dsp.DCBlocker

阻断输入信号中的 DC 分量（偏移量）

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描述

dsp.DCBlocker System object™ 从输入信号的每个通道（列）中删除 DC 偏移量。该操作随时间运行以不断估计和消除 DC 偏移量。

要阻断输入信号的 DC 分量，请执行以下操作：

创建 dsp.DCBlocker 对象并设置其属性。
用参量调用高对象，就像它是函数一样。

要了解 System object 工作原理的更多信息，请参阅什么是 System object？

该对象在特定条件下支持 C/C++ 代码生成和 SIMD 代码生成。有关详细信息，请参阅代码生成。

创建对象

语法

dcblker = dsp.DCBlocker

dcblker = dsp.DCBlocker(Name=Value)

描述

dcblker = dsp.DCBlocker 创建一个 DC 阻隔器 System object，即 dcblker，以阻断来自输入信号的每个通道（列）的 DC 分量。

示例

dcblker = dsp.DCBlocker(Name=Value) 使用一个或多个名称-值参量设置属性。例如，要将低通 IIR 或 CIC 滤波器的归一化带宽指定为 0.004，请将 NormalizedBandwidth 设置为 0.004。

示例

属性

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除非另有说明，否则属性是不可调的，这意味着在调用对象后无法更改属性值。当您调用对象时，对象会锁定，release 函数可以解锁它们。

如果某属性是可调的，您可以随时更改其值。

有关更改属性值的详细信息，请参阅使用 System object 在 MATLAB 中进行系统设计。

`Algorithm` — 用于估计 DC 偏移量的算法
`"IIR"` (默认) | `"FIR"` | `"CIC"` | `"Subtract mean"`

用于估计 DC 偏移量的算法，指定为以下项之一：

"IIR" - 对象使用基于窄低通椭圆滤波器的递归估计。Order 属性设置滤波器的阶数，NormalizedBandwidth 属性设置其带宽。此算法通常比 FIR 算法使用的内存更少，效率更高。
"FIR" - 对象使用基于有限数量的过去输入采样的非递归移动平均值估计。Length 属性设置采样数。FIR 滤波器具有线性相位响应，不会对信号造成任何相位失真。IIR 滤波器需要更少的内存，实现起来更高效。
"CIC" - 对象使用 CIC 抽取器，抽取因子为 1，其微分延迟是使用 NormalizedBandwidth 属性计算的。它使用两个节来确保第一个旁瓣衰减比滤波器主瓣低至少 25 dB。此算法需要定点输入，可用于 HDL 代码生成。
"Subtract mean" - 对象计算输入矩阵各列的均值，并从输入中减去该均值。此方法不保留输入之间的状态。

您可以使用 fvtool 函数来可视化 IIR、FIR 和 CIC 响应。

`NormalizedBandwidth` — 低通 IIR 或 CIC 滤波器的归一化带宽
`0.001` (默认) | 大于 0 且小于 1 的实数标量

IIR 或 CIC 滤波器的归一化带宽，指定为大于 0 且小于 1 的实数标量。归一化带宽用于估计输入信号的 DC 分量。

依赖关系

仅当 Algorithm 属性设置为 "IIR" 或 "CIC" 时，此属性才适用。

`Order` — 低通 IIR 椭圆滤波器的阶数
`6` (默认) | 大于 3 的整数

用于估计 DC 电平的低通 IIR 椭圆滤波器的阶数，指定为大于 3 的整数。

依赖关系

仅当 Algorithm 属性设置为 "IIR" 时，此属性才适用。

`Length` — FIR 算法中使用的过去输入采样数
`50` (默认) | 正整数

FIR 算法中用于估计滚动均值的过去输入采样数，指定为正整数。

依赖关系

仅当 Algorithm 属性设置为 "FIR" 时，此属性才适用。

用途

语法

dcblkerOut = dcblker(input)

描述

dcblkerOut = dcblker(input) 从输入的每个通道（列）中删除 DC 分量，并返回输出。

示例

输入参量

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`input` — 输入信号
向量 | 矩阵 | N 维数组

