libdspl-2.0/dspl/src/filter_design/freqs.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 freqs(double* b, double* a, int ord, double* w, int n, complex_t *h)
\brief Analog filter frequency response \f$ H(j \omega) \f$ calculation

Function calculates analog filter frequency response \f$ H(j \omega)\f$ 
corresponds to transfer function \f$ H(s) \f$:

\f[
  H(s) = \frac  {\sum_{k = 0}^{N} b_k  s^k}
      {\sum_{m = 0}^{N} a_m  s^m},
\f]
here \f$ N \f$ - filter order (equals to `ord`).

\param[in]  b
Pointer to the transfer function \f$ H(s) \f$ 
numerator coefficients vector. \n 
Vector size is `[ord+1 x 1]`. \n \n 

\param[in]  a
Pointer to the transfer function \f$ H(s) \f$ 
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$ 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 frequency response \f$ H(j \omega) \f$ calculation. \n 
Vector size is `[n x 1]`. \n \n 

\param[in]  n
The size of the angular frequency vector `w`. \n \n 

\param[out]  h
Pointer to the frequency response vector \f$ H(j \omega) \f$, 
corresponds to angular frequency `w`. \n 
Vector size is `[n x 1]`. \n 
Memory must be allocated. \n  \n

\return `RES_OK` if frequency response vector is calculated successfully. \n
Else \ref ERROR_CODE_GROUP "code error".

\author Sergey Bakhurin www.dsplib.org
***************************************************************************** */

#endif
#ifdef DOXYGEN_RUSSIAN
/*! ****************************************************************************
\ingroup FILTER_ANALYSIS_GROUP
\fn int freqs(double* b, double* a, int ord, double* w, int n, complex_t *h)

\brief Расчет комплексного коэффициента передачи 
\f$ H(j \omega) \f$ аналогового фильтра.

Функция рассчитывает значения комплексного коэффициента передачи 
\f$ H(j \omega)\f$ аналогового фильтра, заданного коэффициентами 
передаточной функции \f$ H(s) \f$:

\f[
  H(s) = \frac  {\sum_{k = 0}^{N} b_k  s^k}
      {\sum_{m = 0}^{N} a_m  s^m},
\f]
где \f$ N \f$ - порядок фильтра (параметр `ord`).

Комплексный коэффициент передачи рассчитывается путем 
подстановки \f$ s = j \omega \f$.

\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 рассчитан комплексный 
коэффициент передачи \f$ H(j \omega) \f$. \n 
Размер вектора `[n x 1]`. \n \n 


\param[in]  n
Размер вектора циклической частоты `w`. \n \n 


\param[out]  h
Указатель на вектор комплексного коэффициента передачи \f$ H(j \omega) \f$, 
рассчитанного для циклической частоты `w`. \n 
Размер вектора `[n x 1]`. \n 
Память должна быть выделена. \n  \n

\return
`RES_OK` Комплексный коэффициент передачи рассчитан успешно. \n
В противном случае \ref ERROR_CODE_GROUP "код ошибки". \n

\author Бахурин Сергей www.dsplib.org
***************************************************************************** */
#endif
int DSPL_API freqs(double* b, double* a, int ord,
                   double* w, int n, complex_t *h)
{
    complex_t jw;
    complex_t *bc = NULL;
    complex_t *ac = NULL;
    complex_t num, den;
    double mag;
    int k;
    int res;

    if(!b || !a || !w || !h)
        return ERROR_PTR;
    if(ord<0)
        return ERROR_FILTER_ORD;
    if(n<1)
        return ERROR_SIZE;

    RE(jw) = 0.0;

    bc = (complex_t*) malloc((ord+1) * sizeof(complex_t));
    res = re2cmplx(b, ord+1, bc);

    if( res!=RES_OK )
        goto exit_label;

    ac = (complex_t*) malloc((ord+1) * sizeof(complex_t));
    res = re2cmplx(a, ord+1, ac);
    if( res!=RES_OK )
        goto exit_label;

    for(k = 0; k < n; k++)
    {
        IM(jw) = w[k];
        res = polyval_cmplx(bc, ord, &jw, 1, &num);
        if(res != RES_OK)
            goto exit_label;
        res = polyval_cmplx(ac, ord, &jw, 1, &den);
        if(res != RES_OK)
            goto exit_label;
        mag = ABSSQR(den);
        if(mag == 0.0)
        {
            res = ERROR_DIV_ZERO;
            goto exit_label;
        }
        mag = 1.0 / mag;
        RE(h[k]) = CMCONJRE(num, den) * mag;
        IM(h[k]) = CMCONJIM(num, den) * mag;
    }
    res = RES_OK;
exit_label:
    if(bc)
        free(bc);
    if(ac)
        free(ac);
    return res;
}