dsp。FarrowRateConverter
多项式采样率转换器与任意转换因子
描述
的dsp。FarrowRateConverterSystem object™实现了一个使用Farrow结构的多项式拟合采样率转换滤波器。您可以使用此对象将信号的采样率转换为任意因子向上或向下。该节点支持定点操作。金宝app
转换信号的采样率:
创建
dsp。FarrowRateConverter对象并设置其属性。调用带参数的对象，就像调用函数一样。
要了解有关System对象如何工作的更多信息，请参见什么是系统对象?
创建
语法
描述
frc= dsp。FarrowRateConverterfrc。对于输入信号的每个通道，frc将输入采样率转换为输出采样率。
frc= dsp。FarrowRateConverter (名称,值）
例子:FRC = dsp。FarrowRateConverter(“规范”、“系数”、“系数”,[1 2;3 4])返回一个滤波器，使用实现二阶多项式滤波器的自定义系数将44.1 kHz转换为48 kHz。
frc= dsp。FarrowRateConverter (傅氏国际，fsOut，托尔，np）frc,InputSampleRate属性设置为傅氏国际，OutputSampleRate属性设置为fsOut，OutputRateTolerance属性设置为托尔,PolynomialOrder属性设置为np。
属性
除非另有说明，否则属性是nontunable，这意味着在调用对象之后不能更改它们的值。对象在调用时被锁定，而释放函数将它们解锁。
如果一个属性可调，您可以随时更改其值。
有关更改属性值的详细信息，请参见利用系统对象在MATLAB中进行系统设计。
过滤性能
InputSampleRate- - - - - -输入信号的采样率
44100(默认)|赫兹正标量
输入信号的采样率，以正标量Hz表示。输入采样率必须大于感兴趣的带宽。
数据类型:单|双|int8|int16|int32|int64|uint8|uint16|uint32|uint64
OutputSampleRate- - - - - -输出信号的采样率
48000(默认)|赫兹正标量
输出信号的采样率，以正标量Hz表示。输出采样率可以表示输入信号的上采样或下采样。
数据类型:单|双|int8|int16|int32|int64|uint8|uint16|uint32|uint64
OutputRateTolerance- - - - - -输出采样率的最大公差
0(默认)|积极的标量
输出采样率的最大公差，指定为从0到0.5(含)的正标量。
实际输出采样率有变化，但在指定范围内。例如，如果OutputRateTolerance指定为0.01，则实际输出采样率在该范围内OutputSampleRate±1%。这种灵活性通常可以实现更简单的过滤器设计。
数据类型:单|双|int8|int16|int32|int64|uint8|uint16|uint32|uint64
规范- - - - - -指定过滤器系数的方法
多项式阶的(默认)|“系数”
为插值器滤波器指定滤波器系数的方法，指定为下列之一:
多项式阶的-使用PolynomialOrder性质来指定拉格朗日插值滤波多项式的阶数。对象计算满足速率和公差属性的系数。“系数”-使用系数属性直接指定多项式系数。
PolynomialOrder- - - - - -拉格朗日-插值-滤波多项式的阶
3.(默认)|小于或等于4的正整数
拉格朗日插值滤波多项式的阶数，指定为小于或等于4的正整数。对象计算满足速率和公差属性的系数。
依赖关系
此属性仅在设置时应用规范来多项式阶的。
数据类型:单|双|int8|int16|int32|int64|uint8|uint16|uint32|uint64
系数- - - - - -滤波多项式系数
[1 1;1 0](默认)|实值方阵
过滤多项式系数，指定为实值米——- - - - - -米矩阵,米是多项式阶。
该图显示了a的信号流图dsp。FarrowRateConverter对象，其系数设置为[1 2;3 4]。
FIR滤波器的每个分支对应于系数矩阵的一行。
依赖关系
此属性仅在设置时应用规范来“系数”。
数据类型:单|双|int8|int16|int32|int64|uint8|uint16|uint32|uint64
RoundingMethod- - - - - -定点运算的舍入方法
“地板”(默认)|“天花板”|“收敛”|“最近的”|“圆”|“零”
定点运算的舍入方法，指定为字符向量。有关舍入方法的更多信息，请参见舍入模式。
OverflowAction- - - - - -定点操作的溢出动作
“包装”(默认)|“饱和”
定点操作的溢出操作，指定为任一“包装”或“饱和”。有关溢出操作的详细信息，请参见溢出处理。
CoefficientsDataType- - - - - -过滤系数的数据类型
