Dyadic Analysis Filter Bank
Разложите сигналы на поддиапазоны с меньшими полосами и более медленными скоростями дискретизации или вычислите дискретное вейвлет (DWT)
Библиотека
Фильтрация/многомерные фильтры
dspmlti4
Описание
Примечание
Этот блок всегда интерпретирует входные сигналы как системы координат. Формат кадра входного сигнала должна быть кратной 2n, где n - значение параметра Number of levels. Блок разлагает входной сигнал либо на n + 1, либо на 2n поддиапазоны. Чтобы разложить сигналы с форматом кадра, который не является произведением 2n, используйте блок Two-Channel Analysis Subband Filter. (Можно соединить несколько копий блока Двухканальный фильтр поддиапазона анализа для создания многоуровневой группы диадических фильтров анализа.)
Можно сконфигурировать этот блок, чтобы вычислить Дискретное Преобразование Вейвлета (DWT) или разложить широкополосный сигнал на набор поддиапазонов с меньшей шириной полосы и более медленной частотой дискретизации. Блок использует серию фильтров highpass и lowpass конечной импульсной характеристики, чтобы неоднократно делить вход частотных областей значений, как показано в Вейвлет Filter Banks (Asymmetric one).
Можно задать фильтры highpass и lowpass банка фильтров путем предоставления векторов коэффициентов фильтра. Вы можете сделать это непосредственно на маске блока, или, если у вас есть лицензия Wavelet Toolbox™, можно задать основанные на вейвлете фильтры, выбрав вейвлет из параметра Filter. Необходимо задать асимметричную или симметричную структуру банка фильтров и указать количество уровней в банке фильтров.
Для того же входа строение DWT этого блока не дает тех же результатов, что и Wavelet Toolbox dwt функция. Поскольку DSP System Toolbox™ разработан для реализации в реальном времени, а Wavelet Toolbox предназначен для анализа, продукты обрабатывают граничные условия и состояния фильтра по-разному. Чтобы сделать выход dwt функция соответствует выход этого блока, выполните следующие шаги:
Установите граничное условие
dwtфункция к нулевому заполнению. Для этого введитеdwtmode('zpd')в MATLAB® командная строка.Чтобы соответствовать задержке блока (реализованной с помощью конечная импульсная характеристика), добавьте нули к входу
dwtфункция. Количество добавленных нулей должно быть равно половине длины фильтра.
Входные требования
Вход должен быть вектором или матрицей.
Размер входного кадра должен быть кратен 2n, где n количество уровней банка фильтров. Для примера формата кадра 16 было бы подходящим для трехуровневого дерева (16 кратно 23).
Блок всегда обрабатывает входные сигналы как системы координат и действует вдоль столбцов.
Для иллюстрации того, почему существуют вышеуказанные входные требования, смотрите рисунок Выходы 3-Level банка асимметричных диадических фильтров анализа.
Выходные характеристики
Характеристики выхода варьируются в зависимости от настроек параметра блока, как обобщено в следующем списке и рисунке:
Number of levels набора параметров к n
Tree structure параметра:
Asymmetric- Блок производит n + 1 выход поддиапазоновSymmetric- Блок производит 2n выходные поддиапазоны
Output параметра можно
Multiple portsилиSingle port. Когда вы устанавливаете параметр Output равнымSingle portблок выводит один вектор или матрицу конкатенированных поддиапазонов. Следующий рисунок иллюстрирует различие между двумя настройками для 3-уровневой асимметричной группы диадических фильтров анализа. Для пояснения проиллюстрированных выходных характеристик смотрите таблицу Выходные характеристики для банка диадических фильтров n-уровня.
Для получения дополнительной информации об уровнях и структурах банка фильтров, смотрите Dyadic Analysis Filter Banks.
Выходы 3-Level банка фильтров асимметричного диадического анализа
В следующей таблице приведены различные выходные характеристики блока, когда он установлен на вывод из одного или нескольких портов.
