matlab lp2lp lp2hp lp2bp lp2bs函数 C实现

MATLAB——IIR数字滤波器的设计 阅读详情

前面几篇是IIR常用滤波器和三大模型转换部分函数的实现。

在IIR滤波器实现中存在将低通滤波器(LPF)的设计转换成其他类型的滤波器的函数,即lp2lp、lp2hp、lp2bp和lp2bs函数组,下面是对应的C实现:
lp2lp

void lp2lp(int n, double *a, double *b, double wo)
{
    for (int i = 0; i < n * n; i++)
    {
        a[i] = wo * a[i];
    }
    for (int i = 0; i < n; i++)
    {
        b[i] = wo * b[i];
    }
}

lp2hp

void lp2hp(int n, double *a, double *b, double *c, double *d, double wo)
{
    double *at = (double *)malloc(sizeof(double) * n * n);
    double *bt = (double *)malloc(sizeof(double) * n);
    double *ct = (double *)malloc(sizeof(double) * n);
    double *dt = (double *)malloc(sizeof(double) * n);

    for (size_t i = 0; i < n * n; i++)
    {
        at[i] = a[i];
    }

    rinv(at, n);
    trmul(at, b, n, n, 1, bt);
    trmul(c, at, n, n, 1, ct);
    trmul(ct, at, n, n, 1, dt);

    for (size_t i = 0; i < n * n; i++)
    {
        at[i] = wo * at[i];
    }

    for (size_t i = 0; i < n; i++)
    {
        bt[i] = -wo * bt[i];
        dt[i] = *d - dt[i];
    }

    for (int i = 0; i < n * n; i++)
    {
        a[i] = at[i];
    }
    for (int i = 0; i < n; i++)
    {
        b[i] = bt[i];
        b[i] = ct[i];
    }

    *d = dt[0];

    free(at);
    free(bt);
    free(ct);
    free(dt);
}

lp2bp

void lp2bp(int n, double **a, double **b, double **c, double *d, double wo, double bw)
{
    double q = wo / bw;
    double *at = (double *)malloc(sizeof(double) * (2 * n) * (2 * n));
    double *bt = (double *)malloc(sizeof(double) * (2 * n));
    double *ct = (double *)malloc(sizeof(double) * (2 * n));
    double dt = *d;

    for (int i = 0; i < 2 * n; i++)
    {
        for (int j = 0; j < 2 * n; j++)
        {
            if (i < n && j < n)
                at[i * 2 * n + j] = (*a)[+i * n + j] / q * wo;
            else if (i < n && j >= n)
            {
                if (i == j - n)
                    at[i * 2 * n + j] = 1 * wo;
                else
                    at[i * 2 * n + j] = 0;
            }
            else if (i >= n && j < n)
            {
                if (i - n == j)
                    at[i * 2 * n + j] = -1 * wo;
                else
                    at[i * 2 * n + j] = 0;
            }
            else if (i >= n && j >= n)
                at[i * 2 * n + j] = 0;
        }
    }
    for (int i = 0; i < n; i++)
    {
        bt[i] = (*b)[i] * wo / q;
    }
    for (int i = n; i < 2 * n; i++)
    {
        bt[i] = 0;
    }

    for (int i = 0; i < 2 * n; i++)
    {
        if (i < n)
            ct[i] = (*c)[i];
        else
            ct[i] = 0;
    }

