主要内容

dsp。FIRInterpolator

多相冷杉插入器

描述

dsp。FIRInterpolator系统对象™通过整数上采样因子对输入进行上采样l沿着第一个维度。FIR插值器(如图所示)概念上由上采样器和FIR反成像滤波器组成,后者通常是理想的带限插值滤波器的近似。反成像滤波器的系数可以通过分子属性,或可由对象使用designMultirateFIR函数。

上采样器通过插入将输入的每个通道上采样到更高的速率l样本之间是-1个零。随后的FIR滤波器对上采样数据的每个通道进行滤波。得到的离散时间信号的采样率为l乘以原始采样率。

FIR插值器包含一个上采样器和一个反成像FIR滤波器。

注意,实际对象算法实现了一个直接形式的FIR多相结构,这是图中所示的组合系统的有效等效物。有关详细信息,请参见算法

对输入进行上采样:

  1. 创建dsp。FIRInterpolator对象,并设置其属性。

  2. 使用参数调用对象,就像调用函数一样。

要了解更多关于System对象如何工作的信息,请参见什么是系统对象?

在特定条件下,System对象也支持SIMD代码生成。金宝app有关详细信息,请参见代码生成

创建

描述

firinterp= dsp。FIRInterpolator返回一个插值因子为3的FIR插值器。设计了FIR滤波器系数designMultirateFIR (3,1)函数。

firinterp= dsp。FIRInterpolator (l)返回具有整数值的FIR插值器InterpolationFactor属性设置为l.基于插值因子设计滤波器系数l属性在创建对象时指定的designMultirateFIR (L, 1)函数。设计的滤波器对应一个截止点为π/的低通滤波器l以径向频率为单位。

例子

firinterp= dsp。FIRInterpolator (l“汽车”)返回一个FIR插值器NumeratorSource属性设置为“汽车”.在这种模式下,每当插值因子发生更新时,对象使用中指定的设计方法重新设计滤波器DesignMethod

例子

firinterp= dsp。FIRInterpolator (l全国矿工工会)返回一个FIR插值器InterpolationFactor属性设置为l分子属性设置为全国矿工工会

firinterp= dsp。FIRInterpolator (l方法)返回一个FIR插值器InterpolationFactor属性设置为lDesignMethod属性设置为方法.当您将设计方法作为输入传递时NumeratorSource属性自动设置为“汽车”

firinterp= dsp。FIRInterpolator (___名称,值)返回一个FIR插值器对象,其中每个指定的属性都被设置为指定的值。将每个属性名用引号括起来。您可以将此语法与之前的任何输入参数组合一起使用。

firinterp= dsp。FIRInterpolator (l“遗产”)返回一个FIR插值器,其中滤波器系数的设计使用0.25 fir1(15日).该滤波器的截止频率为0.25π弧度/采样。

属性

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除非另有说明,属性是nontunable,这意味着您不能在调用对象之后更改它们的值。对象在调用时锁定,而释放函数打开它们。

如果一个属性是可调,您可以随时更改它的值。

有关更改属性值的更多信息,请参见在MATLAB中使用系统对象进行系统设计

指定整数因子,l,提高输入信号的采样率。多相实现使用l在较低的采样率下计算卷积的多相子滤波器。FIR插值器延迟并交错这些低速率的卷积以获得更高速率的输出。

数据类型:||int8|int16|int32|int64|uint8|uint16|uint32|uint64

FIR滤波器系数源,为:

  • “属性”——分子系数是通过分子财产。

  • 输入端口的——指定分子系数作为对象算法的输入。

  • “汽车”—分子系数采用中规定的设计方法自动设计DesignMethod

反成像FIR滤波器的分子系数,指定为行向量的幂z1.下面的方程定义了长度滤波器的系统函数N+ 1:

H z ) n 0 N b n ) z n

向量b= (b(0)b(1)、…b(N)]表示滤波系数向量。

作为一个有效的反成像滤波器,系数通常对应一个低通滤波器的归一化截止频率不大于的倒数InterpolationFactor.使用designMultirateFIR设计这样的滤波器。更一般地,任何复杂的带通滤波器都可以使用。例如,请参见使用FIR插值器使采样率翻倍

