Полиномиальный конвертер частоты дискретизации с произвольным коэффициентом преобразования
dsp.FarrowRateConverter Система object™ реализует фильтр преобразования частоты дискретизации аппроксимации полиномом с помощью структуры Фэрроу. Можно использовать этот объект преобразовать частоту дискретизации сигнала или вниз случайным фактором. Эта фиксированная точка поддержки объектов операции.
Преобразовывать частоту дискретизации сигнала:
Создайте dsp.FarrowRateConverter 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?
frc = dsp.FarrowRateConverterfrc. Для каждого канала входного сигнала, frc преобразует входную частоту дискретизации в выходную частоту дискретизации.
frc = dsp.FarrowRateConverter(Name,Value)
frc = dsp.FarrowRateConverter('Specification','Coefficients','Coefficients',[1 2; 3 4]) возвращает фильтр, который преобразует от 44,1 кГц до 48 кГц с помощью пользовательских коэффициентов, которые реализуют фильтр полинома 2-го порядка.frc = dsp.FarrowRateConverter(fsIn,fsOut,tol,np)frc, с набором свойств InputSampleRate к fsIn, Набор свойств OutputSampleRate к fsOut, Набор свойств OutputRateTolerance к tol, и набор свойств PolynomialOrder к np.
Если в противном случае не обозначено, свойства являются ненастраиваемыми, что означает, что вы не можете изменить их значения после вызова объекта. Объекты блокируют, когда вы вызываете их, и release функция разблокировала их.
Если свойство является настраиваемым, можно изменить его значение в любое время.
Для получения дополнительной информации об изменении значений свойств смотрите Разработку системы в MATLAB Используя Системные объекты.
Свойства фильтраInputSampleRate — Частота дискретизации входного сигналаЧастота дискретизации входного сигнала в виде положительной скалярной величины в Гц. Входная частота дискретизации должна быть больше полосы пропускания интереса.
Типы данных: single | double | int8 | int16 | int32 | int64 | uint8 | uint16 | uint32 | uint64
OutputSampleRate — Частота дискретизации выходного сигналаЧастота дискретизации выходного сигнала в виде положительной скалярной величины в Гц. Выходная частота дискретизации может представлять сверхдискретизировать или проредить входного сигнала.
Типы данных: single | double | int8 | int16 | int32 | int64 | uint8 | uint16 | uint32 | uint64
OutputRateTolerance — Максимальный допуск к выходной частоте дискретизацииМаксимальный допуск к выходной частоте дискретизации в виде положительной скалярной величины от 0 до 0.5, включительно.
Фактическая выходная частота дискретизации варьируется, но в заданной области. Например, если OutputRateTolerance задан как 0.01, затем фактическая выходная частота дискретизации находится в области значений OutputSampleRate ± 1%. Эта гибкость часто включает более простое создание фильтра.
Типы данных: single | double | int8 | int16 | int32 | int64 | uint8 | uint16 | uint32 | uint64
Specification — Метод для определения коэффициентов фильтра'Polynomial order' (значение по умолчанию) | 'Coefficients'Метод для определения коэффициентов фильтра для интерполятора фильтрует в виде одного из следующего:
'Polynomial order' — Используйте PolynomialOrder свойство задать порядок полинома лагранжевого фильтра интерполяции. Объект вычисляет коэффициенты, которые соответствуют свойства допуска и уровень.
'Coefficients' — Используйте Coefficients свойство задать полиномиальные коэффициенты непосредственно.
PolynomialOrder — Порядок полинома лагранжевого фильтра интерполяцииПорядок полинома лагранжевого фильтра интерполяции в виде положительного целого числа, меньше чем или равного 4. Объект вычисляет коэффициенты, которые соответствуют свойства допуска и уровень.
Это свойство применяется только, когда вы устанавливаете Specification к 'Polynomial order'.
Типы данных: single | double | int8 | int16 | int32 | int64 | uint8 | uint16 | uint32 | uint64
Coefficients — Отфильтруйте полиномиальные коэффициентыОтфильтруйте полиномиальные коэффициенты в виде M с действительным знаком-by-M матрица, где M является полиномиальным порядком.
Схема показывает график потока сигналов для dsp.FarrowRateConverter объект с содействующим набором к [1 2; 3 4].
Каждая ветвь КИХ-фильтра соответствует строке матрицы коэффициентов.
Это свойство применяется только, когда вы устанавливаете Specification к 'Coefficients'.
Типы данных: single | double | int8 | int16 | int32 | int64 | uint8 | uint16 | uint32 | uint64
RoundingMethod — Округление метода для операций фиксированной точки'Floor' (значение по умолчанию) | 'Ceiling' | 'Convergent' | 'Nearest' | 'Round' | 'Zero'Округление метода для операций фиксированной точки в виде вектора символов. Для получения дополнительной информации об округлении методы видят Округление Режимов.
