kopia lustrzana https://github.com/Dsplib/libdspl-2.0
315 wiersze
11 KiB
C
315 wiersze
11 KiB
C
|
/*
|
|||
|
|
* Copyright (c) 2015-2019 Sergey Bakhurin
|
|||
|
|
* Digital Signal Processing Library [http://dsplib.org]
|
|||
|
|
*
|
|||
|
|
* This file is part of libdspl-2.0.
|
|||
|
|
*
|
|||
|
|
* is free software: you can redistribute it and/or modify
|
|||
|
|
* it under the terms of the GNU Lesser General Public License as published by
|
|||
|
|
* the Free Software Foundation, either version 3 of the License, or
|
|||
|
|
* (at your option) any later version.
|
|||
|
|
*
|
|||
|
|
* DSPL is distributed in the hope that it will be useful,
|
|||
|
|
* but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
|
|||
|
|
* MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE. See the
|
|||
|
|
* GNU General Public License for more details.
|
|||
|
|
*
|
|||
|
|
* You should have received a copy of the GNU Lesser General Public License
|
|||
|
|
* along with Foobar. If not, see <http://www.gnu.org/licenses/>.
|
|||
|
|
*/
|
|||
|
|
|
|||
|
|
|
|||
|
|
#include <stdlib.h>
|
|||
|
|
#include <string.h>
|
|||
|
|
#include <math.h>
|
|||
|
|
#include "dspl.h"
|
|||
|
|
|
|||
|
|
|
|||
|
|
|
|||
|
|
#ifdef DOXYGEN_ENGLISH
|
|||
|
|
/*! ****************************************************************************
|
|||
|
|
\ingroup FILTER_ANALYSIS_GROUP
|
|||
|
|
\fn int filter_freq_resp(double* b, double* a, int ord, double* w, int n,
|
|||
|
|
int flag, double* mag, double* phi, double* tau)
|
|||
|
|
|
|||
|
|
\brief
|
|||
|
|
Magnitude, phase response and group delay vectors calculation
|
|||
|
|
for digital or analog filter corresponds to \f$H(s)\f$, or \f$H(z)\f$
|
|||
|
|
transfer function.
|
|||
|
|
|
|||
|
|
|
|||
|
|
\param[in] b
|
|||
|
|
Pointer to the \f$ H(s) \f$ or \f$H(z)\f$ transfer function
|
|||
|
|
numerator coefficients vector. \n
|
|||
|
|
Vector size is `[ord+1 x 1]`. \n \n
|
|||
|
|
|
|||
|
|
\param[in] a
|
|||
|
|
Pointer to the \f$ H(s) \f$ or \f$H(z)\f$ transfer function
|
|||
|
|
denominator coefficients vector. \n
|
|||
|
|
Vector size is `[ord+1 x 1]`. \n \n
|
|||
|
|
|
|||
|
|
\param[in] ord
|
|||
|
|
Filter order. \n
|
|||
|
|
Transfer function \f$ H(s) \f$ or \f$H(z)\f$ numerator
|
|||
|
|
and denominator coefficients number equals `ord+1`. \n \n
|
|||
|
|
|
|||
|
|
\param[in] w
|
|||
|
|
Pointer to the angular frequency \f$ \omega \f$ (rad/s),
|
|||
|
|
which used for analog filter characteristics calculation
|
|||
|
|
(flag sets as `DSPL_FLAG_ANALOG`). \n
|
|||
|
|
For digital filter (flag sets as `DSPL_FLAG_DIGITAL`),
|
|||
|
|
parameter `w` describes normalized frequency of
|
|||
|
|
frequency response \f$ H \left(\mathrm{e}^{j\omega} \right) \f$.
|
|||
|
|
Digital filter frequency response is \f$ 2\pi \f$-periodic function,
|
|||
|
|
and vector `w` advisable to set from 0 to \f$ \pi \f$,
|
|||
|
|
or from 0 to \f$ 2\pi \f$, or from \f$ -\pi \f$ to \f$ \pi \f$.