滤波器系数是按值缩放的InterpolationFactor属性,然后过滤信号。形成了l多相subfilters,分子如有必要,会在后面加0。

依赖关系

此属性仅在设置时可见NumeratorSource“属性”

NumeratorSource被设置为“汽车”时,分子系数采用中规定的设计方法自动重新设计DesignMethod.要在自动设计模式下访问过滤系数,类型objName。分子在MATLAB®命令提示符。

数据类型:||int8|int16|int32|int64|uint8|uint16|uint32|uint64
复数的支持:金宝app是的

FIR滤波器系数的设计方法如下:

  • “皇帝”——皇帝的方法。近似反成像低通滤波器使用designMultirateFIR函数。

  • “ZOH”——零阶保持方法。保存输入序列值。

  • “线性”——线性插值法。

依赖关系

此属性仅在设置NumeratorSource财产“汽车”,或者如果你通过了“汽车”关键字在创建对象时作为输入。

定点属性

标志来使用定点算术的全精度规则,指定为以下方式之一:

  • 真正的——对象使用全精度规则计算所有内部算术和输出数据类型。这些规则提供了最精确的定点数值。在此模式下,不应用其他定点属性。物体内部没有量子化。根据需要添加位,以确保没有舍入或溢出发生。

  • ——定点数据类型通过单个定点属性设置进行控制。

有关更多信息,请参见定点系统对象的全精度设置系统对象定点属性

定点运算的舍入方法。有关详细信息,请参见舍入模式

依赖关系

当满足以下条件时,该属性是不可见的,对数值结果没有影响:

  • FullPrecisionOverride设置为真正的

  • FullPrecisionOverride设置为ProductDataType设置为“充分精确”AccumulatorDataType设置为“充分精确”,OutputDataType设置为“蓄电池一样”

在这些条件下,对象以全精度模式运行。

定点操作的溢出操作,指定为下列操作之一:

  • “包装”对象包装其定点操作的结果。

  • “饱和”——对象饱和其定点操作的结果。

有关溢出操作的详细信息,请参见溢出模式为定点操作。

依赖关系

当满足以下条件时,该属性是不可见的,对数值结果没有影响:

  • FullPrecisionOverride设置为真正的

  • FullPrecisionOverride设置为OutputDataType设置为“蓄电池一样”ProductDataType设置为“充分精确”,AccumulatorDataType设置为“充分精确”

在这些条件下,对象以全精度模式运行。

FIR滤波器系数的数据类型,具体为:

  • 与输入的字长相同——系数的字长与输入的字长相同。计算分数长度是为了给出可能的最佳精度。

  • 自定义属性指定的系数数据类型为自定义数值类型CustomCoefficientsDataType财产。

指定为自动签名的系数数据类型的字和分数长度numerictype(定点设计师)单词长度为16,分数长度为15。

依赖关系

属性设置时将应用此属性CoefficientsDataType财产自定义

该对象中产品输出的数据类型,指定为以下类型之一:

  • “充分精确”——产品输出数据类型具有全精度。

  • 同样作为输入的——该对象指定产品输出数据类型与输入数据类型相同。

  • “自定义”属性指定产品输出数据类型为自定义数值类型CustomProductDataType财产。

有关产品输出数据类型的更多信息,请参见乘法的数据类型

依赖关系

此属性在设置时应用FullPrecisionOverride

产品数据类型的字和分数长度,指定为字长为32、分数长为30的自动签名数字类型。

依赖关系

此属性仅在设置时应用FullPrecisionOverrideProductDataType“自定义”

该对象中累加操作的数据类型,指定为:

  • “充分精确”——积累操作精度高。

  • “一样的产品”——该对象指定累加器数据类型与产品输出数据类型相同。

  • 同样作为输入的——该对象指定累加器数据类型与输入数据类型相同。

  • “自定义”属性指定累加器数据类型为自定义数字类型CustomAccumulatorDataType财产。

依赖关系

此属性在设置时应用FullPrecisionOverride

累加器数据类型的字和分数长度,指定为字长为32、分数长为30的自动签名数字类型。

依赖关系

此属性仅在设置时应用FullPrecisionOverrideAccumulatorDataType“自定义”

