主要内容

dsp。FIRInterpolator

多相FIR插补器

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,FIR反成像滤波器通常是理想的带限插值滤波器的近似值。反成像滤波器的系数可以通过分子属性,也可以由对象使用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样本之间有-1个0。随后的FIR滤波器对上采样数据的每个通道进行过滤。所得到的离散时间信号的采样率为l乘以原始抽样率。

FIR插值器包含一个上采样器和一个反成像FIR滤波器。

请注意,实际的目标算法实现了直接形式的FIR多相结构,这是图中描述的组合系统的有效等效。详情请参见算法

对输入进行采样:

  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。

有关系统对象如何工作的详细信息,请参见什么是系统对象?

在特定条件下,这个System对象还支持SIMD代码生成。金宝app详细信息请参见代码生成

创建

描述

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

firinterp= dsp。FIRInterpolator (l返回一个具有整数值的FIR插值器InterpolationFactor属性设置为l.对象基于插值因子设计其滤波器系数l属性创建对象时指定的designMultirateFIR (L, 1)函数。所设计的滤波器对应于在π/处具有截止点的低通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”.在此模式下,每当插值因子有更新时,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.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,将每个指定属性设置为指定值。将每个属性名用引号括起来。您可以将此语法用于以前的任何输入参数组合。

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

属性

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除非另有说明,属性为nontunable,这意味着在调用对象后不能更改它们的值。对象在调用时锁定,而释放功能解锁它们。

如果属性为可调,您可以随时更改其值。

有关更改属性值的详细信息,请参见使用系统对象的MATLAB系统设计

指定整数因子,l,从而提高输入信号的采样率。多相实现使用l多相子滤波器以较低的采样率计算卷积。FIR插值器延迟并交叉这些低速率卷积以获得高速率输出。

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

FIR滤波器系数来源,指定为:

  • “属性”分子系数通过分子财产。

  • 输入端口的分子系数被指定为目标算法的输入。

  • “汽车”-分子系数自动设计使用指定的设计方法DesignMethod

反成像FIR滤波器的分子系数,指定为的幂的行向量z1.下面的方程定义了长度过滤器的系统函数N+ 1:

H z n 0 N b n z n

向量b= (b(0)b(1)、…b(N)]表示滤波器系数向量。

作为有效的反成像滤波器,系数通常对应于低通滤波器,其归一化截止频率不大于的倒数InterpolationFactor.使用designMultirateFIR设计这样的过滤器更一般地说,任何复杂的带通滤波器都可以使用。有关示例,请参见加倍的采样率使用FIR插值器

的值对滤波器系数进行缩放InterpolationFactor属性,然后对信号进行滤波。为了形成l多相subfilters,分子在必要时附加0。

依赖关系

此属性仅在设置时可见NumeratorSource“属性”

NumeratorSource设置为“汽车”的设计方法,自动重新设计分子系数DesignMethod.要在自动设计模式中访问滤波器系数,请键入objName。分子在MATLAB中®命令提示符。

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

FIR滤波器系数的设计方法,指定为下列之一:

  • “皇帝”——凯撒方法。近似抗成像低通滤波器使用designMultirateFIR函数。

  • “ZOH”——零阶保持法。保持输入序列值。

  • “线性”——线性插值法。

依赖关系

属性时,此属性才可见NumeratorSource财产“汽车”,或者如果你通过“汽车”关键字作为创建对象时的输入。

定点属性

标记为定点算术使用全精度规则,指定为以下之一:

  • 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字。在这种模式下,其他定点属性不适用。对象内部没有量子化。根据需要添加位,以确保不会发生舍入或溢出。

  • 定点数据类型通过个别定点属性设置来控制。

有关更多信息,请参见定点系统对象的全精度而且设置系统对象定点属性

定点运算的舍入方法。详情请参见舍入模式

依赖关系

当满足以下条件时,此属性是不可见的,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'与累加器相同'

在这些条件下,物体在全精度模式下工作。

定点操作的溢出动作,指定为下列之一:

  • “包装”对象包装其定点操作的结果。

  • “饱和”——对象使其定点操作的结果饱和。

有关溢出操作的详细信息,请参见溢出模式用于定点运算。

依赖关系

当满足以下条件时,此属性是不可见的,对数值结果没有影响:

  • FullPrecisionOverride设置为真正的

  • FullPrecisionOverride设置为OutputDataType设置为'与累加器相同'ProductDataType设置为“充分精确”,AccumulatorDataType设置为“充分精确”

在这些条件下,物体在全精度模式下工作。

FIR滤波器系数的数据类型,指定为:

  • 与输入相同的字长——系数的字长与输入的字长相同。分数长度的计算,以提供最好的可能精度。

  • 自定义方法将系数数据类型指定为自定义数字类型CustomCoefficientsDataType财产。

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

依赖关系

属性时应用此属性CoefficientsDataType财产自定义

此对象中产品输出的数据类型,指定为以下之一:

  • “充分精确”——产品输出数据类型具有全精度。

  • “与输入相同”——对象指定产品输出数据类型与输入数据类型相同。

  • “自定义”方法将产品输出数据类型指定为自定义数字类型CustomProductDataType财产。

有关产品输出数据类型的详细信息,请参见乘法数据类型

依赖关系

设置时应用此属性FullPrecisionOverride

产品数据类型的单词和分数长度,指定为自签名数字类型,单词长度为32,分数长度为30。

依赖关系

此属性仅在设置时应用FullPrecisionOverride而且ProductDataType“自定义”

此对象中累加操作的数据类型,指定为以下之一:

  • “充分精确”——累加操作具有充分的精度。

  • “与产品相同”——对象指定累加器数据类型与产品输出数据类型相同。

  • “与输入相同”——对象指定累加器数据类型与输入数据类型相同。

  • “自定义”属性将累加器数据类型指定为自定义数字类型CustomAccumulatorDataType财产。

依赖关系

设置时应用此属性FullPrecisionOverride

累加器数据类型的单词和分数长度,指定为自签名数字类型,单词长度为32,分数长度为30。

依赖关系

此属性仅在设置时应用FullPrecisionOverride而且AccumulatorDataType“自定义”

对象输出的数据类型,指定为以下之一:

  • '与累加器相同'——输出数据类型与累加器输出数据类型相同。

  • “与输入相同”—输出数据类型与输入数据类型相同。

  • “与产品相同”—输出数据类型与产品输出数据类型相同。

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

依赖关系

设置时应用此属性FullPrecisionOverride

输出数据类型的字和分数长度,指定为自签名数字类型,字长度为16,分数长度为15。

依赖关系

此属性仅在设置时应用FullPrecisionOverride而且OutputDataType“自定义”

使用

描述

例子

y= firinterp (x对输入信号进行插值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。仅当“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——- - - - - -将输入矩阵处理为System对象在第一个维度上插入每个通道,并生成一个L P *——- - - - - -输出矩阵,其中l是插值因子。

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
复数支持:金宝app是的

FIR滤波器系数,指定为行向量。

依赖关系

时才接受此输入“NumeratorSource”属性设置为输入端口的

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

输出参数

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FIR插补器输出,返回为一个矢量或大小的矩阵L P *——- - - - - -,在那里l是插值因子。

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

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,使用这种语法:

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 可视化DSP滤波器的频率响应
信息 关于过滤器的信息系统对象
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 返回筛选器系统对象结构中的系数
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 重置的内部状态系统对象

例子

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将余弦波内插2倍。在自动滤波器设计模式下,将底层D/A信号插补模型更改为“线性”并对信号插值4倍,将底层D/ a信号插值模型更改为“ZOH”对信号进行5倍的插值。

余弦波的角频率是 π 4 弧度/样品。

X = cos(/4*(0:39)');

设计默认过滤器

创建一个dsp。FIRInterpolator对象。该对象在上采样后使用了防成像低通滤波器。默认情况下,防成像低通滤波器是使用designMultirateFIR函数。函数根据指定的插值因子设计过滤器,并将系数存储在分子财产。对于2的插值系数,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

可视化使用的过滤器响应fvtool.所设计的滤波器满足用红色标记的理想滤波器约束。截止频率大约是频谱的一半。

fvtool (firinterp)

图幅度响应(dB)包含一个轴对象。标题为Magnitude Response (dB)的axis对象包含2个类型为line的对象。

插值2

将余弦信号内插2倍。

Y = firinterp(x);