|
|||
|
|
Vector size is `[n x 1]`. \n \n
|
|||
|
|
|
|||
|
|
\param[in] n
|
|||
|
|
Size of frequency vector `w`. \n \n
|
|||
|
|
|
|||
|
|
\param[in] flag
|
|||
|
|
Binary flags to set calculation rules: \n
|
|||
|
|
\verbatim
|
|||
|
|
DSPL_FLAG_ANALOG Coefficients corresponds to analog filter
|
|||
|
|
DSPL_FLAG_DIGITAL Coefficients corresponds to digital filter
|
|||
|
|
DSPL_FLAG_LOGMAG Calculate magnitude in logarithmic scale (in dB)
|
|||
|
|
DSPL_FLAG_UNWRAP Unwrap radian phases by adding multiples of 2*pi
|
|||
|
|
\endverbatim
|
|||
|
|
|
|||
|
|
\param[out] mag
|
|||
|
|
Pointer to the filter magnitude vector. \n
|
|||
|
|
Vector size is `[n x 1]`. \n
|
|||
|
|
If pointer is `NULL`, then magnitude will not calculted. \n \n
|
|||
|
|
|
|||
|
|
\param[out] phi
|
|||
|
|
Pointer to the phase response vector. \n
|
|||
|
|
Vector size is `[n x 1]`. \n
|
|||
|
|
If pointer is `NULL`, then phase response will not calculted. \n \n
|
|||
|
|
|
|||
|
|
\param[out] tau
|
|||
|
|
Pointer to the group delay vector. \n
|
|||
|
|
Vector size is `[n x 1]`. \n
|
|||
|
|
If pointer is `NULL`, then group delay will not calculted. \n \n
|
|||
|
|
|
|||
|
|
\return
|
|||
|
|
\return `RES_OK` if function is calculated successfully. \n
|
|||
|
|
Else \ref ERROR_CODE_GROUP "code error".
|
|||
|
|
|
|||
|
|
Example:
|
|||
|
|
|
|||
|
|
\include butter_ap_test.c
|
|||
|
|
|
|||
|
|
Result:
|
|||
|
|
|
|||
|
|
\verbatim
|
|||
|
|
b[ 0] = 1.002 a[ 0] = 1.002
|
|||
|
|
b[ 1] = 0.000 a[ 1] = 2.618
|
|||
|
|
b[ 2] = 0.000 a[ 2] = 3.418
|
|||
|
|
b[ 3] = 0.000 a[ 3] = 2.615
|
|||
|
|
b[ 4] = 0.000 a[ 4] = 1.000
|
|||
|
|
\endverbatim
|
|||
|
|
\n
|
|||
|
|
|
|||
|
|
In `dat` folder will be created 3 files: \n
|
|||
|
|
|
|||
|
|
\verbatim
|
|||
|
|
butter_ap_test_mag.txt magnitude
|
|||
|
|
butter_ap_test_phi.txt phase response
|
|||
|
|
butter_ap_test_tau.txt group delay
|
|||
|
|
\endverbatim
|
|||
|
|
|
|||
|
|
In addition, GNUPLOT will build the following graphs from data stored in files:
|
|||
|
|
|
|||
|
|
\image html butter_ap_test.png
|
|||
|
|
|
|||
|
|
\author Sergey Bakhurin www.dsplib.org
|
|||
|
|
***************************************************************************** */
|
|||
|
|
#endif
|
|||
|
|
#ifdef DOXYGEN_RUSSIAN
|
|||
|
|
/*! ****************************************************************************
|
|||
|
|
\ingroup FILTER_ANALYSIS_GROUP
|
|||
|
|
\fn int filter_freq_resp(double* b, double* a, int ord, double* w, int n,
|
|||
|
|
int flag, double* mag, double* phi, double* tau)
|
|||
|
|
|
|||
|
|
\brief
|
|||
|
|
Расчет амплитудно-частотной (АЧХ), фазочастотной характеристик (ФЧХ), а также
|
|||
|
|
группового времени запаздывания (ГВЗ) цифрового или аналогового или фильтра.
