sistemisaviše brzina (13m031svb) deo 6
TRANSCRIPT
![Page 1: Sistemisaviše brzina (13M031SVB) Deo 6](https://reader035.vdocuments.us/reader035/viewer/2022071613/6157d9d1ce5a9d02d46fcfa8/html5/thumbnails/1.jpg)
Sistemi sa više brzina (13M031SVB)Deo 6
Master studijeJelena Ćertić, Katedra za Telekomunikacije,
Elektrotehnički fakultet, Univerzitet u Beogradu
The European Commission's support for the production of this publication does not constitute an endorsement of the contents, which reflect the views only of the authors, and the Commission cannot be held responsible for any use which may be made of the information contained therein.
![Page 2: Sistemisaviše brzina (13M031SVB) Deo 6](https://reader035.vdocuments.us/reader035/viewer/2022071613/6157d9d1ce5a9d02d46fcfa8/html5/thumbnails/2.jpg)
• Minimizacija broja računskih operacija• Računske operacije na nižoj frekvenciji odabiranja(ako je multirate sistem)
• Minimizacija efekata konačne dužine kodne reči
Digitalne banke filtara ‐ realizacije
13M031SVB, ETF, Beograd
2
![Page 3: Sistemisaviše brzina (13M031SVB) Deo 6](https://reader035.vdocuments.us/reader035/viewer/2022071613/6157d9d1ce5a9d02d46fcfa8/html5/thumbnails/3.jpg)
Primer – dvokanalnaQMF banka
zHzH 01
H0(z) F0(z)
F1(z)H1(z)
2
22
2x[n] y[n]
v0[n]=w0[n]
v1[n]=w1[n]u0[n]
u1[n]
u0[n]
u1[n]
zHzFzHzF 0110 2,2
13M031SVB, ETF, Beograd
3
![Page 4: Sistemisaviše brzina (13M031SVB) Deo 6](https://reader035.vdocuments.us/reader035/viewer/2022071613/6157d9d1ce5a9d02d46fcfa8/html5/thumbnails/4.jpg)
Primer – dvokanalnaQMF banka
2
112
02
311
2200
33
22
1100
...
...
...
zEzzEzhhz
zhhzH
zhzhzhhzH
Polifazna realizacija filtra H0(z)
13M031SVB, ETF, Beograd
4
![Page 5: Sistemisaviše brzina (13M031SVB) Deo 6](https://reader035.vdocuments.us/reader035/viewer/2022071613/6157d9d1ce5a9d02d46fcfa8/html5/thumbnails/5.jpg)
Primer – dvokanalnaQMF banka 2
112
001
21
1200
zEzzEzHzH
zEzzEzH
x[n]
E0(z2) 2
z-1 E1(z2)
E0(z2) 2
z-1 E1(z2)
H0(z)
H1(z)
13M031SVB, ETF, Beograd
5
![Page 6: Sistemisaviše brzina (13M031SVB) Deo 6](https://reader035.vdocuments.us/reader035/viewer/2022071613/6157d9d1ce5a9d02d46fcfa8/html5/thumbnails/6.jpg)
Primer – dvokanalnaQMF banka
x[n]
E0(z2) 2
z-1 E1(z2)
E0(z2) 2
z-1 E1(z2)
H0(z)
H1(z)
X(z)
E0(z)
2z-1 E1(z)
2H0
H1
13M031SVB, ETF, Beograd
6
![Page 7: Sistemisaviše brzina (13M031SVB) Deo 6](https://reader035.vdocuments.us/reader035/viewer/2022071613/6157d9d1ce5a9d02d46fcfa8/html5/thumbnails/7.jpg)
Primer – dvokanalnaQMF banka
zHzFzHzF 0110 2,2
21
1200 2 zEzzEzF
2
112
001
21
1200
zEzzEzHzH
zEzzEzH
21
1201 2 zEzzEzF
13M031SVB, ETF, Beograd
7
![Page 8: Sistemisaviše brzina (13M031SVB) Deo 6](https://reader035.vdocuments.us/reader035/viewer/2022071613/6157d9d1ce5a9d02d46fcfa8/html5/thumbnails/8.jpg)
Efikasna realizacija – dvokanalnaQMF banka
13M031SVB, ETF, Beograd
8
2
2
z-1
E0(z)
E1(z)
x[n] 2
2E1(z)
E0(z)
z-1
2
y[n]
2
2
z-1
E0(z2)
E1(z2)
x[n] 2
2 E1(z2)
E0(z2)
z-1
2
y[n]
![Page 9: Sistemisaviše brzina (13M031SVB) Deo 6](https://reader035.vdocuments.us/reader035/viewer/2022071613/6157d9d1ce5a9d02d46fcfa8/html5/thumbnails/9.jpg)
Polifazna realizacija
0 1 0 1
2 1 2 2 1 20 1 0 1
2 1 2 2 1 20 1 0 1
1 2 20 14
T z H z H z H z H z
E z z E z E z z E z
E z z E z E z z E z
z E z E z
close all; clear;N=47;h0=[0.00040829340,‐0.00061083240,‐0.00066471290,0.0015016570,0.00089979030,‐0.0029611340,‐0.00095592250,...
0.0051489700,0.00063647700,‐0.0082474350,0.00033292710,0.012465680,‐0.0023574670,‐0.018121920,...
0.0060226430,0.025813150,‐0.012422540,‐0.036906340,0.024020070,0.055379000,‐0.048731140,‐0.098437790,...
