом:

Обработка входных данных = Columns as channels (frame based)
Параметры тарифа = Allow multirate processing

В случае задержки одного кадра можно определить значение первых выходных строк _Ki, установив параметр начальных условий выходного буфера. Значением по умолчанию параметра начальных условий выходного буфера является 0. Однако можно ввести матрицу, содержащую одно значение для каждого канала входа, или скалярное значение, применяемое ко всем каналам. Первая отфильтрованная входная выборка (первая отфильтрованная строка входной матрицы) появляется на выходе как выборка _Ki + 1. Затем за этим образцом следуют отфильтрованные входные образцы М + 1, 2М + 1 и так далее.

Примечание

Дополнительные сведения о задержках и режимах задания Simulink ® см. в разделах Избыточная алгоритмическая задержка (задержка задания) и Планирование и создание кода на основе времени (кодер Simulink).

Типы данных с фиксированной точкой

На следующей схеме показаны типы данных, используемые в блоке децимации FIR для сигналов с фиксированной точкой.

Можно задать коэффициенты, выходные данные продукта, накопители и типы выходных данных в диалоговом окне блока, как описано в разделе Диалоговое окно. Эта диаграмма показывает, что данные хранятся во входном буфере с тем же типом данных и масштабированием, что и входные данные. Блок сохраняет отфильтрованные данные и все начальные условия в выходном буфере, используя тип выходных данных и масштаб, заданные в диалоговом окне блока.

Когда, по меньшей мере, один из входных сигналов множителя является реальным, выходной сигнал множителя находится в виде выходных данных произведения. Когда оба входа множителя сложны, результат умножения находится в накопительном типе данных. Дополнительные сведения о комплексном умножении, выполняемом этим блоком, см. в разделе Типы данных умножения.

Примечание

Когда блок вводится с фиксированной точкой, все внутренние типы данных подписываются значениями с фиксированной точкой.

Примеры

Пример 1 - Односкоростная обработка

В модели ex_firdecimation_ref2 блок децимации КИХ прореживает одноканальный вход с размером кадра 64. Поскольку блок выполняет односкоростную обработку, а параметр коэффициента прореживания имеет значение 4, выходной сигнал блока децимации КИХ имеет размер кадра 16. Как показано на следующем рисунке, вход и выход блока децимации КИХ имеют одинаковую частоту дискретизации.

Пример 2 - Многоскоростная обработка на основе кадров

В модели ex_firdecimation_ref1 блок децимации КИХ прореживает одноканальный вход с периодом кадра в одну секунду. Поскольку блок выполняет многоскоростную обработку на основе кадров, а параметр коэффициента прореживания имеет значение 4, период кадра выходного сигнала равен 4 секунд. Как показано на следующем рисунке, вход и выход блока децимации КИХ имеют одинаковый размер кадра, но частота дискретизации выхода в четыре раза больше, чем у входа.

Пример 3

ex_polyphasedec модель иллюстрирует лежащие в основе полифазные реализации блока децимации FIR. Запустите модель и просмотрите результаты в области. Выходной сигнал блока децимации КИХ совпадает с выходным сигналом блока полифазного децимационного фильтра.

Пример 4

ex_mrf_nlp модель иллюстрирует использование блока децимации FIR в нескольких многоступенчатых многоскоростных фильтрах.

Диалоговое окно

Источник коэффициентов

Блок децимации FIR может работать в четырех различных режимах. Выберите режим в поле группы Источник коэффициента.

Параметры диалогового окна - введите информацию о фильтре, такую как структура и коэффициенты, в маске блока.
Входной порт (Input port) - указывает коэффициенты фильтра с помощью входного порта Num. Значение Num input port появляется при выборе опции Input port. Значения коэффициентов, полученные через Num, настраиваются (могут изменяться при моделировании), а их свойства должны оставаться постоянными.
Объект Filter - укажите фильтр с помощью dsp.FIRDecimator Системный объект.
Автоматически (Auto) (по умолчанию) - выберите коэффициенты фильтра Nyquist, заданного для коэффициента прореживания, заданного в диалоговом окне блока.

В диалоговом окне Блок децимации FIR (FIR Decimation block) отображаются различные элементы в зависимости от выбора параметров диалога, порта ввода, объекта фильтра или параметра «Авто» в поле группы «Источник коэффициента».