|
|||
|
|
|
|||
|
|
Функция рассчитывает АЧХ, ФЧХ и ГВЗ аналогового или цифрового фильтра, заданного
|
|||
|
|
передаточной характеристикой \f$H(s)\f$, или \f$H(z)\f$ соответственно
|
|||
|
|
|
|||
|
|
\param[in] b
|
|||
|
|
Указатель на вектор коэффициентов числителя
|
|||
|
|
передаточной функции \f$ H(s) \f$. \n
|
|||
|
|
Размер вектора `[ord+1 x 1]`. \n \n
|
|||
|
|
|
|||
|
|
\param[in] a
|
|||
|
|
Указатель на вектор коэффициентов знаменателя
|
|||
|
|
передаточной функции \f$ H(s) \f$. \n
|
|||
|
|
Размер вектора `[ord+1 x 1]`. \n \n
|
|||
|
|
|
|||
|
|
\param[in] ord
|
|||
|
|
Порядок фильтра. Количество коэффициентов
|
|||
|
|
числителя и знаменателя передаточной
|
|||
|
|
функции \f$ H(s) \f$ равно `ord+1`. \n \n
|
|||
|
|
|
|||
|
|
\param[in] w
|
|||
|
|
Указатель на вектор значений циклической частоты \f$ \omega \f$ (рад/с),
|
|||
|
|
для которого будет рассчитаны АЧХ, ФЧХ и ГВЗ аналогового фильтра,
|
|||
|
|
если установлен флаг `DSPL_FLAG_ANALOG`. \n
|
|||
|
|
В случае если флаг `DSPL_FLAG_ANALOG` не установлен, то вектор частоты `w`
|
|||
|
|
используется как нормированная частота комплексного коэффициента передачи
|
|||
|
|
\f$ H \left(\mathrm{e}^{j\omega} \right) \f$ цифрового фильтра. \n
|
|||
|
|
В этом случае характеристика цифрового фильтра является
|
|||
|
|
\f$ 2\pi \f$-периодической, и вектор частоты может содержать
|
|||
|
|
произвольные значения, однако целесообразно задавать
|
|||
|
|
его от 0 до \f$ \pi \f$, а такжет от 0 до \f$ 2\pi \f$, или
|
|||
|
|
от \f$ -\pi \f$ до \f$ \pi \f$. \n
|
|||
|
|
Размер вектора `[n x 1]`. \n \n
|
|||
|
|
|
|||
|
|
\param[in] n
|
|||
|
|
Размер вектора циклической частоты `w`. \n \n
|
|||
|
|
|
|||
|
|
\param[in] flag
|
|||
|
|
Комбинация флагов, которые задают расчет параметров: \n
|
|||
|
|
\verbatim
|
|||
|
|
DSPL_FLAG_ANALOG Коэффициенты относятся к аналоговому фильтру
|
|||
|
|
DSPL_FLAG_LOGMAG АЧХ рассчитывать в логарифмическом масштабе
|
|||
|
|
DSPL_FLAG_UNWRAP раскрывать периодичность ФЧХ
|
|||
|
|
\endverbatim
|
|||
|
|
|
|||
|
|
\param[out] mag
|
|||
|
|
Указатель на вектор АЧХ. \n
|
|||
|
|
Размер вектора `[n x 1]`. \n
|
|||
|
|
Память должна быть выделена. \n
|
|||
|
|
Если указатель `NULL`, то расчет АЧХ не производится. \n \n
|
|||
|
|
|
|||
|
|
\param[out] phi
|
|||
|
|
Указатель на вектор ФЧХ. \n
|
|||
|
|
Размер вектора `[n x 1]`. \n
|
|||
|
|
Память должна быть выделена. \n
|
|||
|
|
Если указатель `NULL`, то расчет ФЧХ не производится. \n \n
|
|||
|
|
|
|||
|
|
\param[out] tau
|
|||
|
|
Указатель на вектор ГВЗ. \n
|
|||
|
|
Размер вектора `[n x 1]`. \n
|
|||
|
|
Память должна быть выделена. \n
|
|||
|
|
Если указатель `NULL`, то расчет ГВЗ не производится. \n \n
|
|||
|
|
|
|||
|
|
\return
|
|||
|
|
`RES_OK` Параметры фильтра рассчитаны успешно. \n
|
|||
|
|
В противном случае \ref ERROR_CODE_GROUP "код ошибки". \n
|
|||
|
|
|
|||
|
|