0.13639810, 0.46139480]; % polovina koef. filtra h0, filtar je lin fazeh0=[h0,fliplr(h0)]; % filtar je lin faza pa su koef. simetricnie0=h0(1:2:end);e1=h0(2:2:end);[E0,w]=freqz(upsample(e0,2),1,10000);[E1,w]=freqz(upsample(e1,2),1,10000);figure,plot(w/pi,4*abs(E0.*E1));figure,plot(w/pi,angle(E0.*E1));
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 10.9985
0.999
0.9995
1
1.0005
1.001
1.0015
1.002
𝐻 𝑧 𝐸 𝑧 𝑧 𝐸 𝑧
𝐻 𝑧 𝐸 𝑧 𝑧 𝐸 𝑧
13M031SVB, ETF, Beograd
9
![Page 10: Sistemisaviše brzina (13M031SVB) Deo 6](https://reader035.vdocuments.us/reader035/viewer/2022071613/6157d9d1ce5a9d02d46fcfa8/html5/thumbnails/10.jpg)
• Realizacija preko paralelne veze svepropuniska (da bi se dobila efikasna struktura)
• Sekcije nižeg reda (drugog i prvog)• Procesiranje na nižoj frekvenciji odabiranja
Dvokanalna IIR filtarska banka (Half‐band IIR filtri)
13M031SVB, ETF, Beograd
10
![Page 11: Sistemisaviše brzina (13M031SVB) Deo 6](https://reader035.vdocuments.us/reader035/viewer/2022071613/6157d9d1ce5a9d02d46fcfa8/html5/thumbnails/11.jpg)
Realizacija preko sekcija nižeg redaA0(z)
A1(z)
IN
GLP(z)
GHP(z)1/2
2)()()( 10 zAzAzGLP
2)()()( 10 zAzAzGHP
21
,4,221
21
0 111N
l lll
lll
zzzzzA
21
,5,321
21
11
11
1 111
1
N
l lll
lll
zzzz
zzzA
12 , llll r
-1 -0.5 0 0.5 1Real Part
-1
-0.8
-0.6
-0.4
-0.2
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
9
rl – moduli polova
OPŠTI SLUČAJ – filtri NEmoraju biti half‐band
13M031SVB, ETF, Beograd
11
Podsetnik
![Page 12: Sistemisaviše brzina (13M031SVB) Deo 6](https://reader035.vdocuments.us/reader035/viewer/2022071613/6157d9d1ce5a9d02d46fcfa8/html5/thumbnails/12.jpg)
Realizacija IIR filtarskog para prekoparalelne veze all‐pass filtara
A0(z)
A1(z)
IN
GLP(z)
GHP(z)1/2
2)()()( 10 zAzAzGLP
2)()()( 10 zAzAzGHP
12 , llll r rl – moduli
polova
-1 -0.5 0 0.5 1Real Part
-1
-0.8
-0.6
-0.4
-0.2
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
polovi polaznog filtra (*) i grane A0 (x)
Ako su filtri half‐bandmoguće su dodatne pogodne uštede u broju računskih operacija
Podsetnik
13M031SVB, ETF, Beograd
12
𝐴 𝑧𝛽 𝑧
1 𝛽 𝑧
⁄
, ,…
𝐴 𝑧 𝑧𝛽 𝑧
1 𝛽 𝑧
⁄
, ,…
![Page 13: Sistemisaviše brzina (13M031SVB) Deo 6](https://reader035.vdocuments.us/reader035/viewer/2022071613/6157d9d1ce5a9d02d46fcfa8/html5/thumbnails/13.jpg)
Half‐band IIR filtri
Realizacija preko paralelne veze svepropusniska
A02(z2)
A12(z2)
IN
GLP(z)
GHP(z)1/2
z-1
Jedinično kašnjenje – trivijalna sekcija prvog reda
13M031SVB, ETF, Beograd
13
![Page 14: Sistemisaviše brzina (13M031SVB) Deo 6](https://reader035.vdocuments.us/reader035/viewer/2022071613/6157d9d1ce5a9d02d46fcfa8/html5/thumbnails/14.jpg)
Dvokanalne banke filtara –efikasna realizacija – IIR
13M031SVB, ETF, Beograd
14
2
z
2
A02(z)
A12(z)
+
+
1/2
X[n]-1
_
Banka analize
2
2 ++
+
z
y[n]_
-1
A12(z)
A02(z)
Banka sinteze
![Page 15: Sistemisaviše brzina (13M031SVB) Deo 6](https://reader035.vdocuments.us/reader035/viewer/2022071613/6157d9d1ce5a9d02d46fcfa8/html5/thumbnails/15.jpg)
Dvokanalne banke filtara –efikasna realizacija – IIR
13M031SVB, ETF, Beograd
15
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1/
0.99999999999985
0.9999999999999
0.99999999999995
1
1.00000000000005
1.0000000000001
1.00000000000015
arg(
T())
NIJE banka sa perfektnom rekonstrukcijom (ni blizu, jer nema linearnu fazu)
![Page 16: Sistemisaviše brzina (13M031SVB) Deo 6](https://reader035.vdocuments.us/reader035/viewer/2022071613/6157d9d1ce5a9d02d46fcfa8/html5/thumbnails/16.jpg)
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1
-80
-60
-40
-20
0
|HLP
()|
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1-8
-6
-4
-2
0
/
Arg
(HLP
())
/
L=4L=6L=8L=10L=12
IIR filtri približno linearne faze
13M031SVB, ETF, Beograd
16
z-D
A0(z)
0.5 HLP(z)
HHP(z)
Paralelna veza all‐pass filtra i kašnjenja (koje je trivijalna all‐passsekciija), pa je ovo specilajalan slučaj filtra realizovanog kao paralelna veza dva svepropusnika
Red all‐pass filtra A0 je paran (L)
Podsetnik
![Page 17: Sistemisaviše brzina (13M031SVB) Deo 6](https://reader035.vdocuments.us/reader035/viewer/2022071613/6157d9d1ce5a9d02d46fcfa8/html5/thumbnails/17.jpg)
IIR filtri probližno linearne fazefiltarska banka
13M031SVB, ETF, Beograd
17
2
2
z-1
APDS(z)
z-M
In
Ch0
Ch1
0.5
2
2z-M
APDS(z)
z-1
Ch1
Ch0
Out
20 DSA z AP z
![Page 18: Sistemisaviše brzina (13M031SVB) Deo 6](https://reader035.vdocuments.us/reader035/viewer/2022071613/6157d9d1ce5a9d02d46fcfa8/html5/thumbnails/18.jpg)
IIR filtri probližno linearne faze
13M031SVB, ETF, Beograd
18
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1/