Определение характеристик фильтра в диалоговом окне

Главная панель диалогового окна Блок децимации КИХ (FIR Decimation Block) отображается следующим образом при выборе параметра «Параметры диалога» (Dialog parameters) в поле группы «Исходный коэффициент» (Coefficient source).

Коэффициенты КИХ-фильтра

Задайте коэффициенты фильтра КИХ нижних частот в степени убывания z. По умолчанию designMultirateFIR(1,2) вычисляет коэффициенты фильтра.

Коэффициент прореживания

Укажите целочисленный коэффициент M, на который следует уменьшить частоту дискретизации входной последовательности. Значение по умолчанию: 2.

Структура фильтра

Выберите, следует ли внедрять Direct form (по умолчанию) или Direct form transposed фильтр.

Обработка входных данных

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

Columns as channels (frame based) (по умолчанию) - при выборе этой опции блок обрабатывает каждый столбец ввода как отдельный канал.
Elements as channels (sample based) - При выборе этой опции блок обрабатывает каждый элемент ввода как отдельный канал.

Параметры тарифа

Укажите метод, с помощью которого блок должен прореживать входные данные. Можно выбрать один из следующих вариантов:

Enforce single-rate processing (по умолчанию) - при выборе этой опции блок поддерживает частоту входных выборок и прореживает сигнал, уменьшая размер выходного кадра на коэффициент M. Чтобы выбрать эту опцию, необходимо установить для параметра Input processing значение Columns as channels (frame based).
Allow multirate processing - При выборе этой опции блок прореживает сигнал таким образом, что выходная частота дискретизации в М раз медленнее, чем входная частота дискретизации.

Исходные условия выходного буфера

В случае задержки одного кадра этот параметр задает выход блока до тех пор, пока не будет доступна первая отфильтрованная входная выборка. Значение этого параметра по умолчанию: 0, но можно ввести матрицу, содержащую одно значение для каждого канала, или скалярное значение, применяемое ко всем каналам сигнала. Этот параметр появляется только при конфигурировании блока для выполнения многоскоростной обработки.

Дополнительные сведения о задержке в блоке децимации FIR см. в разделе Задержка.

Просмотр ответа фильтра

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.

Панель Типы данных (Data Types) диалогового окна Блок децимации FIR (FIR Decimation block) отображается следующим образом при выборе параметра Диалоговые параметры (Dialog parameters) в поле Группа источников коэффициентов (Coefficient source).

Режим округления

Выберите режим округления для операций с фиксированной точкой. Значение по умолчанию: Floor. Коэффициенты фильтра не подчиняются этому параметру; они всегда округляются до Nearest.

Примечание

Параметры Режим округления (Rounding mode) и Сатурат (Saturate) при переполнении целых чисел не влияют на числовые результаты при наличии всех следующих условий:

Выход продукта: Inherit: Inherit via internal rule
Аккумулятор - Inherit: Inherit via internal rule
Вывод: Inherit: Same as accumulator

С этими настройками типа данных блок эффективно работает в режиме полной точности.

Насыщение при целочисленном переполнении

При 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.

Примечание

Режим Округления (Rounding) и Насыщение (Saturate) для параметров переполнения целых чисел не влияют на числовые результаты при выполнении всех этих условий:

Тип выходных данных продукта: Inherit: Inherit via internal rule.
Тип данных аккумулятора: Inherit: Inherit via internal rule.

С этими настройками типа данных блок работает в режиме полной точности.

Коэффициенты

Укажите тип данных коэффициентов. Примеры использования типа данных коэффициентов в этом блоке приведены в разделах Типы данных с фиксированной точкой и Типы данных умножения. Можно установить для него значение:

Правило, наследующее тип данных, например: Inherit: Same word length as input
Выражение, которое вычисляет допустимый тип данных, например: fixdt(1,16,0)

Нажмите кнопку Show data type assistant (Показать помощник по типам данных) для отображения помощника по типам данных, который поможет задать параметр Coefficients (Коэффициенты).

Дополнительные сведения см. в разделе Определение типов данных с помощью помощника по типам данных (Simulink).

