主要内容

dsp。FIRRateConverter

采样速率转换器

描述

dsp。FIRRateConverter系统对象™通过有理因子对矢量或矩阵输入执行采样率转换。FIR速率转换器级联了一个插值器和一个小数。速率转换器(如图所示)在概念上包括一个上采样器,接着是一个组合抗成像和抗混叠FIR滤波器,然后是一个下采样器。反成像和抗混叠FIR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。有关示例,请参见利用FIR速率转换器重新采样信号

上采样器将信号的采样率提高一个因子l下采样器将信号的采样率降低了一个因子.使用上采样和下采样因子相对素素或质素。所得到的离散时间信号的采样率为L / M乘以原始抽样率。

FIR速率转换器包含一个上采样器,接着是一个抗成像、抗混叠的FIR滤波器,接着是一个下采样器。

请注意,实际的对象算法实现了多相结构,这是图中描述的组合系统的有效等效。详情请参见算法

进行采样率转换:

  1. 创建dsp。FIRRateConverter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?

创建

描述

例子

firrc= dsp。FIRRateConverter返回一个FIR采样率转换器对象,其插值因子为3,抽取因子为2。设计了FIR滤波器系数designMultirateFIR (2)函数。

firrc= dsp。FIRRateConverter (l返回一个具有整数值的FIR采样速率转换器InterpolationFactor属性设置为lDecimationFactor属性设置为.对象根据创建对象时指定的速率转换因子设计其筛选器系数designMultirateFIR (L, M)函数。所设计的滤波器对应于归一化截止频率不大于的低通滤波器分钟(π/ L,π/米)以径向频率为单位。

firrc= dsp。FIRRateConverter (l“汽车”返回一个FIR采样速率转换器,其中NumeratorSource属性设置为“汽车”.在此模式下,每当速率转换因子有更新时,对象使用中指定的设计方法重新设计过滤器DesignMethod

例子

firrc= dsp。FIRRateConverter (l全国矿工工会函数返回一个FIR采样速率转换器分子属性设置为全国矿工工会

firrc= dsp。FIRRateConverter (l方法函数返回一个FIR采样速率转换器DesignMethod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”

firrc= dsp。FIRRateConverter (___名称,值返回一个FIR采样率转换器,每个指定的属性设置为指定的值。将每个属性名用引号括起来。您可以将此语法用于以前的任何输入参数组合。

例子:firrc = dsp.FIRRateConverter('FullPrecisionOverride','false')允许通过各个定点属性设置控制定点数据类型。

firrc= dsp。FIRRateConverter (l“遗产”返回一个FIR采样率转换器,其中滤波器系数设计使用Firpm (70,[0 0.28 0.32 1],[1 1 0 0]).所设计滤波器的截止频率为π/3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

插值因子l,指定为正整数。

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

大量毁灭的因素,指定为正整数。

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

FIR滤波器系数来源,指定为下列之一:

  • “属性”分子系数通过分子财产。

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

FIR滤波器的分子系数,指定为以的幂表示的行向量z-1

滤波器的传递函数定义如下:

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。

使用归一化截止频率不大于的低通滤波器分钟(1 / L, 1 /米),在那里l是插值因子和是抽取因子。低通滤波器的增益应该等于l,插值因子。选择滤波器的长度为插值因子的倍数。要设计这样的过滤器,请使用designMultirateFIR函数。有关示例,请参见利用FIR速率转换器重新采样信号.所有滤波器的初始状态都为零。

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

FIR滤波器系数的设计方法,指定为下列之一:

  • “皇帝”——凯撒方法。近似组合抗混叠和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

指定是否使用全精度规则。如果你设置FullPrecisionOverride真正的,这是默认值,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。它还关闭了其他定点属性的显示,因为它们不是单独应用的。这些规则保证在对象中不发生量化。根据需要添加位,以确保不会发生舍入或溢出。如果你设置FullPrecisionOverride,通过单独的定点属性设置控制定点数据类型。有关更多信息,请参见定点系统对象的全精度

