Frequency-Domain FIR Filter
Пропустите входной сигнал в частотный диапазон
- Библиотека:
DSP System Toolbox/Фильтрация/Реализация фильтра
Описание
Блок Frequency-Domain FIR Filter реализует фильтрацию на основе частотного диапазона, быстрого преобразования Фурье (FFT), чтобы фильтровать потоковый входной сигнал. Во временном интервале операция фильтрации включает свертку между входом и импульсной характеристикой фильтра с конечной импульсной характеристикой (КИХ). В частотный диапазон операция фильтрации включает умножение преобразования Фурье входа и преобразования Фурье импульсной характеристики. Фильтрация частотного диапазона становится более эффективной, чем фильтрация во временной области, когда импульсная характеристика увеличивается дольше. Можно задать коэффициенты фильтра непосредственно в частотный диапазон, задав Numerator domain Frequency.
Этот блок использует overlap-save и методы перекрытия-суммы, чтобы выполнить фильтрацию частотного диапазона. Для фильтров с длинной длиной импульсной характеристики задержка, присущая этим двум методам, может быть значительной. Чтобы уменьшить эту задержку, Frequency-Domain FIR Filter блок разбивает импульсную характеристику на более короткие блоки и реализует сохранение перекрытия и методов перекрытия-суммы на этих более коротких блоках. Чтобы разбить импульсную характеристику, установите флажок Partition numerator to reduce latency. Для получения дополнительной информации об этих двух методах и об уменьшении задержки через разбиение импульсной характеристики, см. Алгоритмы.
Порты
Вход
Выходные аргументы
Параметры
Frequency-domain filter method - Метод фильтрации в частотном диапазоне
Overlap-save (по умолчанию) | Overlap-add
Метод фильтрации в частотный диапазон, заданный как Overlap-save или Overlap-add. Для получения дополнительной информации об этих двух методах см. Алгоритмы
Numerator domain - Область числителя
Time (по умолчанию) | Frequency
Область коэффициентов фильтра, заданная как один из следующих:
Time-- Задайте коэффициенты фильтра во временной области в параметре Filter coefficients или через NUM входной порт.Frequency-- Задайте частотную характеристику фильтра в параметре Frequency response или через NUMFFT входной порт.
Specify coefficients from input port - Флаг для задания коэффициентов lowpass
off (по умолчанию) | on
Когда вы устанавливаете этот флажок, коэффициенты фильтра конечной импульсной характеристики вводятся через порт, NUM. Когда вы снимаете этот флажок, коэффициенты задаются в диалоге блоков через параметр Filter coefficients.
Чтобы просмотреть ответ фильтра, снимите этот флажок, укажите коэффициенты в диалоговом окне блока и нажмите на кнопку View Filter Response.
Зависимости
Чтобы включить этот параметр, установите Numerator domain равным Time.
Filter coefficients - фильтровать коэффициенты
fir1(100,0.3) (по умолчанию) | вектор-строка
Конечная импульсная характеристика коэффициенты, заданные как вектор-строка.
Зависимости
Чтобы включить этот параметр, установите Numerator domain равным Time и очистите параметр Specify coefficients from input port.
Типы данных: single | double | int8 | int16 | int32 | int64 | uint8 | uint16 | uint32 | uint64
Поддержка комплексного числа: Да
Specify frequency response from input port - Флаг для задания коэффициентов фильтра частотного диапазона
off (по умолчанию) | on
Когда вы устанавливаете этот флажок, коэффициенты фильтра конечной импульсной характеристики в частотный диапазон вводятся через порт, NUMFFT. Когда вы снимаете этот флажок, коэффициенты задаются в диалоге блоков через параметр Frequency response.
Чтобы просмотреть характеристики фильтра, снимите этот флажок, задайте частотную характеристику в диалоговом окне блока и нажмите на кнопку View Filter Response.
Зависимости
Чтобы включить этот параметр, установите Numerator domain равным Frequency.
Frequency response - Фильтрация коэффициентов
fft(fir1(100,0.3),202) (по умолчанию) | вектор-строка | матрица
Частотная характеристика фильтра, заданная как вектор-строка или матрица. Когда вы очищаете параметр Partition numerator to reduce latency, Frequency response должен быть вектор-строка. Длина БПФ равна длине вектора Frequency response. Когда вы выбираете параметр Partition numerator to reduce latency, Frequency response должны быть матрицей 2 P -by- N, где P - размер раздела, а N - количество разделов.
Зависимости
Чтобы включить этот параметр, установите Numerator domain равным Frequency и очистите параметр Specify frequency response from input port.
Типы данных: single | double | int8 | int16 | int32 | uint8 | uint16 | uint32
Поддержка комплексного числа: Да
Partition numerator to reduce latency - Флаг, чтобы разбить числитель, чтобы уменьшить задержку
off (по умолчанию) | on
Флаг для разбиения числителя на разделы для уменьшения задержки, заданный как одно из следующего:
off -- Фильтр использует традиционные функции сохранения или метода перекрытия-суммы перекрытия. Задержка в этом случае является длиной БПФ - NumLen + 1. NumLen - длина вектора числителя, заданная вами в параметре Filter coefficients.
on -- В этом режиме блок разбивает числитель на сегменты длины, заданные параметром Numerator partition length. Фильтр выполняет наложение-сохранение или перекрытие-добавление для каждого раздела и объединяет частичные результаты, чтобы сформировать общий выход. Теперь задержка уменьшается до длины разбиения.
Numerator partition length - Длина разбиения числителя
32 (по умолчанию) | положительное целое число
Длина разбиения числителя, заданная как положительное целое число, меньше или равное длине числителя.