Минимальные коэффициенты

Укажите минимальное значение коэффициентов фильтра. Значение по умолчанию: [] (не указано). Программное обеспечение Simulink использует это значение для выполнения следующих действий:

Автоматическое масштабирование типов данных с фиксированной точкой

Максимальные коэффициенты

Укажите максимальное значение коэффициентов фильтра. Значение по умолчанию: [] (не указано). Программное обеспечение Simulink использует это значение для выполнения следующих действий:

Автоматическое масштабирование типов данных с фиксированной точкой

Выход продукта

Укажите тип выходных данных продукта. Примеры использования типа выходных данных продукта в этом блоке приведены в разделах Типы данных с фиксированной точкой и Типы данных умножения. Можно установить для него значение:

Правило, наследующее тип данных, например: Inherit: Inherit via internal rule. Дополнительные сведения об этом правиле см. в разделе Наследование через внутреннее правило.
Выражение, которое вычисляет допустимый тип данных, например: fixdt(1,16,0)

Нажмите кнопку Show data type assistant (Показать помощник по типам данных), чтобы отобразить помощник по типам данных, который помогает задать параметр вывода продукта.

Дополнительные сведения см. в разделе Определение типов данных с помощью помощника по типам данных (Simulink).

Аккумулятор

Укажите тип данных накопителя. Примеры использования типа данных накопителя в этом блоке приведены в разделе Типы данных с фиксированной точкой. Для этого параметра можно установить значение:

Правило, наследующее тип данных, например: Inherit: Inherit via internal rule. Дополнительные сведения об этом правиле см. в разделе Наследование через внутреннее правило.
Выражение, которое вычисляет допустимый тип данных, например: fixdt(1,16,0)

Нажмите кнопку Show data type assistant (Показать помощник по типам данных) для отображения помощника по типам данных, который поможет установить параметр Accumulator.

Дополнительные сведения см. в разделе Определение типов данных с помощью помощника по типам данных (Simulink).

Продукция

Укажите тип выходных данных. Примеры использования типа выходных данных в этом блоке приведены в разделе «Типы данных с фиксированной точкой». Можно установить для него значение:

Правило, наследующее тип данных, например: Inherit: Same as accumulator
Выражение, которое вычисляет допустимый тип данных, например: fixdt(1,16,0)

Нажмите кнопку Show data type assistant (Показать помощник по типам данных) для отображения помощника по типам данных, который поможет задать параметр Output (Вывод).

Для получения дополнительной информации см. раздел Типы данных управляющих сигналов (Simulink).

Минимальный выходной сигнал

Укажите минимальное значение, которое должен выводить блок. Значение по умолчанию: [] (не указано). Программное обеспечение Simulink использует это значение для выполнения следующих действий:

Проверка диапазона моделирования (см. раздел Определение диапазонов сигналов (Simulink))
Автоматическое масштабирование типов данных с фиксированной точкой

Максимальное выходное значение

Укажите максимальное значение, которое должен выводить блок. Значение по умолчанию: [] (не указано). Программное обеспечение Simulink использует это значение для выполнения следующих действий:

Проверка диапазона моделирования (см. раздел Определение диапазонов сигналов (Simulink))
Автоматическое масштабирование типов данных с фиксированной точкой

Блокировка параметров типа данных от изменений с помощью инструментов с фиксированной точкой

Выберите этот параметр, чтобы инструменты с фиксированной точкой не переопределяли типы данных, заданные в маске блока.

Предоставление коэффициентов фильтра через входной порт

Главная панель диалогового окна Блок децимации КИХ (FIR Decimation Block) отображается следующим образом при выборе параметра Порт ввода (Input port) в поле Группа источников коэффициентов (Coefficient source).

Коэффициент прореживания

Структура фильтра

Выберите, следует ли внедрять Direct form (по умолчанию) или Direct form transposed фильтр.

Обработка входных данных

Columns as channels (frame based) (по умолчанию) - при выборе этой опции блок обрабатывает каждый столбец ввода как отдельный канал.
Elements as channels (sample based) - При выборе этой опции блок обрабатывает каждый элемент ввода как отдельный канал.

Параметры тарифа

Enforce single-rate processing (по умолчанию) - при выборе этой опции блок поддерживает частоту входных выборок и прореживает сигнал, уменьшая размер выходного кадра на коэффициент M. Чтобы выбрать эту опцию, необходимо установить для параметра Input processing значение Columns as channels (frame based).
Allow multirate processing - При выборе этой опции блок прореживает сигнал таким образом, что выходная частота дискретизации в М раз медленнее, чем входная частота дискретизации.