指定舍入方法为|之一天花板|收敛|地板上|最近的||简单的||。

依赖关系

此属性仅在对象未处于完全精确模式时应用。

指定溢出动作为|之一包装|饱和|。

依赖关系

此属性仅在对象未处于完全精确模式时应用。

指定过滤器系数定点数据类型为|之一与输入相同的字长|自定义|。

指定滤波器系数定点类型为anumerictype(定点设计师)对象的Signedness汽车

依赖关系

属性仅适用于CoefficientsDataType属性是自定义

指定产品定点数据类型为|之一完整的精度|和输入一样|自定义|。

指定作为缩放的产品定点类型numerictype(定点设计师)对象的Signedness汽车

依赖关系

属性仅适用于ProductDataType属性是自定义

指定累加器定点数据类型为|之一完整的精度|与产品相同|和输入一样|自定义|。

指定累加器定点类型为缩放值numerictype(定点设计师)对象的Signedness汽车

依赖关系

属性仅适用于AccumulatorDataType属性是自定义

指定输出定点数据类型为|之一和累加器一样|与产品相同|和输入一样|自定义|。

指定输出定点类型作为缩放numerictype(定点设计师)对象的Signedness汽车

依赖关系

属性仅适用于OutputDataType属性是自定义

使用

语法

描述

例子

y= firrc (x重新采样输入x并返回重新采样的信号y

输入参数

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数据输入,指定为列向量或矩阵。输入行数P一定是抽取因子的倍数.一个P——- - - - - -矩阵输入被视为独立的通道。

数据类型:||int8|int16|int32|int64|uint8|uint16|uint32|uint64|fi
复数支持:万博1manbetx是的

输出参数

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重新采样的输出,作为列向量或矩阵返回。输出信号中的行数由PL/,在那里P是输入行数,l是插值因子,和是抽取因子。

数据类型:||int8|int16|int32|int64|uint8|uint16|uint32|uint64|fi
复数支持:万博1manbetx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
多项式系数 返回筛选器系统对象结构中的系数
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
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100hz的正弦波信号重新采样3/2。

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)

创建一个dsp。SineWave一个每帧产生54个采样的正弦信号的对象,包含100赫兹的音调,采样率为1250赫兹。

sin = dsp。SineWave(1,100,“SampleRate”, 1250,“SamplesPerFrame”54);%抓住一个相框X = sin ();计算输入时间向量tx =(0:长度(x)-1)/sin . samplerate;

设计默认过滤器

创建一个dsp。FIRRateConverter对象。该对象使用一个组合抗成像和抗混叠FIR滤波器。默认情况下,此筛选器使用designMultirateFIR函数。函数根据指定的速率转换因子设计过滤器,并将系数存储在分子财产。对于插值因子3和抽取因子2,对象使用designMultirateFIR (2)

firrc = dsp.FIRRateConverter(3,2);

按3/2的因子重新采样

将信号重新采样3/2倍。

Y = firrc(x);

绘制原始信号和重采样信号。为了在同一个图上绘制两个信号,必须考虑FIR速率转换器的输出延迟和滤波器引入的缩放。使用outputDelay函数来计算延迟由速率转换器引入的值。按此延迟值移位输出。

可视化输入和重新采样的信号。由于转换速率为3/2,每3个输出样本,输入和输出值就重合一次。

FsIn = sin . samplerate;[delay,FsOut] = outputDelay(firrc,FsIn=FsIn);计算输入单位为向量y的输出次数ty = (0:length(y)-1)/FsOut-delay;茎(tx, x,“填充”MarkerSize = 4)茎(泰,y)Xlim ([0.0 0.0145]) ylim([-1.5 1.5])原始输入的重新取样的

图中包含一个轴对象。axis对象包含2个stem类型的对象。这些对象表示原始输入,重新采样。

在自动过滤器设计模式中重新采样5/3的因素

现在将插值因子改为5,抽取因子改为3。为使滤波器设计根据新的速率转换因子自动更新,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。每当速率转换因子发生变化时,对象就相应地更新过滤器设计。

(firrc) firrc发布。NumeratorSource =“汽车”;firrc。InterpolationFactor = 5;firrc。DecimationFactor = 3
Firrc = dsp。FIRRateConverter与属性:InterpolationFactor: 5 DecimationFactor: 3 NumeratorSource: 'Auto' DesignMethod: 'Kaiser'显示所有属性

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

使用更新后的速率转换值重新采样信号。

yAuto = firrc(x);

