/*
* 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 .
*/
#include
#include
#include "dspl.h"
#ifdef DOXYGEN_ENGLISH
/*! ****************************************************************************
\ingroup FILTER_CONV_GROUP
\fn int filter_iir(double* b, double* a, int ord, double* x, int n, double* y)
\brief Real IIR filtration
Function calculates real IIR filter output for real signal. The real filter
contains real coefficients of the transfer function \f$H(z)\f$
numerator and denominator:
\f[
H(z) = \frac{\sum_{n = 0}^{N} b_n z^{-n}}
{1+{\frac{1}{a_0}}\sum_{m = 1}^{M} a_m z^{-n}},
\f]
here \f$a_0\f$ cannot be equals zeros, \f$N=M=\f$`ord`.
\param[in] b
Pointer to the vector \f$b\f$ of IIR filter
transfer function numerator coefficients. \n
Vector size is `[ord + 1 x 1]`. \n \n
\param[in] a
Pointer to the vector \f$a\f$ of IIR filter
transfer function denominator coefficients. \n
Vector size is `[ord + 1 x 1]`. \n
This pointer can be `NULL` if filter is FIR. \n \n
\param[in] ord
Filter order. Number of the transfer function
numerator and denominator coefficients
(length of vectors `b` and `a`) is `ord + 1`. \n \n
\param[in] x
Pointer to the input signal vector. \n
Vector size is `[n x 1]`. \n \n
\param[in] n
Size of the input signal vector `x`. \n \n
\param[out] y
Pointer to the IIR filter output vector. \n
Vector size is `[n x 1]`. \n
Memory must be allocated. \n \n
\return
`RES_OK` if filter output is calculated successfully. \n
Else \ref ERROR_CODE_GROUP "code error". \n
Example:
\include filter_iir_test.c
Input signal is
\f$s(t) = \sin(2\pi \cdot 0.05 t) + n(t)\f$, here \f$n(t)\f$ white Gaussian
noise with zero mean value and unit standard deviation. \n
Input signal is filtered by elliptic LPF order 6 and output signal and data
saves in the txt-files
\verbatim
dat/s.txt - input signal + noise
dat/sf.txt - filter output.
\endverbatim
Plots:
\image html filter_iir_test.png
GNUPLOT script for make plots is:
\include filter_iir.plt
\author Sergey Bakhurin www.dsplib.org
***************************************************************************** */
#endif
#ifdef DOXYGEN_RUSSIAN
/*! ****************************************************************************
\ingroup FILTER_CONV_GROUP
\fn int filter_iir(double* b, double* a, int ord, double* x, int n, double* y)
\brief Фильтрация вещественного сигнала вещественным БИХ-фильтром
Функция рассчитывает выход фильтра заданного выражением
\f[
H(z) = \frac{\sum_{n = 0}^{N} b_n z^{-n}}
{1+{\frac{1}{a_0}}\sum_{m = 1}^{M} a_m z^{-m}},
\f]
где \f$a_0\f$ не может быть 0, \f$N=M=\f$`ord`.
\param[in] b
Указатель на вектор коэффициентов числителя
передаточной функции \f$H(z)\f$ БИХ-фильтра. \n
Размер вектора `[ord + 1 x 1]`. \n \n
\param[in] a
Указатель на вектор коэффициентов знаменателя
передаточной функции \f$H(z)\f$ БИХ-фильтра. \n
Размер вектора `[ord + 1 x 1]`. \n
Этот указатель может быть `NULL`, тогда фильтрация производится
без использования рекурсивной части
(вектор коэффициентов `b` задает КИХ-фильтр). \n \n
\param[in] ord
Порядок фильтра. Количество коэффициентов числителя и знаменателя
передаточной функции \f$H(z)\f$ БИХ-фильтра равно `ord + 1`. \n \n
\param[in] x
Указатель на вектор отсчетов входного сигнала. \n
Размер вектора `[n x 1]`. \n \n
\param[in] n
Длина входного сигнала. \n \n
\param[out] y
Указатель на вектор выходных отсчетов фильтра. \n
Размер вектора `[n x 1]`. \n
Память должна быть выделена заранее. \n \n
\return
`RES_OK` Если фильтрация произведена успешно. \n
В противном случае \ref ERROR_CODE_GROUP "код ошибки". \n
Пример использования функции `filter_iir`:
\include filter_iir_test.c
На входе цифрового фильтра задан сигнал
\f$s(t) = \sin(2\pi \cdot 0.05 t) + n(t)\f$, где \f$n(t)\f$ белый гауссовский
шум, с нулевым средним и единичной дисперсией. \n
Фильтр представляет собой эллиптический ФНЧ 6 порядка.
Входной сигнал фильтруется данным фильтром, и результат сохраняется в файлы:
\verbatim
dat/s.txt - исходный зашумленный сигнал
dat/sf.txt - сигнал на выходе фильтра.
\endverbatim
По полученным данным производится построение графиков:
\image html filter_iir_test.png
\author Бахурин Сергей www.dsplib.org
***************************************************************************** */
#endif
int DSPL_API filter_iir(double* b, double* a, int ord,
double* x, int n, double* y)
{
double *buf = NULL;
double *an = NULL;
double *bn = NULL;
double u;
int k;
int m;
int count;
if(!b || !x || !y)
return ERROR_PTR;
if(ord < 1 || n < 1)
return ERROR_SIZE;
if(a && a[0]==0.0)
return ERROR_FILTER_A0;
count = ord + 1;
buf = (double*) malloc(count*sizeof(double));
an = (double*) malloc(count*sizeof(double));
memset(buf, 0, count*sizeof(double));
if(!a)
{
memset(an, 0, count*sizeof(double));
bn = b;
}
else
{
bn = (double*) malloc(count*sizeof(double));
for(k = 0; k < count; k++)
{
an[k] = a[k] / a[0];
bn[k] = b[k] / a[0];
}
}
for(k = 0; k < n; k++)
{
for(m = ord; m > 0; m--)
buf[m] = buf[m-1];
u = 0.0;
for(m = ord; m > 0; m--)
u += buf[m]*an[m];
buf[0] = x[k] - u;
y[k] = 0.0;
for(m = 0; m < count; m++)
y[k] += buf[m] * bn[m];
}
if(buf)
free(buf);
if(an)
free(an);
if(bn && (bn != b))
free(bn);
return RES_OK;
}