Исходные условия выходного буфера

Дополнительные сведения о задержке в блоке децимации FIR см. в разделе Задержка.

Панель Типы данных (Data Types) диалогового окна Блок децимации FIR (FIR Decimation block) отображается следующим образом при выборе параметра Входной порт (Input port) в поле Группа источников коэффициентов (Coefficient source).

Режим округления

Примечание

Выход продукта: Inherit: Inherit via internal rule
Аккумулятор - Inherit: Inherit via internal rule
Вывод: Inherit: Same as accumulator

С этими настройками типа данных блок эффективно работает в режиме полной точности.

Насыщение при целочисленном переполнении

Если этот флажок установлен, блок насыщает результат операции с фиксированной точкой. При снятии этого флажка блок переносит результат операции с фиксированной точкой. По умолчанию этот флажок снят. Для получения подробной информации о saturate и wrap, см. режим переполнения для операций с фиксированной точкой. Коэффициенты фильтра не подчиняются этому параметру; они всегда насыщены.

Выход продукта

Правило, наследующее тип данных, например: Inherit: Inherit via internal rule. Дополнительные сведения об этом правиле см. в разделе Наследование через внутреннее правило.
Выражение, которое вычисляет допустимый тип данных, например: fixdt(1,16,0)

Дополнительные сведения см. в разделе Определение типов данных с помощью помощника по типам данных (Simulink).

Аккумулятор

Правило, наследующее тип данных, например: Inherit: Inherit via internal rule. Дополнительные сведения об этом правиле см. в разделе Наследование через внутреннее правило.
Выражение, которое вычисляет допустимый тип данных, например: fixdt(1,16,0)

Дополнительные сведения см. в разделе Определение типов данных с помощью помощника по типам данных (Simulink).

Продукция

Правило, наследующее тип данных, например: Inherit: Same as accumulator
Выражение, которое вычисляет допустимый тип данных, например: fixdt(1,16,0)

Для получения дополнительной информации см. раздел Типы данных управляющих сигналов (Simulink).

Минимальный выходной сигнал

Проверка диапазона моделирования (см. раздел Определение диапазонов сигналов (Simulink))
Автоматическое масштабирование типов данных с фиксированной точкой

Максимальное выходное значение

Проверка диапазона моделирования (см. раздел Определение диапазонов сигналов (Simulink))
Автоматическое масштабирование типов данных с фиксированной точкой

Блокировка параметров типа данных от изменений с помощью инструментов с фиксированной точкой

Укажите объект многоскоростного фильтра

Главная панель диалогового окна Блок децимации КИХ (FIR Decimation Block) отображается следующим образом при выборе пункта Объект фильтра (Filter object) в поле Группа источников коэффициентов (Coefficient source).

Объект фильтра

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

Обработка входных данных

Columns as channels (frame based) (по умолчанию) - при выборе этой опции блок обрабатывает каждый столбец ввода как отдельный канал.
Elements as channels (sample based) - При выборе этой опции блок обрабатывает каждый элемент ввода как отдельный канал.

Параметры тарифа

Enforce single-rate processing (по умолчанию) - при выборе этой опции блок поддерживает частоту входных выборок и прореживает сигнал, уменьшая размер выходного кадра на коэффициент M. Чтобы выбрать эту опцию, необходимо установить для параметра Input processing значение Columns as channels (frame based).
Allow multirate processing - При выборе этой опции блок прореживает сигнал таким образом, что выходная частота дискретизации в М раз медленнее, чем входная частота дискретизации.

Исходные условия выходного буфера

Дополнительные сведения о задержке в блоке децимации FIR см. в разделе Задержка.

Просмотр ответа фильтра

Эта кнопка открывает инструмент визуализации фильтра (fvtool) из продукта панели инструментов обработки сигналов и отображает отклик фильтра объекта System, указанного в параметре объекта Filter. 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.

Панель Типы данных (Data Types) диалогового окна Блок децимации FIR (FIR Decimation block) отображается следующим образом при выборе пункта Фильтровать объект (Filter object) в поле Группа источников коэффициентов (Coefficient source).

Параметры с фиксированной точкой объекта фильтра, указанные на главной панели, отображаются на панели «Типы данных». Эти параметры нельзя изменить непосредственно на маске блока. Чтобы изменить параметры фиксированной точки, отредактируйте объект фильтра напрямую.

