dsp.VariableBandwidthFIRFilter

Фильтр конечной импульсной характеристики переменной полосы пропускания

Описание

The dsp.VariableBandwidthFIRFilter объект фильтрует каждый канал входа с помощью реализаций конечной импульсной характеристики. Это происходит при наличии возможности настройки полосы пропускания.

Для фильтрации каждого канала входного входа:

Создайте dsp.VariableBandwidthFIRFilter Объекту и установите его свойства.
Вызывайте объект с аргументами, как будто это функция.

Дополнительные сведения о работе системных объектов см. в разделе «Что такое системные объекты?».

Создание

Синтаксис

vbw = dsp.VariableBandwidthFIRFilter

vbw = dsp.VariableBandwidthFIRFilter(Name,Value)

Описание

vbw = dsp.VariableBandwidthFIRFilter возвращает Системную object™, vbw, который независимо фильтрует каждый канал входа по последующим вызовам объекта. Частота отключения фильтра может быть настроена во время операции фильтрации. Фильтр конечной импульсной характеристики полосы пропускания разработан с помощью оконного метода.

пример

vbw = dsp.VariableBandwidthFIRFilter(Name,Value) возвращает переменную полосу пропускания конечной импульсной характеристики фильтра Системного объекта, vbw, с каждым набором свойств на заданное значение. Можно задать дополнительные аргументы пары "имя-значение" в любом порядке как (Name1,Value1,...,NameN,ValueN).

Свойства

расширить все

Если не указано иное, свойства являются нетронутыми, что означает, что вы не можете изменить их значения после вызова объекта. Объекты блокируются, когда вы вызываете их, и release функция разблокирует их.

Если свойство настраивается, можно изменить его значение в любой момент.

Для получения дополнительной информации об изменении значений свойств смотрите Разработку системы в MATLAB Использование Системных объектов.

`SampleRate` - Входная частота выборки
`44100` (по умолчанию) | положительная скалярная величина

Вход выборки частоты, заданная в виде положительной скалярной величины 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 конечной импульсной характеристики
`30` (по умолчанию) | положительное целое число

Задайте порядок конечной импульсной характеристики как положительный целочисленный скаляр. Это свойство не настраивается.

Типы данных: double | single

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

Задайте оконную функцию, используемую для разработки конечной импульсной характеристики, как одну из 'Hann' | 'Hamming' | 'Chebyshev' | 'Kaiser'. Это свойство не настраивается.

`KaiserWindowParameter` - параметр окна Кайзера
`0.5` (по умолчанию) | действительный скаляр

Задайте параметр окна Кайзера как действительный скаляр. Это свойство не настраивается.

Зависимости

Это свойство применяется, когда вы устанавливаете 'Window' свойство к 'Kaiser'.

Типы данных: double | single

`CutoffFrequency` - Частота отключения фильтра
`512` (по умолчанию) | положительная скалярная величина

Задайте частоту отключения фильтра в Гц как действительный, положительный скаляр, меньше, чем SampleRate/2.

Настраиваемый: Да

Зависимости

Это свойство применяется, если вы задаете FilterType свойство к 'Lowpass' или 'Highpass'.

Типы данных: double | single

`CenterFrequency` - Центральная частота фильтра
`11025` (по умолчанию) | положительная скалярная величина

Задайте центральную частоту фильтра в Гц как действительный, положительный скаляр, меньше SampleRate/2.

Настраиваемый: Да

Зависимости

Это свойство применяется, когда вы устанавливаете FilterType свойство к 'Bandpass' или 'Bandstop'.

Типы данных: double | single

`Bandwidth` - Пропускная способность фильтра
`7680` (по умолчанию) | положительная скалярная величина

Задайте пропускную способность фильтра в Hertz как действительный, положительный скаляр, меньше SampleRate/2.

Настраиваемый: Да

Зависимости

Это свойство применяется, если вы задаете FilterType свойство к 'Bandpass' или 'Bandstop'.

Типы данных: double | single

`SidelobeAttenuation` - затухание бокового окна Чебышева
`60` (по умолчанию) | положительная скалярная величина

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

Зависимости

Это свойство применяется, если вы задаете Window свойство к 'Chebyshev'.

Типы данных: double | single

Использование

Синтаксис

y = vbw(x)

Описание

пример

y = vbw(x) фильтрует входной сигнал x использование фильтра конечной импульсной характеристики пропускной способности переменной для создания выхода y. Объект фильтра конечной импульсной характеристики полосы пропускания работает на каждом канале, что означает, что объект фильтрует каждый столбец входного сигнала независимо при последовательных вызовах алгоритма.

Входные параметры

расширить все

`x` - Вход данных
вектор | матрица

Вход данных, заданный как вектор или матрица. Этот объект также принимает входы переменного размера. Когда объект заблокирован, можно изменить размер каждого входного канала, но вы не можете изменить количество каналов.