Выходные характеристики для банка фильтров диадического анализа n-уровня
| Один выходной порт | Несколько выходных портов | |
|---|---|---|
| Output Description | Блок объединяет все поддиапазоны в один вектор или матрицу и выводит конкатенированные поддиапазоны из одного выходного порта. Каждый выходной столбец содержит поддиапазоны соответствующего входного канала. | Блок выводит каждый поддиапазон из отдельного выходного порта. Самый верхний порт выводит поддиапазон с самыми высокими частотами. Каждый выходной столбец содержит поддиапазон для соответствующего входного канала. |
| Output Frame Rate | Не применяется | То же, входной кадр и скорость |
Output Dimensions (Frame Size) | Одинаковое число строк и столбцов, сколько и входных. | В качестве входных выходов одинакового числа столбцов. Количество выхода строк является выходом формата кадра. Для входа с форматом кадра M i вывод yk имеет формат кадра Mo,k:
|
Output Sample Rate | То же, что и входная частота выборки. | Хотя выходы имеют ту же частоту систем координат, что и входы, они имеют другие форматы кадра, чем входы. Таким образом, выходные скорости выборки, Fso, k, отличаются от входной скорости выборки, Fsi:
|
Фильтры банка фильтров
Необходимо задать фильтры highpass и lowpass в группе фильтров путем установки параметра Filter на одну из следующих опций:
User defined- Позволяет вам явным образом задать фильтры с двумя векторами коэффициентов фильтра в параметрах Lowpass FIR filter coefficients и Highpass FIR filter coefficients. Блок использует одинаковые lowpass и highpass фильтры по всему блоку фильтров. Эти два фильтра должны быть получастотными фильтрами, где каждый фильтр проходит полосу частот, которую останавливает другой фильтр.Вейвлет, такой как
BiorthogonalилиDaubechies- Блок использует указанный вейвлет, чтобы создать lowpass и highpass фильтры с помощью Wavelet Toolboxwfiltersфункция. В зависимости от вейвлета, блок может включить параметр Wavelet order или Filter order [synthesis / analysis]. (Последний параметр позволяет вам задавать различные порядки вейвлетов для каскадов фильтра анализа и синтеза.) Для использования вейвлетов необходимо иметь лицензию Wavelet Toolbox.
Определение фильтров с параметром фильтра и связанными параметрами
| Фильтр | Настройка образцов для параметров спецификации связанного фильтра | Соответствующий синтаксис функции вейвлета |
|---|---|---|
User-defined | Фильтры на основе вейвлетов Daubechies с
| Ничего |
Haar | Ничего | wfilters('haar') |
Daubechies | <reservedrangesplaceholder1> <reservedrangesplaceholder0> | wfilters('db4') |
Symlets | <reservedrangesplaceholder1> <reservedrangesplaceholder0> | wfilters('sym3') |
Coiflets | <reservedrangesplaceholder1> <reservedrangesplaceholder0> | wfilters('coif1') |
Biorthogonal | <reservedrangesplaceholder1> <reservedrangesplaceholder0> | wfilters('bior3.1') |
Reverse Biorthogonal | <reservedrangesplaceholder1> <reservedrangesplaceholder0> | wfilters('rbio3.1') |
Discrete Meyer | Ничего | wfilters('dmey') |
Примеры
Вейвлеты
Основным приложением для банков фильтров диадического анализа и банков фильтров диадического синтеза является кодирование для сжатия данных с использованием вейвлетов.
На передающем конце выход группы фильтров диадического анализа подается на схему сжатия с потерями, которая обычно присваивает количество бит для каждого выхода группы фильтров пропорционально относительной энергии в этой частотной полосе. Это представляет более мощные компоненты сигнала на большее количество бит, чем менее мощные компоненты сигнала.
На приемном конце передачу декодируют и подают в группу диадических синтезирующих фильтров для восстановления исходного сигнала. Коэффициенты фильтра на стадиях дополнительного анализа и синтеза разработаны, чтобы отменить сглаживание, введенное фильтрацией и повторной дискретизацией.
См. «Вычисление задержек в канале, необходимых для реконструкции вейвлета», для примера с использованием блоков Dyadic Analysis и Dyadic Synthesis Filter Bank.
Примеры
Смотрите версию на основе кадра с плавающей точкой примера DSP System Toolbox Wavelet Reconstruction and Noise Reduction, в которой используются блоки Dyadic Analysis Filter Bank и Dyadic Synthesis Filter Bank.
Параметры
Параметры, отображаемые в диалоговом окне блока, варьируются в зависимости от установки параметра Filter. Только некоторые из параметров, описанных ниже, видны в диалоговом окне в любое время.