numerictype (16)(默认)|numerictype对象
过滤器系数的数据类型，指定为带符号的numerictype(定点设计师)对象。默认的数据类型是有符号的16位numerictype对象。您必须指定numerictype对象，没有特定的二值点缩放。为了最大化精度，对象根据系数值确定此数据类型的分数长度。
FractionalDelayDataType- - - - - -分数延迟的数据类型
numerictype (0, 8)(默认)|numerictype对象
分数延迟的数据类型，指定为unsignednumerictype对象。默认数据类型为无符号8位numerictype对象。您必须指定numerictype对象，没有特定的二值点缩放。为了最大化精度，对象根据分数延迟值确定此数据类型的分数长度。
MultiplicandDataType- - - - - -乘数的数据类型
numerictype(1, 16日,13)(默认)|numerictype对象
乘数的数据类型，指定为带符号的numerictype对象。默认数据类型为带符号的16位numerictype具有13位分数长度的对象。您必须指定numerictype具有特定二进制点缩放的对象。
OutputDataType- - - - - -输出数据类型
'与输入相同的单词长度'(默认)|“与蓄电池相同”|numerictype对象
输出的数据类型，指定为以下之一:
'与输入相同的单词长度'—输出字长和分数长度与输入相同。“与蓄电池相同”—输出字长和分数长度与累加器相同。numerictypeobject -有符号的定点输出数据类型。如果未指定分数长度，则该对象将根据输入范围计算分数长度。对象保留输入的动态范围。
对象的功能
要使用对象函数，请将System对象指定为第一个输入参数。例如，释放system对象的系统资源obj，使用以下语法:
发行版(obj)
例子
使用dsp对音频信号进行上采样。FarrowRateConverter
请注意:如果您使用的是R2016a或更早的版本，请将对该对象的每个调用替换为等效的调用一步语法。例如,obj (x)就变成了步骤(obj, x)。
注意:的dsp。AudioFileWriter中不支持系统对象™金宝appMATLAB在线。
创建一个dsp。FarrowRateConverter系统对象™转换音频信号从44.1千赫到96千赫。设置过滤器的多项式阶。
FsIn = 44.13;FsOut = 96e3;LagrangeOrder = 2;% 1 =线性插值FRC = dsp。FarrowRateConverter (“InputSampleRate”傅氏国际,…“OutputSampleRate”FsOut,…“PolynomialOrder”, LagrangeOrder);Ar = dsp。AudioFileReader (“guitar10min.ogg”，“SamplesPerFrame”, 14700);Aw = dsp。AudioFileWriter (“guitar10min_96kHz.wav”，“SampleRate”, FsOut);
检查结果的插值和抽取因子。
[interp,decim] = getRateChangeFactors(frc)
Interp = 320
Decim = 147
显示对象用来拟合输入样本的多项式。
系数= get多项式系数(frc)
多项式系数=3×30.5000 -0.5000 0 -1.0000 0 1.0000 0.5000 0.5000 0
转换100帧音频信号。将结果写入文件。
为N = 1:1:100 x = ar();Y = frc(x);亚历山大-伍尔兹(y);结束
释放dsp。AudioFileWriter系统对象™来完成输出文件的创建。
发布(aw)发布(ar)
绘制输入和输出信号。法罗速率转换器的延迟在输出信号中引入了延迟。
tx = (0:length(x)-1)./FsIn;ty = (0:length(y)-1)./FsOut;图subplot(2,1,1) plot(tx,x(:，1)，“。”)举行在情节(泰,y (: 1),“——”) xlim([0.0.005]) xlabel(“时间(s)”)传说(输入样本的，的输出样本，“位置”，“最佳”)标题(通道1的) subplot(2,1,2) plot(tx,x(:，2)，“。”)举行在情节(泰,y (:, 2),“——”) xlim([0.0.005]) xlabel(“时间(s)”)传说(输入样本的，的输出样本，“位置”，“最佳”)标题(通道2的）
使用outputDelay函数来确定此延迟值。要考虑此延迟，请将输出移动此延迟值。
[delay，~，~] = outputDelay(frc,Fc=0)
延迟= 4.5351e-05
