主要内容

dsp。FIRInterpolator

多相冷杉插入器

描述

dsp。FIRInterpolatorSystem Object™Upsamples由整数上采样系数的输入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样品之间-1零。遵循的FIR滤波器过滤ups采样数据的每个通道。产生的离散时间信号具有采样率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。

要了解有关系统对象如何工作的更多信息,请参阅什么是系统对象?

在特定条件下,System对象也支持SIMD代码生成。万博1manbetx有关详细信息,请参见代码生成

创建

描述

firintep.= 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。

firintep.= 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

firintep.= 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

firintep.= 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

firintep.= 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”

firintep.= dsp。FIRInterpolator (___名称,价值将每个指定属性设置为指定值的每个指定属性返回FIR内插器对象。将每个属性名称括起引号。您可以使用以前的任何输入参数组合使用此语法。

firintep.= 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.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

仅当您设置时,此属性才可见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.在自动设计模式下访问滤波器系数,键入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:万博1manbetx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”- 线性插值方法。

依赖关系

仅当您设置时,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。这些规则提供了最准确的定点数字。在此模式下,其他固定点属性不适用。在对象内没有量化。根据需要,添加位,以确保不会发生循环或溢出。

  • 错误的- 通过单个固定点属性设置来控制定点数据类型。

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设置真正的

  • FullPrecisionOverride设置错误的ProductDataType设置“充分精确”AccumulatorDataType设置“充分精确”, 和OutputDataType设置'与累加器相同'

在这些条件下,该物体以全精密模式运行。

定点操作的溢出操作,指定为下列操作之一:

  • “包装”- 该对象包裹其定点操作的结果。

  • “饱和”——对象饱和其定点操作的结果。

有关溢出操作的更多详细信息,请参阅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设置真正的

  • FullPrecisionOverride设置错误的OutputDataType设置'与累加器相同'ProductDataType设置“充分精确”, 和AccumulatorDataType设置“充分精确”

在这些条件下,该物体以全精密模式运行。

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。

  • '与输入相同'——该对象指定产品输出数据类型与输入数据类型相同。

  • '风俗'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错误的

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

此属性仅在您设置时适用FullPrecisionOverride错误的ProductDataType'风俗'

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。

  • '与输入相同'- 该对象指定累加器数据类型与输入数据类型的累加器数据类型相同。

  • '风俗'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错误的

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

此属性仅在您设置时适用FullPrecisionOverride错误的AccumulatorDataType'风俗'

输出对象的数据类型,指定为以下类型之一:

  • '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。

  • “一样的产品”——输出数据类型与产品输出数据类型相同。

  • '风俗'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错误的

输出数据类型的单词和分数长度,指定为自动定义的数字类型,单词长度为16,分数长为15。

依赖关系

此属性仅在您设置时适用FullPrecisionOverride错误的OutputDataType'风俗'

用法

描述

例子

y= firinterp (x插入输入信号x沿着第一维,并输出ups采样和过滤的值,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”财产设置为输入端口的

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万博1manbetx,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:万博1manbetx是的

FIR滤波器系数,指定为行向量。

依赖关系

此输入仅在“NumeratorSource”财产设置为输入端口的

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

对象功能

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:

释放(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 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. 为量化DSP滤波器生成HDL代码(需要滤波器设计HDL编码器
impz 离散时间过滤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

全部收缩

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'并将信号置于5倍。

余弦波具有角度频率 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.设计的过滤器符合以红色标记的理想过滤器约束。截止频率约为频谱的一半。

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

将余弦信号置于2倍。

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);持有离开;XLIM([ -  5,20])ylim([ -  2.5 2.5])传奇(“插入2”'输入信号');

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。

在自动滤波器设计模式下插入4

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,您可以通过关键字“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

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

设计的滤波器占据较窄的通带,即大约四分之一的频谱。

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。

将余弦信号插值为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);%计算输入单元中的矢量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);持有离开;Xlim ([-5,10]) ylim([-2.5 2.5]) legend(“插入4”'输入信号');

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);持有离开;XLIM([0,10])ylim([ -  2.5 2.5])图例(“线性插值4”'输入信号');

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',该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。

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);持有离开;Xlim ([0,10]) ylim([-1.5 1.5]) legend('ZOH插值4''输入信号');

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:如果您使用的是使用R2016A或早期版本,则用等价替换对象的每个调用一步语法。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对象并将插值因子指定为2.对象使用该对象设计过滤器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。将采样率指定为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。

尽管~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是多相组件的数量,其值等于您指定的插值因子。

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(Z.lE1(Z.l、……El - 1(Z.lFIR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)具有其多相表示。

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。

在R2012A介绍