Дополнительные сведения о системных объектах см. в разделе Что такое системные объекты?.

Выбрать коэффициенты фильтра автоматически

Если в группе «Источник коэффициентов» выбрать значение «Авто», блок автоматически выберет коэффициенты фильтра. Дополнительные сведения о алгоритме проектирования фильтра, используемом блоком, см. в разделе Задание коэффициентов фильтра.

Главная панель диалогового окна Блок децимации КИХ (FIR Decimation Block) отображается следующим образом при выборе опции Авто (Auto) в поле Группа источников коэффициентов (Coefficient source).

Коэффициент прореживания

Структура фильтра

Выберите, следует ли внедрять Direct form (по умолчанию) или Direct form transposed фильтр.

Обработка входных данных

Columns as channels (frame based) (по умолчанию) - при выборе этой опции блок обрабатывает каждый столбец ввода как отдельный канал.
Elements as channels (sample based) - При выборе этой опции блок обрабатывает каждый элемент ввода как отдельный канал.

Параметры тарифа

Enforce single-rate processing (по умолчанию) - при выборе этой опции блок поддерживает частоту входных выборок и прореживает сигнал, уменьшая размер выходного кадра на коэффициент M. Чтобы выбрать эту опцию, необходимо установить для параметра Input processing значение Columns as channels (frame based).
Allow multirate processing - При выборе этой опции блок прореживает сигнал таким образом, что выходная частота дискретизации в М раз медленнее, чем входная частота дискретизации.

Исходные условия выходного буфера

Дополнительные сведения о задержке в блоке децимации FIR см. в разделе Задержка.

Просмотр ответа фильтра

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

Панель Типы данных (Data Types) диалогового окна Блок децимации FIR (FIR Decimation block) отображается следующим образом при выборе опции Авто (Auto) в групповом поле Источник коэффициента (Coefficient source).

Режим округления

Примечание

Выход продукта: Inherit: Inherit via internal rule
Аккумулятор - Inherit: Inherit via internal rule
Вывод: Inherit: Same as accumulator

С этими настройками типа данных блок эффективно работает в режиме полной точности.

Насыщение при целочисленном переполнении

Коэффициенты

Правило, наследующее тип данных, например: Inherit: Same word length as input
Выражение, которое вычисляет допустимый тип данных, например: fixdt(1,16,0)

Дополнительные сведения см. в разделе Определение типов данных с помощью помощника по типам данных (Simulink).

Минимальные коэффициенты

Автоматическое масштабирование типов данных с фиксированной точкой

Максимальные коэффициенты

Автоматическое масштабирование типов данных с фиксированной точкой

Выход продукта

Правило, наследующее тип данных, например: Inherit: Inherit via internal rule. Дополнительные сведения об этом правиле см. в разделе Наследование через внутреннее правило.
Выражение, которое вычисляет допустимый тип данных, например: fixdt(1,16,0)

Дополнительные сведения см. в разделе Определение типов данных с помощью помощника по типам данных (Simulink).

Аккумулятор

Правило, наследующее тип данных, например: Inherit: Inherit via internal rule. Дополнительные сведения об этом правиле см. в разделе Наследование через внутреннее правило.
Выражение, которое вычисляет допустимый тип данных, например: fixdt(1,16,0)

Дополнительные сведения см. в разделе Определение типов данных с помощью помощника по типам данных (Simulink).

Продукция

Правило, наследующее тип данных, например: Inherit: Same as accumulator
Выражение, которое вычисляет допустимый тип данных, например: fixdt(1,16,0)

Для получения дополнительной информации см. раздел Типы данных управляющих сигналов (Simulink).

Минимальный выходной сигнал

Проверка диапазона моделирования (см. раздел Определение диапазонов сигналов (Simulink))
Автоматическое масштабирование типов данных с фиксированной точкой

Максимальное выходное значение

Проверка диапазона моделирования (см. раздел Определение диапазонов сигналов (Simulink))
Автоматическое масштабирование типов данных с фиксированной точкой

Блокировка параметров типа данных от изменений с помощью инструментов с фиксированной точкой

Ссылки

[1] Флиге, Н. Дж. Многоскоростная цифровая обработка сигналов: многоскоростные системы, банки фильтров, вейвлеты. Западный Сассекс, Англия: John Wiley & Sons, 1994.