输出对象的数据类型,指定为以下类型之一:

  • “蓄电池一样”——输出数据类型与累加器输出数据类型相同。

  • 同样作为输入的——输出数据类型与输入数据类型相同。

  • “一样的产品”——输出数据类型与产品输出数据类型相同。

  • “自定义”的输出数据类型指定为自定义数字类型CustomOutputDataType财产。

依赖关系

此属性在设置时应用FullPrecisionOverride

输出数据类型的字和分数长度,指定为字长为16、分数长为15的自动签名数字类型。

依赖关系

此属性仅在设置时应用FullPrecisionOverrideOutputDataType“自定义”

使用

描述

例子

y= firinterp (x)插入输入信号x并输出上采样和过滤后的值,y

y= firinterp (x全国矿工工会)使用FIR滤波器,全国矿工工会,对输入信号进行插值。该配置仅在“NumeratorSource”属性设置为输入端口的

输入参数

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数据输入,指定为向量或矩阵。一个P——- - - - - -输入矩阵为独立通道,System对象在第一个维度上插入每个通道并生成L P *——- - - - - -输出矩阵,l为插值因子。

该对象支持可变大小的输入金宝app,不支持复杂的无符号定点输入。

数据类型:||int8|int16|int32|int64|uint8|uint16|uint32|uint64|fi
复数的支持:金宝app是的

FIR滤波器系数,指定为行向量。

依赖关系

此输入仅在“NumeratorSource”属性设置为输入端口的

数据类型:||int8|int16|int32|int64|uint8|uint16|uint32|uint64|fi
复数的支持:金宝app是的

输出参数

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FIR插值器输出,返回为一个矢量或矩阵的大小L P *——- - - - - -,在那里l为插值因子。

数据类型:||int8|int16|int32|int64|uint8|uint16|uint32|uint64|fi
复数的支持:金宝app是的

对象的功能

要使用对象函数,请指定System对象作为第一个输入参数。例如,释放名为system的对象的系统资源obj,使用下面的语法:

发行版(obj)

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freqz 离散时间滤波器的频率响应系统对象
fvtool 显示DSP滤波器的频率响应
信息 信息过滤系统对象
成本 估计实现过滤器的成本系统对象
多相 多速率滤波器的多相分解
generatehdl 生成量化DSP滤波器的HDL代码(需要)滤波器设计HDL编码器)
impz 离散时间滤波器的脉冲响应系统对象
多项式系数 返回过滤器系统对象结构系数
一步 运行系统对象算法
释放 释放资源并允许更改系统对象属性值和输入特征
重置 使内部状态复位系统对象

例子

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将余弦波插值为原来的2倍。在自动滤波器设计模式下,将底层的D/A信号插值模型改为“线性”将D/ a信号的插值模型改为“ZOH”然后将信号内插5倍。

余弦波的角频率是 π 4 弧度/样品。

x = cos(π/ 4 * (0:39)');

设计默认的过滤器

创建一个dsp。FIRInterpolator对象。目标在上采样后使用反成像低通滤波器。默认情况下,反成像低通滤波器使用designMultirateFIR函数。该函数根据您指定的插值因子设计滤波器,并将系数存储在分子财产。对于插值因子2,该对象使用designMultirateFIR (2, 1)

firinterp = dsp.FIRInterpolator (2)
firinterp = dsp。FIRInterpolatorwith properties: InterpolationFactor: 2 NumeratorSource: 'Property' Numerator: [0 -2.0108e-04 0 7.7408e-04 0 -0.0020 0 0.0045 ... ] Show all properties

使用fvtool.所设计的滤波器满足红色标记的理想滤波器约束条件。截止频率大约是频谱的一半。

fvtool (firinterp)

图形过滤器可视化工具-幅度响应(dB)包含一个轴对象和其他类型的uitoolbar, uimenu对象。标题为“大小响应(dB)”的轴对象包含2个类型为line的对象。