Пример использования функции `filter_freq_resp`:
|
|||
|
|
|
|||
|
|
\include butter_ap_test.c
|
|||
|
|
|
|||
|
|
Результат работы программы:
|
|||
|
|
|
|||
|
|
\verbatim
|
|||
|
|
b[ 0] = 1.002 a[ 0] = 1.002
|
|||
|
|
b[ 1] = 0.000 a[ 1] = 2.618
|
|||
|
|
b[ 2] = 0.000 a[ 2] = 3.418
|
|||
|
|
b[ 3] = 0.000 a[ 3] = 2.615
|
|||
|
|
b[ 4] = 0.000 a[ 4] = 1.000
|
|||
|
|
\endverbatim
|
|||
|
|
\n
|
|||
|
|
|
|||
|
|
В каталоге `dat` будут созданы три файла: \n
|
|||
|
|
|
|||
|
|
\verbatim
|
|||
|
|
butter_ap_test_mag.txt АЧХ фильтра
|
|||
|
|
butter_ap_test_phi.txt ФЧХ фильтра
|
|||
|
|
butter_ap_test_tau.txt ГВЗ фильтра
|
|||
|
|
\endverbatim
|
|||
|
|
|
|||
|
|
Кроме того программа GNUPLOT произведет построение следующих графиков
|
|||
|
|
по сохраненным в файлах данным:
|
|||
|
|
|
|||
|
|
\image html butter_ap_test.png
|
|||
|
|
|
|||
|
|
\author Бахурин Сергей www.dsplib.org
|
|||
|
|
***************************************************************************** */
|
|||
|
|
#endif
|
|||
|
|
int DSPL_API filter_freq_resp(double* b, double* a, int ord,
|
|||
|
|
double* w, int n, int flag,
|
|||
|
|
double* mag, double* phi, double* tau)
|
|||
|
|
{
|
|||
|
|
int res, k, flag_analog;
|
|||
|
|
|
|||
|
|
complex_t *hc = NULL;
|
|||
|
|
double *phi0 = NULL;
|
|||
|
|
double *phi1 = NULL;
|
|||
|
|
double *w0 = NULL;
|
|||
|
|
double *w1 = NULL;
|
|||
|
|
|
|||
|
|
if(!b || !w)
|
|||
|
|
return ERROR_PTR;
|
|||
|
|
if(ord < 1)
|
|||
|
|
return ERROR_FILTER_ORD;
|
|||
|
|
if(n < 1)
|
|||
|
|
return ERROR_SIZE;
|
|||
|
|
|
|||
|
|
flag_analog = flag & DSPL_FLAG_ANALOG;
|
|||
|
|
|
|||
|
|
hc = (complex_t*) malloc (n*sizeof(complex_t));
|
|||
|
|
|
|||
|
|
res = flag_analog ?
|
|||
|
|
freqs(b, a, ord, w, n, hc) :
|
|||
|
|
freqz(b, a, ord, w, n, hc);
|
|||
|
|
|
|||
|
|
if(res != RES_OK)
|
|||
|
|
goto exit_label;
|
|||
|
|
|
|||
|
|
|
|||
|
|
if(mag)
|
|||
|
|
{
|
|||
|
|
if(flag & DSPL_FLAG_LOGMAG)
|
|||
|
|
{
|
|||
|
|
for(k = 0; k < n; k++)
|
|||
|
|
mag[k] = 10.0 * log10(ABSSQR(hc[k]));
|
|||
|
|
}
|
|||
|
|
else
|
|||
|
|
{
|
|||
|
|
for(k = 0; k < n; k++)
|
|||
|
|
mag[k] = sqrt(ABSSQR(hc[k]));
|
|||
|
|
}
|
|||
|
|
}
|
|||
|
|
|
|||
|
|
|
|||
|
|
if(phi)
|
|||
|
|
{
|
|||
|
|
for(k = 0; k < n; k++)
|
|||
|
|
phi[k] = atan2(IM(hc[k]), RE(hc[k]));
|
|||
|
|
|
|||
|
|
if(flag & DSPL_FLAG_UNWRAP)
|
|||
|
|
{
|
|||
|
|
res = unwrap(phi, n, M_2PI, 0.8);
|
|||
|
|
if(res != RES_OK)
|
|||
|
|
goto exit_label;
|
|||
|
|
}
|
|||
|
|
}
|
|||
|
|
|
|||
|
|
|
|||
|
|
if(tau)
|
|||
|
|
res = group_delay(b, a, ord, flag, w, n, tau);
|
|||
|
|
|
|||
|
|
|
|||
|
|
|
|||
|
|
exit_label:
|
|||
|
|
if(hc)
|
|||
|
|
free(hc);
|
|||
|
|
if(phi0)
|
|||
|
|
free(phi0);
|
|||
|
|
if(phi1)
|
|||
|
|
free(phi1);
|
|||
|
|
if(w0)
|
|||
|
|
free(w0);
|
|||
|
|
if(w1)
|
|||
|
|
free(w1);
|
|||
|
|
return res;
|
|||
|
|
}
|
|||
|
|
|
|||
|
|
|