Типы данных: double | single
Поддержка комплексного числа: Да

Выходные аргументы

расширить все

`y` - Отфильтрованный выход
вектор | матрица

Отфильтрованный выход, возвращенный как вектор или матрица. Размер, тип данных и сложность выходного сигнала совпадают с размером входного сигнала.

Типы данных: double | single
Поддержка комплексного числа: Да

Функции объекта

Чтобы использовать функцию объекта, задайте системный объект в качестве первого входного параметра. Например, чтобы освободить системные ресурсы системного объекта с именем obj, используйте следующий синтаксис:

release(obj)

расширить все

Характерно для `dsp.VariableBandwidthFIRFilter`

`freqz`	Частотная характеристика фильтра в дискретном времени Системного объекта
`fvtool`	Визуализация частотной характеристики фильтров DSP
`impz`	Импульсная характеристика фильтра в дискретном времени Системного объекта
`info`	Информация о фильтре Системный объект
`coeffs`	Возвращает фильтрация коэффициентов системного объекта в структуре
`cost`	Оценка стоимости реализации фильтра Системный объект
`grpdelay`	Групповая задержка фильтра в дискретном времени Системного объекта

Общий для всех системных объектов

`step`	Запуск алгоритма системного объекта
`release`	Отпустите ресурсы и допустите изменения в значениях свойств системного объекта и входных характеристиках
`reset`	Сброс внутренних состояний Системного объекта

Примеры

свернуть все

Фильтрация через полосно-полосный конечная импульсная характеристика переменной ширины полосы пропускания

Открыть скрипт

Примечание.Этот пример выполняется только в R2016b или более поздней версии. Если вы используете более ранний релиз, замените каждый вызов функции на эквивалентный step синтаксис. Например, myObject (x) становится шагом (myObject, x).

В этом примере показано, как настроить центральную частоту и полосу пропускания конечной импульсной характеристики.

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

расширить все

Конечная импульсная характеристика

Все преобразования предполагают lowpass фильтр длины 2N + 1.

Lowpass - Lowpass

Рассмотрим идеальный lowpass кирпичный фильтр с нормализованной частотой среза Путем взятия обратного Дискретного Преобразования Фурье идеальной частотной характеристики и отсечения полученной последовательности к длине 2N + 1, импульсная характеристика:

$\begin{array}{l} f o r n = 0 \\ h_{L P} (n) = \frac{ω_{c}}{π} . w (0) \\ f o r 1 \leq |n| \leq N \\ h_{L P} (n) = \frac{\sin (ω_{c} n)}{π n} . w (n) \end{array}$

где w (n) - вектор окна. Коэффициенты lowpass фильтра настраиваются на новую частоту среза

$\begin{array}{l} f o r n = 0 \\ h_{L P} (n) = \frac{ω_{c 2}}{π} . ω (0) \\ f o r 1 \leq | n | \leq N \\ h_{L P} (n) = \frac{\sin (ω_{c 2} n)}{π n} . ω (n) \end{array}$

Не нужно пересчитывать окно каждый раз, когда вы настраиваете частоту отключения.

Lowpass to Highpass

Принимая lowpass-фильтр с нормированной частотой отсечения 6-dB, высокоскоростной фильтр с той же частотой отсечения может быть получен, принимая комплементарную частотную характеристику lowpass: _HHP (e^jω) = 1 - _ГЛП (e^jω)

Принимая обратное дискретное преобразование Фурье вышеописанной характеристики, получаем следующие коэффициенты фильтра верхних частот:

$\begin{array}{l} f o r n = 0 \\ h_{h p} (n) = 1 - h_{L P} (n) \\ f o r 1 \leq | n | \leq N \\ h_{h p} (n) = - h_{L P} (n) \end{array}$

Lowpass to Bandpass

Полосно-пропускающее, фильтрованное сосредоточенный на частоте _ω0, может быть получено, переместив ответ lowpass:

_HBP (e^jω) = _HLP (e^j(ω–ω₀) + _HLP (e^{j(ω–ω₀)})

Ширина полосы пропускания полученного полосно-пропускающего фильтра составляет ₂, как измерено между двумя частотами отключения полосно-пропускающего фильтра. Эквивалентные коэффициенты полосно-пропускающего фильтра тогда:

$\begin{array}{l} h_{B P} (n) = (e^{j ω_{0} n} + e^{- j ω_{0} n}) h_{L P} (n) \\ который может быть написан как: \\ h_{B P} (n) = 2 \cos (ω_{0} n) h_{L P} (n) \end{array}$

Lowpass to Bandstop

Мы можем преобразовать фильтр lowpass в полосно-заграждающий фильтр путем объединения преобразований highpass и bandpass. То есть сначала сделайте полосу пропускания фильтра путем сдвига lowpass отклика, а затем инвертируйте, чтобы получить полосно-заграждающую характеристику, центрированную на