插入2

对余弦信号进行因子2的插值。

y = firinterp (x);

绘制原始信号和内插信号。为了在同一图上绘制两个信号,获得时间仿射变换参数。使用这些参数来计算输出样本时间。的 n th 输出样本时间等于 规模 × n + 延迟 .由于插值因子2,每个其他样本的输入和输出值都是一致的。

规模= firinterp.InterpolationFactor;延迟=长度(firinterp.Numerator) / 2;nx =(0:长度(x) 1);以输入单位计算向量y的输出次数泰=((0:长度(y) 1)延迟)/规模;茎(泰,y,“填充”, MarkerSize = 4);持有;茎(nx x);持有;Xlim ([-5,20]) ylim([-2.5 2.5]) legend(“插入2”输入信号的);

图中包含一个轴对象。axis对象包含2个类型为stem的对象。这些对象表示插值2,输入信号。

在自动过滤器设计模式中按4插入

现在用4倍插值。为了使滤波器设计能够根据新的插值因子自动更新,设置NumeratorSource财产“汽车”.或者,您可以传递关键字“汽车”作为创建对象时的输入。然后对象在自动过滤器设计模式下运行。每当插值因子发生变化时,对象就更新滤波器设计。

(firinterp) firinterp发布。NumeratorSource =“汽车”;firinterp。InterpolationFactor = 4
firinterp = dsp。FIRInterpolatorwith properties: InterpolationFactor: 4 NumeratorSource: 'Auto' DesignMethod: 'Kaiser' Show all properties

可在自动过滤器设计模式下访问过滤系数,类型firinterp。分子在MATLAB命令提示符中。

所设计的滤波器占用更窄的通频带,约为频谱的四分之一。

fvtool (firinterp)

图形过滤器可视化工具-幅度响应(dB)包含一个轴对象和其他类型的uitoolbar, uimenu对象。标题为“大小响应(dB)”的轴对象包含2个类型为line的对象。

将余弦信号内插4倍。

yAuto = firinterp (x);

绘制原始和重采样信号。由于插值因子改变,重新计算时间仿射变换参数。由于插值因子为4,每4个输出样本的输入和输出值都是一致的。

规模= firinterp.InterpolationFactor;延迟=长度(firinterp.Numerator) / 2;nx =(0:长度(x) 1);以输入单位计算矢量yAuto的输出时间tyAuto =((0:长度(yAuto) 1)延迟)/规模;茎(tyAuto yAuto,“填充”, MarkerSize = 4);持有;茎(nx x);持有;Xlim ([-5,10]) ylim([-2.5 2.5]) legend(“插入4”输入信号的);

图中包含一个轴对象。axis对象包含2个类型为stem的对象。这些对象表示插值4,输入信号。

指定信号插值模型

在自动设计模式下,也可以通过DesignMethod财产。

DesignMethod“线性”

如果你设置DesignMethod“线性”,该对象使用线性插值模型。

(firinterp) firinterp发布。DesignMethod =“线性”
firinterp = dsp。FIRInterpolatorwith properties: InterpolationFactor: 4 NumeratorSource: 'Auto' DesignMethod: 'Linear' Show all properties

使用线性插值模型对信号进行插值。

ylinear = firinterp (x);

绘制原始信号和线性插值信号。

规模= firinterp.InterpolationFactor;延迟=(长度(firinterp.Numerator) 1) / 2;nx =(0:长度(x) 1);以输入单位计算线性矢量的输出时间tylinear =((0:长度(ylinear) 1)延迟)/规模;茎(tylinear ylinear,“填充”, MarkerSize = 4);持有;茎(nx x);持有;Xlim ([0,10]) ylim([-2.5 2.5]) legend(“线性插值4”输入信号的);

图中包含一个轴对象。axis对象包含2个类型为stem的对象。这些对象表示线性插值4,输入信号。

DesignMethod“ZOH”和改变InterpolationFactor到5

如果你设置DesignMethod“ZOH”时,对象使用零阶保持方法。将插值因子改为5。

(firinterp) firinterp发布。DesignMethod =“ZOH”;firinterp。InterpolationFactor = 5
firinterp = dsp。FIRInterpolatorwith properties: InterpolationFactor: 5 NumeratorSource: 'Auto' DesignMethod: 'ZOH' Show all properties