OverflowAction — Действие переполнения для операций фиксированной точки'Wrap' (значение по умолчанию) | 'Saturate'Действие переполнения для операций фиксированной точки в виде любого 'Wrap' или 'Saturate'. Для получения дополнительной информации о действиях переполнения смотрите, что Переполнение Обрабатывает.
CoefficientsDataType — Тип данных коэффициентов фильтраnumerictype(1,16) (значение по умолчанию) | numerictype объектТип данных коэффициентов фильтра в виде со знаком numerictype Объект (Fixed-Point Designer). Типом данных по умолчанию является 16-битный numerictype со знаком объект. Необходимо задать numerictype объект без определенного масштабирования двоичной точки. Чтобы максимизировать точность, объект определяет дробную длину этого типа данных на основе содействующих значений.
FractionalDelayDataType — Тип данных дробной задержкиnumerictype(0,8) (значение по умолчанию) | numerictype объектТип данных дробной задержки в виде numerictype без знака объект. Типом данных по умолчанию является 8-битный numerictype без знака объект. Необходимо задать numerictype объект без определенного масштабирования двоичной точки. Чтобы максимизировать точность, объект определяет дробную длину этого типа данных на основе дробных значений задержки.
MultiplicandDataType — Тип данных множимогоnumerictype(1,16,13) (значение по умолчанию) | numerictype объектТип данных множимого в виде numerictype со знаком объект. Типом данных по умолчанию является 16-битный numerictype со знаком объект с 13-битной дробной длиной. Необходимо задать numerictype объект, который имеет определенное масштабирование двоичной точки.
OutputDataType — Тип данных выхода'Same word length as input' (значение по умолчанию) | 'Same as accumulator' | numerictype объектТип данных выхода в виде одного из следующего:
'Same word length as input' — Выведите размер слова, и дробная длина совпадают с входом.
'Same as accumulator' — Выведите размер слова, и дробная длина совпадают с аккумулятором.
numerictype объект — тип выходных данных фиксированной точки Со знаком. Если вы не задаете дробную длину, объект вычисляет дробную длину на основе входного диапазона. Объект сохраняет динамический диапазон входа.
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)
Примечание: Если вы используете R2016a или более ранний релиз, заменяете каждый вызов объекта с эквивалентным step синтаксис. Например, obj(x) становится step(obj,x).
Примечание: dsp.AudioFileWriter Система object™ не поддерживается в MATLAB Online.
Создайте dsp.FarrowRateConverter Система object™, чтобы преобразовать звуковой сигнал от 44,1 кГц до 96 кГц. Установите полиномиальный порядок для фильтра.
fs1 = 44.1e3; fs2 = 96e3; LagrangeOrder = 2; % 1 = linear interpolation frc = dsp.FarrowRateConverter('InputSampleRate',fs1,... 'OutputSampleRate',fs2,... 'PolynomialOrder',LagrangeOrder); ar = dsp.AudioFileReader('guitar10min.ogg','SamplesPerFrame',14700); aw = dsp.AudioFileWriter('guitar10min_96kHz.wav','SampleRate',fs2);
Проверяйте получившиеся факторы интерполяции и децимации.
[interp,decim] = getRateChangeFactors(frc)
interp = 320
decim = 147
Отобразите полином что объектное использование, чтобы соответствовать входным выборкам.
coeffs = getPolynomialCoefficients(frc)
coeffs = 3×3
0.5000 -0.5000 0
-1.0000 0 1.0000
0.5000 0.5000 0
Преобразуйте 100 систем координат звукового сигнала. Запишите результат в файл.
for n = 1:1:100 x = ar(); y = frc(x); aw(y); end
Выпустите AudioFileWriter Система object™, чтобы завершить создание выходного файла.
release(aw) release(ar)
Постройте сигналы ввода и вывода 100-й системы координат данных. Задержите вход, чтобы компенсировать задержку фильтра.
t1 = 0:1/fs1:1/30-1/fs1; t2 = 0:1/fs2:1/30-1/fs2; delay = ceil((LagrangeOrder+1)/2)/fs1; el1 = 1:length(t1)-delay; el2 = 1:length(t2); el2(1:delay) = []; figure subplot(2,1,1) plot(t1(1:length(el1)),x(el1,1)) hold on plot(t1(1:length(el1)),x(el1,2)) xlabel('Time (s)') title('Input Channels') subplot(2,1,2) plot(t2(1:length(el2)),y(el2,1)) hold on plot(t2(1:length(el2)),y(el2,2)) xlabel('Time (s)') title('Output Channels')
Увеличьте масштаб, чтобы видеть различие в частотах дискретизации.