- Filter
Тип фильтра, используемый для определения высоко- и низкочастотных конечная импульсная характеристика в группе фильтров:
Выберите
User definedявное определение коэффициентов фильтра в параметрах Lowpass FIR filter coefficients и Highpass FIR filter coefficients.Выберите вейвлет, такой как
BiorthogonalилиDaubechiesдля задания вейвлет-основанного фильтра. Блок использует Wavelet Toolboxwfiltersфункция для создания фильтров. Дополнительные параметры, такие как Wavelet order или Filter order [synthesis / analysis], могут стать активными. Список поддерживаемых вейвлеты см. в разделе «Задание фильтров с параметром фильтра и связанными параметрами».- Lowpass FIR filter coefficients
Вектор коэффициентов фильтра (нисходящие степени z), который задает коэффициенты, используемые всеми lowpass в группе фильтров. Этот параметр активируется, когда вы задаете Filter
User defined. Фильтр lowpass должен быть полупериодическим фильтром, который проходит полосу частот, остановленную фильтром, заданным в параметре Highpass FIR filter coefficients. Значения по умолчанию этого параметра задают фильтр на основе вейвлета Daubechies с порядком вейвлет3.- Highpass FIR filter coefficients
Вектор коэффициентов фильтра (нисходящие степени z), который задает коэффициенты, используемые всеми высокочастотными фильтрами в группе фильтров. Этот параметр активируется, когда вы задаете Filter
User defined. Фильтр highpass должен быть полуполосой фильтром, который пропускает частоту полосы останавливается фильтром, заданным в параметре Lowpass FIR filter coefficients. Значения по умолчанию этого параметра задают фильтр на основе вейвлета Daubechies с порядком вейвлет3.- Wavelet order
Порядок вейвлета, выбранного в параметре Filter. Этот параметр активируется только, когда вы задаете Filter к определенным типам вейвлеты, как показано в таблице Установка фильтров с параметром фильтра и связанными параметрами.
- Filter order [synthesis / analysis]
Порядок вейвлета для стадий синтеза и анализа фильтра. Для примера, когда вы устанавливаете параметр Filter равным
Biorthogonalи установите параметр Filter order [synthesis / analysis] равным[2 / 6], блок вызываетwfiltersфункция с входным параметром'bior2.6'. Этот параметр активируется только, когда вы задаете Filter для определенных типов вейвлеты, как показано на Указание Фильтров с Параметром Фильтра и Связанными Параметрами.- Number of levels
Количество уровней банка фильтров. Асимметричная структура n -level имеет n + 1 выходов, а симметричная структура n -level 2n выходы, как показано в Wavelet Filter Banks. Значок блока изменяется в зависимости от значения этого параметра.
Настройкой по умолчанию этого параметра является
2.- Tree structure
Структура группы фильтров:
Asymmetric, илиSymmetric. См. Раздел «Банки вейвлет»Настройкой по умолчанию этого параметра является
Asymmetricдля блока Dyadic Analysis Filter Bank, иSymmetricдля блока DWT.- Output
Установите значение
Multiple portsдля вывода каждого выходного поддиапазона на отдельный порт (самый верхний порт выводит поддиапазон с самой высокой полосой частот). Установите значениеSingle portчтобы объединить поддиапазоны в один вектор или матрицу и вывести конкатенированные поддиапазоны на один порт. Для получения дополнительной информации смотрите Выходные характеристики.Настройкой по умолчанию этого параметра является
Multiple portsдля блока Dyadic Analysis Filter Bank, иSingle portдля блока DWT.
Ссылки
Флиге, Н. Дж. Multirate Digital Signal Processing: Multirate Systems, Filter Banks, вейвлеты. Западный Сассекс, Англия: John Wiley & Sons, 1994.
Странг, Г. и Т. Нгуен. Вейвлеты и банки фильтров. Wellesley, MA: Wellesley-Cambridge Press, 1996.
Vaidyanathan, P. P. Multirate Systems and Filter Banks. Englewood Cliffs, Нью-Джерси: Prentice Hall, 1993.
Поддерживаемые типы данных
| Порт | Поддерживаемые типы данных |
|---|---|
Вход |
|
Выход |
|