dsp.CICInterpolator
Интерполируйте сигнал с помощью каскадного интегрально-гребенчатого фильтра
Описание
dsp.CICInterpolator Система object™ интерполирует входной сигнал с помощью фильтра интерполяции каскадной расчески интегратора (CIC). Структура фильтра интерполяции CIC состоит из разделов N каскадных гребенчатых фильтров, сопровождаемых изменением уровня на коэффициент R, сопровождаемого разделами N каскадных интеграторов. Для получения дополнительной информации см. Алгоритмы. Свойство NumSections задает N, количество разделов в CIC-фильтре. Свойство InterpolationFactor задает R, коэффициент интерполяции. getFixedPointInfo функция возвращает размеры слова и дробные длины разделов фиксированной точки и выхода для dsp.CICInterpolator Системный объект. Можно также сгенерировать HDL-код для этого Системного объекта с помощью generatehdl функция.
Примечание
Этот объект требует лицензии Fixed-Point Designer™.
Интерполировать сигнал с помощью CIC-фильтра:
Создайте
dsp.CICInterpolatorобъект и набор его свойства.Вызовите объект с аргументами, как будто это была функция.
Чтобы узнать больше, как Системные объекты работают, смотрите то, Что Системные объекты?
Создание
Синтаксис
Описание
cicInterp = dsp.CICInterpolator
cicInterp = dsp.CICInterpolator(R,M,N)InterpolationFactor набор свойств к R, DifferentialDelay набор свойств к M, и NumSections набор свойств к N.
cicInterp = dsp.CICInterpolator(Name,Value)
Свойства
Использование
Синтаксис
Описание
cicInterpOut = cicInterp(input)
Входные параметры
Выходные аргументы
Функции объекта
Чтобы использовать объектную функцию, задайте Системный объект как первый входной параметр. Например, чтобы выпустить системные ресурсы Системного объекта под названием obj, используйте этот синтаксис:
release(obj)
Для списка методов анализа фильтра это поддержка объектов ввести dsp.CICInterpolator.helpFilterAnalysis в MATLAB® командная строка. Для соответствующих страниц ссылки на функцию смотрите Методы анализа для Системных объектов Фильтра.
Примеры
Интерполируйте Сигнал Используя Системный объект CICInterpolator
Примечание: Если вы используете R2016a или более ранний релиз, заменяете каждый вызов объекта с эквивалентным step синтаксис. Например, obj(x) становится step(obj,x).
Создайте dsp.CICInterpolator Система object™ с InterpolationFactor установите на 2. Интерполируйте сигнал фиксированной точки на коэффициент 2 от 22,05 кГц до 44,1 кГц.
cicint = dsp.CICInterpolator(2)
cicint =
dsp.CICInterpolator with properties:
InterpolationFactor: 2
DifferentialDelay: 1
NumSections: 2
FixedPointDataType: 'Full precision'
Создайте dsp.SineWave объект с SampleRate установите на 22,05 кГц, SamplesPerFrame установите на 32, и OutputDataType установите на 'Custom'. Чтобы сгенерировать сигнал фиксированной точки, установите CustomOutputDataType свойство к numerictype объект. В целях этого примера, установленного значение к numerictype([],16). Дробная длина вычисляется на основе значений сгенерированного синусоидального сигнала дать самую лучшую точность.
Чтобы сгенерировать сигнал фиксированной точки, установите Method свойство dsp.SineWave возразите против 'Table lookup'. Этот метод генерации синусоидального сигнала требует, чтобы период каждой синусоиды в выходе был равномерно делимым к периоду расчета. Таким образом, должно быть целочисленное значение для каждого канала i = 1, 2..., N. Значение равняется , переменная частота синусоидального сигнала, и частота дискретизации сигнала. Другими словами, отношение должно быть целое число. Для получения дополнительной информации смотрите раздел Algorithms по dsp.SineWave объектная страница.
В этом примере, установлен в 22 050 Гц и установлен в 1 050 Гц.