[2] Орфанидис, Софокл Дж. Введение в обработку сигналов. Река Верхнее Седло, Нью-Джерси: Прентис-Холл, 1996.

Поддерживаемые типы данных

Порт	Поддерживаемые типы данных
Вход	Плавающая точка с двойной точностью Плавающая точка с одинарной точностью Фиксированная точка 8-, 16- и 32-разрядные целые числа со знаком 8-, 16- и 32-разрядные целые числа без знака
Продукция	Плавающая точка с двойной точностью Плавающая точка с одинарной точностью Фиксированная точка 8-, 16- и 32-разрядные целые числа со знаком 8-, 16- и 32-разрядные целые числа без знака

Подробнее

развернуть все

Многофазные субфильтры

Многофазная реализация дециматора КИХ разбивает импульсную характеристику низкочастотного КИХ-фильтра на М различных субфильтров, где М - коэффициент понижающей дискретизации или прореживания. Дополнительные сведения о полифазной реализации см. в разделе Алгоритмы.

Пусть h (n) обозначает импульсную характеристику КИХ-фильтра длиной N + 1 и x (n) входного сигнала. Прореживание выходного сигнала фильтра на коэффициент М эквивалентно свертке с пониженной дискретизацией:

$y (n)_{}^{} =∑l=0Nh (l) x ($ nM − l)

Ключом к эффективности многофазной фильтрации является то, что конкретные входные значения умножаются только на выбранные значения импульсной характеристики в свёртке с пониженной дискретизацией. Например, если M = 2, входные значения x (0), x (2), x (4),... объединяются только с коэффициентами фильтра h (0), h (2), h (4),... и входными значениями x (1), x (3), x (5),... объединяются только с коэффициентами фильтра h (1), h (3), h (5),.... Разбивая коэффициенты фильтра на два многофазных субфильтра, в свертке не выполняется никаких ненужных вычислений. Выходные сигналы сверток с многофазными субфильтрами перемежаются и суммируются для получения выходного сигнала фильтра.

Следующий код MATLAB демонстрирует, как создать два многофазных субфильтра для фильтра порядка 35 по умолчанию.

M = 2; 
Num = fir1(35,0.4);
FiltLength = length(Num);
Num = flipud(Num(:));

if (rem(FiltLength, M) ~= 0)
     nzeros = M - rem(FiltLength, M);
     Num = [zeros(nzeros,1); Num];  % Appending zeros
end

len = length(Num);
nrows = len / M;
PolyphaseFilt = flipud(reshape(Num, M, nrows).');

Столбцы PolyphaseFilt - субфильтры, содержащие две фазы фильтра в Num. Для общего коэффициента понижающей дискретизации, равного М, существуют М фаз и, следовательно, М субфильтров.

Алгоритмы

Децимационный фильтр КИХ эффективно реализуется с использованием полифазной структуры. Дополнительные сведения о многофазных фильтрах см. в разделе Многофазные субфильтры.

Для получения полифазной структуры начните с передаточной функции фильтра FIR:

$H (z)_{=}_{b0}^{+} b1z -_{1}^{+ .}$ .. + bNz − N

N + 1 - длина фильтра FIR.

Это уравнение можно изменить следующим образом:

$H (z) \begin{matrix} =_{} (_{}^{}_{}^{} b0+bMz−M+b2Mz−2M +_{.}^{} \\ ^{+bN-M+1z- (N-M+1))}_{} {+z−1}_{(}^{}_{}^{}_{b1+bM+1z−M+b2M+1z−2M + .}^{} \\ \begin{matrix} ^{+bN−M+2z− (N−M+1)) +}_{⋮z−}_{(M−1) (}^{}_{}^{}_{}^{bM−1+b2M−1z−M+b3M−1z−2M + .} \end{matrix} \end{matrix}$ +bNz− (N−M+1))

M - количество многофазных компонентов, и его значение равно указанному коэффициенту прореживания.

Это уравнение можно записать следующим образом:

$H (z)_{=}^{E0} (^{zM)}_{+} z^{} - 1E1 (^{zM) + .} ._{. +} z^{} -$ (M − 1) EM − 1 (zM)

_E0 (^zM), _E1 ⁽zM),..., _EM-1 ⁽zM) - полифазные компоненты КИХ-фильтра Н (z).

Концептуально децимационный фильтр КИХ содержит фильтр КИХ нижних частот, за которым следует понижающий фильтр.