绘制原始信号和插值信号。为了在同一个图上绘制两个信号,必须考虑FIR插补器的输出延迟和滤波器引入的缩放。使用outputDelay函数来计算延迟由插值器引入的值。按此延迟值移位输出。

可视化输入和重新采样的信号。由于插值因子为2,输入和输出值每隔一个样本重合一次。

[delay,FsOut] = outputDelay(firinterp)
延迟= 12
FsOut = 2
Nx =(0:长度(x)-1);ty = (0:length(y)-1)/FsOut-delay;茎(泰,y,“填充”, MarkerSize = 4);持有;茎(nx x);持有;Xlim ([-5,20]) ylim([-2.5 2.5])'内插2'输入信号的“位置”“最佳”);

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

插值4在自动滤波器设计模式

现在用4做插值。为使滤波器设计根据新的插值因子自动更新,请设置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。对象然后在自动过滤器设计模式下操作。每当插值因子发生变化时,对象都会更新滤波器设计。

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

要在自动滤波器设计模式下访问滤波器系数,请键入firinterp。分子在MATLAB命令提示符中。

所设计的滤波器占用较窄的通带,约为频谱的四分之一。

fvtool (firinterp)

图幅度响应(dB)包含一个轴对象。标题为Magnitude Response (dB)的axis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);

绘制原始信号和重采样信号。重新计算延迟和输出采样率值,因为插值因子已经改变。由于插值因子为4,输入和输出值每4个输出样本重合一次。

[delay,FsOut] = outputDelay(firinterp);Nx =(0:长度(x)-1);tyAuto = (0:length(yAuto)-1)/FsOut-delay;茎(tyAuto yAuto,“填充”, MarkerSize = 4);持有;茎(nx x);持有;Xlim ([-5,10]) ylim([-2.5 2.5])'内插4'输入信号的);

图中包含一个轴对象。axis对象包含2个stem类型的对象。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,还可以通过参数指定底层D/A信号插补模型DesignMethod财产。

DesignMethod“线性”

如果你设置DesignMethod“线性”时,对象采用线性插值模型。

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

用线性插值模型对信号进行插值。

Ylinear = firinterp(x);

画出原始信号和线性插值信号。

[delay,FsOut] = outputDelay(firinterp);Nx =(0:长度(x)-1);计算输入单位中向量ylinear的输出次数tylinear = (0:length(ylinear)-1)/FsOut-delay;茎(tylinear ylinear,“填充”, MarkerSize = 4);持有;茎(nx x);持有;Xlim ([0,10]) ylim([-2.5 2.5])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stem类型的对象。这些对象代表线性插值4,输入信号。

DesignMethod“ZOH”和改变InterpolationFactor到5

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

[delay,FsOut] = outputDelay(firinterp);Nx =(0:长度(x)-1);计算输入单位中向量yzoh的输出次数tyzoh = (0:length(yzoh)-1)/FsOut-delay;茎(tyzoh yzoh,“填充”, MarkerSize = 4);持有;茎(nx x);持有;Xlim ([0,10]) ylim([-1.5 1.5])“ZOH插值4”输入信号的);

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

音频信号的采样率加倍,并播放插值信号使用audioDeviceWriter对象。

请注意:如果您正在使用R2016a或更早的版本,请将对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: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。

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

创建一个dsp。FIRInterpolator对象,并将插值因子指定为2。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。指定采样率为22050 × 2,等于44100 Hz。

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提高到44100 Hz,并播放插值后的信号。

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

算法

利用多相结构实现了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为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是多相组分的数量,其值等于指定的插值因子。

这个方程可以写成:

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

E0(zlE1(zl、……El - 1(zl是FIR滤波器的多相元件H(z)。

从概念上讲,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。

这里是用于插值的多速率贵族恒等式。

应用高贵恒等式进行插值将上采样操作移到滤波操作之后。这个动作使您能够以较低的速率过滤信号。

您可以用换向器开关替换上采样算子、延迟块和加法器。开关从第一个分支0开始,逆时针方向移动,每次从每个分支接收一个样本。插值器有效输出l它接收到的每一个输入样本。因此,FIR插值滤波器输出端的采样率为Lfs

扩展功能

版本历史

在R2012a中引入