    *a = (double *)realloc(*a, (2 * n) * (2 * n) * sizeof(double));
    *b = (double *)realloc(*b, (2 * n) * sizeof(double));
    *c = (double *)realloc(*c, (2 * n) * sizeof(double));
    for (int i = 0; i < 2 * n * 2 * n; i++)
    {
        (*a)[i] = at[i];
    }

    for (int i = 0; i < 2 * n; i++)
    {
        (*b)[i] = bt[i];
        (*c)[i] = ct[i];
    }

    free(at);
    free(bt);
    free(ct);
}

lp2bs

void lp2bs(int n, double **a, double **b, double **c, double *d, double wo, double bw)
{
    double q = wo / bw;
    double *ai = (double *)malloc(sizeof(double) * n * n);
    double *bb = (double *)malloc(sizeof(double) * n);
    double *cc = (double *)malloc(sizeof(double) * n);
    double *t1 = (double *)malloc(sizeof(double) * n);
    double *t2 = (double *)malloc(sizeof(double) * n);
    double *at = (double *)malloc(sizeof(double) * (2 * n) * (2 * n));
    double *bt = (double *)malloc(sizeof(double) * (2 * n));
    double *ct = (double *)malloc(sizeof(double) * (2 * n));
    double *dt = (double *)malloc(sizeof(double) * n);

    for (size_t i = 0; i < n; i++)
    {
        for (size_t j = 0; j < n; j++)
        {
            ai[i * n + j] = (*a)[i * n + j];
        }
    }
    for (size_t i = 0; i < n; i++)
    {
        bb[i] = (*b)[i];
        cc[i] = (*c)[i];
    }

    rinv(ai, n);                // a的逆矩阵
    trmul(ai, bb, n, n, 1, t1); // a\b=t1
    trmul(cc, ai, 1, n, n, t2); // c/a=t2
    trmul(t2, bb, 1, n, 1, dt); // c/a*b

    // at =  [w1/q*inv(as), w1*eye(ma); -w1*eye(ma), zeros(ma)];
    for (int i = 0; i < 2 * n; i++)
    {
        for (int j = 0; j < 2 * n; j++)
        {
            if (i < n && j < n)
                at[i * 2 * n + j] = ai[i * n + j] * wo / q;
            else if (i < n && j >= n)
            {
                if (i == j - n)
                    at[i * 2 * n + j] = 1 * wo;
                else
                    at[i * 2 * n + j] = 0;
            }
            else if (i >= n && j < n)
            {
                if (i - n == j)
                    at[i * 2 * n + j] = -1 * wo;
                else
                    at[i * 2 * n + j] = 0;
            }
            else if (i >= n && j >= n)
                at[i * 2 * n + j] = 0;
        }
    }
    for (size_t i = 0; i < 2 * n; i++)
    {
        if (i < n)
        {
            bt[i] = -1.0 * t1[i] * wo / q;
            ct[i] = t2[i];
            dt[i] = *d - dt[i];
        }
        else
        {
            bt[i] = 0;
            ct[i] = 0;
        }
    }
    *d = dt[0];
    *a = (double *)realloc(*a, sizeof(double) * 2 * n * 2 * n);
    *b = (double *)realloc(*b, sizeof(double) * 2 * n);
    *c = (double *)realloc(*c, sizeof(double) * 2 * n);
    for (int i = 0; i < 2 * n * 2 * n; i++)
        (*a)[i] = at[i];
    for (int i = 0; i < 2 * n; i++)
    {
        (*b)[i] = bt[i];
        (*c)[i] = ct[i];
    }

    free(ai);
    free(t1);
    free(t2);
    free(at);
    free(bt);
    free(ct);
    free(dt);
}

测试

经测试对比matlba结果,基本无误,可以放心食用。

【MATLAB】数字滤波器的设计 一、引言 在信号处理过程中,所处理的信号往往混有噪声,从接收到的信号中消除或减弱噪声是信号传输和处理中十分重要的问题。根据有用信号和噪声的不同特性,提取有用信号的过程称为滤波,实现滤波功能的系统称为滤波器。在以往的模拟电路中用的都是模拟滤波器,在近代电信设备和各类控制系统中,由于数字化的普及,数字滤波器已得到了广泛的应用。数字滤波器与传统模拟滤波器在实现方式上存在很大的差异。传统的模拟滤波器主要是硬件实现,它的硬件部分主要包括电容,电感和电阻等元件,而数字滤波器在硬件实现上主要涉及A/D转换器、D/A转换 阅读详情

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