figure subplot(2,1,1) plot(t1(1:length(el1)),x(el1,1),'o-') hold on plot(t2(1:length(el2)),y(el2,1),'d--') xlim([0.0104 0.0107]) title('First Channel') xlabel('Time (s)') legend('Input','Output') subplot(2,1,2) plot(t1(1:length(el1)),x(el1,2),'o-') hold on plot(t2(1:length(el2)),y(el2,2),'d--') xlim([0.0104 0.0107]) xlabel('Time (s)') title('Second Channel') legend('Input','Output')
Создайте dsp.FarrowRateConverter Система object™ с 0%-м допуском. Норма выработки равна OutputSampleRate property. Входной размер должен быть кратным фактору децимации, M. В этом случае M 320.
frc = dsp.FarrowRateConverter('InputSampleRate',96e3,... 'OutputSampleRate',44.1e3); FsOut = getActualOutputRate(frc)
FsOut = 44100
[L,M] = getRateChangeFactors(frc)
L = 147
M = 320
Позвольте 1%-й допуск на норме выработки и наблюдайте различие в факторе децимации.
frc.OutputRateTolerance = 0.01; FsOut2 = getActualOutputRate(frc)
FsOut2 = 4.4308e+04
[L2,M2] = getRateChangeFactors(frc)
L2 = 6
M2 = 13
Фактор децимации - теперь только 13. Чем ниже фактор децимации, тем больше гибкости во входном размере. Нормой выработки является в области значений OutputSampleRate 1%.
Создайте dsp.FarrowRateConverter Система object™ со свойствами по умолчанию. Вычислите и отобразите частотную характеристику.
frc = dsp.FarrowRateConverter; [h,f] = freqz(frc); plot(f,20*log10(abs(h))) ylabel('Filter Response') xlabel('Frequency (rad/s)')
Создайте dsp.FarrowRateConverter Систему object™ со значениями по умолчанию. Определите его вычислительную стоимость: количество коэффициентов, количество состояний, умножения на входную выборку и сложений на входную выборку.
frc = dsp.FarrowRateConverter; cst = cost(frc)
cst = struct with fields:
NumCoefficients: 16
NumStates: 3
MultiplicationsPerInputSample: 13.0612
AdditionsPerInputSample: 11.9728
Повторите расчет, допуская 10%-й допуск в выходной частоте дискретизации.
frc.OutputRateTolerance = 0.1; ctl = cost(frc)
ctl = struct with fields:
NumCoefficients: 16
NumStates: 3
MultiplicationsPerInputSample: 12
AdditionsPerInputSample: 11
Неоплодотворенные фильтры реализуют интерполяцию кусочного полинома, использующую правило Горнера, чтобы вычислить выборки из полинома. Полиномиальные коэффициенты, используемые, чтобы соответствовать входным выборкам, соответствуют Лагранжевым коэффициентам интерполяции.
Если полином адаптирован к входным данным, значение полинома может быть вычислено в любой точке. Поэтому полиномиальный фильтр включает интерполяцию в произвольных местоположениях между входными выборками.
Можно использовать полином любого порядка соответствовать к существующим выборкам. Однако, поскольку полиномы крупного заказа часто колеблются, полиномы порядка 1, 2, 3, или 4 используются на практике.
Блок вычисляет интерполированные значения в желаемых местоположениях путем варьирования только дробной задержки, µ. Это значение является интервалом между предыдущей входной выборкой и выборкой текущей производительности. Все коэффициенты фильтра остаются постоянными.
Входные выборки отфильтрованы с помощью M + фильтры на 1 феркин, где M является полиномиальным порядком.
Выходные параметры этих фильтров умножаются на дробную задержку, µ.
Выход является суммой результатов умножения.
[1] Hentschel, T. и Г. Феттвейс. "Цифровые фильтры непрерывного времени для Преобразования Частоты дискретизации в Реконфигурируемых Радио-Терминалах". Frequenz. Издание 55, Номер 5-6, 2001, стр 185–188.
Указания и ограничения по применению:
Смотрите системные объекты в Генерации кода MATLAB (MATLAB Coder).
getRateChangeFactors функционируйте поддерживает генерацию C и Кода С++.
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).
Если вход является фиксированной точкой, это должно быть целое число со знаком или подписанная фиксированная точка с наклоном степени двойки и нулевым смещением.
Схема показывает типы данных что dsp.FarrowRateConverter возразите использованию для сигналов фиксированной точки и сигналов с плавающей точкой. Можно задать эти типы данных с помощью свойств объекта, видеть Fixed-Point Properties. Если вход является плавающей точкой, все типы данных в фильтре совпадают с типом входных данных, single или double.
Если вход является фиксированной точкой, КИХ-фильтр задает внутренние типы данных с помощью RoundingMode, OverflowMode, и CoefficientsDataType свойства. Аккумуляторы и продукты в КИХ-фильтре используют типы данных полной точности. Объект бросает выход КИХ-фильтра к MultiplicandDataType.
getPolynomialCoefficients | getActualOutputRate | getRateChangeFactors | generatehdl | freqz | fvtool | info | cost