0.99999999999985
0.9999999999999
0.99999999999995
1
1.00000000000005
1.0000000000001
1.00000000000015
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1/
20
25
30
35
40
45
50
55
60
gd(
))
![Page 19: Sistemisaviše brzina (13M031SVB) Deo 6](https://reader035.vdocuments.us/reader035/viewer/2022071613/6157d9d1ce5a9d02d46fcfa8/html5/thumbnails/19.jpg)
Uniformna banka filtara
13M031SVB, ETF, Beograd
19
• filtri H0(z) i F0(z) ‐ propusnici niskih frekvencija• filtri HM‐1(z) i FM‐1(z) propusnici visokih frekvencija• Ostali filtri su propusnici opsega
![Page 20: Sistemisaviše brzina (13M031SVB) Deo 6](https://reader035.vdocuments.us/reader035/viewer/2022071613/6157d9d1ce5a9d02d46fcfa8/html5/thumbnails/20.jpg)
Realizacija preko dvokanlanih banaka
13M031SVB, ETF, Beograd
20
2
HA
2
X
Nivo 1
2
HA
2
Nivo 2
2
HA
2
Nivo 3
2
HA
2
2
HA
2
2
HA
2
2
HA
2
Struktura svihbanaka može
biti ista
![Page 21: Sistemisaviše brzina (13M031SVB) Deo 6](https://reader035.vdocuments.us/reader035/viewer/2022071613/6157d9d1ce5a9d02d46fcfa8/html5/thumbnails/21.jpg)
Oktavna banka filtara(neuniformna)
13M031SVB, ETF, Beograd
21
![Page 22: Sistemisaviše brzina (13M031SVB) Deo 6](https://reader035.vdocuments.us/reader035/viewer/2022071613/6157d9d1ce5a9d02d46fcfa8/html5/thumbnails/22.jpg)
Oktavna banka analze(realizovana pomoću dvokanalnih banki)
13M031SVB, ETF, Beograd
22
Nivo 1
2
HA
2
2
HA
2
2
HA
2
2
HA
2 G0
G1
G2
G3
G4
X
Nivo 2 Nivo 3 Nivo 4
0 0.2 0.4 0.6 0.8 100.20.40.60.8
1
Normalizovana frekvencija
![Page 23: Sistemisaviše brzina (13M031SVB) Deo 6](https://reader035.vdocuments.us/reader035/viewer/2022071613/6157d9d1ce5a9d02d46fcfa8/html5/thumbnails/23.jpg)
Oktavna banka sinteze(realizovana pomoću dvokanalnih banki)
13M031SVB, ETF, Beograd
23
![Page 24: Sistemisaviše brzina (13M031SVB) Deo 6](https://reader035.vdocuments.us/reader035/viewer/2022071613/6157d9d1ce5a9d02d46fcfa8/html5/thumbnails/24.jpg)
• Direktna sinteza višekanalnih filtarskih banaka (posebno ako se zahteva približno savršena rekonstrukcija) može se postići optimizacionim metodama
• Ovakav način projektovanja je složen i ograničen na relativno mali broj kanala
• U praksi su od interesa filtarske banke koje spadaju u klasu filtarskih banaka sa kompleksnom modulacijom
Direktna realizacija višekanalnih uniformnih banki filtara
13M031SVB, ETF, Beograd
24
![Page 25: Sistemisaviše brzina (13M031SVB) Deo 6](https://reader035.vdocuments.us/reader035/viewer/2022071613/6157d9d1ce5a9d02d46fcfa8/html5/thumbnails/25.jpg)
Filtarske banke sa kompleksnom modulacijomU opštem slučaju, filtar propusnik opsega H2 može se realizovati „transliranjem u spektru“ (kompleksnom modulacijom) filtra propusnika niskih frekvencija H1
0
0
2 1
2 1
jn
jj
h n h n e
H e H e
Iako je filtar H1 filtar sa realnimkoeficijentima, filtar H2 je, očigledno, filtar sa kompleksnim koeficijentima
Ukoliko H1 ima linearnu faznu karakteristiku, i H2 će imati linearnu faznu karakteristiku
13M031SVB, ETF, Beograd
25
![Page 26: Sistemisaviše brzina (13M031SVB) Deo 6](https://reader035.vdocuments.us/reader035/viewer/2022071613/6157d9d1ce5a9d02d46fcfa8/html5/thumbnails/26.jpg)
Filtarske banke sa kompleksnom modulacijom
13M031SVB, ETF, Beograd
26
0
0
2 1
2 1
jn
jj
h n h n e
H e H e
Položaj nula i polova se „zarotirao“ za ugao ω0
Hrekvencijski odziv se „translirao“ za ω0H2 je sistem sa kompleknim koeficijentima NEMA simetrije oko 0
![Page 27: Sistemisaviše brzina (13M031SVB) Deo 6](https://reader035.vdocuments.us/reader035/viewer/2022071613/6157d9d1ce5a9d02d46fcfa8/html5/thumbnails/27.jpg)
Direktna realizacija višekanalnih uniformnih banki filtara
13M031SVB, ETF, Beograd
27
Ovaj princip može da se iskoristi tako što se ista karakteristika filtra propusnika niskih frekvencija translira M puta sa različitim „pomacima“ u spektru ωk=2πk/M, k=0,1,2,…,M‐1 gde je Mukupan broj kanala na intervalu od 0 do 2π
![Page 28: Sistemisaviše brzina (13M031SVB) Deo 6](https://reader035.vdocuments.us/reader035/viewer/2022071613/6157d9d1ce5a9d02d46fcfa8/html5/thumbnails/28.jpg)
• DFT banke• M‐kanalna DFT banka formira se od prototip filtra propusnikaniskih frekvencija HP(z) i skupa od Mmodulatora. Ako su koeficijenti impulsnog odziva NF prototip filtra N‐tog reda: h0(0), h0(1),...,h0(N), tada će koeficijenti impulsnog odziva k‐tog filtra u M‐kanalnoj banci biti:
• Odgovarajući frekvencijski odziv k‐tog filtra u banci je:
• frekvencijski odzivi Hk(ejω), Fk(ejω), k=1,2,..., M‐1, su uniformno translirane verzija frekvencijskog odziva prototip filtra H0(ejω).