Замените H (z) многофазным представлением.

Вот многоскоростная благородная идентичность для прореживания.

Применение благородного идентификатора для прореживания перемещает операцию понижающей дискретизации на перед операцией фильтрации. Это перемещение позволяет фильтровать сигнал с меньшей скоростью.

Можно заменить задержки и коэффициент прореживания на входе коммутатором. Переключатель запускается на первой ветви 0 и перемещается в направлении против часовой стрелки, как показано на этой диаграмме. Накопитель на выходе принимает обработанные входные выборки от каждой ветви полифазной структуры и накапливает эти обработанные выборки до тех пор, пока переключатель не перейдет к ветви 0. Когда коммутатор переходит в ветвь 0, накопитель выдает накопленное значение.

Когда доставляется первая входная выборка, коммутатор подает этот вход в ветвь 0, и прореживатель вычисляет первое выходное значение. По мере поступления большего количества входных выборок переключатель перемещается в направлении против часовой стрелки через ветви M − 1, M − 2 и вплоть до ветви 0, доставляя по одной выборке за раз в каждую ветвь. Когда коммутатор переходит в ветвь 0, прореживатель выводит следующий набор выходных значений. Этот процесс продолжается по мере поступления данных. Каждый раз, когда коммутатор приходит в ветвь 0, прореживатель выдает y [m]. Прореживатель эффективно выводит одну выборку на каждую M выборок, которые он получает. Следовательно, частота дискретизации на выходе фильтра децимации КИХ равна fs/M.

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.

Блок децимации FIR поддерживает создание кода SIMD с использованием технологии Intel AVX2 в следующих условиях:

Для структуры фильтра установлено значение Direct form.
Для обработки ввода установлено значение Columns as channels (frame based).
Для параметров скорости установлено значение Enforce single-rate processing.
Входной сигнал является действительным с действительными коэффициентами фильтра.
Входной сигнал является комплекснозначным с вещественными или комплексными коэффициентами фильтра.
Входной сигнал имеет тип данных single или double.

Технология SIMD значительно повышает производительность генерируемого кода.

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.

Для децимационного фильтра FIR с аппаратно понятными управляющими сигналами и имитацией задержки HDL в Simulink или для сложных данных со сложными коэффициентами вместо этого блока используйте блок FIR Decimation HDL Optimized.

Кодер HDL поддерживает параметры источника коэффициентов Параметры диалога, Объект фильтра или Авто. Программируемые коэффициенты не поддерживаются.

Поддержка ввода на основе кадров

Кодер HDL поддерживает использование векторных входов в блоки децимации FIR, где каждый элемент вектора представляет выборку во времени. Можно использовать входной вектор длиной до 512 выборок. Реализация на основе фреймов поддерживает типы входных и выходных данных с фиксированной точкой и использует внутренние типы данных с полной точностью. Выходные данные представляют собой вектор столбца уменьшенного размера, соответствующий коэффициенту прореживания. Можно использовать вещественные входные сигналы с вещественными коэффициентами, комплексные входные сигналы с вещественными коэффициентами или реальные входные сигналы с комплексными коэффициентами.

Подключите сигнал вектора столбца к входному порту блока децимации FIR.
Укажите обработку ввода как Columns as channels (frame based).
Задайте для параметров скорости значение Enforce single-rate processing.
Щелкните правой кнопкой мыши блок и откройте меню «Код HDL» > «Свойства блока HDL». Задайте для архитектуры значение Frame Based. Блок реализует параллельную архитектуру HDL. См. Архитектура на основе кадров (кодер HDL).

Оптимизация блоков

Для уменьшения площади или увеличения скорости блок FIR Decimator поддерживает оптимизацию на уровне блоков.

Щелкните правой кнопкой мыши блок или подсистему, чтобы открыть соответствующее диалоговое окно «Свойства HDL» и задать свойства оптимизации.

Последовательные архитектуры

Чтобы использовать оптимизации на уровне блоков для сокращения аппаратных ресурсов, установите для Architecture значение Fully Serial или Partly Serial. См. Архитектуры фильтров HDL (кодер HDL).

Если для блока дециматора FIR задан параметр SerivePartition, установите для параметра Filter structure значение Direct form. Direct form transposed структура не поддерживается последовательными архитектурами. Повторное использование накопителя не поддерживается для фильтров децимации FIR.