Fs = 22.05e3; sine = dsp.SineWave('Frequency',1050,... 'SampleRate',Fs,... 'SamplesPerFrame',32,... 'Method','Table lookup',... 'OutputDataType','Custom')
sine =
dsp.SineWave with properties:
Amplitude: 1
Frequency: 1050
PhaseOffset: 0
ComplexOutput: false
Method: 'Table lookup'
TableOptimization: 'Speed'
SampleRate: 22050
SamplesPerFrame: 32
OutputDataType: 'Custom'
Show all properties
В каждом цикле итерации потока в системе координат фиксированной точки синусоидальный сигнал производится на уровне 22,05 кГц. Интерполируйте переданный потоком сигнал на коэффициент 2. Интерполированный выход имеет 64 выборки на систему координат.
for i = 1:16 x = sine(); y = cicint(x); end
Выход фильтра интерполяции CIC усилен определенным значением усиления. Можно определить это значение с помощью gain функция. Это усиление равняется усилению этап интерполяции CIC фильтрует, и равняется , где коэффициент интерполяции, дифференциальная задержка, и количество разделов интерполятора CIC.
gainCIC = gain(cicint)
gainCIC = 2
Чтобы настроить этот усиленный выход и совпадать с ним к амплитуде исходного сигнала, разделите CIC интерполированный сигнал с вычисленным значением усиления.
Сравните последние системы координат оригинала и интерполированных сигналов. При графическом выводе объясните выходную задержку 2 выборок.
n = (0:63)'; stem(n(1:31)/Fs,double(x(1:31)),'r','filled') hold on; I = cicint.InterpolationFactor; stem(n(1:61)/(Fs*I), ... double(y(4:end))/gainCIC,'b') xlabel('Time (sec)') ylabel('Signal Amplitude') legend('Original Signal',... 'Interpolated Signal',... 'location','north') hold off;
Используя info функция в 'long' формат, получите размеры слова и дробные длины разделов фильтра фиксированной точки и фильтра выход.
info(cicint,'long')ans =
'Discrete-Time FIR Multirate Filter (real)
-----------------------------------------
Filter Structure : Cascaded Integrator-Comb Interpolator
Interpolation Factor : 2
Differential Delay : 1
Number of Sections : 2
Stable : Yes
Linear Phase : Yes (Type 1)
Implementation Cost
Number of Multipliers : 0
Number of Adders : 4
Number of States : 4
Multiplications per Input Sample : 0
Additions per Input Sample : 6
Fixed-Point Info
Section word lengths : 17 17 17 17
Section fraction lengths : 14 14 14 14
Output word length : 17
Output fraction length : 14
'
Определите размеры слова раздела и выхода и дробные длины
Используя getFixedPointInfo функция, можно определить размеры слова и фракционировать длины разделов фиксированной точки и выход dsp.CICDecimator и dsp.CICInterpolator Системные объекты. Типы данных разделов фильтра и выхода зависят от FixedPointDataType свойство Системы фильтра object™.
Полная точность
Создайте dsp.CICDecimator объект. Значение по умолчанию NumSections свойство равняется 2. Это значение указывает, что существует два интегратора и расчесывают разделы. WLs и векторы FLs возвращены getFixedPointInfo функция содержит пять элементов каждый. Первые два элемента представляют два раздела интегратора. Третьи и четвертые элементы представляют два раздела расчески. Последний элемент представляет фильтр выход.
cicD = dsp.CICDecimator
cicD =
dsp.CICDecimator with properties:
DecimationFactor: 2
DifferentialDelay: 1
NumSections: 2
FixedPointDataType: 'Full precision'
По умолчанию, FixedPointDataType свойство объекта установлено в 'Full precision'. Вызов getFixedPointInfo функция на этом объекте с входом числовой тип, nt, дает к следующему размеру слова и дробным векторам длины.
nt = numerictype(1,16,15)
nt =
DataTypeMode: Fixed-point: binary point scaling
Signedness: Signed
WordLength: 16
FractionLength: 15
[WLs,FLs] = getFixedPointInfo(cicD,nt) %#okWLs = 1×5
18 18 18 18 18
FLs = 1×5
15 15 15 15 15
Для получения дополнительной информации о том, как размеры слова и дробные длины вычисляются, см. описание для Выходных аргументов.
