Здравствуйте!
Использовал ранее утилиту fdatool в MATLAB 6.5 для рассчетов FIR фильтров. Тут понадобилось рассчитать несколько IIR (БИХ) фильтров. Взял для примера фильтр Баттервуорта. Задал параметры, указал порядок. Сгенерировал фильтр. Включил рассчет квантования, в дополнительных настройках квантования включил нормализацию Numerator и Denominator так, чтобы они не были больше 1.0.
Пересчитал фильтр. По АЧХ фильтр подошел, рассчитаные коэффициенты я подставил в код своей программы. При прогоне фильтра на тестовом сигнале с плавнорастущей частотой тона с 20Гц до 10кГц оказалось, что общий уровень выходного сигнала выше входного. Причем, уровень растет пропорционально количеству секций фильтра и рост составляет около 4.2 дБ на секцию фильтра. Т.е для фильтра 20-го порядка (10 секций), рост уровня состовляет более 42 дБ. При работе с FIR фильтрами рассчитанными в MATLAB-е сподобными проблемами не сталкивался. Сначала грешил на свой алгоритм фильтрации. Для теста взял коэффициены вычисленные с помощью утилиты CIIRF1.EXE (http://www.rid.mv.ru/iir/iir.htm). По коэффициентам выданными этой программой, выходной сигнал после обработки моим алгоритмом фильтрации получился совершенно корректным (без общего поднятия/опускания уровня) и соответсвовал заданной АЧХ. Кроме того, меня настораживает тот факт, что для фильтра Баттервуорта, независимо от его порядка и других параметров Numerator всех секций фильтра равны (0.25 0.50 0.25)
Пример:
Numerator
QuantizedCoefficients{1}{1} ReferenceCoefficients{1}{1}
(1) 0.250000000000000 0.250000000000000000
(2) 0.500000000000000 0.500000000000000000
(3) 0.250000000000000 0.250000000000000000
Повторюсь - коффициенты нормализуются к диапазону [-1;1]

Подскажите, в чем проблема? Кто сталкивался с подобным? Как рассчитать "правильные" коэфициенты?

P.S: Для режима БЕЗ нормализации до [-1;1] с параметрами квантования коэффициентов [16 14] картина абсолютна та же.

Обратите внимание на масштабирующие множители, в fdatool'е после кожффициентов секций идет строка Scalefactors. При масштабировании коэффициентов меняются эти значения и на входе каждой секции необходимо умножать сигнал на этот scalefactor.

Состряпал я Lowpass фильтр Баттервуорта на частоту дискретизации 44100 c частотой Fc=4000 c указанием 10-го порядка . Включил квантизацию, также нормализацию Nominator и Denominator к 1.
Вот что получилось:

Quantized Direct form II filter
------- Section 1 -------
Numerator
QuantizedCoefficients{1}{1} ReferenceCoefficients{1}{1}
(1) 0.250000000000000 0.250000000000000000
(2) 0.500000000000000 0.500000000000000000
(3) 0.250000000000000 0.250000000000000000
Denominator
QuantizedCoefficients{1}{2} ReferenceCoefficients{1}{2}
(1) 0.500000000000000 0.500000000000000000
(2) -0.549255371093750 -0.549252202933341090
(3) 0.152343750000000 0.152354879887407510
------- Section 2 -------
Numerator
QuantizedCoefficients{2}{1} ReferenceCoefficients{2}{1}
(1) 0.250000000000000 0.250000000000000000
(2) 0.500000000000000 0.500000000000000000
(3) 0.250000000000000 0.250000000000000000
Denominator
QuantizedCoefficients{2}{2} ReferenceCoefficients{2}{2}
(1) 0.500000000000000 0.500000000000000000
(2) -0.568603515625000 -0.568601676206647920
(3) 0.175323486328125 0.175336532479207410
------- Section 3 -------
Numerator
QuantizedCoefficients{3}{1} ReferenceCoefficients{3}{1}
(1) 0.250000000000000 0.250000000000000000
(2) 0.500000000000000 0.500000000000000000
(3) 0.250000000000000 0.250000000000000000
Denominator
QuantizedCoefficients{3}{2} ReferenceCoefficients{3}{2}
(1) 0.500000000000000 0.500000000000000000
(2) -0.609436035156250 -0.609439668222794500
(3) 0.223846435546875 0.223840413272505730
------- Section 4 -------
Numerator
QuantizedCoefficients{4}{1} ReferenceCoefficients{4}{1}
(1) 0.250000000000000 0.250000000000000000
(2) 0.500000000000000 0.500000000000000000
(3) 0.250000000000000 0.250000000000000000
Denominator
QuantizedCoefficients{4}{2} ReferenceCoefficients{4}{2}
(1) 0.500000000000000 0.500000000000000000
(2) -0.676300048828125 -0.676294202544486020
(3) 0.303253173828125 0.303244522121657700
------- Section 5 -------
Numerator
QuantizedCoefficients{5}{1} ReferenceCoefficients{5}{1}
(1) 0.250000000000000 0.250000000000000000
(2) 0.500000000000000 0.500000000000000000
(3) 0.250000000000000 0.250000000000000000
Denominator
QuantizedCoefficients{5}{2} ReferenceCoefficients{5}{2}
(1) 0.500000000000000 0.500000000000000000
(2) -0.776428222656250 -0.776419882488956330
(3) 0.422180175781250 0.422165257559741100