Direktna realizacija višekanalnih uniformnih banki filtara ‐ DFT filtarske banke
13M031SVB, ETF, Beograd
28
ℎ 𝑛 𝑓 𝑛 ℎ 𝑛 𝑒 / , za 𝑛 0, 1, … , 𝑁
𝐻 𝑒 𝐹 𝑒 𝐻 𝑒 ⁄ , za 𝑘 0,1, … , 𝑀 1
![Page 29: Sistemisaviše brzina (13M031SVB) Deo 6](https://reader035.vdocuments.us/reader035/viewer/2022071613/6157d9d1ce5a9d02d46fcfa8/html5/thumbnails/29.jpg)
DFT banke
13M031SVB, ETF, Beograd
29
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8 2/
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
H(
)
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8 2/
-10
-8
-6
-4
-2
0
2
4
6
8
arg(
T())
![Page 30: Sistemisaviše brzina (13M031SVB) Deo 6](https://reader035.vdocuments.us/reader035/viewer/2022071613/6157d9d1ce5a9d02d46fcfa8/html5/thumbnails/30.jpg)
DFT banke
13M031SVB, ETF, Beograd
30
-1.5 -1 -0.5 0 0.5 1 1.5 2 2.5Real Part
-1
-0.5
0
0.5
1
1.5
2
Imag
inar
y Pa
rt
65
-1 -0.5 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3Real Part
-1.5
-1
-0.5
0
0.5
1
1.5
Imag
inar
y Pa
rt
65
LP
BPKompleksnikoeficijenti
![Page 31: Sistemisaviše brzina (13M031SVB) Deo 6](https://reader035.vdocuments.us/reader035/viewer/2022071613/6157d9d1ce5a9d02d46fcfa8/html5/thumbnails/31.jpg)
DFT banke
13M031SVB, ETF, Beograd
31
• Ako se opisana filtarska bankarealizuje tako što se svaki filtar implementira kao polifazna struktura, zbog veze između filtara, može se dobiti veoma efikasna struktura
• Efikasnost proitiče iz toga što se dft/idft može iskoristiti kao blok za transliranje u spektru
H0(z)
H1(z)
H2(z)
HM-1(z)
M
M
M
M
v0[n]
v1[n]
v2[n]
vM-1[n]
x[n]
![Page 32: Sistemisaviše brzina (13M031SVB) Deo 6](https://reader035.vdocuments.us/reader035/viewer/2022071613/6157d9d1ce5a9d02d46fcfa8/html5/thumbnails/32.jpg)
DFT banke
13M031SVB, ETF, Beograd
32
Banka sinteze
Banka analize
X(z) X0(z)
X1(z)
Xi(z)
XM-1(z)
IDFT
H0,0(z)
H0,1(z)
H0,i(z)
H0,M-1(z)
M
M
M
M
z-1
z-1
z-1
X0(z)
X1(z)
Xi(z)
XM-1(z)
IDFT
G0,0(z)
G0,1(z)
G0,i(z)
G0,M-1(z)
M
M
M
M
z-1
z-1
z-1
X(z)
![Page 33: Sistemisaviše brzina (13M031SVB) Deo 6](https://reader035.vdocuments.us/reader035/viewer/2022071613/6157d9d1ce5a9d02d46fcfa8/html5/thumbnails/33.jpg)
• Iako je struktura veoma efikasna, postoji problem sapreklapanjem spektra između susednih kanala
• Sam prototip filtar se projektuje tako da je kvadrat njegove amplitudske karakteristike podignuti kosinus, odnosno filtar je “koren iz podignutog kosinusa” (square root raised cosine) SRRC
• Takav filtar je komplementaran po snazi sa sopstvenim pomerenim replikama (transliranim) što bi obezbedilo da ukupna karakteristika filtara od ulaza u banku analize do izlaza iz banke sinteze odgovara kašnjenju
• Filtar je idealan, pa se, odsecanjem, aproksimira FIR filtrom, sa dodatnim eventualnim množenjem sa prozorskom funkcijom
DFT banke
13M031SVB, ETF, Beograd
33
![Page 34: Sistemisaviše brzina (13M031SVB) Deo 6](https://reader035.vdocuments.us/reader035/viewer/2022071613/6157d9d1ce5a9d02d46fcfa8/html5/thumbnails/34.jpg)
SRRC filtar
13M031SVB, ETF, Beograd
34
2
1 14 cos sin
41SRRC
n r n rrn M
M Mh n
rn nMM
2 cos 1 cos 14 4 4SRRCM rh r r
r M r r
1 40 1SRRCrh
M M
Frekvencijski odzivImpulsni odziv odziv
1, 1
cos 1 , 1 14
0, 1
c
jSRRC
c c
c
r
H e r r rr
r
Za elemente impulsnog odziva za koje je n=M/(4r), ukoliko postoje (ako je M/(4r) ceobroj)
za n=0Nekauzalan filtar beskonačne dužine impulsnog odzivaAproksimira se FIR filtrom (kauzalnim) koji se dobija metodom projektovanja pomoću prozora, polazeći od datog impulsnog odziva
![Page 35: Sistemisaviše brzina (13M031SVB) Deo 6](https://reader035.vdocuments.us/reader035/viewer/2022071613/6157d9d1ce5a9d02d46fcfa8/html5/thumbnails/35.jpg)