Если вы блокируете cicD объект путем передачи входа его алгоритму, вы не должны передавать nt аргумент к getFixedPointInfo функция.
input = int64(randn(8,1))
input = 8x1 int64 column vector
1
2
-2
1
0
-1
0
0
output = cicD(input)
output =
0
1
3
0
DataTypeMode: Fixed-point: binary point scaling
Signedness: Signed
WordLength: 66
FractionLength: 0
[WLs,FLs] = getFixedPointInfo(cicD) %#okWLs = 1×5
66 66 66 66 66
FLs = 1×5
0 0 0 0 0
Выход и размеры слова раздела являются суммой входного размера слова, 64 в этом случае, и количество разделов, 2. Выход и длины части раздела 0, поскольку вход является встроенным целым числом.
Минимальные размеры слова раздела
Выпустите объект и измените FixedPointDataType свойство к 'Minimum section word lengths'. Определите раздел и выведите информацию о фиксированной точке, когда вход будет данными фиксированной точки, fi(randn(8,2),1,24,15).
release(cicD);
cicD.FixedPointDataType = 'Minimum section word lengths'cicD =
dsp.CICDecimator with properties:
DecimationFactor: 2
DifferentialDelay: 1
NumSections: 2
FixedPointDataType: 'Minimum section word lengths'
OutputWordLength: 32
inputF = fi(randn(8,2),1,24,15)
inputF =
3.5784 -0.1241
2.7694 1.4897
-1.3499 1.4090
3.0349 1.4172
0.7254 0.6715
-0.0630 -1.2075
0.7148 0.7172
-0.2050 1.6302
DataTypeMode: Fixed-point: binary point scaling
Signedness: Signed
WordLength: 24
FractionLength: 15
[WLs, FLs] = getFixedPointInfo(cicD,numerictype(inputF)) %#okWLs = 1×5
26 26 26 26 32
FLs = 1×5
15 15 15 15 21
Задайте слово и дробные длины
Измените FixedPointDataType свойство к 'Specify word and fraction lengths'. Определите информацию о фиксированной точке с помощью getFixedPointInfo функция.
cicD.FixedPointDataType = 'Specify word and fraction lengths'cicD =
dsp.CICDecimator with properties:
DecimationFactor: 2
DifferentialDelay: 1
NumSections: 2
FixedPointDataType: 'Specify word and fraction lengths'
SectionWordLengths: [16 16 16 16]
SectionFractionLengths: 0
OutputWordLength: 32
OutputFractionLength: 0
[WLs, FLs] = getFixedPointInfo(cicD,numerictype(inputF)) %#okWLs = 1×5
16 16 16 16 32
FLs = 1×5
0 0 0 0 0
Раздел и выходные размеры слова и дробные длины присвоены согласно соответствующим свойствам фиксированной точки cicD объект. Эти значения не определяются входом числовой тип. Чтобы подтвердить, вызовите getFixedPointInfo функция, не передавая numerictype входной параметр.
[WLs, FLs] = getFixedPointInfo(cicD) %#okWLs = 1×5
16 16 16 16 32
FLs = 1×5
0 0 0 0 0
Задайте размеры слова
Чтобы задать размеры слова раздела фильтра и вывести, установите FixedPointDataType свойство к 'Specify word lengths'.
cicD.FixedPointDataType = 'Specify word lengths'cicD =
dsp.CICDecimator with properties:
DecimationFactor: 2
DifferentialDelay: 1
NumSections: 2
FixedPointDataType: 'Specify word lengths'
SectionWordLengths: [16 16 16 16]
OutputWordLength: 32
getFixedPointInfo функция требует входа числовой тип, потому что та информация используется для расчета длины части раздела и слова.
[WLs, FLs] = getFixedPointInfo(cicD,numerictype(inputF))
WLs = 1×5
16 16 16 16 32
FLs = 1×5
5 5 5 5 21
Для получения дополнительной информации о том, как функция вычисляет слово и дробные длины, см. описание для Выходных аргументов.
Больше о
CIC-фильтр
CIC-фильтры являются оптимизированным классом КИХ-фильтров линейной фазы, состоявших из части расчески и части интегратора.