用零阶保持方法插值信号。

yzoh = firinterp (x);

绘制原始和ZOH插值信号。

规模= firinterp.InterpolationFactor;延迟=地板((长度(firinterp.Numerator) 1) / 2);nx =(0:长度(x) 1);以输入单位计算矢量yzoh的输出时间tyzoh =((0:长度(yzoh) 1)延迟)/规模;茎(tyzoh yzoh,“填充”, MarkerSize = 4);持有;茎(nx x);持有;Xlim ([0,10]) ylim([-1.5 1.5]) legend('ZOH插补4'输入信号的);

图中包含一个轴对象。axis对象包含2个类型为stem的对象。这些对象代表ZOH插值4,输入信号。

将音频信号的采样率提高一倍,并使用audioDeviceWriter对象。

请注意:如果你正在使用R2016a或更早的版本,将每个对对象的调用替换为等价的一步语法。例如,obj (x)就变成了步骤(obj, x)

注意:audioDeviceWriter中不支持系统对象™金宝appMATLAB在线

创建一个dsp。一个udioFileReader对象。对象准备的默认音频文件的采样率为22050 Hz。

误判率= dsp。一个udioFileReader(“OutputDataType”...“单一”);

创建一个dsp。FIRInterpolator对象,并指定插值因子为2。该对象使用designMultirateFIR (2, 1)函数并将系数存储在分子对象的属性。

firInterp = dsp.FIRInterpolator (2)
firInterp = dsp。FIRInterpolatorwith properties: InterpolationFactor: 2 NumeratorSource: 'Property' Numerator: [0 -2.0108e-04 0 7.7408e-04 0 -0.0020 0 0.0045 ... ] Show all properties

创建一个audioDeviceWriter对象。指定抽样率为22050 × 2,等于44100hz。

adw = audioDeviceWriter (44100)
adw = audioDeviceWriter with properties: Device: 'Default' SampleRate: 44100显示所有属性

使用文件读取器对象读取音频信号,将信号的采样率从22050 Hz增加一倍到44100hz,并播放插值信号。

~isDone(afr)帧= afr();y = firInterp(框架);adw (y);结束暂停(1);释放(误判率);释放(adw);

算法

利用多相结构有效地实现了FIR插值滤波器。

为了推导多相结构,从FIR滤波器的传递函数开始:

H z ) b 0 + b 1 z 1 + ... + b N z N

N+1是FIR滤波器的长度。

你可以将这个等式重新排列如下:

H z ) b 0 + b l z l + b 2 l z 2 l + .. + b N l + 1 z N l + 1 ) ) + z 1 b 1 + b l + 1 z l + b 2 l + 1 z 2 l + .. + b N l + 2 z N l + 1 ) ) + z l 1 ) b l 1 + b 2 l 1 z l + b 3. l 1 z 2 l + .. + b N z N l + 1 ) )

l为多相分量的数目,其值等于所指定的插值因子。

你可以把这个方程写成:

H z ) E 0 z l ) + z 1 E 1 z l ) + ... + z l 1 ) E l 1 z l )

E0(zl)E1(zl)、……El - 1(zl)FIR滤波器的多相成分是什么H(z)。

概念上,FIR插值滤波器包含一个上采样器和一个FIR低通滤波器H(z)。

FIR插值器包含一个上采样器和一个反成像FIR滤波器。

取代H(z)及其多相表示。

这是插值的多速率高贵身份。

应用高贵恒等式进行插值,将上采样运算移到滤波运算之后。这个动作可以使你以较低的速率过滤信号。

可以用换向器开关替换上采样运算符、延迟块和加法器。开关在第一个支路0上启动,逆时针方向移动,每次从每个支路接收一个样本。插值器有效地输出l对它接收到的每个输入样本进行采样。因此FIR插值滤波器输出的采样率为Lfs

扩展功能

定点转换
使用fixed-point Designer™设计和模拟定点系统。

介绍了R2012a