Распределенная арифметика

Чтобы минимизировать множители путем замены их на LUT и регистры сдвига, используйте реализацию фильтра распределенной арифметики (DA). См. раздел Распределенная арифметика для фильтров HDL (кодер HDL).

При выборе Distributed Arithmetic (DA) архитектура и использование DALUTPpartition и распределенных арифметических свойств DARadix, установка для структуры фильтра значения Direct form. Direct form transposed структура не поддерживается распределенной арифметикой.

Конвейерная обработка

Для повышения тактовой частоты используйте функцию AddPipelineRegists, чтобы использовать конвейерное дерево сумматоров, а не линейный сумматор по умолчанию. Этот параметр поддерживается для Direct form архитектура. Можно также указать количество ступеней трубопровода до и после множителей. См. Архитектуры фильтров HDL (кодер HDL).

Свойства фильтра 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 `csd` или `factored-csd`. Значение по умолчанию: `multipliers`, который сохраняет множители в ЛПВП. См. также CoeffMultipliers (кодер HDL).
DALUTPartition	Укажите распределенные арифметические частичные секции LUT как вектор размеров каждой секции. Сумма всех векторных элементов должна быть равна длине фильтра. Максимальный размер раздела - 12 отводов. Установите значение DALUTPpartition в скалярное значение, равное длине фильтра, чтобы создать код DA без разделов LUT. См. также DALUTPstittion (кодер HDL).
DARadix	Укажите, сколько распределенных арифметических сумм битов вычисляется параллельно. A DA радиус 8 (`2^3`) генерирует реализацию DA, которая вычисляет три суммы одновременно. Значение по умолчанию: `2^1`, которая генерирует полностью последовательную реализацию DA. См. также DARadix (кодер HDL).
MultiplierInputPipeline	Укажите количество ступеней трубопровода, добавляемых на входах умножителя фильтра. См. также Мультипликатор InputPipeline (кодер HDL).
MultiplierOutputPipeline	Укажите количество ступеней трубопровода, добавляемых на выходе умножителя фильтра. См. также Мультипликационный выходной конвейер (кодер HDL).
SerialPartition	Укажите разделы для реализаций частично последовательного или каскадно-последовательного фильтра как вектор длин каждого раздела. Для полной последовательной реализации задайте для этого параметра длину фильтра. См. также раздел SerurePartition (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

Необходимо установить начальные условия равными нулю. Генерация кода HDL не поддерживается для ненулевых начальных состояний.
При выборе параметра «Диалоговое окно» следующие параметры с фиксированной точкой не поддерживаются для создания кода HDL:
- Slope and Bias scaling
Параметры CoeffMultipliers поддерживаются только при использовании полностью параллельной архитектуры. При выборе последовательной архитектуры CoeffMultipliers скрывается в диалоговом окне «Свойства блока HDL».
Программируемые коэффициенты не поддерживаются.
Фильтры ввода на основе кадров не поддерживаются для:
- Переустановка и включение подсистем
- Комплексные входные сигналы с комплексными коэффициентами. Можно использовать либо комплексные входные сигналы и вещественные коэффициенты, либо комплексные коэффициенты и вещественные входные сигналы.
- Оптимизация совместного использования и потоковой передачи

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

См. также

Представлен до R2006a

Документация

Децимация РПИ

Библиотека

Описание

Задание коэффициентов фильтра

Обработка на основе кадров

Обработка на основе проб

Время ожидания

Типы данных с фиксированной точкой

Примеры

Пример 1 - Односкоростная обработка

Пример 2 - Многоскоростная обработка на основе кадров

Пример 3

Пример 4

Диалоговое окно

Источник коэффициентов

Ссылки

Поддерживаемые типы данных

Подробнее

Многофазные субфильтры

Алгоритмы

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

Документация

Децимация РПИ

Библиотека

Описание

Задание коэффициентов фильтра

Обработка на основе кадров

Обработка на основе проб

Время ожидания

Типы данных с фиксированной точкой

Примеры

Пример 1 - Односкоростная обработка

Пример 2 - Многоскоростная обработка на основе кадров

Пример 3

Пример 4

Диалоговое окно

Источник коэффициентов

Ссылки

Поддерживаемые типы данных

Подробнее

Многофазные субфильтры

Алгоритмы

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

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.