SRRC filtar
13M031SVB, ETF, Beograd
35
![Page 36: Sistemisaviše brzina (13M031SVB) Deo 6](https://reader035.vdocuments.us/reader035/viewer/2022071613/6157d9d1ce5a9d02d46fcfa8/html5/thumbnails/36.jpg)
SRRC filtar
13M031SVB, ETF, Beograd
36
Zoom – propusni opseg i prelazna zona
![Page 37: Sistemisaviše brzina (13M031SVB) Deo 6](https://reader035.vdocuments.us/reader035/viewer/2022071613/6157d9d1ce5a9d02d46fcfa8/html5/thumbnails/37.jpg)
SRRC filtar
13M031SVB, ETF, Beograd
37
![Page 38: Sistemisaviše brzina (13M031SVB) Deo 6](https://reader035.vdocuments.us/reader035/viewer/2022071613/6157d9d1ce5a9d02d46fcfa8/html5/thumbnails/38.jpg)
DFT banke
13M031SVB, ETF, Beograd
38
U osnovnoj realizaciji, problem je preklapanjespektra koje ne može potpuno da se eliminiše, postoje razne modifikacije koje to delimično rešavaju, više o tome u *
*T. Karp and N. J. Fliege, "Modified DFT filter banks with perfect reconstruction," in IEEE Transactions on Circuits and Systems II: Analog and Digital Signal Processing, vol. 46, no. 11, pp. 1404‐1414, Nov. 1999.
![Page 39: Sistemisaviše brzina (13M031SVB) Deo 6](https://reader035.vdocuments.us/reader035/viewer/2022071613/6157d9d1ce5a9d02d46fcfa8/html5/thumbnails/39.jpg)
• Kosinusne banke• Kosinusne banke filtara formiraju se takođe iz prototip NF filtra.
• Koeficijenti impulsnog odziva filtara u kosinusnoj banci formiraju se od koeficijenata impulsnog odziva NF prototip filtra i skupa kosinusnih modulatora prema izrazu:
Direktna realizacija višekanalnih uniformnih banki filtara– kosinusne banke
13M031SVB, ETF, Beograd
39
0
0
2 12 cos 1 , za 0,1,..., 1
2 2 4
2 12 cos 1 , za 0,1,..., 1
2 2 4
kk
kk
kNh n p n n k MM
kNf n p n n k MM
Banka analize
Banka sinteze
Kosinusne banke su sa realnim koeficijentima, Mkanala u opsegu od 0 do π
![Page 40: Sistemisaviše brzina (13M031SVB) Deo 6](https://reader035.vdocuments.us/reader035/viewer/2022071613/6157d9d1ce5a9d02d46fcfa8/html5/thumbnails/40.jpg)
• Kanalni filtri nisu filtri linearne faze• Filtri u banci sinteze nisu isti kao filtri u banci analize
• Ukupna karakteristika je linearna
Direktna realizacija višekanalnih uniformnih banki filtara– kosinusne banke
13M031SVB, ETF, Beograd
40
0
0
2 12 cos 1 , za 0,1,..., 1
2 2 4
2 12 cos 1 , za 0,1,..., 1
2 2 4
kk
kk
kNh n p n n k MM
kNf n p n n k MM
Banka analize
Banka sinteze
![Page 41: Sistemisaviše brzina (13M031SVB) Deo 6](https://reader035.vdocuments.us/reader035/viewer/2022071613/6157d9d1ce5a9d02d46fcfa8/html5/thumbnails/41.jpg)
Kosinusne banke
13M031SVB, ETF, Beograd
41
Filtri su sa realnim koeficijentima, prototip filtar mora biti dva puta manje granične frekvencije, odnosno π/(2M)
Filtri treba da budu komplementarni po snazi
![Page 42: Sistemisaviše brzina (13M031SVB) Deo 6](https://reader035.vdocuments.us/reader035/viewer/2022071613/6157d9d1ce5a9d02d46fcfa8/html5/thumbnails/42.jpg)
Kosinusne banke
13M031SVB, ETF, Beograd
42
![Page 43: Sistemisaviše brzina (13M031SVB) Deo 6](https://reader035.vdocuments.us/reader035/viewer/2022071613/6157d9d1ce5a9d02d46fcfa8/html5/thumbnails/43.jpg)
Kosinusna banka ‐ primer
13M031SVB, ETF, Beograd
43
close allclearclcM=16;% filtarska bankaN=256;Nx=(N+1)*M;h0=srrcf(N,2*M,0.25);[H0,w]=freqz(h0,1,10000);figure,plot(w/pi,abs(H0));xlabel('\omega/\pi');ylabel('amplitudskakarakteristika');title('Prototip filtar');figure,plot(w/pi,20*log10(abs(H0)));xlabel('\omega/\pi');
![Page 44: Sistemisaviše brzina (13M031SVB) Deo 6](https://reader035.vdocuments.us/reader035/viewer/2022071613/6157d9d1ce5a9d02d46fcfa8/html5/thumbnails/44.jpg)
Kosinusna banka ‐ primer
13M031SVB, ETF, Beograd
