Десятикратно уменьшите сигнал с помощью каскадного интегрально-гребенчатого (CIC) фильтра
dsp.CICDecimator Система object™ десятикратно уменьшает входной сигнал с помощью децимирующего фильтра каскадной расчески интегратора (CIC). Структура децимирующего фильтра CIC состоит из разделов N каскадных интеграторов, сопровождаемых изменением уровня на коэффициент R, сопровождаемого разделами N каскадных гребенчатых фильтров. Для получения дополнительной информации см. Алгоритмы. Свойство NumSections задает N, количество разделов в CIC-фильтре. Свойство DecimationFactor задает R, фактор децимации. getFixedPointInfo функция возвращает размеры слова и дробные длины разделов фиксированной точки и выхода для dsp.CICDecimator Системный объект. Можно также сгенерировать HDL-код для этого Системного объекта с помощью generatehdl функция.
Примечание
Этот объект требует лицензии Fixed-Point Designer™.
Десятикратно уменьшать сигнал с помощью CIC-фильтра:
Создайте dsp.CICDecimator объект 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?
cicDecim = dsp.CICDecimator
cicDecim = dsp.CICDecimator(R,M,N)DecimationFactor набор свойств к R, DifferentialDelay набор свойств к M, и NumSections набор свойств к N.
cicDecim = dsp.CICDecimator(Name,Value)
cicDecimOut = cicDecim(input)
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.CICDecimator.helpFilterAnalysis в MATLAB® командная строка. Для соответствующих страниц ссылки на функцию смотрите Методы анализа для Системных объектов Фильтра.
Примечание: Если вы используете R2016a или более ранний релиз, заменяете каждый вызов объекта с эквивалентным синтаксисом шага. Например, obj(x) становится step(obj,x).
Создайте dsp.CICDecimator Система object™ с DecimationFactor установите на 4. Десятикратно уменьшите сигнал от 44,1 кГц до 11,025 кГц.
cicdec = dsp.CICDecimator(4);
cicdec.FixedPointDataType = 'Minimum section word lengths';
cicdec.OutputWordLength = 16;Создайте фиксированную точку синусоидальный входной сигнал 1 024 выборок с частотой дискретизации 44.1e3 Гц.
Fs = 44.1e3;
% 0.0232 sec signal
n = (0:1023)';
x = fi(sin(2*pi*1e3/Fs*n),true,16,15);Создайте dsp.SignalSource объект.
src = dsp.SignalSource(x,64);
Десятикратно уменьшите выход с 16 выборками на систему координат.
y = zeros(16,16); for ii = 1:16 y(ii,:) = cicdec(src()); end
Постройте первую систему координат исходных и подкошенных сигналов. Выходная задержка является 2 выборками.
D = cicdec.DecimationFactor; diffDelay = cicdec.DifferentialDelay; NumSect = cicdec.NumSections; gainCIC = ... (D*diffDelay)^NumSect; stem(n(1:56)/Fs,double(x(4:59))) hold on; stem(n(1:14)/(Fs/D),double(y(1,3:end))/gainCIC,... 'r','filled') xlabel('Time (sec)') ylabel('Signal Amplitude') legend('Original signal',... 'Decimated signal',... 'Location','north') hold off;
Используя info метод в 'long' формат, получите размеры слова и дробные длины разделов фильтра фиксированной точки и фильтра выход.
info(cicdec,'long')ans =
'Discrete-Time FIR Multirate Filter (real)
-----------------------------------------
Filter Structure : Cascaded Integrator-Comb Decimator
Decimation Factor : 4
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 : 2.5
Fixed-Point Info
Section word lengths : 20 19 19 18
Section fraction lengths : 15 14 14 13
Output word length : 16
Output fraction length : 11
'
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.
CIC-фильтры являются оптимизированным классом КИХ-фильтров линейной фазы, состоявших из части расчески и части интегратора.
Децимирующий фильтр CIC концептуально дан одним CIC-фильтром уровня, H(z), который является реконструкционным фильтром lowpass, сопровождаемым downsampler. Децимирующий фильтр CIC уменьшает 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 я - передаточная функция части интегратора фильтра, содержащего этапы N интеграторов.
H C является передаточной функцией разделов N каскадных гребенчатых фильтров, каждого с шириной RM.
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 фактором децимации.
M является дифференциальной задержкой.
В полной многоскоростной реализации алгоритм применяет благородную идентичность для децимации и перемещает фактор изменения уровня, R, чтобы следовать после разделов N каскадных интеграторов. Передаточная функция получившегося фильтра дана следующим уравнением:
Для блок-схемы, которая показывает многоскоростную реализацию, см. Алгоритмы.
Децимирующий фильтр CIC в Больше О понят как каскад разделов N интеграторов, сопровождаемых фактором изменения уровня R, сопровождаемого разделами N гребенчатых фильтров.
Эта схема показывает два раздела каскадных интеграторов и два раздела каскадных гребенчатых фильтров. 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 блок помещает единичную задержку в путь прямого распространения интегратора, потому что это - предпочтительная настройка для реализации HDL.
[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.
Указания и ограничения по применению:
Смотрите системные объекты в Генерации кода MATLAB (MATLAB 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).
Схема связи фиксированной точки показывает типы данных что dsp.CICDecimator 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.
generatehdl | impz | freqz | phasez | fvtool | gain | getFixedPointInfo | info