FilterStructure = df2
ScaleValues = [1.45584e-006 2 2 2 2]
NumberOfSections = 5
StatesPerSection = [2 2 2 2 2]
CoefficientFormat = quantizer('fixed', 'round', 'saturate', [16 15])
InputFormat = quantizer('fixed', 'floor', 'saturate', [16 15])
OutputFormat = quantizer('fixed', 'floor', 'saturate', [16 15])
MultiplicandFormat = quantizer('fixed', 'floor', 'saturate', [16 15])
ProductFormat = quantizer('fixed', 'floor', 'saturate', [32 30])
SumFormat = quantizer('fixed', 'floor', 'saturate', [32 30])



Т.е Вы предлагаете входной 16-ти разрядный сигнал умножать на 1.45584e-006 ?
Он же в чистый нуль превратится ...
Тут что-то не так ...

Неужели никто не сталкивался с таким и не использовал IIR фильтры рассчитанные в MatLab в своих программах ?

Именно из-за масштабирующих множителей и возникают проблемы при квантовании БИХ фильтров.
Если делать вычисления с плавающей точкой, то фильтр будет вести себя так же как и расчитанный.
Как вариант можно попробовать использовать КИХ децимацию с последующей интерполяцией.

Похоже, это связано с методом рассчета БИХ фильтров матлабом. Чесно говоря, я ожидал большего от МатЛаба, достаточно мощная программа, а рассчитать коэфициенты с учетом их практического использования с 16-ти разрядными целыми не в сотстаянии. А вот например, вышеуказанная утилитка
CIIRF1.EXE (http://www.rid.mv.ru/iir/iir.htm) выдает готовый результат без масшабирующих коэфициентов, и что самое главное, в большинстве своем, они подходят для использования с 16-ти разряднымы целочисельным вычислениями.

Сообщение отредактировал KolyanV - Feb 20 2006, 07:25

Вообще-то при рассчетах обычных БИХов (баттерворт, чебышев, кауэр) любой софт делает билинейное преобразование (или инвар. имп. хар-ку). Как закажите. Матлаб не исключение. Но в матлабе есть толпа вариантов масштабирования секций фильтров и порядка собирания полюсов в секции. Вы воспользовались всего лишь одним вариантом. Возможно не самым удобным для Вас. Но, вероятно, оптимальным с какой либо другой точки зрения. Например по минимизации переполнений, или еще по чему нибудь. Играйтесь параметрами преобразования к секциям второго порядка и масштабирования, и добъетесь своего. Просто матлаб посложнее других программ, и это тоже надо понимать. В общем не было еще ни одного фильтра, который нельзя было бы так же синтезировать матлабом, как другой сторонней программой.

P.S. Правда фдатулом почти не пользуюсь, все больше ф-ции с командной строки набираю. Или m-файл делаю.

Это обнадеживает, хотелось бы вычислять разные виды фильтров из одной программы.


Игрался я с параметрами, игрался. Так и не нашел режима, в котором матлаб может подсчитать БИХ фильтр без использования масштабирующих коэффициентов (интегрируя масштабирование в сами коэффициенты). Господа знатоки, ткните носом, пожалуйста.

Сообщение отредактировал KolyanV - Feb 22 2006, 13:03

Подскажите, можно ли в Матлабе (FDATool) собрать фильтр выполняющий адаптивное выравнивание сигнала. Если можно , то какой тип фильтра нужно использовать.

FDATool'ом врядли - если только какое-то конкретное состояние (с известными коэф)
а просто адаптивная фильтрация - смотрите функции

lms, signlms, normlms, varlms, rls, dfe, equalize

Понятно , жалко что нельзя
Подскажите, пожалуйста есть ли возможность в матлабе сгенирить на автомате VHDL код, без использования FDATool.
Скажем если я воспользуюсь функцией equalize, можно ли получить фаил фильтра на VHDL?

ну не знаю, что все так привязались к этой фиче FDAToolа , начиная с 7й версии: если уж так надо - то реализуйте КИХ-фильтра заданного порядка и из FDATool конвертните в VHDL - потом ко всему этому делу только блок обновления коэф-тов написать (подавать вместо контант, прописанных в VHDL).
Хотя как раз в описании линейки сумматоров и умножителей не вижу ничего сложного.

PS: обратите внимание на эту тему: http://electronix.ru/forum/index.php?showtopic=29110

Спасибо !!
Да вы правы , всё дело как раз в блоке , который будет расчитывать коэффициенты.
Думал всё будет проще с адаптивной фильтрацией.
Буду копать дальше.