DC blocker 对象的数据输入，指定为向量、矩阵或 N 维数组。

数据类型: single | double | int8 | int16 | int32 | fi
复数支持: 是

输出参量

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`dcblkerOut` — 删除了 DC 分量的信号
向量 | 矩阵 | N 维数组

删除了 DC 分量的信号，以向量、矩阵或 N 维数组形式返回。输出维度与输入维度匹配。

数据类型: single | double | int8 | int16 | int32 | fi
复数支持: 是

对象函数

要使用对象函数，请将 System object 指定为第一个输入参量。例如，要释放名为 obj 的 System object 的系统资源，请使用以下语法：

release(obj)

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特定于 `dsp.DCBlocker`

`freqz`	Frequency response of discrete-time filter System object
`filterAnalyzer`	Analyze filters with Filter Analyzer app
`impz`	Impulse response of discrete-time filter System object
`info`	Information about filter System object
`coeffs`	Returns the filter System object coefficients in a structure
`cost`	Estimate cost of implementing filter System object
`grpdelay`	Group delay response of discrete-time filter System object
`outputDelay`	Determine output delay of single-rate or multirate filter

通用于所有 System object

`step`	运行 System object 算法
`release`	释放资源并允许更改 System object 属性值和输入特性
`reset`	重置 System object 的内部状态

示例

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删除 DC 分量并显示结果

打开实时脚本

使用 IIR、FIR 和减去均值估计算法去除输入信号的 DC 分量。

创建一个由 15 Hz 音调、25 Hz 音调和 DC 偏移量组成的信号。

t = (0:0.001:100)';
x = sin(30*pi*t) + 0.33*cos(50*pi*t) + 1;

为三种估计算法创建三个 DC blocker 对象。

dc1 = dsp.DCBlocker(Algorithm="IIR",Order=6);
dc2 = dsp.DCBlocker(Algorithm="FIR",Length=100);
dc3 = dsp.DCBlocker(Algorithm="Subtract mean");

对于每一秒时间，都让输入信号通过 DC 阻隔器。通过以 1 秒为增量实现 DC blocker，您可以观察到收敛时间的差异。

for idx = 1 : 100
    range = (1:1000) + 1000*(idx-1);
    y1 = dc1(x(range));          % IIR estimate
    y2 = dc2(x(range));          % FIR estimate
    y3 = dc3(x(range));          % Subtract mean
end

绘制第一秒内三个 DC blocker 的输入和输出数据，并显示每个信号的均值。三种算法类型的均值表明 FIR 和 Subtract mean 算法收敛得更快。

plot(t(1:1000),x(1:1000), ...
    t(1:1000),y1, ...
    t(1:1000),y2, ...
    t(1:1000),y3);
xlabel("Time (sec)")
ylabel("Amplitude")
legend(sprintf("Input DC:%.3f",mean(x)), ...
    sprintf("IIR DC:%.3f",mean(y1)), ...
    sprintf("FIR DC:%.3f",mean(y2)), ...
    sprintf("Subtract mean DC:%.3f",mean(y3)));

Figure contains an axes object. The axes object with xlabel Time (sec), ylabel Amplitude contains 4 objects of type line. These objects represent Input DC:1.000, IIR DC:0.011, FIR DC:-0.000, Subtract mean DC:-0.000.

DC blocker 前后的频率响应

打开脚本

将具有 DC 偏移量的输入信号的频谱与应用 DC blocker 后的同一信号的频谱进行比较。启用 DC blocker 以使用 FIR 估计算法。

创建一个由三个音调组成的输入信号，其 DC 偏移量为 1。将采样频率设置为 1 kHz，并将信号持续时间设置为 100 秒。

fs = 1000;
t = (0:1/fs:100)';
x = sin(30*pi*t) + 0.67*sin(40*pi*t) + 0.33*sin(50*pi*t) + 1;

创建一个 DC blocker 对象，它使用 FIR 算法来估计 DC 偏移量。

dcblker = dsp.DCBlocker(Algorithm="FIR",Length=100);