tx = (0:length(x)-1)./FsIn;ty = (0:length(y)-1)./FsOut;图subplot(2,1,1) plot(tx,x(:，1)，“。”)举行在情节(ty-delay, y (: 1),“——”) xlim([0.0.005]) xlabel(“时间(s)”)传说(输入样本的，的输出样本，“位置”，“最佳”)标题(通道1的) subplot(2,1,2) plot(tx,x(:，2)，“。”)举行在情节(ty-delay, y (:, 2),“——”) xlim([0.0.005]) xlabel(“时间(s)”)传说(输入样本的，的输出样本，“位置”，“最佳”)标题(通道2的）
放大以查看采样率的差异。
图subplot(2,1,1) plot(tx,x(:，1)，Color=[0.6 0.6 0.6]) hold在情节(tx, x (: 1),“罗”)情节(ty-delay y (: 1),“b”。) xlim([0.0105 0.0107])传说(“插入输入”，输入样本的，的输出样本)标题(通道1的次要情节(2,1,2)情节(tx, x(:, 2),颜色= [0.6 0.6 0.6])在情节(tx, x (:, 2),“罗”)情节(ty-delay y (:, 2),“b”。) xlim([0.0105 0.0107])传说(“插入输入”，输入样本的，的输出样本)标题(通道2的）
通过调整公差减少输入尺寸限制
创建一个dsp。FarrowRateConverter0公差的系统对象™。输出速率等于OutputSampleRate财产。输入大小必须是抽取因子的倍数，米。在这个例子中，M是320。
FRC = dsp。FarrowRateConverter (“InputSampleRate”96年e3,…“OutputSampleRate”44.1 e3);FsOut = getActualOutputRate(frc)
FsOut = 44100
[L,M] = getRateChangeFactors(frc)
L = 147
M = 320
在输出速率上允许1%的公差，并观察抽取因子的差异。
frc。outputratettolerance = 0.01;FsOut2 = getActualOutputRate(frc)
FsOut2 = 4.4308e+04
[L2,M2] = getRateChangeFactors(frc)
L2 = 6
M2 = 13
抽取因子现在只有13。抽取因子越低，输入大小就越灵活。输出速率在合理范围内OutputSampleRate
1%。
dsp的频率响应。FarrowRateConverter
创建一个dsp。FarrowRateConverter具有默认属性的系统对象™。计算并显示频率响应。
frc = dsp.FarrowRateConverter;[h,f] = freqz(frc);情节(f, 20 * log10 (abs (h))) ylabel (滤波器响应的)包含(“频率(rad / s)”）
确定dsp的计算成本。FarrowRateConverter
创建dsp。FarrowRateConverter系统对象™与默认值。确定其计算成本:系数的数量、状态的数量、每个输入样本的乘法和每个输入样本的加法。
frc = dsp.FarrowRateConverter;成本(frc)
中科=带有字段的结构体:NumCoefficients: 16 NumStates: 3 MultiplicationsPerInputSample: 14.1497 AdditionsPerInputSample: 11.9728
重复计算，允许输出采样率有10%的容差。
frc。outputratettolerance = 0.1;成本(frc)
ctl =带有字段的结构体:NumCoefficients: 16 NumStates: 3 MultiplicationsPerInputSample: 13 AdditionsPerInputSample: 11
更多关于
算法
法罗滤波器使用霍纳规则实现分段多项式插值，从多项式中计算样本。用于拟合输入样本的多项式系数对应于拉格朗日插值系数。
一旦将一个多项式拟合到输入数据中，就可以在任意点计算该多项式的值。因此，多项式滤波器可以在输入样本之间的任意位置进行插值。
你可以使用任意阶的多项式来拟合现有的样本。然而，由于大阶多项式经常振荡，因此在实践中使用1、2、3或4阶多项式。
该块仅通过改变分数延迟来计算所需位置的插值值，µ。该值是前一个输入样本和当前输出样本之间的间隔。所有滤波器系数保持不变。
输入样本使用米+ 1个FIR滤波器，其中米是多项式阶。
这些滤波器的输出乘以分数阶延迟，µ。
输出是乘法结果的和。
参考文献
[b] Hentschel, T.和G. Fettweis。用于可重构无线电终端采样率转换的连续时间数字滤波器。Frequenz。第55卷5-6号，2001年，第185-188页。