44
n=0:N;for brojac=1:M
h(brojac,:)=2*h0.*cos((brojac-1+1/2)*(n-N/2)*pi/M+(-1)^(brojac-1)*pi/4);[H(brojac,:),w]=freqz(h(brojac,:),1,10000);H_faza(brojac,:)=unwrap(angle((H(brojac,:))));H_grp_kasnjenje(brojac,:)=grpdelay(h(brojac,:),1,10000);g(brojac,:)=2*h0.*cos((brojac-1+1/2)*(n-N/2)*pi/M-(-1)^(brojac-1)*pi/4);[G(brojac,:),w]=freqz(g(brojac,:),1,10000);G_faza(brojac,:)=unwrap(angle((G(brojac,:))));G_grp_kasnjenje(brojac,:)=grpdelay(g(brojac,:),1,10000);
endfigure,plot(w/pi,abs(H)); hold onxlabel('\omega/\pi');ylabel('amplitudska karakteristika');title('banka analize');
![Page 45: Sistemisaviše brzina (13M031SVB) Deo 6](https://reader035.vdocuments.us/reader035/viewer/2022071613/6157d9d1ce5a9d02d46fcfa8/html5/thumbnails/45.jpg)
Kosinusna banka ‐ primer
13M031SVB, ETF, Beograd
45
figure,plot(w/pi,H_faza);xlabel('\omega/\pi');ylabel('fazna karakteristika');title('banka analize');figure,plot(w/pi,H_grp_kasnjenje);xlabel('\omega/\pi');ylabel('grupno kasnjenje');title('banka analize');
![Page 46: Sistemisaviše brzina (13M031SVB) Deo 6](https://reader035.vdocuments.us/reader035/viewer/2022071613/6157d9d1ce5a9d02d46fcfa8/html5/thumbnails/46.jpg)
Kosinusna banka ‐ primer
13M031SVB, ETF, Beograd
46
x=zeros(Nx,1);x(100:150)=1;Nx=length(x);for br=1:M
analiza_out_tmp=filter(h(br,:),1,x);analiza_out_d(1:Nx/M,br)=analiza_out_tmp(1:M:end);
end;sinteza_in_d=analiza_out_d;sinteza_out_d=filter(g(1,:),1,upsample(sinteza_in_d(:,1),M));for br=2:M
sinteza_out_tmp=filter(g(br,:),1,upsample(sinteza_in_d(:,br),M));sinteza_out_d=sinteza_out_d+sinteza_out_tmp;
end;sinteza_out_d=M*sinteza_out_d;figure,plot(0:Nx-1,x,0:Nx-1,sinteza_out_d);ylim([-0.1 1.1]);xlabel('\itn');legend('in','out');
![Page 47: Sistemisaviše brzina (13M031SVB) Deo 6](https://reader035.vdocuments.us/reader035/viewer/2022071613/6157d9d1ce5a9d02d46fcfa8/html5/thumbnails/47.jpg)
Transmultiplekseri
13M031SVB, ETF, Beograd
47
Dualni problem u odnosu napojam filtarske banke koji smodo sada razmatrali
Prvo ide banka sinteze pa zatim banka analize
G0(z)
G1(z)z-1
H0(z)
H1(z)
2
2
2
2
2
2
2
2z-1
Transmultiplekser filtarska banka
X0(z)
X1(z)
X0(z)
X1(z)
TDM TDMFDM
![Page 48: Sistemisaviše brzina (13M031SVB) Deo 6](https://reader035.vdocuments.us/reader035/viewer/2022071613/6157d9d1ce5a9d02d46fcfa8/html5/thumbnails/48.jpg)
• Wavelet – talasić• Wavelet transformacija je metod kojim se signal „razbija“ na niz komponenti (a nisu sinusne i kosinusne)
• U porođenju s STFT daje bolje rezultate za „prirodne“ signale jer su mogućnosti što se rezolucije tiče povoljnije za te klase signala
• U kontekstu filtarskih banaka, izborom tipa waveleta biramo zapravo koeficijente filtara i njihov međusobni odnos (tj. tip komplementarnosti)
Wavelet transformacija
13M031SVB, ETF, Beograd
48
![Page 49: Sistemisaviše brzina (13M031SVB) Deo 6](https://reader035.vdocuments.us/reader035/viewer/2022071613/6157d9d1ce5a9d02d46fcfa8/html5/thumbnails/49.jpg)
Spektralna analiza ‐ podsetnik
13M031SVB, ETF, Beograd
49
12
jj jV e X e W e d
2j
kN
V k V e
21
0
, 0,1, , 1knN
N
n
V k v n e k N
![Page 50: Sistemisaviše brzina (13M031SVB) Deo 6](https://reader035.vdocuments.us/reader035/viewer/2022071613/6157d9d1ce5a9d02d46fcfa8/html5/thumbnails/50.jpg)
Real‐time spektralna analiza signala, zapravo se bazira na algoritmu vremenski zavisne Furijeove transformacije (Time Dependant Fourier Transform ili Short Time Fourier Transform STFT) koja je definisana formulom:
gde je: x ‐ ulazni signal,w ‐ prozorska funkcija (konačne dužine), ‐ frekvencija za koju se računa Furijeova transformacija,R – pomeraj početka dva sukcesivna prozora.