_HBS (e^jω) = 1 - (_HLP (e^{j(ω–ω₀)}) + _HLP (e^j(ω+ω₀)))

Это приводит к следующим коэффициентам:

$\begin{array}{l} f o r n = 0 \\ h_{B S} (n) = 1 - 2 \cos (ω_{0} n) h_{L P} (n) \\ f o r 1 \leq | n | \leq N \\ h_{B S} (n) = - 2 \cos (ω_{0} n) h_{L P} (n) \end{array}$

Обобщенное преобразование

Преобразования, выделенные выше, могут быть объединены, чтобы преобразовать lowpass-фильтр в lowpass, highpass, bandpass или полосно-заграждающий фильтр с произвольными отключениями.

Например, чтобы преобразовать фильтр lowpass с сокращением _ωc1 к highpass с сокращением _ωc2, Вы сначала применяете преобразование от lowpass к lowpass, чтобы получить фильтр lowpass с сокращением _ωc2 и затем применить lowpass-to-highpass преобразование, чтобы получить highpass с сокращением _ωc2.

Чтобы получить полосно-пропускной фильтр с центральной частотой _и шириной полосы β, мы сначала применяем преобразование lowpass-to-lowpass, чтобы перейти от lowpass с отсечкой Такой же подход может быть применен к полосно-заграждающему фильтру.

Ссылки

[1] Jarske, P., Y. Нейво, и С. К. Митра, «Простой подход к проекту линейных фаз конечной импульсной характеристики цифровых фильтров с переменными характеристиками». Обработка сигналов. Том 14, выпуск 4, июнь 1988 года, стр. 313-326.

Расширенные возможности

Генерация кода C/C + +
Сгенерируйте код C и C++ с помощью Coder™ MATLAB ®

Указания и ограничения по применению:

Смотрите Системные объекты в Генерации кода MATLAB (MATLAB Coder).

Этот объект также поддерживает генерацию кода SIMD с помощью технологии Intel AVX2, когда входной сигнал имеет тип данных single или double.

Технология SIMD значительно повышает эффективность сгенерированного кода.

См. также

Введенный в R2014a

Документация

dsp.VariableBandwidthFIRFilter

Описание

Создание

Синтаксис

Описание

Свойства

SampleRate - Входная частота выборки 44100 (по умолчанию) | положительная скалярная величина

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

FilterOrder - Порядок конечной импульсной характеристики 30 (по умолчанию) | положительное целое число

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

KaiserWindowParameter - параметр окна Кайзера 0.5 (по умолчанию) | действительный скаляр

Зависимости

CutoffFrequency - Частота отключения фильтра 512 (по умолчанию) | положительная скалярная величина

Зависимости

CenterFrequency - Центральная частота фильтра 11025 (по умолчанию) | положительная скалярная величина

Зависимости

Bandwidth - Пропускная способность фильтра 7680 (по умолчанию) | положительная скалярная величина

Зависимости

SidelobeAttenuation - затухание бокового окна Чебышева 60 (по умолчанию) | положительная скалярная величина

Зависимости

Использование

Синтаксис

Описание

Входные параметры

x - Вход данных вектор | матрица

Выходные аргументы

y - Отфильтрованный выход вектор | матрица

Функции объекта

Характерно для dsp.VariableBandwidthFIRFilter

Общий для всех системных объектов

Примеры

Фильтрация через полосно-полосный конечная импульсная характеристика переменной ширины полосы пропускания

Алгоритмы

Конечная импульсная характеристика

Ссылки

Расширенные возможности

Генерация кода C/C + + Сгенерируйте код C и C++ с помощью Coder™ MATLAB ®

См. также

Функции

Объекты

Блоки

Темы

Документация DSP System Toolbox

Поддержка

`SampleRate` - Входная частота выборки
`44100` (по умолчанию) | положительная скалярная величина

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

`FilterOrder` - Порядок конечной импульсной характеристики
`30` (по умолчанию) | положительное целое число

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

`KaiserWindowParameter` - параметр окна Кайзера
`0.5` (по умолчанию) | действительный скаляр

`CutoffFrequency` - Частота отключения фильтра
`512` (по умолчанию) | положительная скалярная величина

`CenterFrequency` - Центральная частота фильтра
`11025` (по умолчанию) | положительная скалярная величина

`Bandwidth` - Пропускная способность фильтра
`7680` (по умолчанию) | положительная скалярная величина

`SidelobeAttenuation` - затухание бокового окна Чебышева
`60` (по умолчанию) | положительная скалярная величина

`x` - Вход данных
вектор | матрица

`y` - Отфильтрованный выход
вектор | матрица

Характерно для `dsp.VariableBandwidthFIRFilter`

Генерация кода C/C + +
Сгенерируйте код C и C++ с помощью Coder™ MATLAB ®