DSP System Toolbox

Entwurfsmethoden für adaptive, Multiraten- und spezialisierte Filter

Die DSP System Toolbox bietet vielfältige Methoden für den Entwurf und die Implementierung digitaler Filter. Sie können damit Tiefpass-, Hochpass-, Bandpass- und Bandstop-Filter sowie Filter mit anderen Antworttypen entwickeln. Dazu stehen Filterstrukturen wie Direct-Form-FIR, Overlap-Add-FIR, Direct-Form II mit Second Order Sections, Kaskaden-Allpass sowie Lattice-Strukturen zur Verfügung.

Sie können Filter mithilfe von MATLAB-Funktionen, Apps oder Simulink-Blöcken entwerfen.

Die DSP System Toolbox unterstützt eine Vielzahl von Entwurfsmethoden wie etwa:

  • Erweiterte Equiripple-FIR-Filter wie Constrained-Ripple-Filter und Entwürfe mit Mindestordnungen und Mindestphasen
  • Nyquist- und Halbband-FIR- und -IIR-Filter für Linearphasen-, Mindestphasen- und Quasilinearerphasen (IIR)-Filter sowie Equiripple-, Sloped Stopband- und Fenstermethoden
  • Optimierte Mehrstufenentwürfe, bei denen die Anzahl der Kaskadenstufen auf eine möglichst geringe Rechenkomplexität hin optimiert wird
  • Fractional-Delay-Filter wie Implementierungen mit Farrow-Filterstrukturen, die vor allem für abstimmbare Filteranwendungen geeignet sind
  • Allpass-IIR-Filter mit beliebiger Gruppenverzögerung, die Gruppenverzögerungen anderer IIR-Filter kompensieren und so einen annähernd linearen Phasengang im Durchgangsbereich erzielen
  • Digitale Lattice Wave-IIR-Filter für robuste Festkomma-Implementierungen
  • FIR- und IIR-Filter mit beliebiger Amplitude sowie Phase, mit denen sich praktisch jede Filterspezifikation realisieren lässt
Specialized filter designs in MATLAB showing LMS adaptive filter applied to a noisy music signal, arbitrary magnitude filter design, direct-form FIR filter responses for fixed-point data types, and octave filter design.
Spezialisierte Filterentwürfe in MATLAB: Ein auf ein verrauschtes Signal angewendeter adaptiver LMS-Filter (oben links), ein Filter mit beliebiger Amplitude (oben rechts), Direct-Form-FIR-Filter für Festkommadatentypen (unten links) sowie ein Oktavfilter (unten rechts).

Adaptive Filter

Die DSP System Toolbox enthält verschiedene Methoden für den Entwurf adaptiver Filter: LMS- oder RLS-basiert, affine Projektion, Fast Transversal, Frequenzdomäne und Lattice-basiert. Darüber hinaus bietet die Toolbox Algorithmen zur Analyse dieser Filter wie Koeffizientenverfolgung, Lernkurven und Konvergenz.

Multiratenfilter

Die DSP System Toolbox enthält Funktionen für den Entwurf und die Implementierung von Multiratenfiltern wie.Polyphaseninterpolatoren, Dezimatoren, Abtastratenwandlern, CIC-Filtern und -Kompensatoren und unterstützt mehrstufige Entwürfe. Zusätzlich bietet sie spezialisierte Analysefunktionen zur Schätzung der Berechnungskomplexität von Multiratenfiltern.

Interactive design of a lowpass filter in the Filterbuilder tool and visualization of magnitude response.
Ein interaktiv im Filterbuilder entworfener Tiefpassfilter (links) sowie dessen Amplitudengang (rechts).

Spezialisierte Filter für DSP-Anwendungen

Mit der DSP System Toolbox können Sie spezialisierte digitale Filter wie die folgenden entwerfen:

  • Audio-Gewichtungsfilter, Oktavfilter und parametrische Equalizer-Filter für Audio-, Sprach- und Akustikanwendungen
  • Pulse Shaping-, Glocken- oder Kerb- und Multiratenfilter für Kommunikationssysteme
  • Kalman-Filter für die Luft- und Raumfahrt sowie für Navigationssysteme

Integration von Filtern in Simulink-Systemmodelle

Alle mit der DSP System Toolbox entworfenen digitalen Filter lassen sich auch in System Level-Modelle in Simulink integrieren. Mit MATLAB-Funktionen und System Objects können Sie aus MATLAB-Filterentwürfen bitgenaue Simulink-Modelle erzeugen. Die in Simulink verfügbaren Blockbibliotheken für den Filterentwurf können außerdem zusammen mit der DSP System Toolbox für den direkten Entwurf, die Simulation und die Implementierung von Filtern in Simulink genutzt werden.

Weiter: Verarbeitung von Streaming- und Frame-Signalen

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