Vremenski zavisna Furijeova transformacija
13M031SVB, ETF, Beograd
50
,m
j j m
m
X n e x m w m nR e
![Page 51: Sistemisaviše brzina (13M031SVB) Deo 6](https://reader035.vdocuments.us/reader035/viewer/2022071613/6157d9d1ce5a9d02d46fcfa8/html5/thumbnails/51.jpg)
• Pogodan način da se prikažu rezultati• Praktično se prikazuje matrica dobijena primenom vremenski zavisne Furijeove transformacije
Spektrogram
13M031SVB, ETF, Beograd
51
![Page 52: Sistemisaviše brzina (13M031SVB) Deo 6](https://reader035.vdocuments.us/reader035/viewer/2022071613/6157d9d1ce5a9d02d46fcfa8/html5/thumbnails/52.jpg)
Spektrogram
13M031SVB, ETF, Beograd
52
d_p=round(0.05*fs)+1;nfft=1024*4;[S,F,T,P]=spectrogram(x,d_p,0.5*d_p,nfft,fs);figure,surf(T,F,10*log10(P),'EdgeColor','none');axis xy; axis tight; colormap(jet); view(0,90);xlabel('Time');ylabel('Frequency (Hz)');
[S,F,T,P]=spectrogram(x);figure,surf(T/(fs/pi/2),F/pi*fs/2,10*log10(P),'EdgeColor','none');axis xy; axis tight; colormap(jet); view(0,90);xlabel('Time');ylabel('Frequency (Hz)');
![Page 53: Sistemisaviše brzina (13M031SVB) Deo 6](https://reader035.vdocuments.us/reader035/viewer/2022071613/6157d9d1ce5a9d02d46fcfa8/html5/thumbnails/53.jpg)
Izbor dužine prozora
13M031SVB, ETF, Beograd
53
• Posebno važno za nestacionarne signale
• Ako je dužina prozora N veća, popravlja se rozulcija po frekvenciji ~fs/N, ali se kvari rezolucija u vremenu (kratkotrajne, brze promene u signalu će biti izgubljene, tj. na neki način usrednjene)
• Za malo N rezolucija po frekvenciji je loša
vreme
vreme
vreme
frekv
enci
ja
frekv
enci
ja
frekv
enci
ja
![Page 54: Sistemisaviše brzina (13M031SVB) Deo 6](https://reader035.vdocuments.us/reader035/viewer/2022071613/6157d9d1ce5a9d02d46fcfa8/html5/thumbnails/54.jpg)
Izbor dužine prozora
13M031SVB, ETF, Beograd
54
Wavelet analiza omogućav drugačiju vremensko/frekvencijsku podelu
vreme
vreme vreme
vreme
frekv
enci
ja
frekv
enci
jafre
kven
cija
frekv
enci
ja
![Page 55: Sistemisaviše brzina (13M031SVB) Deo 6](https://reader035.vdocuments.us/reader035/viewer/2022071613/6157d9d1ce5a9d02d46fcfa8/html5/thumbnails/55.jpg)
Primer
13M031SVB, ETF, Beograd
55
WT STFT
![Page 56: Sistemisaviše brzina (13M031SVB) Deo 6](https://reader035.vdocuments.us/reader035/viewer/2022071613/6157d9d1ce5a9d02d46fcfa8/html5/thumbnails/56.jpg)
Primer
13M031SVB, ETF, Beograd
56
WT STFT
![Page 57: Sistemisaviše brzina (13M031SVB) Deo 6](https://reader035.vdocuments.us/reader035/viewer/2022071613/6157d9d1ce5a9d02d46fcfa8/html5/thumbnails/57.jpg)
Kontinualna wavelet transformacija
13M031SVB, ETF, Beograd
57
*1,x xtCWT s x t dt
ss
*,
*,
,
1x x s
s
CWT s x t t dt
ttss
Translacija – τ – mera vremenaScale – s – mera frekvencije –veća vrednost odgovara nižojfrekvenciji
Transformacija je niz konvolucija sa skaliranom i pomerenom prototip funkcijom (mother wavelet)
![Page 58: Sistemisaviše brzina (13M031SVB) Deo 6](https://reader035.vdocuments.us/reader035/viewer/2022071613/6157d9d1ce5a9d02d46fcfa8/html5/thumbnails/58.jpg)
Diskretna wavelet transformacija
13M031SVB, ETF, Beograd
58
Parametar s dobija diskrente vrednosti, tipično 2, 4, 8…
U implementaciji se svodi na oktavnu filtarsku banku sa savršenomrekonstrukcijom, gde se filtri banke analize biraju tako da odgovaraju nekoj određenoj wavelet transformaciji
![Page 59: Sistemisaviše brzina (13M031SVB) Deo 6](https://reader035.vdocuments.us/reader035/viewer/2022071613/6157d9d1ce5a9d02d46fcfa8/html5/thumbnails/59.jpg)
• Realizovane preko dvokanalnih banaka• U slučaju wavelet transformacije, parametri filtra zavise od tipa transformacije
• Na svakom niovu dobija se signal „aproksimacije“ i signal „detalja“
• Poslednja aproksimacija predstavlja LP (najniži u spektru) deo signala
• Signal se rekonstruiše prolaskom kroz banku sinteze• Praktično, poslednja aproksimacija i svi detalji daju signal (uz odgovarajuće filtre u banci sinteze)
Oktavne filtarske banke – tree struktura
13M031SVB, ETF, Beograd
59
![Page 60: Sistemisaviše brzina (13M031SVB) Deo 6](https://reader035.vdocuments.us/reader035/viewer/2022071613/6157d9d1ce5a9d02d46fcfa8/html5/thumbnails/60.jpg)
Oktavna banka analze(realizovana pomoću dvokanalnih banki)
13M031SVB, ETF, Beograd
60
Nivo 1
2
HA
2
2
HA
2
2
HA
2
2
HA
2 G0
G1
G2
G3
G4
X
Nivo 2 Nivo 3 Nivo 4
![Page 61: Sistemisaviše brzina (13M031SVB) Deo 6](https://reader035.vdocuments.us/reader035/viewer/2022071613/6157d9d1ce5a9d02d46fcfa8/html5/thumbnails/61.jpg)
Oktavna banka sinteze(realizovana pomoću dvokanalnih banki)
13M031SVB, ETF, Beograd
61