创建一个频谱分析仪，其功率单位设置为 dBW，频率范围设置为 [-30 30]，以显示输入信号的频率响应。使用 clone 函数创建第二个频谱分析仪来显示输出的响应。然后，使用频谱分析仪的 Title 属性来标记它们。

hsa = spectrumAnalyzer(SampleRate=fs, ...
    Method="welch",...
    AveragingMethod="exponential",...
    SpectrumUnits="dBW",FrequencySpan="start-and-stop-frequencies",...
    StartFrequency=-30,StopFrequency=30,YLimits=[-200 20],...
    Title="Signal Spectrum");

hsb = clone(hsa);
hsb.Title = "Signal Spectrum After DC Blocker";

让输入信号 x 通过 DC blocker 以生成输出信号 y。

y = dcblker(x);

使用第一个频谱分析仪以显示输入信号的频率特征。15、20 和 25 Hz 的音调以及 DC 分量清晰可见。

hsa(x)

使用第二个频谱分析仪显示输出信号的频率特征。DC 分量已删除。

hsb(y)

算法

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DC blocker 从输入信号中减去 DC 分量。您可以使用 IIR、FIR、CIC 或减去均值算法来估计 DC 分量。

IIR

使输入信号通过 IIR 低通椭圆滤波器。

椭圆 IIR 滤波器的通带波纹为 0.1 dB，阻带衰减为 60 dB。您可以指定归一化带宽和滤波器阶数。

FIR

使输入信号通过 FIR 滤波器，该滤波器使用基于有限数量的过去输入采样的非递归移动平均值。

FIR 滤波器系数给定为 ones(1,Length)/Length，其中 Length 是 FIR 算法的过去输入采样数。FIR 滤波器结构是一种直接 I 型转置结构。

CIC

使输入信号通过 CIC 滤波器。由于 CIC 滤波器放大信号，因此会估计滤波器增益并从 DC 估计值中减去该增益。

级联积分梳状 (CIC) 滤波器由两对积分梳状滤波器组成。这两对滤波器有助于确保滤波器响应的第一个旁瓣的峰值相对于主瓣峰值至少衰减 25 dB。归一化的 3 dB 带宽用于计算微分延迟。该延迟用于确定 CIC 滤波器的增益。滤波器增益的倒数用作乘数，应用于 CIC 滤波器的输出。这可以确保 DC 估计的总增益为 0 dB。

以下方程表征滤波器和乘数的总幅值响应：

$| H (e^{j ω}) | = {| \frac{\sin (M \frac{π}{2} B_{n o r m})}{M \sin (\frac{π}{2} B_{n o r m})} |}^{N}$

B_norm 是归一化带宽，使得 0 < B_norm < 1。
M 是微分延迟（以采样为单位）。
N 是节数，等于 2。

将微分延迟 M 设置为最小整数，使得 |H(e^jω)| < 1/√2。一旦 M 已知，CIC 滤波器的增益就可计算为 M^N。因此，为了精确补偿滤波器增益，乘数设置为 (1/M)^N。

减去均值

计算输入信号的每列的均值，并从输入中减去均值。例如，如果输入是 [1 2 3 4; 3 4 5 6]，则设置为此模式的 DC blocker 输出 [-1 -1 -1 -1; 1 1 1 1]。

参考

[1] Nezami, M. “Performance Assessment of Baseband Algorithms for Direct Conversion Tactical Software Defined Receivers: I/Q Imbalance Correction, Image Rejection, DC Removal, and Channelization.” MILCOM, 2002.

