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1.简介
在做音频eq的时候,iir滤波器是必不可少的,所以这节主要学习一下iir滤波器,当然,不会偏于理论,而是着重怎么用。 iir滤波器主要是用来处理信号的频率的,这是第一个最基本的认识。 摆一下基本的公式: 系统函数: 差分方程: 再来说一下该滤波器的结构: a.直接I型 b.直接II型(典范型) c.级联型 d.并联型 bcd三种类型都是从直接I型转化而来的,这是第二个最基本的认识。 iir滤波器对于叠加了噪声的信号,也就是信号和噪声的频谱相互混叠是无能为力的,这就是其用在eq上一个基本的原因,这是第三个最基本的认识。 具体再使用一个例子来表述如何使用该公式,由于使用matlab仿真条件下,反馈符号是负号,故需要将 代入一个负号。 假设是二阶滤波器,并且分子,分母如下: 样本点如下: 则计算一下输出值: 使用matlab编写上述程序,如下所示: clc; clear all; format long; b = [0.6,0.8,1.0]; a = [1,0.5,1.5]; x = [1,2.5,1.5,0.5]; y=filter(b,a,x) 有一点要注意,在做dsp开发的时候,a,b的排序并不一定是按照 ,有可能是 ,这一点需要查看具体的API即可。 2.关于iir滤波器系数 可以使用matlab来计算出iir滤波器的系数,当然,也有其他的工具可以达成这样的功能,例如:一个直接计算的在线工具 3.二阶滤波器例子 3.1 简单的一段2阶滤波器 再来写一点例子程序,例如c代码: void test_iir_raw() { int i,j,k; int len = 4; float in[4]={0.0,0.1,0.2,0.3}; float geq_para[5]={0.1,0.3,0.5,0,0}; float a[3],b[3]; float geq_state[2]={0.0}; float geq_state_in[2]={0.0}; float ym; float g=1.0; float tmpdata[4]; a[0] = 1; a[1] = geq_para[1]; a[2] = geq_para[2]; b[0] = geq_para[0]; b[1] = 0; b[2] = -b[0]; for (k = 0; k 《 len; k++) { ym = geq_para[0] * (in[k] - geq_state_in[1]) - geq_para[2] * geq_state[1] - geq_para[1] * geq_state[0]; geq_state[1] = geq_state[0]; geq_state[0] = ym; geq_state_in[1] = geq_state_in[0]; geq_state_in[0] = in[k]; tmpdata[k] += ym * g; } for(i = 0 ; i 《 4 ; i ++){ printf(“tmpdata:%fn”,tmpdata); } } 再例如matlab代码: clc; clear all; format long; b = [0.1, 0, -0.1]; a = [1, 0.3, 0.5]; xk=[0.0,0.1,0.2,0.3]; y=filter(b,a,xk) 可以很简单的分析到: geq_state可以代表y(n)的临时变量.geq_state_in代表的是x(n)的临时变量。 我再给出结果: tmpdata:0.000000 tmpdata:0.010000 tmpdata:0.017000 tmpdata:0.009900 最后,在说明一下本例子中的一个临时结果: geq_state[0]=0.009900,geq_state[1]=0.017000 geq_state_in[0]=0.300000,geq_state_in[1]=0.200000 3.2 简单的二段2阶滤波器 这是一个并联的二阶滤波器,相当于一段音频做两次二阶滤波器效果,对应的是在每一个点上加上上一次做的结果值,我列出c代码: void test_iir_raw() { int i,j,k; int len = 4; float in[4]={0.0,0.1,0.2,0.3}; float geq_para[GEQ_BANDS][5]={{0.1,0.3,0.5,0,0},{0.1,0.3,0.5,0,0}}; float a[3],b[3]; float geq_state[GEQ_BANDS][2]={0.0}; float geq_state_in[GEQ_BANDS][2]={0.0}; float ym; float g=1.0; float tmpdata[4]; for(j = 0 ; j 《 GEQ_BANDS ; j ++){ for (k = 0; k 《 len; k++) { ym = geq_para[j][0] * (in[k] - geq_state_in[j][1]) - geq_para[j][2] * geq_state[j][1] - geq_para[j][1] * geq_state[j][0]; geq_state[j][1] = geq_state[j][0]; geq_state[j][0] = ym; geq_state_in[j][1] = geq_state_in[j][0]; geq_state_in[j][0] = in[k]; tmpdata[k] += ym * g; } } for(i = 0 ; i 《 4 ; i ++){ printf(“tmpdata:%fn”,tmpdata); } } 对应的matlab结果就是上次给出的值中每一项乘以2即可。至此,这个部分结束。 4.定点 首先给出biquad滤波器的差分函数形式: 注意: Matlab里的计算就是按照上面的式子计算的,但是STM32F4DSP库里的系数a1,a2是取反的。 再贴出来biquad滤波器的实现代码: for (k = 0; k 《 len; k++) { ym = geq_para[j][0] * (in[k] - geq_state_in[j][1]) - geq_para[j][2] * geq_state[j][1] - geq_para[j][1] * geq_state[j][0]; geq_state[j][1] = geq_state[j][0]; geq_state[j][0] = ym; geq_state_in[j][1] = geq_state_in[j][0]; geq_state_in[j][0] = in[k]; tmpdata[k] += ym * g; } 为了让定点化来的顺利,可以在第一步的时候只定点化ym,也就是说: geq_state[j][1] = geq_state[j][0]; geq_state[j][0] = ym; geq_state_in[j][1] = geq_state_in[j][0]; geq_state_in[j][0] = in[k]; tmpdata[k] += ym * g; 这部分不变,而先将: ym = geq_para[j][0] * (in[k] - geq_state_in[j][1]) - geq_para[j][2] * geq_state[j][1] - geq_para[j][1] * geq_state[j][0]; 各个部分进行定点: long long int tmp1 = geq_para[j][0] * (1 《《 26); long long int tmp2 = geq_para[j][2] * (1 《《 26); long long int tmp3 = geq_para[j][1] * (1 《《 26); tmp1 = (tmp1 * tmp0) 》》 26; tmp2 = (tmp2 * tmpp1) 》》 26; tmp3 = (tmp3 * tmpp2) 》》 26; ym = (tmp1 - tmp2 - tmp3)*1.0 / (1 《《 26); 之后再将整体浮点数替换,从而真正实现定点化(64位)。为了方便移植到硬件上,还需要进一步定点化。 可以按照如下方法做进一步处理: long long int tmp0 = (in[k])*(1 《《 28) - geq_state_in_int[j][1]; long long int tmp1 = geq_para[j][0] * (1 《《 26); long long int tmp2 = geq_para[j][2] * (1 《《 26); long long int tmp3 = geq_para[j][1] * (1 《《 26); long long int tmpp1 = geq_state_int[j][1] ; long long int tmpp2 = geq_state_int[j][0] ; tmp1 = (tmp1 * tmp0) 》》 26; tmp2 = (tmp2 * tmpp1) 》》 26; tmp3 = (tmp3 * tmpp2) 》》 26; ym_int = tmp1 - tmp2 - tmp3; geq_state_int[j][1] = geq_state_int[j][0]; geq_state_int[j][0] = ym_int; geq_state_in_int[j][1] = geq_state_in_int[j][0]; geq_state_in_int[j][0] = in[k] * (1 《《 28); tmpdata_int[k] += ym_int * g; |
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