Зависимости
Этот параметр применяется только, когда вы устанавливаете Numerator domain на Time и выберите параметр Partition numerator to reduce latency.
Типы данных: single | double | int8 | int16 | int32 | int64 | uint8 | uint16 | uint32 | uint64
Time-domain numerator length - Длина числителя во временной области
101 (по умолчанию) | положительный скаляр с целым числом
Длина числителя временной области, заданная как положительный целочисленный скаляр.
Зависимости
Этот параметр применяется только, когда вы устанавливаете Numerator domain на Frequency и снимите флажок Partition numerator to reduce latency.
Типы данных: single | double | int8 | int16 | int32 | uint8 | uint16 | uint32
Inherit FFT length from numerator length - Флаг для наследования длины БПФ от длины числителя
on (по умолчанию) | off
При установке этого флажка длина БПФ равняется в два раза длине числителя. Когда вы снимаете этот флажок, вы задаете длину БПФ через параметр FFT length.
Зависимости
Этот параметр применяется только, когда вы устанавливаете Numerator domain на Time и очистите параметр Partition numerator to reduce latency.
FFT length - длина БПФ
1024 (по умолчанию) | положительное целое число
Заданная вами длина БПФ должна быть больше или равной длине вектора числителя, заданного в Filter coefficients параметре.
Зависимости
Этот параметр применяется, когда вы устанавливаете Numerator domain на Time, очистить Partition numerator to reduce latency и параметры Inherit FFT length from numerator length.
Типы данных: single | double | int8 | int16 | int32 | int64 | uint8 | uint16 | uint32 | uint64
Filter is real - Флаг, чтобы указать, является ли фильтр реальным
true (по умолчанию) | false
Флаг, чтобы указать, является ли фильтр реальным, задается как true или false.
Зависимости
Этот параметр применяется, когда Numerator domain к Frequency.
Output filter latency - Флаг для вывода задержки фильтра
'off' (по умолчанию) | 'on'
Когда вы устанавливаете этот флажок и нажатие кнопки Apply, блок выводит задержку фильтра через latency порт.
View Filter Response - Визуализация частотной характеристики конечной импульсной характеристики
button
Открывает Filter Visualization Tool (FVTool) и отображает амплитуду/фазовую характеристику конечной импульсной характеристики. Ответ основан на блоке параметрах диалога. Изменения, внесенные в эти параметры, обновляют FVTool.
Чтобы обновить ответ величины во время работы FVTool, измените параметры диалога блоков и нажатия кнопки Применить.
Чтобы просмотреть реакцию фильтра, когда для Numerator domain задано значение Timeснимите флажок Specify coefficients from input port. Чтобы просмотреть реакцию фильтра, когда для Numerator domain задано значение Frequencyснимите флажок Specify frequency response from input port.
Simulate using - Тип выполняемой симуляции
Code generation (по умолчанию) | Interpreted execution
Code generation- Моделируйте модель с использованием сгенерированного кода C. Первый раз, когда вы запускаете симуляцию, Simulink® генерирует код С для блока. Код С повторно используется для последующих симуляций, пока модель не меняется. Эта опция требует дополнительного времени запуска, но обеспечивает более высокую скорость симуляции, чемInterpreted execution.Interpreted execution- Моделируйте модель с помощью MATLAB® интерпретатор. Эта опция сокращает время запуска, но имеет более низкую скорость симуляции, чемCode generation.
Примеры моделей
Характеристики блоков
Типы данных |
|
Прямое сквозное соединение |
|
Многомерные сигналы |
|
Сигналы переменного размера |
|
Обнаружение пересечения нулем |
|
Алгоритмы
Overlap-save и overlap-add являются двумя методами фильтрации на основе FFT частотного диапазона, которые использует этот алгоритм.
Перекрытие-Сохранение
Метод сохранения перекрытия реализован с использованием следующего подхода:
Входной поток разделяется на перекрывающиеся блоки FFTLen размера с коэффициентом перекрытия NumLen-1 выборки. FFTLen - длина БПФ, а NumLen - длина числителя конечных импульсных характеристик. БПФ каждого блока входных выборок вычисляется и умножается на БПФ FFTLen длины КИХ числителя. Выполняется обратное быстрое преобразование Фурье (IFFT) результата, и сохраняются последние FFTLen - NumLen + 1 выборки. Оставшиеся выборки отбрасывают.
Задержка перекрытия-сохранения FFTLen - NumLen + 1. Первый FFTLen - NumLen + 1 выборки равны нулю. Отфильтрованное значение первой входной выборки появляется как выходная выборка FFTLen - NumLen + 2.
Обратите внимание, что длина БПФ должна быть больше длины числителя и обычно устанавливается на значение, намного больше NumLen.
Наложение-Добавление
Метод перекрытия-суммы реализован с использованием следующего подхода:
Входной поток разделяется на блоки длины FFLen - NumLen + 1, без перекрытия между последовательными блоками. Подобно перекрытию-сохранению, БПФ блока вычисляется и умножается на БПФ числителя конечной импульсной характеристики. Затем вычисляется ОБПФ результата. Первые NumLen + 1 выборок изменяются путем добавления значений последних NumLen + 1 выборок из предыдущего вычисленного ОБПФ.
Задержка наложения-сложения равна FFTLen - NumLen + 1. Первый FFTLen - NumLen + 1 выборки равны нулю. Отфильтрованное значение первой входной выборки появляется как выходная выборка FFTLen - NumLen + 2.
Ссылки
[1] Стокхэм, Т. Г., младший «Высокоскоростная свертка и корреляция». Материалы Весенней совместной компьютерной конференции 1966 года, AFIPS, 28 (1966): 229-233.