Фильтр интерполяции CIC концептуально дан upsampler, сопровождаемым одним CIC-фильтром уровня, H(z), который является реконструкционным фильтром lowpass. Фильтр интерполяции CIC увеличивает частоту дискретизации входного сигнала целочисленным коэффициентом с помощью каскадного интегрально-гребенчатого (CIC) фильтра.
В более эффективном внедрении один CIC-фильтр уровня H(z) разложен на множители этот путь:
где,
H C является передаточной функцией разделов N каскадных гребенчатых фильтров, каждого с шириной RM.
H я - передаточная функция части интегратора фильтра, содержащего этапы N интеграторов.
N является количеством разделов. Количество разделов в CIC-фильтре задано как количество разделов или в части расчески или в части интегратора фильтра. Это значение не представляет общее количество разделов в целом фильтре.
R является коэффициентом интерполяции.
M является дифференциальной задержкой.
В полной многоскоростной реализации алгоритм применяет благородную идентичность для интерполяции и перемещает фактор изменения уровня, R, чтобы следовать после разделов N каскадных гребенчатых фильтров.
Передаточная функция получившегося фильтра дана следующим уравнением:
Для блок-схемы, которая показывает многоскоростную реализацию, см. Алгоритмы.
Алгоритмы
Фильтр интерполяции CIC
Интерполяция CIC просачивается Больше О, понят как каскад разделов N гребенчатых фильтров, сопровождаемых изменением уровня фактором R, сопровождаемый разделами N каскадных интеграторов.
Эта схема показывает два раздела каскадных гребенчатых фильтров и два раздела каскадных интеграторов. Единичная задержка во фрагменте интегратора CIC-фильтра может быть расположена или в feedforward или в пути к обратной связи. Эти две настройки дают к идентичной частотной характеристике фильтра. Однако числовые выходные параметры от этих двух настроек отличаются из-за задержки. Этот алгоритм помещает единичную задержку в путь прямого распространения интегратора, поскольку это - предпочтительная настройка для реализации HDL.
Ссылки
[1] Hogenauer, E.B. "Экономичный класс цифровых фильтров для децимации и интерполяции". Транзакции IEEE на акустике, речи и обработке сигналов. Объем 29, номер 2, 1981, 155-162.
[2] Мейер-Бэезе, U. Цифровая обработка сигналов с программируемыми пользователем вентильными матрицами. Нью-Йорк: Спрингер, 2001.
[3] Харрис, Фредерик Дж. Многоскоростная обработка сигналов для систем связи. Индианаполис, IN: PTR Prentice Hall, 2004.
Расширенные возможности
Генерация кода C/C++
Генерация кода C и C++ с помощью MATLAB® Coder™.
Указания и ограничения по применению:
Смотрите системные объекты в Генерации кода MATLAB (MATLAB Coder).
Генерация HDL-кода
Сгенерируйте Verilog и код VHDL для FPGA и проекты ASIC с помощью HDL Coder™.
Эта генерация HDL-кода поддержки объектов с продуктом Filter Design HDL Coder™. Для рабочих процессов и ограничений, смотрите, Генерируют HDL-код для Системных объектов Фильтра (Filter Design HDL Coder).
Преобразование фиксированной точки
Спроектируйте и симулируйте системы фиксированной точки с помощью Fixed-Point Designer™.
Схема связи фиксированной точки показывает типы данных что dsp.CICInterpolator возразите использованию для сигналов фиксированной точки.
где,
secNT = numerictype(1,secWL,secFL)outNT = numertictype(1,outWL,outFL)secWL является размером слова раздела, который вы задаете через свойство SectionWordLengths.
secFL является длиной части раздела, которую вы задаете через свойство SectionFractionLengths.
outWL является выходным размером слова, который вы задаете через свойство OutputWordLength.
outFL является выходной длиной части, которую вы задаете через свойство OutputFractionLength.
Значение NumSections в этой схеме 2.
Смотрите также
Функции
generatehdl|impz|freqz|phasez|fvtool|gain|getFixedPointInfo|info