绘制原始信号和重采样信号。重新计算输出延迟和输出采样率,因为速率转换因子已经改变。请注意,由于5/3转换因子,输入和输出每3个输入样本和每5个输出样本重合。

[delay,FsOut] = outputDelay(firrc,FsIn=FsIn);在输入单位中计算向量yAuto的输出时间tyAuto = (0:length(yAuto)-1)/FsOut-delay;茎(tx, x,“填充”MarkerSize = 4)茎(tyAuto yAuto,“r”)举行Xlim ([0.0 0.015]) ylim([-1.5 1.5])原始输入的重新取样的

图中包含一个轴对象。axis对象包含2个stem类型的对象。这些对象表示原始输入,重新采样。

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”并将插值因子改为11。

(firrc) firrc发布。DesignMethod =“线性”;firrc。InterpolationFactor = 11;

使用线性插值模型重新采样信号。

yLinear = firrc(x);

绘制原始信号和重采样信号。输出样本位于分段线性曲线上。请注意,输入和输出每3个输入样本和每11个输出样本都符合比值11/3的预期。

[delay,FsOut] = outputDelay(firrc,FsIn=FsIn);计算输入单位中向量yLinear的输出次数tyLinear = (0:length(yLinear)-1)/FsOut-delay;茎(tx, x,“填充”MarkerSize = 4)stem(tyLinear,yLinear) plot(tyLinear,yLinear,Color=[1 0 0 0.3])持有Xlim ([0.0 0.009]) ylim([-1.5 1.5]) legend(原始输入的重新取样的

图中包含一个轴对象。axis对象包含stem、line类型的3个对象。这些对象表示原始输入,重新采样。

将音频信号从48 kHz重新采样到44 kHz,并使用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™万博1manbetxMATLAB在线

创建一个dsp。一个udioFileReader对象。对象读取采样率为48khz的音频文件。

L = 11;M = 12;Afr = dsp。一个udioFileReader(“audio48kHz.wav”...“OutputDataType”“单一”...“SamplesPerFrame”4 *米);

创建一个dsp。FIRRateConverter对象,其插值因子为l= 11,抽取因子为= 12(比例的协素数表示 44 k / 48 k ),与标准的44.1千赫频率合理近似。对象使用来设计过滤器designMultirateFIR(11、12)然后把系数存储在分子对象的属性。

firrc = dsp.FIRRateConverter(L,M)
Firrc = dsp。FIRRateConverter与属性:InterpolationFactor: 11 DecimationFactor: 12 NumeratorSource: 'Property'分子:[0 2.3076e-05 5.4790e-05 9.3620e-05 1.3665 -04…显示所有属性

创建一个audioDeviceWriter对象。指定采样率为44100 Hz。

adw = audioDeviceWriter(44100);

读取音频文件,转换音频信号的采样率,并播放重新采样的音频。

~isDone(afr) audio1 = afr();Audio2 = firrc(audio1);adw (audio2);结束发布(误判率)发布(adw)

算法

利用多相结构实现了FIR速率变换器。

为了推导多相结构,从FIR滤波器的传递函数开始:该FIR滤波器是一种结合了抗成像和抗混叠滤波器。

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速率转换器包含一个上采样器,接着是一个组合的抗成像、抗混叠FIR滤波器H(z),然后是下采样器。

FIR速率转换器包含一个上采样器,接着是一个组合抗成像、抗混叠FIR滤波器,接着是一个下采样器。

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。

可以用换向器开关替换上采样算子、延迟块和加法器。为了考虑接下来的下采样器,开关按大小的步骤移动.开关从0号分支接收第一个样本,并沿逆时针方向移动,每次都跳过−1分支。

作为一个例子,考虑一个速率转换器l设置为5和设置为3。多相组分为E0(z)E1(z)E2(z)E3.(z),E4(z).交换机从第一个分支0开始,跳过分支1和2,从分支3接收下一个样本,然后跳过分支4和0,从分支2接收下一个样本,依此类推。交换机接收数据样本的分支序列为[0,3,1,4,2,0,3,1,....]。

该速率转换器实现了l/通过首先应用插值因子进行转换l对输入的数据,并使用换向器开关端只接收1进样本,有效地解释了下抽样因素.因此,FIR速率转换器输出端的采样率为Lfs / M

扩展功能

版本历史

在R2012a中引入