扩展功能

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C/C++ 代码生成
使用 MATLAB® Coder™ 生成 C 代码和 C++ 代码。

用法说明和限制：

请参阅MATLAB 代码生成中的 System object (MATLAB Coder)。

当输入信号的数据类型为 single 或 double 时，此对象还支持使用 Intel^® AVX2 代码替换库生成 SIMD 代码。

SIMD 技术显著提高了生成代码的性能。有关详细信息，请参阅SIMD 代码生成。要从此对象生成 SIMD 代码，请参阅Use Intel AVX2 Code Replacement Library to Generate SIMD Code from MATLAB Algorithms。

HDL 代码生成
使用 HDL Coder™ 为 FPGA 和 ASIC 设计生成 VHDL、Verilog 和 SystemVerilog 代码。

有关工作流和限制，请参阅HDL Code Generation for System Objects (HDL Coder)。

注意

有关支持 HDL 代码生成的硬件优化 DC blocker 算法，请参阅 Generate HDL Code for IIR Filter (DSP HDL Toolbox)。该示例通过使用 dsphdl.BiquadFilter (DSP HDL Toolbox) System object，对适合硬件的验证和重置控制信号以及精确的硬件延迟行为进行建模。DSP HDL Toolbox™ 对象支持使用 HDL Coder™ 工具生成 HDL 代码。

版本历史记录

在 R2014a 中推出

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R2025a: `generatehdl` 函数已停用

从 R2025a 开始，Filter Design HDL Coder™ 产品将停用。因此，此对象不再支持使用 generatehdl 函数生成 HDL 代码。该对象仍支持使用 HDL Coder 工具进行代码生成。

R2024b: 支持滤波器分析函数

当 Algorithm 设置为 "FIR"、"IIR" 或 "CIC" 时，dsp.DCBlocker 对象支持Analysis Functions for Filter System Objects中列出的某些滤波器分析函数。有关详细信息，请参阅各个分析函数参考页中的版本历史记录部分。

dsp.DCBlocker

描述

创建对象

语法

描述

属性

Algorithm — 用于估计 DC 偏移量的算法 "IIR" (默认) | "FIR" | "CIC" | "Subtract mean"

NormalizedBandwidth — 低通 IIR 或 CIC 滤波器的归一化带宽 0.001 (默认) | 大于 0 且小于 1 的实数标量

依赖关系

Order — 低通 IIR 椭圆滤波器的阶数 6 (默认) | 大于 3 的整数

依赖关系

Length — FIR 算法中使用的过去输入采样数 50 (默认) | 正整数

依赖关系

用途

语法

描述

输入参量

input — 输入信号 向量 | 矩阵 | N 维数组

输出参量

dcblkerOut — 删除了 DC 分量的信号 向量 | 矩阵 | N 维数组

对象函数

特定于 dsp.DCBlocker

通用于所有 System object

示例

删除 DC 分量并显示结果

DC blocker 前后的频率响应

算法

IIR

FIR

CIC

减去均值

参考

扩展功能

C/C++ 代码生成 使用 MATLAB® Coder™ 生成 C 代码和 C++ 代码。

HDL 代码生成 使用 HDL Coder™ 为 FPGA 和 ASIC 设计生成 VHDL、Verilog 和 SystemVerilog 代码。

版本历史记录

R2025a: generatehdl 函数已停用

R2024b: 支持滤波器分析函数

另请参阅

对象

模块

`Algorithm` — 用于估计 DC 偏移量的算法
`"IIR"` (默认) | `"FIR"` | `"CIC"` | `"Subtract mean"`

`NormalizedBandwidth` — 低通 IIR 或 CIC 滤波器的归一化带宽
`0.001` (默认) | 大于 0 且小于 1 的实数标量

`Order` — 低通 IIR 椭圆滤波器的阶数
`6` (默认) | 大于 3 的整数

`Length` — FIR 算法中使用的过去输入采样数
`50` (默认) | 正整数

`input` — 输入信号
向量 | 矩阵 | N 维数组

`dcblkerOut` — 删除了 DC 分量的信号
向量 | 矩阵 | N 维数组

特定于 `dsp.DCBlocker`

C/C++ 代码生成
使用 MATLAB® Coder™ 生成 C 代码和 C++ 代码。

HDL 代码生成
使用 HDL Coder™ 为 FPGA 和 ASIC 设计生成 VHDL、Verilog 和 SystemVerilog 代码。

R2025a: `generatehdl` 函数已停用