![Page 62: Sistemisaviše brzina (13M031SVB) Deo 6](https://reader035.vdocuments.us/reader035/viewer/2022071613/6157d9d1ce5a9d02d46fcfa8/html5/thumbnails/62.jpg)
• Do sada smo pomenuli ortogonalne filtarske banke (N0 – red filtra)
• Gde je filtar H0 dobijen faktorizacijom polinoma, kao faktor minimalne faze filtra linearne faze (dobijenog od proizvoljnog filtra linearne faze „podizanjem“ i skaliranjem amplitudske karakteristike)
Dvokanalne banke sa savršenom rekonstrukcijom
13M031SVB, ETF, Beograd
62
101
0 zHzzH N
zHzFzHzF 0110 2,2
10 0LPHBH H z H z
![Page 63: Sistemisaviše brzina (13M031SVB) Deo 6](https://reader035.vdocuments.us/reader035/viewer/2022071613/6157d9d1ce5a9d02d46fcfa8/html5/thumbnails/63.jpg)
• U principu se različiti tipovi transformacije dobijaju izborom filtra H0 i/ili različitim faktorizacijama
• Na primer, ako se faktorizacija uradi tako da faktori ostanu linearne faze dobija se biortogonalna filtarska banka, kod koje ne postoji simetrija u karakteristici filtara, ali su filtri u banci analize linearne faze
Wavelet transformacija kaooktavna filtarska banka
13M031SVB, ETF, Beograd
63
LPHBH z
![Page 64: Sistemisaviše brzina (13M031SVB) Deo 6](https://reader035.vdocuments.us/reader035/viewer/2022071613/6157d9d1ce5a9d02d46fcfa8/html5/thumbnails/64.jpg)
Primer 1
13M031SVB, ETF, Beograd
64
clear all close allwname = 'db5'; % Set wavelet name. % Compute the four filters associated with wavelet name given by the input string wname.[h0,h1,g0,g1] = wfilters(wname); N = 10; % The length of db5 filter% Test signal x=[zeros(size(1:100)),0.01*(1:100),zeros(size(201:511))]; figure (1) subplot(3,1,1) plot(x) title('Figure 1: Test signal') xlabel('Time index n') axis([0,512,‐0.2,1.2]) % Signal analysis %
![Page 65: Sistemisaviše brzina (13M031SVB) Deo 6](https://reader035.vdocuments.us/reader035/viewer/2022071613/6157d9d1ce5a9d02d46fcfa8/html5/thumbnails/65.jpg)
Primer 1
13M031SVB, ETF, Beograd
65
h0 lp maksimalne faze
![Page 66: Sistemisaviše brzina (13M031SVB) Deo 6](https://reader035.vdocuments.us/reader035/viewer/2022071613/6157d9d1ce5a9d02d46fcfa8/html5/thumbnails/66.jpg)
Primer 1
13M031SVB, ETF, Beograd
66
![Page 67: Sistemisaviše brzina (13M031SVB) Deo 6](https://reader035.vdocuments.us/reader035/viewer/2022071613/6157d9d1ce5a9d02d46fcfa8/html5/thumbnails/67.jpg)
Primer 1
13M031SVB, ETF, Beograd
67
Filtri u banci analize su komplementarni po snazi ali nisu linearne faze
![Page 68: Sistemisaviše brzina (13M031SVB) Deo 6](https://reader035.vdocuments.us/reader035/viewer/2022071613/6157d9d1ce5a9d02d46fcfa8/html5/thumbnails/68.jpg)
Primer 1
13M031SVB, ETF, Beograd
68
aproksimacija
DETALjI
![Page 69: Sistemisaviše brzina (13M031SVB) Deo 6](https://reader035.vdocuments.us/reader035/viewer/2022071613/6157d9d1ce5a9d02d46fcfa8/html5/thumbnails/69.jpg)
Primer 1
13M031SVB, ETF, Beograd
69
Savršena rekonstrukcija
![Page 70: Sistemisaviše brzina (13M031SVB) Deo 6](https://reader035.vdocuments.us/reader035/viewer/2022071613/6157d9d1ce5a9d02d46fcfa8/html5/thumbnails/70.jpg)
Primer 2
13M031SVB, ETF, Beograd
70
clear all close allwname = 'bior1.5'; % Set wavelet name. % Compute the four filters associated with wavelet name given by the input string wname. [h0,h1,g0,g1] =wfilters(wname);N=length(h0);x=[zeros(size(1:100)),0.01*(1:100),zeros(size(201:511))]; figure (1) subplot(3,1,1) plot(x) title('Figure 1: Test signal') xlabel('Time index n') axis([0,512,‐0.2,1.2]) % Signal analysis %
![Page 71: Sistemisaviše brzina (13M031SVB) Deo 6](https://reader035.vdocuments.us/reader035/viewer/2022071613/6157d9d1ce5a9d02d46fcfa8/html5/thumbnails/71.jpg)
Primer 2
13M031SVB, ETF, Beograd
71
h0 lp linearnefaze
![Page 72: Sistemisaviše brzina (13M031SVB) Deo 6](https://reader035.vdocuments.us/reader035/viewer/2022071613/6157d9d1ce5a9d02d46fcfa8/html5/thumbnails/72.jpg)
Primer 2
13M031SVB, ETF, Beograd
72
![Page 73: Sistemisaviše brzina (13M031SVB) Deo 6](https://reader035.vdocuments.us/reader035/viewer/2022071613/6157d9d1ce5a9d02d46fcfa8/html5/thumbnails/73.jpg)
Primer 2
13M031SVB, ETF, Beograd
73
Filtri u banci analize nisu komplementarni ali su linearne faze
![Page 74: Sistemisaviše brzina (13M031SVB) Deo 6](https://reader035.vdocuments.us/reader035/viewer/2022071613/6157d9d1ce5a9d02d46fcfa8/html5/thumbnails/74.jpg)
Primer 2
13M031SVB, ETF, Beograd
74
aproksimacija
DETALjI
![Page 75: Sistemisaviše brzina (13M031SVB) Deo 6](https://reader035.vdocuments.us/reader035/viewer/2022071613/6157d9d1ce5a9d02d46fcfa8/html5/thumbnails/75.jpg)
Primer 2
13M031SVB, ETF, Beograd
75
Savršena rekonstrukcija